液压-第07章流量控制阀

1本章提要节流口的流量特性节流阀、调速阀两种流量控制阀的工作原理、结构、主要性能和应用；插装阀的工作原理及应用。

本章主要内容：2对于节流孔口来说，可将流量公式写成下列形式:（7.1）7.1节流口的流量特性7.1.1

节流口流量公式

式中:阀口通流面积；阀口前、后压差；由节流口形状和结构决定的指数，0.5＜m＜l；节流系数。QΔp图7.1节流口的流量-压力特性细长孔m=1簿壁口m=0.53关于薄壁节流口的流量公式，在流体力学中已然推导和证明过，我们只引用其结论即可。令,m=0.5流过薄壁小孔的流量公式由式（7.1）变为:式中:Cq—流量系数；

ρ—油液密度。在流体力学中，我们遇到过两大类节流口。一类是细长孔，m=1。在液压工程中，往往把这类节流口当作固定(不可调)节流器使用。QΔp细长孔m=1簿壁口m=0.5另一类是薄壁节流口,m=0.5。用紊流计算这一类节流口的流量。常常把它们作为节流阀阀口使用。4上式也可写成在上式中若m为常数，且也是常数，调节A，则可调节通过节流阀的流量Q。需要说明的是流量系数Cd并不是常数，节流口的结构、形状、压力差、油温都对Cd有影响。精确的Cd值需靠试验确定。一般Cd=0.6~0.8。m值也受多种因素影响，一般m=0.5~1。一般薄壁节流口的m为0.5左右。尽管式（7-1）包含着一些非确定因素，但它毕竟给我们提供了一个对流量进行概略计算的简明表达式。5液压系统在工作时，希望节流口大小调节好后，流量Q稳定不变。但实际上流量总会有变化，特别是小流量时，影响流量稳定性与节流口形状、节流压差以及油液温度等因素有关。

7.1.2影响流量稳定性的因素

（1）压差变化对流量稳定性的影响

当节流口前后压差变化时，通过节流口的流量将随之改变，节流口的这种特性可用流量刚度T来表征。

（7.2）

6m=0.5QΔp细长孔m=1

1

2

3Δp1Δp2123簿壁口刚度的物理意义如下：当△p有某一增量时，Q值相应的也有某一增量，Q的增量值越大，说明流量的变化也就越大，从（7.2）式看，刚度就越小。反之，则刚度大。7由式（7.2）可知：流量一定时，流量刚度与节流口压差成正比，压差越大，刚度越大；压差一定时，刚度与流量成反比，流量越小，刚度越大；系数m越小，刚度越大。薄壁孔（m＝0.5）比细长孔（m＝1）的流量稳定性受ΔP变化的影响要小。因此，为了获得较小的系数m，应尽量避免采用细长孔节流口，应使节流口形式接近于薄壁孔口，以获得较好的流量稳定性。

8（2）油温变化对流量稳定性的影响

油温升高，油液粘度降低。对于细长孔，当油温升高使油的粘度降低时，流量Q就会增加。所以节流通道长时温度对流量的稳定性影响大。对于薄壁孔，油的温度对流量的影响是较小的，这是由于流体流过薄刃式节流口时为紊流状态，其流量与雷诺数无关，即不受油液粘度变化的影响；节流口形式越接近于薄壁孔，流量稳定性就越好。

9节流阀的阻塞现象

一般节流阀，只要保持油足够清洁，不会出现阻塞。有的系统要求缸的运动速度极慢，节流阀的开口只能很小,于是导致阻塞现象的出现。此时，通过节流阀的流量时大时小，甚至断流。（3）阻塞对流量稳定性的影响

流量小时，流量稳定性与油液的性质和节流口的结构都有关。10产生堵塞的主要原因是：①油液中的杂质或因氧化析出的胶质等污物堆积在节流缝隙处；②由于油液老化或受到挤压后产生带电的极化分子，被吸附到缝隙表面，形成牢固的边界吸附层，因而影响了节流缝隙的大小。以上堆积、吸附物增长到一定厚度时，会被液流冲刷掉，随后又重新附在阀口上。这样周而复始，就形成流量的脉动;③阀口压差较大时容易产生堵塞现象。11减轻堵塞现象的措施有：

·适当选择节流口前后的压差。一般取ΔP＝0.2～0.3MPa。

·精密过滤并定期更换油液。在节流阀前设置单独的精滤装置，为了除去铁屑和磨料，可采用磁性过滤器。

·节流口零件的材料应尽量选用电位差较小的金属，以减小吸附层的厚度。

·采用大水力半径的薄刃式节流口。一般通流面积越大、节流通道越短、以及水力半径越大时，节流口越不易堵塞。127.1.3 节流口的形式与特征

(1)直角凸肩节流口h≤B；B—阀体沉割槽的宽度。直角凸肩节流口DBh本结构的特点是过流面积和开口量呈线性结构关系，结构简单，工艺性好。但流量的调节范围较小，小流量时流量不稳定，一般节流阀较少使用。

节流口是流量阀的关键部位，节流口形式及其特性在很大程度上决定着流量控制阀的性能。

13(2)针阀式（锥形凸肩）节流口图7.2(a)针阀（锥形）节流口Dh(a)θ特点：结构简单，可当截止阀用。调节范围较大。由于过流断面仍是同心环状间隙，水力半径较小，小流量时易堵塞，温度对流量的影响较大。一般用于要求较低的场合。14(3)偏心式节流口节流口由偏心的三角沟槽组成。阀芯有转角时，节流口过流断面面积即产生变化。本结构的特点是，小流量调节容易。但制造略显得麻烦、阀芯所受的径向力不平衡，只宜用在低压场合。15(4)轴向三角槽式节流口沿阀芯的轴向开若干个三角槽。阀芯做轴向运动，即可改变开口量h，从而改变过流断面面积。本节流口结构简单，水力半径大，调节范围较大。小流量时稳定性好，最低对流量的稳定流量为50ml/min。因小流量稳定性好，是目前应用最广的一种节流口。φlDhα图7.2(c)三角槽式节流口16bhaφαφlDhα17图7.2(d)周向缝隙式节流口(5)周向缝隙式节流口阀芯上开有狭缝，旋转阀芯可以改变缝隙的通流面积大小。这种节流口可以作成薄刃结构，从而获得较小的稳定流量，但是阀芯受径向不平衡力，只适于低压节流阀中。

18本结构为薄壁节流口，壁厚约0.07~0.09mm，流量受温度的影响小、不易堵塞、最低稳定流量约20ml/min。阀芯的轴向位移可改变节流口过流断面的面积。节流口易变形，工艺复杂是本结构的缺点。(6)轴向缝隙式节流口图7.2(e)轴向缝隙式节流口19

流量控制阀简称流量阀，它通过改变节流口通流面积或通流通道的长短来改变局部阻力的大小，从而实现对流量的控制，进而改变执行机构的运动速度。流量控制阀包括节流阀、调速阀、分流集流阀等。本章除讨论普通的流量阀之外，还要简要介绍插装阀20

当节流阀的进出口压力差为定值时，改变节流口的开口量，即可改变流过节流阀的流量。节流阀和其它阀，例如单向阀、定差减压阀、溢流阀，可构成组合节流阀。图7.5轴向三角槽式节流阀7.3 节流阀7.3.1 节流阀21图7.6本节流阀具有螺旋曲线开口和薄刃式结构的精密节流阀。转动手轮和节流阀芯后，螺旋曲线相对套筒窗口升高或降低，改变节流面积，即可实现对流量的调节。

图7.6螺旋曲线开口式节流阀227.3.2 单向节流阀流体正向流动时，与节流阀一样，节流缝隙的大小可通过手柄进行调节；当流体反向流动时，靠油液的压力把阀芯4压下，下阀芯起单向阀作用，单向阀打开，可实现流体反向自由流动。

节流阀芯分成了上阀芯和下阀芯两部分。23图7.7单向节流阀7.3.2 单向节流阀24定义：

根据“流量负反馈”原理设计而成的流量阀称为调速阀。根据“串联减压式”和“并联溢流式”之差别，又分为调速阀和溢流节流阀两种主要类型，调速阀中又有普通调速阀和温度补偿型调速阀两种结构。调速阀和节流阀在液压系统中的应用基本相同，主要与定量泵、溢流阀组成节流调速系统。节流阀适用于一般的系统，而调速阀适用于执行元件负载变化大而运动速度要求稳定的系统中。

7.4

调速阀25串联减压式调速阀是由定差减压阀1和节流阀2串联而成的组合阀。节流阀1充当流量传感器，节流阀口不变时，定差减压阀2作为流量补偿阀口，通过流量负反馈，自动稳定节流阀前后的压差，保持其流量不变。因节流阀（传感器）前后压差基本不变，调节节流阀口面积时，又可以人为地改变流量的大小。

7.4.1串联减压式调速阀的工作原理

图7.8(a)26p1p3(c)简化符号(b)符号原理p1p3p2图7.8调速阀工作原理1-减压阀芯；2-节流阀芯acd1A2eb2ghp1(a)p2A2结构原理27节流阀芯杆2由热膨胀系数较大的材料制成，当油温升高时，芯杆热膨胀使节流阀口关小，能抵消由于粘性降低使流量增加的影响。7.4.2温度补偿调速阀（节流阀）

图7.9温度补偿调速阀减压阀部分的原理和普通调速阀相同。287.4.2溢流节流阀

先不考虑安全阀29

插装阀又称逻辑阀，是一种较新型的液压元件，它的特点是通流能力大，密封性能好，动作灵敏、结构简单，因而主要用于流量较大系统或对密封性能要求较高的系统。7.6.1 插装阀7.6 插装阀、比例阀、伺服阀30图7.16插装阀的组成1先导控制阀；2—控制盖板；3逻辑单元（主阀）、4，阀块体

插装阀由控制盖板、插装单元（由阀套、弹簧、阀芯及密封件组成）、插装块体和先导控制阀（如先导阀为二位三通电磁换向阀）组成。由于插装单元在回路中主要起通、断作用，故又称二通插装阀。31图7.15插装阀逻辑单元

7.6.1.1插装阀的工作原理

图中A和B为主油路仅有的两个工作油口，K为控制油口（与先导阀相接）。当K口回油时，阀芯开启，A与B相通；反之，当K口进油时，A与B之间关闭。

二通插装阀相当于一个液控单向阀。327.6.1.2方向控制插装阀

图7.17插装阀用作方向控制阀（a）单向阀；(b)二位二通阀337.6.1.2方向控制插装阀

图7.17插装阀用作方向控制阀(c)二位三通阀;(d)二位四通阀34图7.18插装阀用作压力控制阀（a）溢流阀；(b)电磁溢流阀

7.6.1.3压力控制插装阀

357.6.1.4流量控制插装阀

图7.19插装节流阀

36

流量负反馈比压力负反馈更为复杂，关键在于要将流量转化成便于比较的力以后，再反馈到阀芯上。将流量转化成力的过程称为流量的传感测量，转换部件称为流量传感器。流量阀的流量测量方法有两种：“压差法”和“位移法”。用“压差法”测量时，先将流量转化成压力差，再用测压法测量，因此用于稳定流量的调速阀被称为“定差”阀。“位移法”测量时，先将流量转化成位移，再用弹簧将其转化为反馈力。小结调速阀和分流阀是根据流量负反馈原理工作的，用于调节和稳定流量。流量负反馈的核心是将被控流量转化为力信号与指令力比较，指令力可用调压弹簧或比例电磁铁产生，比较元件一般是流量调节阀芯或先导阀。37

插装阀可组成方向阀、压力阀、流量阀，它相当于电液动阀，流量大、密封好，常用于大流量系统中。

小结节流阀没有流量负反馈，因此无法自动稳定流量，但用于节流调速系统时功率损失比调速速阀小。轴向三角槽式节流口的