第6讲 液压控制阀(流量控制阀及其它控制阀)讲解

流量控制原理
节流口的流量特性：
对于节流孔口来说，可将流量公式写成下列形式:
式中:
A
p m
K
q K A pm
q
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。
m=1
细长孔
簿壁口 m=0.5
节流口的 Δp
流量-压力特性
在流体力学中，两类节流口:
液压放大器接受小功率的转角或位移信号，对大功率的液 压油进行调节和分配，实现控制功率的转换和放大。图中 有喷嘴挡板（前置级）和主滑阀两级。
反馈平衡机构使阀输出的流量或压力与输入信号成比例。 图中反馈弹簧杆为反馈机构。
力矩马达
Ti N
吸N S
斥
S
S
导磁体
i指
Ti
Kt
N
N斥
N S吸
衔铁 磁钢
S
（1） 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。 （2）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。
薄壁小孔的流量公式由式:
q
m
q Cd A
2


p1

p2


Cd
A


2

p

式中: Cd—流量系数； ρ—油液密度。
该阀又称为溢流节流阀， 由节流阀与差压式溢流阀 并连而成，阀体上有一个 进油口，一个出油口，一 个回油口。这里节流阀既 是调节元件，又是检测元 件；差压式溢流阀是压力 补偿元件，它保证了节流 阀前后压力差Δp 基本不变。
P2增加，阀芯向阀口减小 的方向位移，进口压力P1 增加；Δp = P1 - P2基本不
双喷嘴挡板阀
力矩比较 元件
T
弹簧管
x
x
反馈杆
xv
被控对象
被控对象
电液伺服阀的应用：
电液比例阀
电液比例阀是一种按输入的电气信号连续地、按比例地对 油液的压力、流量或方向进行远距离控制的阀。电液比例 阀是一种性能介于普通控制阀和电液伺服阀之间的新阀种， 与手动调节的普通液压阀相比，电液比例控制阀能够提高 液压系统参数的控制水平；与电液伺服阀相比，电液比例 控制阀在某些性能方向稍差一些，但它结构简单、成本低， 所以它广泛应用于要求对液压参数进行连续控制或程序控 制，但对控制精度和动态特性要求不太高的液压系统中。
与普通压力先导阀不同：
与作用在阀芯上的液压力进行比较的是电磁吸力，不是弹簧力。 此处弹簧为传力弹簧，无压缩量。
电液比例溢流阀
用比例电磁铁取代先导型 溢流阀导阀的调压手柄， 便成为先导型比例溢流阀
1一阀座； 2—先导锥阀； 3-轭铁； 4r—衔铁； 5—弹簧； 6—推秆； 7—线圈； 8—弹簧； 9—先导阀
锥形
三角槽形
矩形
三角形
节流阀
结构原理：
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
调节
手轮
有三角形槽。转动调节手
螺帽
轮1，阀芯3产生轴向位移，
节流口的开口量即发生变
阀芯
化。阀芯越上移开口量就
阀体
越大。
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。
电液伺服阀是一种比电液比例阀的精度更高、响应更快的液压 控制阀。其输出流量或压力受输入的电气信号控制，主要用于 高速闭环液压控制系统，而比例阀多用于响应速度相对较低的 开环控制系统中。
电液伺服阀将小功率的电信号转换为大功率的液压能输出，实 现执行元件的位移、速度、加速度及力的控制。
伺服阀控制精度高，响应速度快，特别是电液伺服系统容易实 现计算机控制，在航空航天、军事装备中得到广泛应用。但加 工工艺复杂，成本高，对油液污染敏感，维护保养难，民用工 业应用较少。
伺服阀
在力矩马达线圈中通入电流会激磁衔铁，并引起其倾斜。衔铁倾斜方向由电压极 性来确定，倾斜程度则取决于电流大小。
伺服阀
衔铁倾斜会使挡板更加靠近一个喷嘴，而远离另一个喷嘴。
伺服阀
这样会使主阀两端控制腔中的压力产生压差 ...
伺服阀
... 引起主阀芯移动 ，比例阀有流量输出 。
随着主阀芯移动，当 两控制腔中的压力相 等时，挡板又处于两 喷嘴中间，这时主阀 芯停止移动。
伺服阀
喷嘴挡板式力反馈电液伺服阀：
弹簧管 （扭簧）
喷嘴
先导级油 缸左腔
主滑阀
固定节流孔
力马达
挡板（导阀芯）
反馈弹簧杆
先导级油 缸左腔
要求： 主阀芯位移自动跟 踪输入的电流，与 输入电流成比例。
电液伺服阀由电气－机械转换装置、液压放大器和反馈 （平衡）机构三部分组成。
电气—机械转换装置将输入的电信号转换为转角或直线位 移输出，常称为力矩马达或力马达。图中上部分为力矩马 达。
电液比例溢流阀：
阀下部与普通溢流阀的 主阀相同，上部则为比例 先导压力阀。该阀还附有 一个手动调整的安全阀 （先导阀）9，用以限制 比例溢流阀的最高压力。
电液比例调速阀：
流量控制阀
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。
对流量控制阀的主要性能要求是：
阀的压力差变化时，通过阀的流量变化小。 油温变化时，流量变化小。 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。 当阀全开时，通过阀的压力损失要小。 阀的泄漏量要小。对于高压阀来说，还希望其调节力矩要小。
电液比例阀根据用途分为：电液比例压力阀，电液比例流 量阀，电液比例方向阀。
比例电磁铁：
比例电磁铁是一种直流电磁铁，与普通换向阀用电磁铁的不同主要在 于，比例电磁铁的输出推力与输入的线圈电流基本成比例。这一特性 使比例电磁铁可作为液压阀中的信号给定元件。
1—轭铁；2—线圈； 3—限位环；4—隔磁环；
5 —壳体；6—内盖； 7—盖；8 —调节螺钉； 9—弹簧；10—衔铁； 11—支承环；12—导向套
比例电磁铁
电液比例压力阀：
图示为电液比例压力先导阀，它与普通溢流阀、减压阀、顺序阀 的主阀组合可构成电液比例溢流阀、电液比例减压阀和电液比例 顺序阀。改变输入电磁铁电流的大小，即可改变电磁吸力，从而 改变先导阀前腔压力，对主阀的进口或出口压力实现控制。
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。
节流口的形式与特征：
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。
节流元件的节流口结构有锥形、三角槽形、矩形、三角形等。工业上 又将节流口的过流面积A 的倒数称为液阻，将过流面积可调的节流口 称为可变液阻。
m=1
细长孔
簿壁口 m=0.5
节流口的 Δp
流量-压力特性
影响流量稳定性的因素：
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。
节流口流量稳定性用流量刚度T来表征：
q K A pm
调速阀工作时的静态方程
定差减压阀受力平衡方程 p2A= p3A+Ft-Fs
流量稳定性分析
调速阀用于调节执行元件运动速度，并保证其速度的稳定。
这是因为节流阀既是调节元件，又是检测元件。当阀口面 积调定后，它一方面控制流量的大小，一方面检测流量信 号并转换为阀口前后压力差反馈作用到定差减压阀阀芯的 两端面，与弹簧力相比较，当检测的压力差偏离预定值时， 定差减压阀阀芯产生相应位移，改变减压缝隙进行压力补 偿，保证节流阀前后的压力差基本不变。但是阀芯位移势 必引起弹簧力和液动力波动，因此流经调速阀的流量只能 基本稳定。调速阀的速度刚性可近似为∞。
伺服阀 – 阀体
电液伺服阀结构和工作动画演示
伺服阀结构从阀体开始。
伺服阀 - 阀套
为了使阀芯凸肩与油口精确匹配，在阀体内应安装 阀套。
伺服阀 – 阀芯
为了使阀芯凸肩与油口精确匹配，在阀体内应安装 阀套。
伺服阀 – 预过滤器
在主阀体内，还应安装用于过滤控制油液的过滤器。
伺服阀 – 控制油
阀体端盖用于通过从过滤器至比例阀先导级的控制油液。
系数m越小，刚度越大，故薄壁孔（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。
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，油温升高使油的粘度降低， 流量q增加。节流通道越长，温度对流量稳定性影响越大。
变 旁通型调速阀用于调节执行元件运动速度只能安装在执行元件的进 油路上，其速度刚性较调速阀小，但因此时的系统压力为负载压力 ＋节流阀前后压差Δp ，是变压系统，与调速阀调速回路相比，回 路效率较高。
分流集流阀
分流阀：
分流阀又称为同步阀，它是分流阀、集流阀和分流集流阀的总称；
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。