8流量阀和流量控制回路.ppt
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1、v调速方法概述调速方法概述v节流阀节流阀v采用节流阀的节流调速回路采用节流阀的节流调速回路v节流调速的速度稳定节流调速的速度稳定v其它流量阀其它流量阀v同步回路同步回路 第八章第八章 流量阀和节流调速回路流量阀和节流调速回路 一般液压传动机构都需要调节执行元件运动一般液压传动机构都需要调节执行元件运动速度。在液压系统中速度。在液压系统中,执行元件液压缸或马达。在执行元件液压缸或马达。在不考虑液压油的压缩性和泄漏性的情况下,液压缸不考虑液压油的压缩性和泄漏性的情况下,液压缸的运动速度为的运动速度为 V=Q/AV=Q/A ;液压马达的转速为液压马达的转速为 n=Q/qn=Q/qm m。式中式中 Q
2、-Q-输入执行元件的流量;输入执行元件的流量;A-A-液压缸的有效面液压缸的有效面积;积;q qm m-液压马达的排量。液压马达的排量。从上两式可知,改变输入液压缸的流量从上两式可知,改变输入液压缸的流量Q Q或改变或改变液压缸有效面积液压缸有效面积A A,都可以达到改变速度的目的。,都可以达到改变速度的目的。但对于特定的液压缸来说,一般用改变输入液压缸但对于特定的液压缸来说,一般用改变输入液压缸流量流量Q Q的办法来变速。而对于液压马达,既可用改的办法来变速。而对于液压马达,既可用改变输入流量也可用改变马达排量的方法来变速。变输入流量也可用改变马达排量的方法来变速。8-1 8-1 调速方法概
3、述调速方法概述概括起来,调速方法可分以下几种:概括起来,调速方法可分以下几种:1 1、节流调速。即用定量泵供油,采用节流元件调、节流调速。即用定量泵供油,采用节流元件调节输入执行元件的流量节输入执行元件的流量Q Q来实现调速;来实现调速;2 2、容积调速。即改变变量泵的供油量、容积调速。即改变变量泵的供油量Q Q和改变变量和改变变量液压马达的排量液压马达的排量q qm m来实现调速;来实现调速;3 3、容积节流调速。用自动改变流量的变量泵及节、容积节流调速。用自动改变流量的变量泵及节流元件联合进行调速。流元件联合进行调速。本章介绍以节流元件为基础的各种流量控制阀的结本章介绍以节流元件为基础的各
4、种流量控制阀的结构、原理以及节流调速回路的性能。构、原理以及节流调速回路的性能。返回返回结束结束 8-2 8-2 节流阀节流阀流量控制阀包括节流阀、调速阀和溢流节流阀流量控制阀包括节流阀、调速阀和溢流节流阀等,其中以节流阀最为简单。等,其中以节流阀最为简单。一、节流阀的作用一、节流阀的作用二、节流阀的特性二、节流阀的特性三、节流口的形式和节流阀的典型结构三、节流口的形式和节流阀的典型结构节流阀节流阀是借助改变阀口通流面积或通道长度来是借助改变阀口通流面积或通道长度来改变阻力的改变阻力的可变液阻可变液阻。在液压回路中,液阻对通过的流量起限制作用,在液压回路中,液阻对通过的流量起限制作用,因此节流
5、阀可以调速。如图所示因此节流阀可以调速。如图所示,将节流阀串联在将节流阀串联在液压泵与执行元件之间液压泵与执行元件之间,同同时在节流阀与液压泵之间时在节流阀与液压泵之间 并联一个溢流阀并联一个溢流阀.调节节流调节节流 阀阀,可使进入液压缸的流量可使进入液压缸的流量 改变改变.由于系统中采用定量由于系统中采用定量 泵供油,多余的油从溢流阀泵供油,多余的油从溢流阀 溢出。这样节流阀就能达到溢出。这样节流阀就能达到 调节液压缸速度的目的。调节液压缸速度的目的。一、节流阀的作用一、节流阀的作用1 1、节流阀的节流口有三种形式:、节流阀的节流口有三种形式:薄壁小孔薄壁小孔、细长细长小孔小孔和和厚壁小孔厚
6、壁小孔。他们的流量特性各不相同。他们的流量特性各不相同。薄壁小孔的特性方程为:薄壁小孔的特性方程为:Q=CQ=Cq qa(2a(2 P P/)1/21/2=K=K.a(a(P)P)1/21/2 式中式中 K=CK=Cq q(2/(2/)1/21/2.细长小孔的流量特性方程为:细长小孔的流量特性方程为:Q=Q=d d4 4 P/128P/128 l=Kl=K.a a P P 式中式中 K=dK=d2 2/32/32 l;a=l;a=d d2 2/4./4.厚壁小孔的流量特性方程为厚壁小孔的流量特性方程为:Q=KQ=K.a a p pm m 式中式中 k-k-系数;系数;a-a-小孔截面积小孔截面
7、积;p-p-小孔两端压差;小孔两端压差;m-m-指指数。数。二、节流阀的特性二、节流阀的特性2 2、流量稳定性、流量稳定性(1 1)压差对流量的影响)压差对流量的影响 当节流阀两端压差当节流阀两端压差 p p改变时,通过它的流量也改变时,通过它的流量也要发生变化。三种结构形式的节流口中,通过薄壁要发生变化。三种结构形式的节流口中,通过薄壁小孔的流量受到压差改变的影响最小,见下图。小孔的流量受到压差改变的影响最小,见下图。(3 3)最小稳定流量)最小稳定流量 为了得到小流量,节流阀需要在小开口条件下为了得到小流量,节流阀需要在小开口条件下工作。实验表明:虽然节流阀的前后压差、开口和工作。实验表明
8、:虽然节流阀的前后压差、开口和油液的粘度均保持不变,但在小开口时,通过节流油液的粘度均保持不变,但在小开口时,通过节流阀的流量会出现时大时小的周期性脉动现象。开口阀的流量会出现时大时小的周期性脉动现象。开口越小,脉动现象越严重,最后甚至断流。这种现象越小,脉动现象越严重,最后甚至断流。这种现象称为称为节流阀的堵塞节流阀的堵塞。(2 2)温度对流量的影响)温度对流量的影响 温度对薄壁小孔的流量没有影响。至于细长小温度对薄壁小孔的流量没有影响。至于细长小孔,通过它的流量受粘度的影响,而油液粘度对温孔,通过它的流量受粘度的影响,而油液粘度对温度很敏感。因此,通过细长小孔的流量对温度变化度很敏感。因此
9、,通过细长小孔的流量对温度变化很敏感。很敏感。三、节流口的形式和节流阀的典型结构三、节流口的形式和节流阀的典型结构a a、针阀式、针阀式 图中为针阀式节流元件。当针阀阀芯作轴向移图中为针阀式节流元件。当针阀阀芯作轴向移动时,即可改变环形节流口的通流面积。其优点是动时,即可改变环形节流口的通流面积。其优点是结构简单、制造容易。但节流通道较长,水力直径结构简单、制造容易。但节流通道较长,水力直径小,易堵塞,温度小,易堵塞,温度 变化对流量稳定性变化对流量稳定性 影响较大影响较大.一般用于一般用于 对性能要求不高的对性能要求不高的 场合。场合。1 1、节流口的结构形式、节流口的结构形式 图中为偏心槽
10、式结构。阀芯上开有截面为三角图中为偏心槽式结构。阀芯上开有截面为三角形的偏心槽,转动阀芯即可改变通流面积的大小。形的偏心槽,转动阀芯即可改变通流面积的大小。其节流口的水力直径较针阀式节流口大,因此其防其节流口的水力直径较针阀式节流口大,因此其防堵性能优于针阀式节流口,其它特点和针阀式节流堵性能优于针阀式节流口,其它特点和针阀式节流口基本相同。这口基本相同。这 种结构形式阀芯种结构形式阀芯 上的径向力不平上的径向力不平 衡,旋转时比较衡,旋转时比较 费劲,一般用于费劲,一般用于 压力较低,对流压力较低,对流 量稳定性要求不量稳定性要求不 高的场合。高的场合。b b、偏心槽式、偏心槽式 图中为轴向
11、三角槽式节流口。阀芯作轴向移动图中为轴向三角槽式节流口。阀芯作轴向移动时,改变了通流面积的大小。这种节流口结构简单,时,改变了通流面积的大小。这种节流口结构简单,工艺性好,水力直径中等,可得较小的稳定流量,工艺性好,水力直径中等,可得较小的稳定流量,调节范围较大。由于几条三角槽沿周围方向均匀分调节范围较大。由于几条三角槽沿周围方向均匀分布,径向力平衡,故调节时所需的力也较小。但节布,径向力平衡,故调节时所需的力也较小。但节流通流通道有一定道有一定 长长度,油温变化对度,油温变化对 流量有一定影响。流量有一定影响。这是一种目前应用这是一种目前应用 很广的节流口形式。很广的节流口形式。c c、轴向
12、三角槽式、轴向三角槽式 图中为周向隙缝式节流口。在阀芯圆周方向上图中为周向隙缝式节流口。在阀芯圆周方向上开有一狭缝,旋转阀芯就可改变通流面积的大小。开有一狭缝,旋转阀芯就可改变通流面积的大小。所开狭缝在圆周上的宽度是变化的,尾部宽度逐渐所开狭缝在圆周上的宽度是变化的,尾部宽度逐渐缩小缩小,在小流量时其通流截面是三角形,水力直径在小流量时其通流截面是三角形,水力直径较大,因此有较小的稳定流量。节流口是薄壁结构,较大,因此有较小的稳定流量。节流口是薄壁结构,油温变化对流量影响小。但阀芯所受径向力不平衡。油温变化对流量影响小。但阀芯所受径向力不平衡。这种节流这种节流阀应用于低压小阀应用于低压小流量系
13、统时,能流量系统时,能得到较为满意的得到较为满意的性能。性能。d d、周向隙缝式、周向隙缝式 图中为轴向隙缝式节流口。在阀芯衬套上先铣图中为轴向隙缝式节流口。在阀芯衬套上先铣出一个槽,使该处厚度减薄,然后在其上沿轴向开出一个槽,使该处厚度减薄,然后在其上沿轴向开有节流口。当阀芯轴向移动时,就改变了通流面积有节流口。当阀芯轴向移动时,就改变了通流面积的大小。开口很小时通流面积为正方形,水力直径的大小。开口很小时通流面积为正方形,水力直径大,不易堵塞,油大,不易堵塞,油 温变化对流量影响温变化对流量影响 小。这种结构的性小。这种结构的性 能与周向隙缝式节能与周向隙缝式节 流口的相似。流口的相似。e
14、 e、轴向隙缝式、轴向隙缝式(1 1)节流阀)节流阀 图中是节流阀的结构和图形符号图中是节流阀的结构和图形符号.结构中的节结构中的节流口是轴向三角槽式流口是轴向三角槽式,油液从进油口油液从进油口P P1进入进入,经阀芯经阀芯上的三角槽节流上的三角槽节流 口后口后,由出油口由出油口P P2 流出。转动把手流出。转动把手可可 使使阀芯作轴向移动阀芯作轴向移动,以以改变节流口的通改变节流口的通 流面积。流面积。2 2、节流阀的典型结构、节流阀的典型结构 (2 2)单向节流阀)单向节流阀 图中为其结构和图形符号。当压力油从油口图中为其结构和图形符号。当压力油从油口P1进入,经阀芯上三角槽节进入,经阀芯
15、上三角槽节 流口,然后从油口流口,然后从油口P2 流出,流出,这时这时 起溢流阀作用。旋转起溢流阀作用。旋转 螺帽螺帽 即可改变阀的轴向位即可改变阀的轴向位 置,从而使通流面积相应置,从而使通流面积相应 的变化。当压力油从油口的变化。当压力油从油口 P2进进 入时,在压力油的作入时,在压力油的作 用下阀芯克服软弹簧的作用下阀芯克服软弹簧的作 用力而下移,油液不再经用力而下移,油液不再经 过节流口而直接从油口过节流口而直接从油口P1 流出,流出,这时起单向阀这时起单向阀 作用。作用。(3 3)单向行程节流阀)单向行程节流阀 如图所示,图中分别为原理图,结构图和图形如图所示,图中分别为原理图,结构
16、图和图形符号。单向行程节流阀由单向阀和用机械操纵的节符号。单向行程节流阀由单向阀和用机械操纵的节流阀组合而成。这种阀常用于需要实现快进流阀组合而成。这种阀常用于需要实现快进慢进慢进快退的工作循环,也用来使执行元件在行程末端快退的工作循环,也用来使执行元件在行程末端减速,起缓减速,起缓 冲作用。冲作用。下图为双单向节流阀结构图下图为双单向节流阀结构图返回返回结束结束 根据节流阀在油路中的位置的不同,调速回路根据节流阀在油路中的位置的不同,调速回路有以下三种基本形式:有以下三种基本形式:进油路节流调速进油路节流调速。节流阀串联在进入液压缸的油路。节流阀串联在进入液压缸的油路上。上。回油路节流调速回
17、油路节流调速。节流阀串联在液压缸的回油路上。节流阀串联在液压缸的回油路上。旁油路节流调速旁油路节流调速。节流阀装在与执行元件并联的支。节流阀装在与执行元件并联的支路上。路上。8-3 8-3 采用节流阀的节流调速回路采用节流阀的节流调速回路一、进油路节流调速回路一、进油路节流调速回路二、回油路节流调速二、回油路节流调速三、进、回油路节流调速回路比较三、进、回油路节流调速回路比较四、旁油路节流调速回路四、旁油路节流调速回路 一、进油路节流调速回路一、进油路节流调速回路1 1、速度负载特性、速度负载特性 从图中可看出,活塞运动速度取决于进入液压从图中可看出,活塞运动速度取决于进入液压缸的流量缸的流量
18、Q1和液压缸进油腔的有效面积和液压缸进油腔的有效面积A1,既:,既:V=Q1/A1 根据连续性方程,进入液压根据连续性方程,进入液压 缸的流量等于通过节流阀的缸的流量等于通过节流阀的 流量,而通过节流阀的流量流量,而通过节流阀的流量 可由节流阀的流量特性方程可由节流阀的流量特性方程 决定。即决定。即Q1=Ka(P P1)1/21/2=Ka(P=Ka(Ps-P-P1)式中式中 P Ps-液压泵出口压力。液压泵出口压力。当活塞以稳定的速度运动时,作用在活塞上的当活塞以稳定的速度运动时,作用在活塞上的力平衡方程为:力平衡方程为:p1A1=p2+FL式中式中 FL负载力;负载力;p2液压缸回油腔压力。
19、液压缸回油腔压力。所以所以P1=FL/A1=PL,PL为克服负载所需的压力,称为为克服负载所需的压力,称为负载压力负载压力。再将。再将P1代入前式得:代入前式得:Q=K.a(Ps-FL/A1)1/2=(Ka/A11/2).(PsA1+PL)V=Q1/A1=(K.a/A13/2).(Ps.A-FL)1/2 上式即为进油路节流调速回路的速度负载特上式即为进油路节流调速回路的速度负载特性方程,他它反映了速度性方程,他它反映了速度v和负载和负载FL的关系。若活的关系。若活塞运动速度为塞运动速度为v为纵坐标,负载为横坐标,将上式为纵坐标,负载为横坐标,将上式按不同节流阀通流面积按不同节流阀通流面积a作图
20、,可得一组抛物线,作图,可得一组抛物线,称为进油路节流调速回路的速度负载特性曲线。称为进油路节流调速回路的速度负载特性曲线。下图即为该回路的速度负载特性,从图中可看出,下图即为该回路的速度负载特性,从图中可看出,当其它条件不变时,活塞运动速度当其它条件不变时,活塞运动速度v与节流阀通流与节流阀通流面积面积a成正比成正比,故调节节流阀通流面积就能调节执,故调节节流阀通流面积就能调节执行元件的运动速度。由于薄壁小孔节流阀最小稳定行元件的运动速度。由于薄壁小孔节流阀最小稳定流量很小,故能得到较流量很小,故能得到较 低低的稳定速度。这种调速的稳定速度。这种调速 回回路和调速范围大,一般路和调速范围大,
21、一般 可超过可超过100。从前式和图中。从前式和图中 还能看出,当节流阀通流还能看出,当节流阀通流 面积面积a一定时一定时,随着负载随着负载FL 的增加,节流阀两端压差的增加,节流阀两端压差 减小,活塞运动速度按抛减小,活塞运动速度按抛 物线规律下降。物线规律下降。当当FL=psA时,节流阀两端压差为零,活塞运动也时,节流阀两端压差为零,活塞运动也就停止,液压泵的流量全部经溢流阀流回油箱。就停止,液压泵的流量全部经溢流阀流回油箱。这种调速回路的速度负载特性较软。通常用速度这种调速回路的速度负载特性较软。通常用速度刚度刚度T表示负载变化对速度的影响程度。表示负载变化对速度的影响程度。T=-dFL
22、/dv=ctg 再由前式可得出:再由前式可得出:-dFL/dv=(2A13/2/K.a)(Ps-A1-FL)=2(Ps-A1-FL)/v由上式可以看出:由上式可以看出:(1 1)当节流阀通流面积一定时,负载越小,速)当节流阀通流面积一定时,负载越小,速度刚度度刚度T T越大。越大。(2 2)当负载一定时,节流阀通流面积越小,速)当负载一定时,节流阀通流面积越小,速度刚度度刚度T T越大。越大。(3 3)适当增大液压缸有效面积和提高液压泵供)适当增大液压缸有效面积和提高液压泵供油压力可提高速度刚度。油压力可提高速度刚度。2 2、最大承载能力、最大承载能力 在在Ps已调定的情况下,不论节流阀通流面
23、积怎样已调定的情况下,不论节流阀通流面积怎样变化,其最大承载能力是不变的,即变化,其最大承载能力是不变的,即FLmax=Ps.A1。故称这种调速方式为故称这种调速方式为恒推力调速恒推力调速。3 3、功率特性、功率特性液压泵输出的功率为:液压泵输出的功率为:Np=ps.Qp=常数常数液压缸输出有效功率为液压缸输出有效功率为:N1=FL.v=FLQL/A1=pL.QL式中式中 QL称为负载流量,即进入液压缸的流量,这称为负载流量,即进入液压缸的流量,这里里QL=Q1。回路的功率损失为:。回路的功率损失为:N=Np-N1=psQp-pLQL=(QL+Q)ps-QL(ps-p1)=ps.Q+p1QL
24、式中式中 Q溢流的溢流量;溢流的溢流量;Ps节流阀的压力损失。节流阀的压力损失。由上式可知,这种调速回路的功率损失由溢流损失由上式可知,这种调速回路的功率损失由溢流损失(N N1 1=P=Ps s Q Q)和节流损失和节流损失(N N2 2=P P1 1.Q QL L)两部分组成。两部分组成。而回路功率为:而回路功率为:=N=N1 1/N/N2 2=P=PL L.Q QL L/P/Ps s.Q Qp p 由于两种损失的存在,故调速回路效率较低,特别由于两种损失的存在,故调速回路效率较低,特别是当负载小,速度低时效率更低。是当负载小,速度低时效率更低。二、回油路节流调速二、回油路节流调速 在这种
25、调速回路中,把节流阀串联在液压缸的在这种调速回路中,把节流阀串联在液压缸的回油路上,如图所示,借助节流阀控制液压缸的排回油路上,如图所示,借助节流阀控制液压缸的排油量油量Q2来实现速度调节。来实现速度调节。由于进入液压缸的流量由于进入液压缸的流量Q1 受到回油路上排出流量受到回油路上排出流量Q2 的限制,因此用节流阀来的限制,因此用节流阀来 调节液压缸排油量调节液压缸排油量Q2,也,也 就调节了进油量就调节了进油量Q1。定量。定量 泵多余的油液经溢流阀流泵多余的油液经溢流阀流 回油箱。回油箱。1 1、速度负载特性、速度负载特性液压缸的运动速度为:液压缸的运动速度为:v=Q2/A2=Q1/A1液
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