液压第07章流量控制阀.pptx
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1、1 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、电液比例阀和电液伺服阀。第1页/共70页2对流量控制阀的主要性能要求是:l)阀的压力差变化时,通过阀的流量变化小。2)油温变化时,流量变化小。3)流量调节范围大,在小流量时不易堵塞,能得到 很小的稳定流量。4)当阀全开时,通过阀的压力损失要小。5)阀的泄漏量要小。对于高压阀来说,还希望其调节力矩要小。第2页/共70页3对于节流孔口来说,可将流量公式写成下列形式:(7.
2、1)7.1 节流口的流量特性7.1.17.1.1 节流口流量公式节流口流量公式节流口流量公式节流口流量公式 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,0.5ml;节流系数。Qp图图7.1 7.1 节流口的节流口的流量流量-压力特性压力特性细长孔m=1簿壁口m=0.5第3页/共70页4 关于薄壁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:Cd流量系数;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,细长孔,细长孔,细长孔,m=1m=1。在液压工程中,往往把这类节流口
3、当作固定(不可调)节流器使用。Qp细长孔m=1簿壁口m=0.5 另一类是薄壁节流口薄壁节流口,m=0.5,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。第4页/共70页5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=0.60.8。m值也受多种因素影响,一般m=0.51。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。第5页/共70页6
4、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 7.1.2 影响流量稳定性的因素影响流量稳定性的因素影响流量稳定性的因素影响流量稳定性的因素 (1)压差变化对流量稳定性的影响)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)第6页/共70页7m=0.5Qp细长孔m=1 1 2 3p1p2123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
5、越大,从(7.2)式看,刚度就越小。反之,则刚度大。第7页/共70页8由式(7.2)可知: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(m0.5)比细长孔(m1)的流量稳定性受P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。第8页/共70页9(2)油温变化对流量稳定性的影响)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 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
6、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。第9页/共70页10节流阀的阻塞现象节流阀的阻塞现象 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)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。第10页/共70页11产生堵塞的主要原因是: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;油液中的杂
7、质或因氧化析出的胶质等污物堆积在节流缝隙处;由由于于油油液液老老化化或或受受到到挤挤压压后后产产生生带带电电的的极极化化分分子子,被被吸吸附附到到缝缝隙隙表表面面,形形成成牢牢固固的的边边界界吸吸附附层层,因因而而影影响响了了节节流流缝缝隙隙的的大大小小。以以上上堆堆积积、吸吸附附物物增增长长到到一一定定厚厚度度时时,会会被被液液流流冲冲刷刷掉掉,随随后后又又重重新新附附在在阀阀口口上上。这这样样周周而而复始,就形成流量的脉动复始,就形成流量的脉动;阀口压差较大时容易产生堵塞现象。阀口压差较大时容易产生堵塞现象。第11页/共70页12减轻堵塞现象的措施有:适当选择节流口前后的压差适当选择节流口
8、前后的压差适当选择节流口前后的压差适当选择节流口前后的压差,用多个节流口串联用多个节流口串联用多个节流口串联用多个节流口串联。一般取P0.20.3MPa。精密过滤并定期更换油液精密过滤并定期更换油液精密过滤并定期更换油液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节流口零件的材料应尽量选用电位差较小的金属节流口零件的材料应尽量选用电位差较小的金属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采用大水力半径的薄刃式节流口采用大水力半径的薄刃式节流口采用大水力半径
9、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。第12页/共70页137.1.37.1.3节流口的形式与特征节流口的形式与特征 (1)直角凸肩节流口hB;B 阀体沉割槽的宽度。直角凸肩节流口直角凸肩节流口DB Bh h 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。第13页/共70页14(2)针阀式(锥形凸肩)节流口图图7.2(a)7.2(a)针阀(锥形)节流口针阀(锥形)节流口Dh(a)特点:结
10、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。第14页/共70页15(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。第15页/共70页16(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,
11、是目前应用最广的因小流量稳定性好,是目前应用最广的一种节流口。一种节流口。lDh图7.2(c)三角槽式节流口第16页/共70页17bhalDh第17页/共70页18图图7.2(d)7.2(d)周向缝隙式节流口周向缝隙式节流口(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。第18页/共70页19 本结构为薄壁节流口,壁厚约0.070.09mm,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
12、构的缺点。(6)轴向缝隙式节流口图图7.2(e)7.2(e)轴向缝隙式节流口轴向缝隙式节流口第19页/共70页207.3 节 流 阀7.3.17.3.1节流阀节流阀 液流从进油口流入经节流口后,从阀的出油口流出。本阀的阀芯3的锥台上开有三角形槽。转动调节手轮1,阀芯3产生轴向位移,节流口的开口量即发生变化。阀芯越上移开口量就越大。阀芯阀芯调节调节手轮手轮螺帽螺帽阀体阀体(a)第20页/共70页21 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。图图 7.57.5第21页/共70页22图图 7.67
13、.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。第22页/共70页237.3.27.3.2单向节流阀单向节流阀 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。第23页/共70页24图图 7.7 7.7 单向节流阀单向节流阀7.3.27.3.2单向节流阀单向节流阀第24页/共70页25 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
14、压式”和“并联分流式”之差别,又分为调速阀和溢流节流阀2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 阀第25页/共70页26 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.
15、4.1 7.4.1 串联减压式串联减压式串联减压式串联减压式调速阀的工作原理调速阀的工作原理调速阀的工作原理调速阀的工作原理 图图 7.8(a)7.8(a)第26页/共70页27p1p3(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结构原理第27页/共70页28(b)详细符号p1p3(c)简化符号p1p3p2(a)结构原理p1p3p2节流阀减压阀acdA2eb2ghA11A3k k第28页/共70页29 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
16、的影响。7.4.2 7.4.2 温度补偿调温度补偿调温度补偿调温度补偿调速阀(节流阀)速阀(节流阀)速阀(节流阀)速阀(节流阀)图图 7.97.9 温度补偿调速阀减压阀部分的原理和普通调速阀相同。第29页/共70页307.4.2 7.4.2 溢流节流阀溢流节流阀溢流节流阀溢流节流阀 先不考虑安全阀第30页/共70页31 分流阀的作用是使液压系统中由同一个油源向两个以上执行元件供应相同的流量(等量分流),或按一定比例向两个执行元件供应流量(比例分流),以实现两个执行元件的速度保持同步或定比关系。集流阀的作用,则是从两个执行元件收集等流量或按比例的回油量,以实现其间的速度同步或定比关系。分流集流阀
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- 液压 07 流量 控制
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