液压与气压传动：第5章 液压控制阀-4流量控制阀.ppt

地质超深钻探技术国家专业实验室地质超深钻探技术国家专业实验室2.1节流口流量特性 流量公式、流量影响因素2.2普通节流阀 普通（双向）2.3调速阀 普通调速、温度补偿本节主要内容为： 本部分的重点是节流口流量特性、普通节流阀、调速阀的工作原理前述压力阀的学习是本节学习的基础流量控制阀地质超深钻探技术国家专业实验室地质超深钻探技术国家专业实验室 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、分流集流阀等本节讨论普通的流量阀与调速阀地质超深钻探技术国家专业实验室地质超深钻探技术国家专业实验室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 地质超深钻探技术国家专业实验室地质超深钻探技术国家专业实验室对于节流孔口来说，可将流量公式写成下列形式: 2.1 节流口的流量特性（1 1）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 节流口的 流量-压力特性细长孔m=1 簿壁口m=0.5地质超深钻探技术国家专业实验室地质超深钻探技术国家专业实验室 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，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Qp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地质超深钻探技术国家专业实验室地质超深钻探技术国家专业实验室上式也可写成 在上式中若m为常数，且(2/)/pm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=0.60.8m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左右尽管上式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地质超深钻探技术国家专业实验室地质超深钻探技术国家专业实验室 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 （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 反映抵抗负载变化干扰，保持流量稳定的能力！ 地质超深钻探技术国家专业实验室地质超深钻探技术国家专业实验室m=0.5Qp细长孔m=1 1 2 3 p1 p2 123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，从式看，刚度就越小反之，则刚度大刚度越大越好！地质超深钻探技术国家专业实验室地质超深钻探技术国家专业实验室由上式可知： 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（m 1）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 地质超深钻探技术国家专业实验室地质超深钻探技术国家专业实验室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 地质超深钻探技术国家专业实验室地质超深钻探技术国家专业实验室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 流量小时，流量稳定性与油液的性质和节流 口的结构都有关地质超深钻探技术国家专业实验室地质超深钻探技术国家专业实验室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； 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; 阀口压差较大时容易产生堵塞现象地质超深钻探技术国家专业实验室地质超深钻探技术国家专业实验室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前后的压差, ,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，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，节流口越不易堵塞地质超深钻探技术国家专业实验室地质超深钻探技术国家专业实验室（3）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DB B h 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 地质超深钻探技术国家专业实验室地质超深钻探技术国家专业实验室2)针阀式（锥形凸肩）节流口 图(a) 针阀（锥形）节流口D h ( a ) 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 地质超深钻探技术国家专业实验室地质超深钻探技术国家专业实验室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 在低压场合地质超深钻探技术国家专业实验室地质超深钻探技术国家专业实验室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因小因小 流量稳定性好，是目前应用最广的一种节流口流量稳定性好，是目前应用最广的一种节流口 l D h 图(c) 三角槽式节流口地质超深钻探技术国家专业实验室地质超深钻探技术国家专业实验室bha l D h 地质超深钻探技术国家专业实验室地质超深钻探技术国家专业实验室图(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 地质超深钻探技术国家专业实验室地质超深钻探技术国家专业实验室 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 形，工艺复杂是本结构的缺点6)轴向缝隙式节流口 图(e) 轴向缝隙式节流口地质超深钻探技术国家专业实验室地质超深钻探技术国家专业实验室（4）节流元件的作用 溢流阀保持泵的出口压力恒定，节流阀和溢流阀相当于两个并联的液阻，泵输出的流量不变，节流阀液阻 ，溢流阀流量；节流阀液阻 ，溢流阀流量；必须有一个接受节流元件压力信号的环节（与之并联的溢流阀或者恒压变量泵） ，通过这一环节来补偿节流元件的流量变化 节流只是改变流速，并不能改变总流量的大小 地质超深钻探技术国家专业实验室地质超深钻探技术国家专业实验室 压力油从进油口P1流入孔道a和阀芯1左端的三角槽到孔道b，再从出油口P2流出； 调节手柄3，可以通过推杆2使阀芯作轴向移动，改变节流孔的通流面积来调节流量； 两个节流口可以互换，双向节流； 2.2 普通节流阀缺点：负载变化压力变化压差变化 流量调节的线性度不好！地质超深钻探技术国家专业实验室地质超深钻探技术国家专业实验室L型节流阀外形图片地质超深钻探技术国家专业实验室地质超深钻探技术国家专业实验室 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 2.3 调 速 阀 地质超深钻探技术国家专业实验室地质超深钻探技术国家专业实验室 调速阀是在节流阀2前面串接一个定差减压阀1组合而成液压泵出口压力P1由溢流阀调定（恒定）调速阀出口压力P3由液压缸负载F决定，经过反馈通道作用在减压阀上腔b，油液先经减压阀压力降到P2，三个压力作用在阀芯1上，当减压阀的阀芯在弹簧力Fs，油液压力P2和P3作用处于某一平衡位置时，有：:b腔压力油作用的有效面积:c腔压力油作用的有效面积:d腔压力油作用的有效面积地质超深钻探技术国家专业实验室地质超深钻探技术国家专业实验室:b腔压力油作用的有效面积:c腔压力油作用的有效面积:d腔压力油作用的有效面积阀芯弹簧力Fs基本保持不变，可以认为节流阀压力差（P2-P3）也基本保持不变，保证了通过节流阀的流量稳定地质超深钻探技术国家专业实验室地质超深钻探技术国家专业实验室 P3，减压阀芯上端液压力，阀芯1下移，减压阀口，P2，P2-P3不变； P3，减压阀芯上端液压力，阀芯1上移，减压阀口，P2，P2-P3不变；地质超深钻探技术国家专业实验室地质超深钻探技术国家专业实验室调速阀 地质超深钻探技术国家专业实验室地质超深钻探技术国家专业实验室 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。

温度补偿调速阀（节流阀） 温度补偿调速阀减压阀部分的原理和普通调速阀相同地质超深钻探技术国家专业实验室地质超深钻探技术国家专业实验室 旁路型调速阀溢流节流阀 溢流节流阀也是一种压力补偿型节流阀，泵输出的油液一部分经过节流阀4进入液缸左腔推动活塞向右运动另一部分经过溢流阀3的溢流口回油箱； 溢流阀3阀芯的上端a腔同P2通，下腔同P1通，当液缸负载增加时，P2升高，a腔压力升高，阀芯3下移，关小溢流口，使泵压力P1增加，从而使节流阀4的前后压差P1-P2基本保持不变 该阀附带一个安全阀，防止系统过载节流阀的进口与出口压差不变；地质超深钻探技术国家专业实验室地质超深钻探技术国家专业实验室 旁路型调速阀溢流节流阀对阀芯3进行受力分析有：节流阀的进口与出口压差不变；溢流阀口变化很小，弹簧刚度也很小，可以认为此为定值地质超深钻探技术国家专业实验室地质超深钻。