液壓-流量控制閥.ppt

1、課題四流量控制元件及其應(yīng)用,流量控制閥是通過改變閥口大小來改變液阻實(shí)現(xiàn)流量調(diào)節(jié)的閥。 普通流量控制閥包括節(jié)流閥、調(diào)速閥、溢流節(jié)流閥和分流集流閥。,節(jié)流閥,調(diào)速閥,速度調(diào)節(jié)是液壓系統(tǒng)中的核心部分，它的工作性能的優(yōu)劣將直接影響整個(gè)系統(tǒng)的性能。流量控制元件（即節(jié)流閥、調(diào)速閥）主要應(yīng)用于速度控制回路，其中包括調(diào)速回路、快速運(yùn)動(dòng)回路和速度換接回路等。,流量控制原理,流經(jīng)薄壁小孔的流量 q = cdA(2p/)1/2 流經(jīng)細(xì)長孔的流量 q =(d 4/128l )p 綜合兩式得通用節(jié)流方程 q = KLAp m 節(jié)流元件的節(jié)流口結(jié)構(gòu)有錐形、三角槽形、矩形、三角形等。工業(yè)上又將節(jié)流口的過流面積A 的倒數(shù)稱為

2、液阻，將過流面積可調(diào)的節(jié)流口稱為可變液阻。由節(jié)流方程知，當(dāng)壓力差一定時(shí)，改變開口面積即改變液阻就可改變流量。,節(jié)流閥（動(dòng)畫）,結(jié)構(gòu)原理 主要零件有閥芯、閥體和螺母。閥體上開有進(jìn)油口和出油口。閥芯一端開有三角尖槽，另一端加工有螺紋，旋轉(zhuǎn)閥芯即可軸向移動(dòng)改變閥口過流面積。為平衡液壓徑向力，三角槽須對稱布置。,流量特性方程 q = KLAp m 它反映了流經(jīng)節(jié)流閥的流量q與閥前后壓力差p 和開口面積A 之間的關(guān)系。 剛性 外負(fù)載波動(dòng)引起閥前后壓力差p 變化，即使閥的開口面積A 不變，也會(huì)導(dǎo)致流經(jīng)閥的流量q 不穩(wěn)定。 最小穩(wěn)定流量 節(jié)流閥在很小開口下工作時(shí)，流經(jīng)閥的流量會(huì)出現(xiàn)周期性脈動(dòng)，甚至間歇式斷流

3、，這種現(xiàn)象稱為節(jié)流閥的堵塞現(xiàn)象。為此對節(jié)流閥有一個(gè)能正常工作的最小流量的限制。,節(jié)流閥的應(yīng)用,當(dāng)節(jié)流閥前后p 一定時(shí)，改變A 可改變流經(jīng)閥的流量起節(jié)流調(diào)速作用，如閥3。 當(dāng)q 一定時(shí)，改變A 可改變閥前后壓力差p起負(fù)載阻尼作用，如閥1。 當(dāng)q0 時(shí)，安裝節(jié)流元件可延緩壓力突變的影響起壓力緩沖作用，如閥2。,典型結(jié)構(gòu)-普通節(jié)流閥,調(diào)速閥,結(jié)構(gòu)原理 調(diào)速閥是由定差減壓閥與節(jié)流閥串連而成。 壓力油p1先經(jīng)定差減壓閥，然后經(jīng)節(jié)流閥流出。節(jié)流閥進(jìn)、出口壓力油p2、p3經(jīng)閥體流道被引至定差減壓閥閥芯的兩端，(p2-p3)與定差減壓閥的彈簧力進(jìn)行比較，因定差減壓閥閥口的壓力補(bǔ)償作用，使得(p2-p3)基本不

4、變。,調(diào)速閥工作原理動(dòng)畫 調(diào)速閥可以是定差減壓閥在前，節(jié)流閥在后，也可以是節(jié)流閥在前，定差減壓閥在后。,典型結(jié)構(gòu)-普通調(diào)速閥,調(diào)速閥,調(diào)速閥工作原理動(dòng)畫 調(diào)速閥可以是定差減壓閥在前，節(jié)流閥在后，也可以是節(jié)流閥在前，定差減壓閥在后。,調(diào)速閥,應(yīng)用場合 調(diào)速閥的優(yōu)點(diǎn)是流量穩(wěn)定性好，缺點(diǎn)是壓力損失較大。常用于負(fù)載變化大而對速度控制精度又要求較高的節(jié)流調(diào)速和容積節(jié)流調(diào)速回路中 。 注意事項(xiàng) 調(diào)速閥（不帶單向閥）通常不能反向使用，否則，定差減壓閥將不起壓力補(bǔ)償器作用。 為了保證調(diào)速閥正常工作，應(yīng)注意調(diào)速閥工作壓差應(yīng)大于閥的最小壓差pmin。高壓調(diào)速閥的最小壓差pmin一般為10bar，而中低壓調(diào)速閥的最

5、小壓差pmin一般為0.5bar。,軸向柱塞泵,柱塞泵具有壓力高、結(jié)構(gòu)緊湊、效率高、流量調(diào)節(jié)方便等優(yōu)點(diǎn)。,軸向柱塞泵工作原理,圖4-11 SCY14-1型手動(dòng)變量柱塞泵 1中間泵體 2圓柱滾子軸承 3滑靴 4柱塞 5缸體 6銷 7配油盤 8前泵體 9傳動(dòng)軸 10定心彈簧 11內(nèi)套 12外套 13鋼球 14回程盤 15手輪 16螺母 17螺桿 18變量活塞 19鍵 20斜盤 21刻度盤 22銷軸 23變量殼體,典型結(jié)構(gòu)-軸向柱塞崩,圖4-9 滑靴的靜壓支承結(jié)構(gòu),軸向柱塞泵典型結(jié)構(gòu),速度控制回路,速度控制回路是討論液壓執(zhí)行元件速度的調(diào)節(jié)和變換的問題。 1、調(diào)速回路 調(diào)節(jié)執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng)速度的回路。 定

6、量泵供油系統(tǒng)的節(jié)流調(diào)速回路 變量泵（變量馬達(dá)）的容積調(diào)速回路 容積節(jié)流調(diào)速回路 2、快速回路 使執(zhí)行元件快速運(yùn)動(dòng)的回路。 3、速度換接回路 變換執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng)速度的回路。,調(diào)速回路,液壓缸的速度 v =q /A 對于定量泵供油系統(tǒng)，可以用流量控制閥來調(diào)速節(jié)流調(diào)速回路；按流量控制閥安放位置的不同分： 進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路 回油節(jié)流調(diào)速回路 旁路節(jié)流調(diào)速回路 同時(shí)調(diào)節(jié)泵和流量控制閥的流量來調(diào)速容積節(jié)流調(diào)速回路。 限壓式變量泵和調(diào)速閥的調(diào)速回路,定量泵節(jié)流調(diào)速回路,回路組成：定量泵，流量控制閥（節(jié)流閥、調(diào)速閥等），溢流閥，執(zhí)行元件。其中流量控制閥起流量調(diào)節(jié)作用，溢流閥起壓力補(bǔ)償或安全作用。 按流量控制閥安

7、放位置的不同分： 進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路 將流量控制閥串聯(lián)在液壓泵與液 壓缸之間。 回油節(jié)流調(diào)速回路 將流量控制閥串聯(lián)在液壓缸與油箱之間。 旁路節(jié)流調(diào)速回路 將流量控制閥安裝在液壓缸并聯(lián)的支路上。 下面分析節(jié)流調(diào)速回路的速度負(fù)載特性、功率特性。分析時(shí)忽略油液壓縮性、泄漏、管道壓力損失和執(zhí)行元件的機(jī)械摩擦等。設(shè)節(jié)流口為薄壁小孔，節(jié)流口壓力流量方程中 m1/2。,節(jié)流調(diào)速回路,進(jìn)、回油節(jié)流調(diào)速回路,qp=q1+q p1A1=F q1=KATp1/2 =KAT(pp- F/A1)1/2 V =q1/A1 =KAT(pp- F/A1)1/2/A1,qp=q1+q ppA1=p2A2+F q2=KATp21/

8、2 =KAT(ppA1/A2-F/A2)1/2 V =q2/A2 =KAT(ppA1/A2-F/A2)1/2/A2,流量連續(xù)性方程 活塞受力平衡方程 節(jié)流閥壓力流量方程 速度負(fù)載特性方程,動(dòng)畫,進(jìn)回油節(jié)流調(diào)速回路的速度負(fù)載特性及功率特性 調(diào)節(jié)節(jié)流閥通流面積AT可無級調(diào)節(jié)液壓缸活塞速度，v與AT成正比。 當(dāng)AT一定時(shí)，速度隨負(fù)載的增加而下降。當(dāng)v=0時(shí)，最大承載能力Fmax=psA1。 速度隨負(fù)載變化而變化的程度，表現(xiàn)為速度負(fù)載特性曲線的斜率不同，常用速度剛性 kv 來評價(jià)。 Kv=-dF/dv=-1/tg=2 (psA1-FL)/v 它表示負(fù)載變化時(shí)回路阻抗速度變化的能力。 液壓缸在高速和大負(fù)

9、載時(shí)，速度受負(fù)載變化的影響大，即回路的速度剛性差。 回路的輸出功率與回路的輸入功率之比定義成回路效率。=(Pp-P )/Pp=pLqL/psqp 進(jìn)回油節(jié)流調(diào)速回路既有溢流損失，又有節(jié)流損失，回路效率較低。當(dāng)實(shí)際負(fù)載偏離最佳設(shè)計(jì)負(fù)載時(shí)效率更低。 這種回路適用于低速、小負(fù)載、負(fù)載變化不大和對速度穩(wěn)定性要求不高的小功率場合。,進(jìn)、回油節(jié)流調(diào)速回路的不同之處： 回油節(jié)流調(diào)速回路回油腔有一定背壓，故液壓缸能承受負(fù)值負(fù)載，且運(yùn)動(dòng)速度比較平穩(wěn)。 進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路容易實(shí)現(xiàn)壓力控制。工作部件運(yùn)動(dòng)碰到死擋鐵后，液壓缸進(jìn)油腔壓力上升至溢流閥調(diào)定壓力，壓力繼電器發(fā)出信號，可控制下一步動(dòng)作。 回油節(jié)流調(diào)速回路中，油液

10、經(jīng)節(jié)流閥發(fā)熱后回油箱冷卻，對系統(tǒng)泄漏影響小。 在組成元件相同的條件下，進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路在同樣的低速時(shí)節(jié)流閥不易堵塞。 回油節(jié)流調(diào)速回路回油腔壓力較高，特別是負(fù)載接近零時(shí)，壓力更高，這對回油管的安全、密封及壽命均有影響。 為了提高回路的綜合性能，一般采用進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路，并在回油路上加背壓閥。,容積調(diào)速回路,回路的速度剛性受負(fù)載變化影響的原因 隨著負(fù)載增加，因泵和馬達(dá)的泄漏增加，致使馬達(dá)輸出轉(zhuǎn)速下降。,容積節(jié)流調(diào)速回路,限壓式變量泵和調(diào)速閥、背壓閥的調(diào)速回路 回路效率 p1q1/ppqp=p1/pp,動(dòng)畫,快速運(yùn)動(dòng)回路,功用 使執(zhí)行元件獲得盡可能大的工作速度，以提高生產(chǎn)率或充分利用功率。,液壓缸

11、差動(dòng)連接快速運(yùn)動(dòng)回路 將液壓缸有桿腔回油和液壓泵供油合在一起進(jìn)入液壓缸無桿腔，活塞將快速向右運(yùn)動(dòng)， 差動(dòng)連接與非差動(dòng)連接的速度之比為 v 1/v1A1/(A1-A2) 在差動(dòng)回路中，泵的流量和缸的有桿腔排出的流量合在一起流過的閥和管道應(yīng)按合成流量來選擇規(guī)格，否則會(huì)導(dǎo)致壓力損失過大，泵空載時(shí)供油壓力過高。,動(dòng)畫,雙泵供油快速運(yùn)動(dòng)回路,外控順序閥3（卸載閥）和溢流閥5分別設(shè)定雙泵供油和小流量泵2供油時(shí)系統(tǒng)的最高工作壓力。當(dāng)系統(tǒng)壓力低于閥3調(diào)定壓力時(shí)，兩個(gè)泵同時(shí)向系統(tǒng)供油，活塞快速向右運(yùn)動(dòng)；系統(tǒng)壓力達(dá)到或超過閥3調(diào)定壓力時(shí)，大流量泵1通過閥3卸載，單向閥4自動(dòng)關(guān)閉，只有小流量泵向系統(tǒng)供油，活塞慢速向

12、右運(yùn)動(dòng)。,卸載閥3的調(diào)定壓力至少應(yīng)比溢流閥5的調(diào)定壓力低1020。大流量泵卸載減少了動(dòng)力消耗，回路效率較高。 這種回路常用在執(zhí)行元件快進(jìn)和工進(jìn)速度相差較大的場合。,活塞向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于運(yùn)動(dòng)部件的自重，活塞快速下降，由單向節(jié)流閥控制下降速度。此時(shí)因液壓泵供油不足，液壓缸上腔出現(xiàn)負(fù)壓，充液油箱4 通過液控單向閥3（充液閥）向缸的上腔補(bǔ)油； 當(dāng)運(yùn)動(dòng)部件接觸工件負(fù)載增加時(shí)，缸的上腔壓力升高，閥3關(guān)閉，此時(shí)只靠液壓泵供油，活塞運(yùn)動(dòng)速度降低。 回程時(shí)，液壓缸上腔一部分回油通過閥3進(jìn)入充液油箱，一部分回油直接回油箱。,充液快速運(yùn)動(dòng)回路,自重充液快速運(yùn)動(dòng)回路 回路用于垂直運(yùn)動(dòng)部件質(zhì)量較大的液壓機(jī)系統(tǒng)。,速度換接回路,功用 用于切換執(zhí)行元件的速度。換接過程要求平穩(wěn)，換接精度要求高。按切換前后速度的不同，有快速慢速、慢速慢速的換接。 快、慢速換接回路,用行程閥的速度換接回路 換向閥2 右位，液壓缸活塞快進(jìn)到預(yù)定位置，活塞桿上擋塊壓下行程閥4 ，行程閥關(guān)閉，缸右腔油液必須經(jīng)過節(jié)流閥5 才能回油箱，活塞轉(zhuǎn)為慢速工進(jìn)。 換向閥2 左位，壓力油經(jīng)單向閥6 進(jìn)入缸右腔，活塞快速向左返回。 速度切換過程比較平穩(wěn)，換接點(diǎn)位置準(zhǔn)確。但行程閥安裝位置不能任意布置，管路連接較為復(fù)雜。,將行程閥改用電磁閥，通過擋塊壓下電氣行程開關(guān)來操作，