流量控制閥課程

流量控制閥課程第1頁/共70頁第2頁/共70頁

對流量控制閥的要求閥口不易堵塞；油溫變化對通過閥口的流量影響要??；閥的進(jìn)、出口壓差Δp變化對流量影響要小。

分類常見的流量閥有節(jié)流閥、調(diào)速閥、溢流節(jié)流閥、行程節(jié)流閥和分流閥等。第3頁/共70頁第4頁/共70頁通過孔口的液體流量為：

q＝C·Ao·△p

m[d

2/(32·μ·l

)]·Ao·△p

(細(xì)長孔)

＝（Cd·)·Ao·△p0.5

(薄壁孔)

式中:C－液阻系數(shù)

Ao－孔口通流面積

m－由節(jié)流口類型決定的指數(shù)，其值為

0.5~1。第5頁/共70頁可見：細(xì)長孔的流量與壓力差△p成正比。薄壁孔的流量與壓力差△p的平方根成正比。又薄壁孔的流量q與粘度關(guān)系不大(即受溫度影響小)，且不易堵塞，因此

流量閥的節(jié)流口均采用薄壁型孔(Fig.5-16)。（細(xì)長孔一般用作阻尼孔，如在先導(dǎo)式溢流閥主閥芯上的小孔。）第6頁/共70頁第7頁/共70頁2流量閥的結(jié)構(gòu)與工作原理節(jié)流閥（Restrictorvalve

or

Throttlevalve）

結(jié)構(gòu)Fig.5-17

由閥體、閥芯與調(diào)節(jié)螺釘?shù)冉M成?；脽羝?工作原理調(diào)節(jié)閥口通流面積的大小來控制流過閥的流量?；脽羝?0第8頁/共70頁第9頁/共70頁第10頁/共70頁

特點結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，使用方便。但負(fù)載變化對通過的流量影響較大，流量穩(wěn)定性差。一般用于負(fù)載變化不大或?qū)λ俣鹊姆€(wěn)定性要求不高的系統(tǒng)中。節(jié)流閥可與單向閥并聯(lián)組成單向節(jié)流閥，用于單方向節(jié)流調(diào)速、反方向快速運(yùn)動的場合。第11頁/共70頁單向節(jié)流閥第12頁/共70頁第13頁/共70頁例1.圖示進(jìn)油路節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)，節(jié)流閥為薄壁孔型，流量系數(shù)Cd＝0.67，油液密度ρ＝900kg/m3，活塞面積A1＝30

cm2，負(fù)載F＝2400N，溢流閥調(diào)定壓力pY＝1.2

MPa，油泵流量qp＝20

L/min。試分析節(jié)流閥從全開到逐漸調(diào)小過程中，活塞運(yùn)動速度如何變化及溢流閥的工作狀況。第14頁/共70頁FvpYΔppLA1第15頁/共70頁解：

液壓缸的工作壓力油泵工作壓力pp＝p1＋Δp，Δp為節(jié)流閥前后壓差，其值與通過節(jié)流閥的流量有關(guān)。當(dāng)pp<

pY時，溢流閥處于關(guān)閉狀態(tài)，泵的流量全部進(jìn)入液壓缸。此時如將節(jié)流閥開口逐漸關(guān)小，活塞運(yùn)動速度不發(fā)生變化，但油泵的工作壓力在逐漸升高。第16頁/共70頁

當(dāng)pp＝pY時，溢流閥開啟，部分油液通過溢流閥流回油箱，泵工作壓力保持在溢流閥的調(diào)整壓力(1.2MPa)，不再繼續(xù)升高。只有在溢流閥處于常開工況下，調(diào)節(jié)節(jié)流閥的閥口開度，活塞運(yùn)動速度才隨之變化。取Δp＝pY-

p1＝1.2

-0.8＝0.4MPa，代入節(jié)流小孔流量公式第17頁/共70頁

可得節(jié)流時的最大通流面積：第18頁/共70頁

故當(dāng)節(jié)流閥開口面積A>0.167cm2時，溢流閥處于關(guān)閉狀態(tài)，調(diào)節(jié)

A

不會使活塞運(yùn)動速度變化。此時：

當(dāng)節(jié)流閥開口面積A<0.167cm2時，溢流閥處于開啟狀態(tài)，調(diào)節(jié)A便會使活塞運(yùn)動速度變化。第19頁/共70頁

調(diào)速閥

Speed-regulatingvalves結(jié)構(gòu)Fig.5-18

定差減壓閥+

節(jié)流閥工作原理幻燈片23

定差減壓閥控制節(jié)流口兩端的壓差為常數(shù)，使通過的流量

q

不受負(fù)載變化的影響。

圖形符號

使用中應(yīng)注意第20頁/共70頁第21頁/共70頁第22頁/共70頁

正常工作時，減壓閥閥芯的力平衡方程為：

p中·A=pA·A+KS·(

x0+x)

式中

KS——彈簧剛度

A——閥芯有效面積

x0——彈簧預(yù)壓縮量

x——閥芯位移

p中——節(jié)流閥進(jìn)口壓力

pA——節(jié)流閥出口壓力

∵x<<x0∴△p=p中－

pA≈KS·x0

/A=常數(shù)幻燈片23第23頁/共70頁

因此，定差減壓閥正常工作時能保證節(jié)流閥的兩端壓差為一定值。

使用中應(yīng)注意

進(jìn)出口不能反接，否則不能起到調(diào)速閥的作用；

幻燈片23

使用中p

-

pA≥0.4～0.5MPa，否則仍為節(jié)流閥；調(diào)速閥可裝在進(jìn)、回或旁油路上。第24頁/共70頁第25頁/共70頁第26頁/共70頁

溢流節(jié)流閥

Relief-throttlevalves(旁通型調(diào)速閥)結(jié)構(gòu)Fig.5-19

差壓式溢流閥+

節(jié)流閥工作原理類似調(diào)速閥。特點液壓泵供油壓力隨負(fù)載而變化，系統(tǒng)的功耗小、發(fā)熱少，適用于功率較大且對速度的穩(wěn)定性要求不高的液壓系統(tǒng)。但使用中只能安裝在進(jìn)油路上，不能安裝在旁油路和回油路上。第27頁/共70頁第28頁/共70頁第29頁/共70頁溢流節(jié)流閥結(jié)構(gòu)第30頁/共70頁

行程節(jié)流閥

Decelerationvalves

有常開式和常閉式兩種。

在行程閥閥芯上開有三角槽，形成節(jié)流口。使用時借助固定于滑塊上的凸塊壓迫閥上滾輪，使節(jié)流口逐漸關(guān)閉（常開式）或打開（常閉式），從而改變通過閥的流量。單向行程節(jié)流閥可實現(xiàn)反方向的快速返回。第31頁/共70頁第32頁/共70頁

分流閥

Flowdividervalves

分流閥可使兩個或兩個以上的執(zhí)行元件在承受不同負(fù)載時，仍能獲得相等（或成一定比例）的流量，以實現(xiàn)執(zhí)行元件速度的同步或定比關(guān)系。圖形符號等量出口分流閥第33頁/共70頁第34頁/共70頁第35頁/共70頁第36頁/共70頁3

流量控制方法Pg.213～218

定量泵供油的液壓系統(tǒng)中，一般采用流量閥對執(zhí)行元件的運(yùn)動速度進(jìn)行調(diào)節(jié)(稱為節(jié)流調(diào)速回路)。按流量閥安裝位置的不同，有進(jìn)油路節(jié)流調(diào)速、回油路節(jié)流調(diào)速和旁油路節(jié)流調(diào)速三種方法。Speed

rigidity:the

character

of

speed

variation

with

load速度剛度：反映速度隨負(fù)載變化而變化的程度。第37頁/共70頁

Inletthrottlespeed-regulatingcircuit

進(jìn)油路節(jié)流調(diào)速回路Fig.7-7(a)

在執(zhí)行元件的進(jìn)油路上串接一個流量閥，便構(gòu)成進(jìn)油路節(jié)流調(diào)速回路。Fvpqp1q1Ap2=0AT第38頁/共70頁

速度負(fù)載特性

液壓缸穩(wěn)定工作時，有：液壓缸的速度即第39頁/共70頁（Fig.7-8）第40頁/共70頁

回路的功率與效率液壓泵的輸出功率

Pp=p·q=常數(shù)液壓缸的輸出功率

Po=F·v=F·q1/A=p1·q1回路的功率損失

ΔP=Pp-

Po=p

·q-p1·q1

=p·(q

-q1)+(p

-p1)·q1回路的效率

η=Po/Pp=F·v/(p·q)=p1·q1/(p·q)第41頁/共70頁

特點

當(dāng)節(jié)流閥開口一定時，速度隨外負(fù)載的增大而降低；若節(jié)流閥開口不變，輕載時速度剛度大；在負(fù)載相同情況下，閥開口較小時速度剛度大；有溢流和節(jié)流損失，是定壓系統(tǒng)，當(dāng)負(fù)載變化大時系統(tǒng)效率低。

適用于輕載、低速、負(fù)載變化不大和對速度穩(wěn)定性要求不高的小功率液壓系統(tǒng)。第42頁/共70頁在執(zhí)行元件的回油路上串接一個流量閥。Fvpqp2q1AA'AT

Outletthrottlespeed-regulatingcircuit

回油路節(jié)流調(diào)速回路Fig.7-7(b)第43頁/共70頁

速度負(fù)載特性與功率特性和進(jìn)油路節(jié)流調(diào)速回路類似。兩種調(diào)速回路性能的不同之處：回油節(jié)流調(diào)速回路能承受一定的負(fù)值負(fù)載，而進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路不能承受負(fù)值負(fù)載；回油節(jié)流調(diào)速回路的回油路上存在背壓，運(yùn)動平穩(wěn)性好；回油節(jié)流調(diào)速回路油缸不受節(jié)流口油液發(fā)熱影響，進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路油液經(jīng)節(jié)流閥發(fā)熱影響缸的性能；回油節(jié)流調(diào)速回路停車后啟動有前沖，進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路停車后啟動無前沖。第44頁/共70頁

將流量閥設(shè)置在與執(zhí)行元件并聯(lián)的旁油路上，即構(gòu)成了旁油路節(jié)流調(diào)速回路。FvpqAp2=0q1AT

Bypassthrottleorificespeed-regulatingcircuit

回油路節(jié)流調(diào)速回路Fig.7-9第45頁/共70頁

速度負(fù)載特性

力平衡方程：液壓缸的速度即第46頁/共70頁Fig.7-9(b)第47頁/共70頁

回路的功率與效率回路的輸入功率

Pi=Pp=p·q回路的輸出功率

Po=F

·

v=p

·A·

v=p·(q-q1)回路的功率損失

ΔP=Pi-

Po=p

·

q-

p·(

q-q1)=p

·

q1回路的效率

η=Po/Pi=F

·

v/(

p

·q)=p

·(q-

q1)/(

p

·q)=1-

q1/q第48頁/共70頁

特點

速度受負(fù)載變化和泵效率的影響，速度精度低；節(jié)流閥開口不變時，速度隨外負(fù)載的增大而降低，重載區(qū)段速度剛度較大；在負(fù)載相同情況下，速度隨節(jié)流閥開口的增大而降低，當(dāng)閥開口較小時速度剛度大；回路有節(jié)流損失，但無溢流損失，油泵壓力p

隨負(fù)載變化——變壓系統(tǒng)。

適用于高速、重載、對速度穩(wěn)定性要求不高的中等功率液壓系統(tǒng)。第49頁/共70頁

若用調(diào)速閥代替節(jié)流閥，節(jié)流調(diào)速回路的速度平穩(wěn)性將顯著提高，但回路功率損失也進(jìn)一步增大。第50頁/共70頁例題例2.在進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路中，溢流閥正常溢流，如果考慮溢流閥的調(diào)壓偏差，試分析：

1）負(fù)載恒定不變時，將節(jié)流閥口開度減小，泵的工作壓力如何變化？

2）當(dāng)節(jié)流閥開口不變，負(fù)載減小，泵的工作壓力又如何變化？

第51頁/共70頁A缸A節(jié)ppvFΔppL第52頁/共70頁解：

設(shè)泵的出口壓力為pp，節(jié)流閥閥口面積為A節(jié)，進(jìn)、出口壓力差?p，活塞面積為A缸，負(fù)載壓力pL。

1）負(fù)載恒定不變，將節(jié)流閥口開度減小

缸出口直通油箱，故有pL＝F/A缸＝C。節(jié)流閥口開度調(diào)小后，若pp不變(即?p不變)，則流經(jīng)節(jié)流閥的流量q節(jié)↓(q節(jié)～A節(jié)·√?p)，導(dǎo)致溢流閥的溢流量q溢↑，溢流閥閥口開度增大，因此泵的工作壓力pp將上升。第53頁/共70頁2）節(jié)流閥開口不變，但負(fù)載減小由pL＝F/A缸可知，F(xiàn)↓使得pL↓。

如果pp保持不變，由于節(jié)流閥的閥口面積A節(jié)恒定，因此q節(jié)↑，導(dǎo)致

q溢↓，即溢流閥的閥口將關(guān)小，所以泵的工作壓力pp會下降。第54頁/共70頁例3.圖示回路中，已知液壓缸無桿腔與有桿腔的有效面積分別為A1和A2，負(fù)載力為F，泵的工作壓力為p。1）若不記各種損失，缸的背壓力p1為（）。

A.（p·A1+F

)/A2B.（p·A2+F

)/A1C.（p·A1-F

)/A2D.（p·A2-F

)/A12）假定溢流閥正常工作，當(dāng)外負(fù)載F減小時，缸速v將（）。

A.升高B.降低

C.恒定不變D.可能升高也可能降低

第55頁/共70頁p1pvFA1A2第56頁/共70頁解：1）若不記各種損失，缸的背壓力p1為（

）。

A.（p·A1+F

)/A2B.（p·A2+F

)/A1C.（p·A1-F

)/A2D.（p·A2-F

)/A1p1pvFA1A2C第57頁/共70頁2）假定溢流閥正常工作，當(dāng)外負(fù)載F減小時，缸速v將（）。

A.升高B.降低

C.恒定不變D.可能升高也可能降低

p1pvFA1A2A第58頁/共70頁例4.如圖所示回路，已知活塞在其往復(fù)運(yùn)動中受到的阻力

F

大小相等，方向與運(yùn)動方向相反。不計系統(tǒng)泄漏和溢流閥的調(diào)壓偏差，試比較活塞向左和向右的運(yùn)動速度哪個大？

第59頁/共70頁A2A1qtv右Fv左p2p1Δppp第60頁/共70頁解：設(shè)液壓缸大腔的有效面積為A1，壓力p1；小腔有效面積為A2，壓力p2；油泵出口壓力為pp，流經(jīng)節(jié)流閥的流量為qt。

當(dāng)活塞向左運(yùn)動時：此時p2＝0，活塞的受力平衡方程式為：

p1·A1＝F

即p1＝F/A1

節(jié)流閥口兩端的壓差

Δp1＝pp－p1＝pp－F/A1第61頁/共70頁活塞向右運(yùn)動時：活塞受力平衡方程式為：p1·A1＋F＝p2·A2

由于p2＝pp，故有：p1＝(

pp·A2－F)/A1

節(jié)流口兩端的壓差

Δp2＝p1－0＝(

pp·A2－F)/A1

液壓缸向左或向右運(yùn)動的過程中，系統(tǒng)分別為進(jìn)油路和回油路節(jié)流調(diào)速回路，因此溢流閥處于穩(wěn)壓分流的狀態(tài)，泵工作壓力即為溢流閥的溢流壓力。在不考慮溢流閥調(diào)壓偏差的情況下，可認(rèn)為pp恒定不變。第62頁/共70頁

比較Δp1與Δp2的大小：即有Δp1>Δp2。因此，活塞左行時流過節(jié)流閥的流量大于其右行時的流量。