1、Chp.5 Hydraulic Control Valves液 壓 控 制 閥,5.1 Introduction 概述 5.2 Directional Control Valves 方向閥 5.3 Pressure Operated Valves 壓力閥 5.4 Flow Control Valves 流量閥 5.5 Some Special Valves 其它閥,1 Introductions 概述,Flow control valves 流量控制閥： 控制液壓系統(tǒng)中的流量，以便控制執(zhí)行元件運 動速度的液壓閥。 流量控制閥又簡稱為流量閥。 流量閥一般通過改變閥口過流面積的大小來調(diào) 節(jié)流過閥的

2、流量。常用在定量泵系統(tǒng)中，與溢流閥 一起組成節(jié)流調(diào)速回路，調(diào)節(jié)執(zhí)行元件的運動速度。,5.4 Flow control valves 流量控制閥,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小； 閥的進(jìn)、出口壓差p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。,通過孔口的液體流量為： qC Aop m d 2/(32 l )Aop (細(xì)長孔) （Cd )Aop0.5 (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。,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

3、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。）,2 流量閥的結(jié)構(gòu)與工作原理,節(jié)流閥（Restrictor valve or Throttle valve） 結(jié)構(gòu) Fig. 5-17 由閥體、閥芯與調(diào)節(jié)螺釘?shù)冉M成。 幻燈片 9 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?10,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。

4、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、反方向快速運動的場合。,單向節(jié)流閥,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) Cd0.67，油液密度900 kg/m3， 活塞面積A130 cm2，負(fù)載 F2400 N，溢流閥 調(diào)定壓力pY1.2 MPa，油泵流量qp20 L/min。 試分析節(jié)流閥從全開到逐漸調(diào)小過程中，活塞運 動速度如何變化及溢流閥的工作狀況。,解：,液壓缸的工作壓力 油泵工作壓力ppp1p，p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， 活塞運動速

5、度不發(fā)生變化，但油泵的工作壓力在逐 漸升高。,當(dāng) pppY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(1.2 MPa)，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，活塞運動速度才隨之變化。 取ppY- p11.2 - 0.80.4 MPa，代入節(jié)流小孔流量公式,可得節(jié)流時的最大通流面積：,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 便會使活塞運動速度變化。,調(diào)速閥 Speed-regulating valves,

6、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,正常工作時，減壓閥閥芯的力平衡方程為： p中A = pAA + 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 pAKS x0 /A = 常數(shù)幻燈片 23,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 - pA0.4

7、0.5 MPa，否則仍為節(jié)流閥； 調(diào)速閥可裝在進(jìn)、回或旁油路上 。,溢流節(jié)流閥 Relief-throttle valves (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。,溢流節(jié)流閥結(jié)構(gòu),行程節(jié)流閥 Deceleration valves,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

8、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。,分流閥 Flow divider valves,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,3 流量控制方法 Pg. 213218,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

9、load 速度剛度：反映速度隨負(fù)載變化而變化的程度。,Inlet throttle speed-regulating circuit 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。,速度負(fù)載特性,液壓缸穩(wěn)定工作時，有： 液壓缸的速度,即,（Fig. 7-8）,回路的功率與效率,液壓泵的輸出功率 Pp= pq = 常數(shù) 液壓缸的輸出功率 Po= Fv = Fq1/A= p1q1 回路的功率損失 P = Pp- Po= p q- p1q1 = p(q -q1)+(p -p1)q1 回路的效率 = Po/Pp= Fv/(pq)= p1q1/

10、(pq),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)。,在執(zhí)行元件的回油路上串接一個流量閥。,Outlet throttle speed-regulating circuit 回油路節(jié)流調(diào)速回路 Fig. 7-7(b),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

11、； 回油節(jié)流調(diào)速回路的回油路上存在背壓，運動平穩(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。,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。,Bypass throttle orifice speed-regulating circuit 回油路節(jié)流調(diào)速回路 Fig. 7-9,速度負(fù)載特性,力平衡方程： 液壓缸的速度,即,Fig. 7-9(b),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

12、 = p(q -q1) 回路的功率損失 P = Pi - Po= p q - p( q -q1)= p q1 回路的效率 = Po/Pi = F v/( p q)= p (q - q1)/( p q) = 1- q1/q,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)。,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

13、提高，但回路功率損失也進(jìn)一步增大。,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？,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 pLF/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

14、將上升。,2）節(jié)流閥開口不變，但負(fù)載減小 由 pLF/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。,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.（pA1+F )/A2 B.（pA2+F )/A1 C.（pA1-F )/A2 D.（pA2-F )/A1 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.

15、 可能升高也可能降低,解：1）若不記各種損失，缸的背壓力 p1為（ ）。 A.（pA1+F )/A2 B.（pA2+F )/A1 C.（pA1-F )/A2 D.（pA2-F )/A1,C,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,A,例4. 如圖所示回路，已知活塞在其往復(fù)運動中受到的 阻力 F 大小相等，方向與運動方向相反。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 向右的運動速度哪個大？,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，

16、 流經(jīng)節(jié)流閥的流量為qt。 當(dāng)活塞向左運動時： 此時 p20，活塞的受力平衡方程式為： p1A1F 即 p1F /A1 節(jié)流閥口兩端的壓差 p1ppp1ppF /A1,活塞向右運動時： 活塞受力平衡方程式為： p1A1F p2A2 由于 p2pp，故有：p1( ppA2F )/A1 節(jié)流口兩端的壓差 p2p10( ppA2F )/A1 液壓缸向左或向右運動的過程中，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。,比較p1與p2的大小： 即有p1 p2。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。 活塞運動速度 v = qt /A1，故活塞向左運動時的 速度將大于向右的速度。,例5. 圖示回路中，已知液壓缸活塞直徑 D =100 mm， 活塞桿直徑 d = 70 mm，負(fù)載 F = 25000 N，試求： 1）為使節(jié)流閥前后壓差為0.3 MPa，溢流閥調(diào) 整壓力應(yīng)為多少？ 2）溢流閥調(diào)定后，若負(fù)載降為15000 N，節(jié)流閥 前后的壓差為多少？ 3）節(jié)流閥的最小穩(wěn)定流量為50 mL/min，回路最 低穩(wěn)定速度是多少？ 4）當(dāng)負(fù)載 F 突