第5章   液壓控制閥

第一節(jié)  概述

1.1液壓閥的作用

液壓閥是用來(lái)控制液壓系統(tǒng)中油液的流動(dòng)方向或調(diào)節(jié)其壓力和流量的，因此它可分為方向閥、壓力閥和流量閥三大類。一個(gè)形狀相同的閥，可以因?yàn)樽饔脵C(jī)制的不同，而具有不同的功能。壓力閥和流量閥利用通流截面的節(jié)流作用控制著系統(tǒng)的壓力和流量，而方向閥則利用通流通道的更換控制著油液的流動(dòng)方向。這就是說(shuō)，盡管液壓閥存在著各種各樣不同的類型，它們之間還是保持著一些基本共同之點(diǎn)的。例如：

（1）（1）在結(jié)構(gòu)上，所有的閥都有閥體、閥芯（轉(zhuǎn)閥或滑閥）和驅(qū)使閥芯動(dòng)作的元、部件（如彈簧、電磁鐵）組成 。

（2）（2）在工作原理上，所有閥的開口大小，閥進(jìn)、出口間壓差以及流過(guò)閥的流量之間的關(guān)系都符合孔口流量公式，僅是各種閥控制的參數(shù)各不相同而已。

1.2液壓閥的分類

      液壓閥可按不同的特征進(jìn)行分類，如表5—1所示。

表5—1                  液壓閥的分類

1.3對(duì)液壓閥的基本要求

（1）（1）動(dòng)作靈敏，使用可靠，工作時(shí)沖擊和振動(dòng)小。

（2）（2）油液流過(guò)的壓力損失小。

（3）（3）密封性能好。

（4）（4）結(jié)構(gòu)緊湊，安裝、調(diào)整、使用、維護(hù)方便，通用性大。

第二節(jié)    方向控制閥 

一、單向閥

    液壓系統(tǒng)中常見(jiàn)的單向閥有普通單向閥和液控單向閥兩種。

1.普通單向閥 普通單向閥的作用，是使油液只能沿一個(gè)方向流動(dòng)，不許它反向倒流。圖5—1（a）所示是一種管式普通單向閥的結(jié)構(gòu)。壓力油從閥體左端的通口P₁流入時(shí)，克服彈簧3作用在閥芯2上的力，使閥芯向右移動(dòng)，打開閥口，并通過(guò)閥芯2上的徑向孔a、軸向孔b從閥體右端的通口流出。但是壓力油從閥體右端的通口P₂流入時(shí)，它和彈簧力一起使閥芯錐面壓緊在閥座上，使閥口關(guān)閉，油液無(wú)法通過(guò)。圖5—1（b）所示是單向閥的職能符號(hào)圖。

圖5-1單向閥

(a)結(jié)構(gòu)圖(b)職能符號(hào)圖1—閥體2—閥芯3—彈簧

2.液控單向閥   圖5—2（a）所示是液控單向閥的結(jié)構(gòu)。當(dāng)控制口K處無(wú)壓力油通入時(shí)，它的工作機(jī)制和普通單向閥一樣；壓力油只能從通口P₁流向通口P₂，不能反向倒流。當(dāng)控制口K有控制壓力油時(shí)，因控制活塞1右側(cè)a腔通泄油口，活塞1右移，推動(dòng)頂桿2頂開閥芯3，使通口P₁和P₂接通，油液就可在兩個(gè)方向自由通流。圖5—2（b）所示是液控單向閥的職能符號(hào)。

圖5-2液控單向閥

(a)結(jié)構(gòu)圖(b)職能符號(hào)圖1—活塞2—頂桿3—閥芯

   二、換向閥

   換向閥利用閥芯相對(duì)于閥體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使油路接通、關(guān)斷，或變換油流的方向，從而使液壓執(zhí)行元件啟動(dòng)、停止或變換運(yùn)動(dòng)方向。

   1. 對(duì)換向閥的主要要求  換向閥應(yīng)滿足：

（1）（1）油液流經(jīng)換向閥時(shí)的壓力損失要小。

（2）（2）互不相通的油口間的泄露要小。

（3）（3）換向要平穩(wěn)、迅速且可靠。

   2. 轉(zhuǎn)閥  圖 5—3（a）所示為轉(zhuǎn)動(dòng)式換向閥（簡(jiǎn)稱轉(zhuǎn)閥）的工作原理圖。

圖 5—3   轉(zhuǎn)閥

該閥由閥體1、閥芯2和使閥芯轉(zhuǎn)動(dòng)的操作手柄3組成，在圖示位置，通口P和A相通、B和T相通；當(dāng)操作手柄轉(zhuǎn)換到“止”位置時(shí)，通口P、A、B和T均不相通，當(dāng)操作手柄轉(zhuǎn)換到另一位置時(shí)，則通口P和B相通，A和T相通。5—3（b）所示是它的職能符號(hào)。

  3.滑閥式換向閥   換向閥在按閥芯形狀分類時(shí)，有滑閥式和轉(zhuǎn)閥式兩種，滑閥式換向閥在液壓系統(tǒng)中遠(yuǎn)比轉(zhuǎn)閥式用得廣泛。

  （1） 結(jié)構(gòu)主體。 閥體和滑動(dòng)閥芯是滑閥式換向閥的結(jié)構(gòu)主體。表5—3所示是其最常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)形式。由表可見(jiàn)，閥體上開有多個(gè)通口，閥芯移動(dòng)后可以停留在不同的工作位置上

。

表5—3滑閥式換向閥主體結(jié)構(gòu)形式

當(dāng)閥芯處在圖示中間位置時(shí)，五個(gè)通口都關(guān)閉；當(dāng)閥芯移向左端時(shí)，通口O2關(guān)閉，通口P和B相通，通口A和O1相通；當(dāng)閥芯移向右端時(shí)，通口O1關(guān)閉，通口P和A相通，通口B和O2相通。這種結(jié)構(gòu)形式由于具有使五個(gè)通口都關(guān)閉的工作狀態(tài)，故可使受它控制的執(zhí)行元件在任意位置上停止運(yùn)動(dòng)。

(2)滑閥的操縱方式。常見(jiàn)的滑閥操縱方式示于圖5-4中。

圖5-4滑閥操縱方式

(a)手動(dòng)式(b)機(jī)動(dòng)式(c)電磁動(dòng)(d)彈簧控制(e)液動(dòng)(f)液壓先導(dǎo)控制(g)電液控制

(3)換向閥的結(jié)構(gòu)。

在液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中廣泛采用的是滑閥式換向閥，在這里主要介紹這種換向閥的幾種典型結(jié)構(gòu)。

①手動(dòng)換向閥。圖5-5(b)為自動(dòng)復(fù)位式手動(dòng)換向閥，放開手柄1、閥芯2在彈簧3的作用下自動(dòng)回復(fù)中位，該閥適用于動(dòng)作頻繁、工作持續(xù)時(shí)間短的場(chǎng)合，操作比較完全，常用于工程機(jī)械的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中。

如果將該閥閥芯右端彈簧3的部位改為可自動(dòng)定位的結(jié)構(gòu)形式，即成為可在三個(gè)位置定位的手動(dòng)換向閥。圖5-5(a)為職能符號(hào)圖。

圖5-5手動(dòng)換向閥

(a)職能符號(hào)圖(b)結(jié)構(gòu)圖

1—手柄2—閥芯3—彈簧〖JZ〗〗

②機(jī)動(dòng)換向閥。機(jī)動(dòng)換向閥又稱行程閥，它主要用來(lái)控制機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件的行程，它是借助于安裝在工作臺(tái)上的擋鐵或凸輪來(lái)迫使閥芯移動(dòng)，從而控制油液的流動(dòng)方向，機(jī)動(dòng)換向閥通常是二位的，有二通、三通、四通和五通幾種，其中二位二通機(jī)動(dòng)閥又分常閉和常開兩種。圖5-6(a)為滾輪式二位三通常閉式機(jī)動(dòng)換向閥，在圖示位置閥芯2被彈簧1壓向上端，油腔P和A通，B口關(guān)閉。當(dāng)擋鐵或凸輪壓住滾輪4，使閥芯2移動(dòng)到下端時(shí)，就使油腔P和A斷開，P和B接通，A口關(guān)閉。圖5-6(b)所示為其職能符號(hào)。

圖5-6機(jī)動(dòng)換向閥

③電磁換向閥。電磁換向閥是利用電磁鐵的通電吸合與斷電釋放而直接推動(dòng)閥芯來(lái)控制液流方向的。它是電氣系統(tǒng)與液壓系統(tǒng)之件發(fā)出，從間的信號(hào)轉(zhuǎn)換元件，它的電氣信號(hào)由液壓設(shè)備結(jié)構(gòu)圖(b)職能符號(hào)圖中的按鈕開關(guān)、限位開關(guān)、行程開關(guān)等電氣元1—滾輪2—閥芯3—彈簧而可以使液壓系統(tǒng)方便地實(shí)現(xiàn)各種操作及自動(dòng)順序動(dòng)作。

電磁鐵按使用電源的不同，可分為交流和直流兩種。按銜鐵工作腔是否有油液又可分為“干式”和“濕式”。交流電磁鐵起動(dòng)力較大，不需要專門的電源，吸合、釋放快，動(dòng)作時(shí)間約為0.01～0.03s，其缺點(diǎn)是若電源電壓下降15%以上，則電磁鐵吸力明顯減小，若銜鐵不動(dòng)作，干式電磁鐵會(huì)在10～15min后燒壞線圈(濕式電磁鐵為1～1.5h)，且沖擊及噪聲較大，壽命低，因而在實(shí)際使用中交流電磁鐵允許的切換頻率一般為10次/min，不得超過(guò)30次/min。直流電磁鐵工作較可靠，吸合、釋放動(dòng)作時(shí)間約為0.05～0.08s，允許使用的切換頻率較高，一般可達(dá)120次/min，最高可達(dá)300次/min，且沖擊小、體積小、壽命長(zhǎng)。但需有專門的直流電源，成本較高。此外，還有一種整體電磁鐵，其電磁鐵是直流的，但電磁鐵本身帶有整流器，通入的交流電經(jīng)整流后再供給直流電磁鐵。目前，國(guó)外新發(fā)展了一種油浸式電磁鐵，不但銜鐵，而且激磁線圈也都浸在油液中工作，它具有壽命更長(zhǎng)，工作更平穩(wěn)可靠等特點(diǎn)，但由于造價(jià)較高，應(yīng)用面不廣。

圖5-7(a)所示為二位三通交流電磁換向閥結(jié)構(gòu)，在圖示位置，油口P和A相通，油口B斷開；當(dāng)電磁鐵通電吸合時(shí)，推桿1將閥芯2推向右端，這時(shí)油口P和A斷開，而與B相通。而當(dāng)磁鐵斷電釋放時(shí)，彈簧3推動(dòng)閥芯復(fù)位。圖5-7(b)所示為其職能符號(hào)。

圖5-7二位三通電磁換向閥

(a)結(jié)構(gòu)圖(b)職能符號(hào)圖1—推桿2—閥芯3—彈簧

  如前所述，電磁換向閥就其工作位置來(lái)說(shuō)，有二位和三位等。二位電磁閥有一個(gè)電磁鐵，靠彈簧復(fù)位；三位電磁閥有兩個(gè)電磁鐵，如圖5-8所示為一種三位五

通電磁換向閥的結(jié)構(gòu)和職能符號(hào)。



圖5-8三位五通電磁換向閥(a)結(jié)構(gòu)圖(b)職能符號(hào)圖

   ④液動(dòng)換向閥。液動(dòng)換向閥是利用控制油路的壓力油來(lái)改變閥芯位置的換向閥，圖5-9為三位四通液動(dòng)換向閥的結(jié)構(gòu)和職能符號(hào)。閥芯是由其兩端密封腔中油液的壓差來(lái)移動(dòng)的，當(dāng)控制油路的壓力油從閥右邊的控制油口K₂進(jìn)入滑閥右腔時(shí)，K₁接通回油，閥芯向左移動(dòng)，使壓力油口P與B相通，A與T相通；當(dāng)K₁接通壓

力油，K₂接通回油時(shí)，閥芯向右移動(dòng)，使得P與A相通，B與T相通；當(dāng)K₁、K₂都通回油時(shí)，閥芯在兩端彈簧和定位套作用下回到中間位置。

 

圖5—9 三位四通液動(dòng)換向閥

（a）結(jié)構(gòu)圖 （b）職能符號(hào)圖

⑤電液換向閥。在大中型液壓設(shè)備中，當(dāng)通過(guò)閥的流量較大時(shí)，作用在滑閥上的摩擦力和液動(dòng)力較大，此時(shí)電磁換向閥的電磁鐵推力相對(duì)地太小，需要用電液換向閥來(lái)代替電磁換向閥。電液換向閥是由電磁滑閥和液動(dòng)滑閥組合而成。電磁滑閥起先導(dǎo)作用，它可以改變控制液流的方向，從而改變液動(dòng)滑閥閥芯的位置。由于操縱液動(dòng)滑閥的液壓推力可以很大，所以主閥芯的尺寸可以做得很大，允許有較大的油液流量通過(guò)。這樣用較小的電磁鐵就能控制較大的液流。

圖5-10電液換向閥

(a)結(jié)構(gòu)圖(b)職能符號(hào)(c)簡(jiǎn)化職能符號(hào)

1，6-節(jié)流閥2，7-單向閥3，5-電磁鐵4-電磁閥閥芯8-主閥閥芯

 圖5-10所示為彈簧對(duì)中型三位四通電液換向閥的結(jié)構(gòu)和職能符號(hào)，當(dāng)先導(dǎo)電磁閥左邊的電磁鐵通電后使其閥芯向右邊位置移動(dòng)，來(lái)自主閥P口或外接油口的控制壓力油可經(jīng)先導(dǎo)電磁閥的A′口和左單向閥進(jìn)入主閥左端容腔，并推動(dòng)主閥閥芯向右移動(dòng)，這時(shí)主閥閥芯右端容腔中的控制油液可通過(guò)右邊的節(jié)流閥經(jīng)先導(dǎo)電磁閥的B′口和T′口，再?gòu)闹鏖y的T口或外接油口流回油箱(主閥閥芯的移動(dòng)速度可由右邊的節(jié)流閥調(diào)節(jié))，使主閥P與A、B和T的油路相通；反之，由先導(dǎo)電磁閥右邊的電磁鐵通電，可使P與B、A與T的油路相通；當(dāng)先導(dǎo)電磁閥的兩個(gè)電磁鐵均不帶電時(shí)，先導(dǎo)電磁閥閥芯在其對(duì)中彈簧作用下回到中位，此時(shí)來(lái)自主閥P口或外接油口的控制壓力油不再進(jìn)入主閥芯的左、右兩容腔，主閥芯左右兩腔的油液通過(guò)先導(dǎo)電磁閥中間位置的A′、B′兩油口與先導(dǎo)電磁閥T′口相通(如圖5-10b所示)，再?gòu)闹鏖y的T口或外接油口流回油箱。主閥閥芯在兩端對(duì)中彈簧的預(yù)壓力的推動(dòng)下，依靠閥體定位，準(zhǔn)確地回到中位，此時(shí)主閥的P、A、B和T油口均不通。電液換向閥除了上述的彈簧對(duì)中以外還有液壓對(duì)中的，在液壓對(duì)中的電液換向閥中，先導(dǎo)式電磁閥在中位時(shí)，A′、B′兩油口均與油口P連通，而T′則封閉，其他方面與彈簧對(duì)中的電液換向閥基本相似。

(4)換向閥的中位機(jī)能分析。三位換向閥的閥芯在中間位置時(shí)，各通口間有不同的連通方式，可滿足不同的使用要求。這種連通方式稱為換向閥的中位機(jī)能。三位四通換向閥常見(jiàn)的中位機(jī)能、型號(hào)、符號(hào)及其特點(diǎn)，示于表5-4中。三位五通換向閥的情況與此相仿。不同的中位機(jī)能是通過(guò)改變閥芯的形狀和尺寸得到的。

在分析和選擇閥的中位機(jī)能時(shí)，通?？紤]以下幾點(diǎn)：

①系統(tǒng)保壓。當(dāng)P口被堵塞，系統(tǒng)保壓，液壓泵能用于多缸系統(tǒng)。當(dāng)P口不太通暢地與T口接通時(shí)(如X型)，系統(tǒng)能保持一定的壓力供控制油路使用。

②系統(tǒng)卸荷。P口通暢地與T口接通時(shí)，系統(tǒng)卸荷。

③啟動(dòng)平穩(wěn)性。閥在中位時(shí)，液壓缸某腔如通油箱，則啟動(dòng)時(shí)該腔內(nèi)因無(wú)油液起緩沖作用，啟動(dòng)不太平穩(wěn)。

④液壓缸“浮動(dòng)”和在任意位置上的停止，閥在中位，當(dāng)A、B兩口互通時(shí)，臥式液壓缸呈“浮動(dòng)”狀態(tài)，可利用其他機(jī)構(gòu)移動(dòng)工作臺(tái)，調(diào)整其位置。當(dāng)A、B兩口堵塞或與P口連接(在非差動(dòng)情況下)，則可使液壓缸在任意位置處停下來(lái)。三位五通換向閥的機(jī)能與上述相仿。

(5)主要性能。換向閥的主要性能，以電磁閥的項(xiàng)目為最多，它主要包括下面幾項(xiàng)：

①工作可靠性。工作可靠性指電磁鐵通電后能否可靠地?fù)Q向，而斷電后能否可靠地復(fù)位。工作可靠性主要取決于設(shè)計(jì)和制造，且和使用也有關(guān)系。液動(dòng)力和液壓卡緊力的大小對(duì)工作可靠性影響很大，而這兩個(gè)力是與通過(guò)閥的流量和壓力有關(guān)。所以電磁閥也只有在一定的流量和壓力范圍內(nèi)才能正常工作。這個(gè)工作范圍的極限稱為換向界限，如圖5-11所示。

②壓力損失。由于電磁閥的開口很小，故液流流過(guò)閥口時(shí)產(chǎn)生較大的壓力損失。圖5-12所示為某電磁閥的壓力損失曲線。一般閥體鑄造流道中的壓力損失比機(jī)械加工流道中的損失小。

  ③內(nèi)泄漏量。在各個(gè)不同的工作位置，在規(guī)定的工作壓力下，從高壓腔漏到低壓腔的泄漏量為內(nèi)泄漏量。過(guò)大的內(nèi)泄漏量不僅會(huì)降低系統(tǒng)的效率，引起過(guò)熱，而且還會(huì)影響執(zhí)行機(jī)構(gòu)的正常工作。



圖5-11電磁閥的換向界限

④換向和復(fù)位時(shí)間。換向時(shí)間指從電磁鐵通電到閥芯換向終止的時(shí)間；復(fù)位時(shí)間指從電磁鐵斷電到閥芯回復(fù)到初始位置的時(shí)間。減小換向和復(fù)位時(shí)間可提高機(jī)構(gòu)的工作效率，但會(huì)引起液壓沖擊。交流電磁閥的換向時(shí)間一般約為0.03～0.05s，換向沖擊較大；而直流電磁閥的換向時(shí)間約為0.1～0.3s，換向沖擊較小。通常復(fù)位時(shí)間比換向時(shí)間稍長(zhǎng)。

⑤換向頻率。換向頻率是在單位時(shí)間內(nèi)閥所允許的換向次數(shù)。目前單電磁鐵的電磁閥的換向頻率一般為60次/min。

⑥使用壽命。使用壽命指使用到電磁閥某一零件損壞，不能進(jìn)行正常的換向或復(fù)位動(dòng)作，或使用到電磁閥的主要性能指標(biāo)超過(guò)規(guī)定指標(biāo)時(shí)所經(jīng)歷的換向次數(shù)。

電磁閥的使用壽命主要決定于電磁鐵。濕式電磁鐵的壽命比干式的長(zhǎng)，直流電磁鐵的壽命比交流的長(zhǎng)。

⑦滑閥的液壓卡緊現(xiàn)象。一般滑閥的閥孔和閥芯之間有很小的間隙，當(dāng)縫隙均勻且縫隙中有油液時(shí)，移動(dòng)閥芯所需的力只需克服粘性摩擦力，數(shù)值是相當(dāng)小的。但在實(shí)際使用中，特別是在中、高壓系統(tǒng)中，當(dāng)閥芯停止運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間后(一般約5min以后)，這個(gè)阻力可以大到幾百牛頓，使閥芯很難重

新移動(dòng)。這就是所謂的液壓卡緊現(xiàn)象。

引起液壓卡緊的原因，有的是由于臟物進(jìn)入縫隙而使閥芯移動(dòng)困難，有的是由于縫隙過(guò)小在油溫升高時(shí)閥芯膨脹而卡死，但是主要原因是來(lái)自滑閥副幾何形狀誤差和同心度變化所引起的徑向不平衡液壓力。如圖5-13(a)所示，當(dāng)閥芯和閥體孔之間無(wú)幾何形狀誤差，且軸心線平行但不重合時(shí)，閥芯周圍間隙內(nèi)的壓力分布是線性的(圖中A₁和A₂線所示)，且各向相等，閥芯上不會(huì)出現(xiàn)不平衡的徑向力；當(dāng)閥芯因加工誤差而帶有倒錐(錐部大端朝向高壓腔)且軸心線平行而不重合時(shí)，閥芯周圍間隙內(nèi)的壓力分布如圖5-13(b)中曲線A₁和A₂所示，這時(shí)閥芯將受到徑向不平衡力(圖中陰影部分)的作用而使偏心距越來(lái)越大，直到兩者表面接觸為止，這時(shí)徑向不平衡力達(dá)到最大值；但是，如閥芯帶有順錐(錐部大端朝向低壓腔)時(shí)，產(chǎn)生的徑向不平衡力將使閥芯和閥孔間的偏心距減??；圖5-13(c)所示為閥芯表面有局部凸起(相當(dāng)于閥芯碰傷、殘留毛刺或縫隙中楔入臟物時(shí)，閥芯受到的徑向不平衡力將使閥芯的凸起部分推向孔壁。



圖5-13滑閥上的徑向力

當(dāng)閥芯受到徑向不平衡力作用而和閥孔相接觸后，縫隙中存留液體被擠出，閥芯和閥孔間的摩擦變成半干摩擦乃至干摩擦，因而使閥芯重新移動(dòng)時(shí)所需的力增大了許多。

滑閥的液壓卡緊現(xiàn)象不僅在換向閥中有，其他的液壓閥也普遍存在，在高壓系統(tǒng)中更為突出，特別是滑閥的停留時(shí)間越長(zhǎng)，液壓卡緊力越大，以致造成移動(dòng)滑閥的推力(如電磁鐵推力)不能克服卡緊阻力，使滑閥不能復(fù)位。為了減小徑向不平衡力，應(yīng)嚴(yán)格控制閥芯和閥孔的制造精度，在裝配時(shí)，盡可能使其成為順錐形式，另一方面在閥芯上開環(huán)形均壓槽，也可以大大減小徑向不平衡力。

第三節(jié)   壓力控制閥

 在液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中,控制油液壓力高低的液壓閥稱之為壓力控制閥,簡(jiǎn)稱壓力閥。這類閥的共同點(diǎn)是利用作用在閥芯上的液壓力和彈簧力相平衡的原理工作的。

在具體的液壓系統(tǒng)中，根據(jù)工作需要的不同，對(duì)壓力控制的要求是各不相同的：有的需要限制液壓系統(tǒng)的最高壓力，如安全閥；有的需要穩(wěn)定液壓系統(tǒng)中某處的壓力值（或者壓力差，壓力比等），如溢流閥、減壓閥等定壓閥；還有的是利用液壓力作為信號(hào)控制其動(dòng)作，如順序閥、壓力繼電器等。

一、一、溢流閥

1、溢流閥的基本結(jié)構(gòu)及其工作原理

溢流閥的主要作用是對(duì)液壓系統(tǒng)定壓或進(jìn)行安全保護(hù)。幾乎在所有的液壓系統(tǒng)中都需要用到它，其性能好壞對(duì)整個(gè)液壓系統(tǒng)的正常工作有很大影響。

圖5-14溢流閥的作用

1—定量泵2—溢流閥 3—節(jié)流閥4—液壓缸5—變量

1.     1.     溢流網(wǎng)的作用和性能要求  

 (1)溢流閥的作用。在液壓系統(tǒng)中維持定壓是溢流閥的主要用途。它常用于節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)中，和流量控制閥配合使用，調(diào)節(jié)進(jìn)入系統(tǒng)的流量，并保持系統(tǒng)的壓力基本恒定。如圖5-14(a)所示，溢流閥2并聯(lián)于系統(tǒng)中，進(jìn)入液壓缸4的流量由節(jié)流閥3調(diào)節(jié)。由于定量泵1的流量大于液壓缸4所需的流量，油壓升高，將溢流閥2打開，多余的油液經(jīng)溢流閥2流回油箱。因此，泵在這里溢流閥的功用就是在不斷的溢流過(guò)

程中保持系統(tǒng)壓力基本不變。                          

用于過(guò)載保護(hù)的溢流閥一般稱為安全閥。如圖5-14(b)所示的變量泵調(diào)速系統(tǒng)。在正常工作時(shí)，安全閥2關(guān)閉，不溢流，只有在系統(tǒng)發(fā)生故障，壓力升至安全閥的調(diào)整值時(shí)，閥口才打開，使變量泵排出的油液經(jīng)溢流閥2流回油箱，以保證液壓系統(tǒng)的安全。

(2)液壓系統(tǒng)對(duì)溢流閥的性能要求。

①定壓精度高。當(dāng)流過(guò)溢流閥的流量發(fā)生變化時(shí)，系統(tǒng)中的壓力變化要小，即靜態(tài)壓力超調(diào)要小。

②靈敏度要高。如圖5-14(a)所示，當(dāng)液壓缸4突然停止運(yùn)動(dòng)時(shí)，溢流閥2要迅速開大。否則，定量泵1輸出的油液將因不能及時(shí)排出而使系統(tǒng)壓力突然升高，并超過(guò)溢流閥的調(diào)定壓力，稱動(dòng)態(tài)壓力超調(diào)，使系統(tǒng)中各元件及輔助受力增加，影響其壽命。溢流閥的靈敏度越高，則動(dòng)態(tài)壓力超調(diào)越小。

③工作要平穩(wěn)，且無(wú)振動(dòng)和噪聲。

④當(dāng)閥關(guān)閉時(shí)，密封要好，泄漏要小。

對(duì)于經(jīng)常開啟的溢流閥，主要要求前三項(xiàng)性能；而對(duì)于安全閥，則主要要求第二和第四兩項(xiàng)性能。其實(shí)，溢流閥和安全閥都是同一結(jié)構(gòu)的閥，只不過(guò)是在不同要求時(shí)有不同的作用而已。

2.溢流閥的結(jié)構(gòu)和工作原理

常用的溢流閥按其結(jié)構(gòu)形式和基本動(dòng)作方式可歸結(jié)為直動(dòng)式和先導(dǎo)式兩種。

(1)              (1)              直動(dòng)式溢流閥

直動(dòng)式溢流閥是依靠系統(tǒng)中的壓力油直接作用在閥芯上與彈簧力等相平衡，以控制閥芯的啟閉動(dòng)作，圖5-15(a)所示是一種低壓直動(dòng)式溢流閥，P是進(jìn)油口，T是回油口，進(jìn)口壓力油經(jīng)閥芯4中間的阻尼孔g作用在閥芯的底部端面上，當(dāng)進(jìn)油壓力較小時(shí)，閥芯在彈簧2的作用下處于下端位置，將P和T兩油口隔開。當(dāng)油壓力升高，在閥芯下端所產(chǎn)生的作用力超過(guò)彈簧的壓緊力F。此時(shí)，閥芯上升，閥口被打開，將多余的油液排回油箱，閥芯上的阻尼孔g用來(lái)對(duì)閥芯的動(dòng)作產(chǎn)生阻尼，以提高閥的工作平衡性，調(diào)整螺帽1可以改變彈簧的壓緊力，這樣也就調(diào)整了溢流閥進(jìn)口處的油液壓力p。

（a）

圖5-15低壓直動(dòng)式溢流閥(a)結(jié)構(gòu)圖(b)職能符號(hào)圖

1—螺帽2—調(diào)壓彈簧3—上蓋4—閥芯5—閥體

溢流閥是利用被控壓力作為信號(hào)來(lái)改變彈簧的壓縮量，從而改變閥口的通流面積和系統(tǒng)的溢流量來(lái)達(dá)到定壓目的的。當(dāng)系統(tǒng)壓力升高時(shí)，閥芯上升，閥口通流面積增加，溢流量增大，進(jìn)而使系統(tǒng)壓力下降。溢流閥內(nèi)部通過(guò)閥芯的平衡和運(yùn)動(dòng)構(gòu)成的這種負(fù)反饋?zhàn)饔檬瞧涠▔鹤饔玫幕驹恚彩撬卸▔洪y的基本工作原理。由式(5-2)可知，彈簧力的大小與控制壓力成正比，因此如果提高被控壓力，一方面可用減小閥芯的面積來(lái)達(dá)到，另一方面則需增大彈簧力，因受結(jié)構(gòu)限制，需采用大剛度的彈簧。這樣，在閥芯相同位移的情況下，彈簧力變化較大，因而該閥的定壓精度就低。所以，這種低壓直動(dòng)式溢流閥一般用于壓力小于2.5MPa的小流量場(chǎng)合，圖5-15(b)所示為直動(dòng)式溢流閥的圖形符號(hào).由圖5-15(a)還可看出，在常位狀態(tài)下，溢流閥進(jìn)、出油口之間是不相通的，而且作用在閥芯上的液壓力是由進(jìn)口油液壓力產(chǎn)生的，經(jīng)溢流閥芯的泄漏油液經(jīng)內(nèi)泄漏通道進(jìn)入回油口T。

直動(dòng)式溢流閥采取適當(dāng)?shù)拇胧┮部捎糜诟邏捍罅髁俊＠?，德?guó)Rexroth公司開發(fā)的通徑為6～20mm的壓力為40～63MPa；通徑為25～30mm的壓力為31.5MPa的直動(dòng)式溢流閥，最大流量可達(dá)到330L/min，其中較為典型的錐閥式結(jié)構(gòu)如圖5-16所示。圖5-16為錐閥式結(jié)構(gòu)的局部放大圖，在錐閥的下部有一阻尼活塞3，活塞的側(cè)面銑扁，以便將壓力油引到活塞底部，該活塞除了能增加運(yùn)動(dòng)阻尼以提高閥的工作穩(wěn)定性外，還可以使錐閥導(dǎo)向而在開啟后不會(huì)傾斜。此外，錐閥上部有一個(gè)偏流盤1，盤上的環(huán)形槽用來(lái)改變液流方向，一方面以

圖5-16直動(dòng)式錐型溢流閥

1—偏流盤2—錐閥3—活塞

補(bǔ)償錐閥2的液動(dòng)力；另一方面由于液流方向的改變，產(chǎn)生一個(gè)與彈簧力相反方向的射流力，當(dāng)通過(guò)溢流閥的流量增加時(shí)，雖然因錐閥閥口增大引起彈簧力增加，但由于與彈簧力方向相反的射流力同時(shí)增加，結(jié)果抵消了彈簧力的增量，有利于提高閥的通流流量和工作壓力。

(2)             (2)             先導(dǎo)式溢流閥

圖5-17所示為先導(dǎo)式溢流閥的結(jié)構(gòu)示意圖，在圖中壓力油從P口進(jìn)入，通過(guò)阻尼孔3后作用在導(dǎo)閥4上，當(dāng)進(jìn)油口壓力較低，導(dǎo)閥上

的液壓作用力不足以克服導(dǎo)閥右邊的彈簧5的作用力時(shí)，導(dǎo)閥關(guān)閉，沒(méi)有油液流過(guò)阻尼孔，所以主閥芯2兩端壓力相等，在較軟的主閥彈簧1作用下主閥芯2處于最下端位置，溢流閥閥口P和T隔斷，沒(méi)有溢流。當(dāng)進(jìn)油口壓力升高到作用在導(dǎo)閥上的液壓力大于導(dǎo)閥彈簧作用力時(shí)，導(dǎo)閥打開，壓力油就可通過(guò)阻尼孔、經(jīng)導(dǎo)閥流回油箱，由于阻尼孔的作用，使主閥芯上端的液壓力p₂小于下端壓力p₁，當(dāng)這個(gè)壓力差作用在面積為AB的主閥芯上的力等于或超過(guò)主閥彈簧力F_s，軸向穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力F_bs、摩擦力F_f和主閥芯自重G時(shí)，主閥芯開啟，油液從P口流入，經(jīng)主閥閥口由 T流回油箱，實(shí)現(xiàn)溢流，即有：

Δp=p₁-p₂≥F_s+F_bs+G±F_f/A_B                                                      (5-3)

圖5-17先導(dǎo)式溢流閥

1—主閥彈簧2—主閥芯 3—阻尼孔 4—導(dǎo)閥閥芯5—導(dǎo)閥彈簧

由式(5-3)可知，由于油液通過(guò)阻尼孔而產(chǎn)生的p₁與p₂之間的壓差值不太大，所以主閥芯只需一個(gè)小剛度的軟彈簧即可；而作用在導(dǎo)閥4上的液壓力p₂與其導(dǎo)閥閥芯面積的乘積即為導(dǎo)閥彈簧5的調(diào)壓彈簧力，由于導(dǎo)閥閥芯一般為錐閥，受壓面積較小，所以用一個(gè)剛度不太大的彈簧即可調(diào)整較高的開啟壓力P₂，用螺釘調(diào)節(jié)導(dǎo)閥彈簧的預(yù)緊力，就可調(diào)節(jié)溢流閥的溢流壓力。

先導(dǎo)式溢流閥有一個(gè)遠(yuǎn)程控制口K，如果將K口用油管接到另一個(gè)遠(yuǎn)程調(diào)壓閥(遠(yuǎn)程調(diào)壓閥的結(jié)構(gòu)和溢流閥的先導(dǎo)控制部分一樣)，調(diào)節(jié)遠(yuǎn)程調(diào)壓閥的彈簧力，即可調(diào)節(jié)溢流閥主閥芯上端的液壓力，從而對(duì)溢流閥的溢流壓力實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程調(diào)壓。但是，遠(yuǎn)程調(diào)壓閥所能調(diào)節(jié)的最高壓力不得超過(guò)溢流閥本身導(dǎo)閥的調(diào)整壓力。當(dāng)遠(yuǎn)程控制口K通過(guò)二位二通閥接通油箱時(shí)，主閥芯上端的壓力接近于零，主閥芯上移到最高位置，閥口開得很大。由于主閥彈簧較軟，這時(shí)溢流閥P口處壓力很低，系統(tǒng)的油液在低壓下通過(guò)溢流閥流回油箱，實(shí)現(xiàn)卸荷。

3.溢流閥的性能  溢流閥的性能包括溢流閥的靜態(tài)性能和動(dòng)態(tài)性能，在此作一簡(jiǎn)單的介紹。

(1)靜態(tài)性能。

①壓力調(diào)節(jié)范圍。壓力調(diào)節(jié)范圍是指調(diào)壓彈簧在規(guī)定的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)時(shí)，系統(tǒng)壓力能平穩(wěn)地上升或下降，且壓力無(wú)突跳及遲滯現(xiàn)象時(shí)的最大和最小調(diào)定壓力。溢流閥的最大允許流量為其額定流量，在額定流量下工作時(shí)，溢流閥應(yīng)無(wú)噪聲、溢流閥的最小穩(wěn)定流量取決于它的壓力平穩(wěn)性要求，一般規(guī)定為額定流量的15%。

②啟閉特性。啟閉特性是指溢流閥在穩(wěn)態(tài)情況下從開啟到閉合的過(guò)程中，被控壓力與通過(guò)溢流閥的溢流量之間的關(guān)系。它是衡量溢流閥定壓精度的一個(gè)重要指標(biāo)，一般用溢流閥處于額定流量、調(diào)定壓力p_s時(shí)，開始溢流的開啟壓力p_k及停止溢流的閉合壓力p_B分別與p₁的百分比來(lái)衡量，前者稱為開啟比p_k，后者稱為閉合比p_s，即:

                   (5-4)

                   (5-5)

式中：p_s可以是溢流閥調(diào)壓范圍內(nèi)的任何一個(gè)值，顯然上述兩個(gè)百分比越大，則兩者越接近，溢流閥的啟閉特性就越好，一般應(yīng)使 ≥90%， ≥85%，直動(dòng)式和先導(dǎo)式溢流閥的啟閉特性曲線如圖5-18所示。

③卸荷壓力。當(dāng)溢流閥的遠(yuǎn)程控制口K與油箱相連時(shí)，額定流量下的壓力損失稱為卸荷壓力。

圖5-18溢流閥的啟閉特性曲線            圖5-19流量階躍變化時(shí)溢流閥的進(jìn)口壓力響應(yīng)特性曲線

(2)動(dòng)態(tài)性能。當(dāng)溢流閥在溢流量發(fā)生由零至額定流量的階躍變化時(shí)，它的進(jìn)口壓力，也就是它所控制的系統(tǒng)壓力，將如圖5-19所示的那樣迅速升高并超過(guò)額定壓力的調(diào)定值，然后逐步衰減到最終穩(wěn)定壓力，從而完成其動(dòng)態(tài)過(guò)渡過(guò)程。

定義最高瞬時(shí)壓力峰值與額定壓力調(diào)定值p_s的差值為壓力超調(diào)量Δp，則壓力超調(diào)率Δp為：

                    (5-6)

它是衡量溢流閥動(dòng)態(tài)定壓誤差的一個(gè)性能指標(biāo)。一個(gè)性能良好的溢流閥，其 ≤10%～30%。圖5-19中所示t₁稱之為響應(yīng)時(shí)間；t₂稱之為過(guò)渡過(guò)程時(shí)間。顯然，t₁越小，溢流閥的響應(yīng)越快；t₂越小，溢流閥的動(dòng)態(tài)過(guò)渡過(guò)程時(shí)間越短。

二、減壓閥

減壓閥是使出口壓力(二次壓力)低于進(jìn)口壓力(一次壓力)的一種壓力控制閥。其作用是用低液壓系統(tǒng)中某一回路的油液壓力，使用一個(gè)油源能同時(shí)提供兩個(gè)或幾個(gè)不同壓力的輸出。減壓閥在各種液壓設(shè)備的夾緊系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)和控制系統(tǒng)中應(yīng)用較多。此外，當(dāng)油液壓力不穩(wěn)定時(shí)，在回路中串入一減壓閥可得到一個(gè)穩(wěn)定的較低的壓力。根據(jù)減壓閥所控制的壓力不同，它可分為定值輸出減壓閥、定差減壓閥和定比減壓閥。

1.定值輸出減壓閥

                                  （a）

圖5-20減壓閥(a)結(jié)構(gòu)圖 (c)、(d)職能符號(hào)圖

1—主閥芯2—阻尼孔xR—閥口開口量v—閥口流速L—外泄漏油口

(1)工作原理。圖5-20(a)所示為直動(dòng)式減壓閥的結(jié)構(gòu)示意圖和圖形符號(hào)。P₁口是進(jìn)油口，P₂口是出油口，閥不工作時(shí)，閥芯在彈簧作用下處于最下端位置，閥的進(jìn)、出油口是相通的，亦即閥是常開的。若出口壓力增大，使作用在閥芯下端的壓力大于彈簧力時(shí)，閥芯上移，關(guān)小閥口，這時(shí)閥處于工作狀態(tài)。若忽略其他阻力，僅考慮作用在閥芯上的液壓力和彈簧力相平衡的條件，則可以認(rèn)為出口壓力基本上維持在某一定值——調(diào)定值上。這時(shí)如出口壓力減小，閥芯就下移，開大閥口，閥口處阻力減小，壓降減小，使出口壓力回升到調(diào)定值；反之，若出口壓力增大，則閥芯上移，關(guān)小閥口，閥口處阻力加大，壓降增大，使出口壓力下降到調(diào)定值。

圖5-20(b)所示為先導(dǎo)式減壓閥的工作原理圖和圖形符號(hào)，可仿前述先導(dǎo)式溢流閥來(lái)推演，這里不再贅述。

將先導(dǎo)式減壓閥和先導(dǎo)式溢流閥進(jìn)行比較，它們之間有如下幾點(diǎn)不同之處：

①減壓閥保持出口壓力基本不變，而溢流閥保持進(jìn)口處壓力基本不變。

②在不工作時(shí)，減壓閥進(jìn)、出油口互通，而溢流閥進(jìn)出油口不通。

③為保證減壓閥出口壓力調(diào)定值恒定，它的導(dǎo)閥彈簧腔需通過(guò)泄油口單獨(dú)外接油箱；而溢流閥的出油口是通油箱的，所以它的導(dǎo)閥的彈簧腔和泄漏油可通過(guò)閥體上的通道和出油口相通，不必單獨(dú)外接油箱。

(2)工作特性。理想的減壓閥在進(jìn)口壓力、流量發(fā)生變化或出口負(fù)載增加，其出口壓力p₂總是恒定不變。但實(shí)際上，p₂是隨p₁、q的變化，或負(fù)載的增大而有所變化。由圖5-20(a)可知，當(dāng)忽略閥芯的自重和摩擦力，當(dāng)穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力為F_bs時(shí)，閥芯上的力平衡方程為：

p₂A_R+F_bs=k_s(x_c+x_R)                           (5-7)

式中：k_s為彈簧剛度；x_c為當(dāng)閥芯開口x_R=0時(shí)彈簧的預(yù)壓縮量，其余符號(hào)見(jiàn)圖，亦即：

p₂=k_s(x_c+x_R)-F_bs/A_R                          (5-8)

若忽略液動(dòng)力F_bs，且x_R≤x_c時(shí)，則有：

p₂≈k_sx_c/A_R=常數(shù)                                 (5-9)

這就是減壓閥出口壓力可基本上保持定值的原因。

圖5-21減壓閥的特性曲線                         圖5-22定差減壓閥

減壓閥的p₂-q特性曲線如圖5-21所示，當(dāng)減壓閥進(jìn)油口壓力p₁基本恒定時(shí)，若通過(guò)的流量q增加，則閥口縫隙x_R加大，出口壓力p₂略微下降。在如圖5-20(b)中的先導(dǎo)式減壓閥中，出油口壓力的壓力調(diào)整值越低，它受流量變化的影響就越大。當(dāng)減壓閥的出油口不輸出油液時(shí)，它的出口壓力基本上仍能保持恒定，此時(shí)有少量的油液通過(guò)減壓閥閥口經(jīng)先導(dǎo)閥和泄油口流回油箱，保持該閥處于工作狀態(tài)，如圖5-20(b)所示。

2.定差減壓閥

定差減壓閥是使進(jìn)、出油口之間的壓力差等于或近似于不變的減壓閥，其工作原理如圖5-22所示。高壓油p₁經(jīng)節(jié)流口x_R減壓后以低壓p₂流出，同時(shí)，低壓油經(jīng)閥芯中心孔將壓力傳至閥芯上腔，則其進(jìn)、出油液壓力在閥芯有效作用面積上的壓力差與彈簧力相平衡。

Δp=p₁-p₂=k_s(x_c+x_R)/(π/4(D²-d²))                  (5-10)

式中：x_c為當(dāng)閥芯開口x_R=0時(shí)彈簧(其彈簧剛度為k_s)的預(yù)壓縮量；其余符號(hào)如圖所示。

圖5-23定比減壓閥

由式(5-10)可知，只要盡量減小彈簧剛度k_s和閥口開度x_R，就可使壓力差Δp近似地保持為定值。

3.定比減壓閥  定比減壓閥能使進(jìn)、出油口壓力的比值維持恒定。圖5-23所示為其工作原理圖，閥芯在穩(wěn)態(tài)時(shí)忽略穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力、閥芯的自重和摩擦力時(shí)可得到力平衡方程為：

p₁A₁+k_s(x_c+x_R)=p₂A₂                                              (5-11)

式中：k_s為閥芯下端彈簧剛度；x_c是閥口開度為x_R=0時(shí)的彈簧的預(yù)壓縮量；其它符號(hào)如圖所示。若忽略彈簧力(剛度較小)，則有(減壓比)：

p₂/p₁=A₁/A₂                              (5-12)

由式(5-12)可見(jiàn)，選擇閥芯的作用面積A₁和A₂，便可得到所要求的壓力比，且比值近似恒定。

三、順序閥

順序閥是用來(lái)控制液壓系統(tǒng)中各執(zhí)行元件動(dòng)作的先后順序。依控制壓力的不同，順序閥又可分為內(nèi)控式和外控式兩種。前者用閥的進(jìn)口壓力控制閥芯的啟閉，后者用外來(lái)的控制壓力油控制閥芯的啟閉(即液控順序閥)。順序閥也有直動(dòng)式和先導(dǎo)式兩種，前者一般用于低壓系統(tǒng)，后者用于中高壓系統(tǒng)。

圖5-24所示為直動(dòng)式順序閥的工作原理圖和圖形符號(hào)。當(dāng)進(jìn)油口壓力p₁較低時(shí)，閥芯在彈簧作用下處下端位置，進(jìn)油口和出油口不相通。當(dāng)作用在閥芯下端的油液的液壓力大于彈簧的預(yù)緊力時(shí)，閥芯向上移動(dòng)，閥口打開，油液便經(jīng)閥口從出油口流出，從而操縱另一執(zhí)行元件或其他元件動(dòng)作。由圖可見(jiàn)，順序閥和溢流閥的結(jié)構(gòu)基本相似，不同的只是順序閥的出油口通向系統(tǒng)的另一壓力油路，而溢流閥的出油口通油箱。此外，由于順序閥的進(jìn)、出油口均為壓力油，所以它的泄油口L必須單獨(dú)外接油箱。

直動(dòng)式外控順序閥的工作原理圖和圖形符號(hào)如圖5-25所示，和上述順序閥的差別僅僅在于其下部有一控制油口K，閥芯的啟閉是利用通入控制油口K的外部控制油來(lái)控制。圖5-26所示為先導(dǎo)式順序閥的工作原理圖和圖形符號(hào)，其工作原理可仿前述先導(dǎo)式溢流閥推演，在此不再重復(fù)。

圖5-25直動(dòng)式外控順序閥                          圖5-26先導(dǎo)式順序閥

將先導(dǎo)式順序閥和先導(dǎo)式溢流閥進(jìn)行比較，它們之間有以下不同之處：

(1)溢流閥的進(jìn)口壓力在通流狀態(tài)下基本不變。而順序閥在通流狀態(tài)下其進(jìn)口壓力由出口壓力而定，如果出口壓力p₂比進(jìn)口壓力p₁底的多時(shí)，p₁基本不變，而當(dāng)p₂增大到一定程度，p₁也隨之增加，則p₁=p₂+Δp，Δp為順序閥上的損失壓力。

(2)溢流閥為內(nèi)泄漏，而順序閥需單獨(dú)引出泄漏通道，為外泄漏。

(3)溢流閥的出口必須回油箱，順序閥出口可接負(fù)載。

四、壓力繼電器

圖5-27壓力繼電器1—柱塞2—杠桿3—彈簧4—開關(guān)

壓力繼電器是一種將油液的壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的電液控制元件，當(dāng)油液壓力達(dá)到壓力繼電器的調(diào)定壓力時(shí)，即發(fā)出電信號(hào)，以控制電磁鐵、電磁離合器、繼電器等元件動(dòng)作，使油路卸壓、換向、執(zhí)行元件實(shí)現(xiàn)順序動(dòng)作，或關(guān)閉電動(dòng)機(jī)，使系統(tǒng)停止工作，起安全保護(hù)作用等。圖5-27所示為常用柱塞式壓力繼電器的結(jié)構(gòu)示意圖和職能符號(hào)。如圖所示，當(dāng)從壓力繼電器下端進(jìn)油口通入的油液壓力達(dá)到調(diào)定壓力值時(shí)，推動(dòng)柱塞1上移，此位移通過(guò)杠桿2放大后推動(dòng)開關(guān)4動(dòng)作。改變彈簧3的壓縮量即可以調(diào)節(jié)壓力繼電器的動(dòng)作壓力。

第四節(jié) 流量控制閥

液壓系統(tǒng)中執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng)速度的大小,由輸入執(zhí)行元件的油液流量的大小來(lái)確定。流量控制閥就是依靠改變閥口通流面積(節(jié)流口局部阻力)的大小或通流通道的長(zhǎng)短來(lái)控制流量的液壓閥類。常用的流量控制閥有普通節(jié)流閥、壓力補(bǔ)償和溫度補(bǔ)償調(diào)速閥、溢流節(jié)流閥和分流集流閥等。

一、 流量控制原理及節(jié)流口形式

圖5-28節(jié)流閥特性曲線

一、流量控制原理及節(jié)流口形式

節(jié)流閥節(jié)流口通常有三種基本形式:薄壁小孔、細(xì)長(zhǎng)小孔和厚壁小孔,但無(wú)論節(jié)流口采用何種形式,通過(guò)節(jié)流口的流量q及其前后壓力差Δp的關(guān)系均可用式(2-63)q=KAΔp^m來(lái)表示，三種節(jié)流口的流量特性曲線如圖5-28所示,由圖可知:

(1)壓差對(duì)流量的影響。節(jié)流閥兩端壓差Δp變化時(shí),通過(guò)它的流量要發(fā)生變化,三種結(jié)構(gòu)形式的節(jié)流口中,通過(guò)薄壁小孔的流量受到壓差改變的影響最小。

(2)溫度對(duì)流量的影響。油溫影響到油液粘度,對(duì)于細(xì)長(zhǎng)小孔,油溫變化時(shí),流量也會(huì)隨之改變,對(duì)于薄壁小孔粘度對(duì)流量幾乎沒(méi)有影響,故油溫變化時(shí),流量基本不變。

(3)節(jié)流口的堵塞。節(jié)流閥的節(jié)流口可能因油液中的雜質(zhì)或由于油液氧化后析出的膠質(zhì)、瀝青等而局部堵塞,這就改變了原來(lái)節(jié)流口通流面積的大小,使流量發(fā)生變化,尤其是當(dāng)開口較小時(shí),這一影響更為突出,嚴(yán)重時(shí)會(huì)完全堵塞而出現(xiàn)斷流現(xiàn)象。因此節(jié)流口的抗堵塞性能也是影響流量穩(wěn)定性的重要因素,尤其會(huì)影響流量閥的最小穩(wěn)定流量。一般節(jié)流口通流面積越大,節(jié)流通道越短和水力直徑越大,越不容易堵塞,當(dāng)然油液的清潔度也對(duì)堵塞產(chǎn)生影響。一般流量控制閥的最小穩(wěn)定流量為0.05L/min。

    綜上所述,為保證流量穩(wěn)定，節(jié)流口的形式以薄壁小孔較為理想。圖5-29所示為幾種常用的節(jié)流口形式。圖5-29(a)所示為針閥式節(jié)流口,它通道長(zhǎng),濕周大,易堵塞,流量受油溫影響較大，一般用于對(duì)性能要求不高的場(chǎng)合;圖5-29(b)所示為偏心槽式節(jié)流口,其性能與針閥式節(jié)流口相同,但容易制造,其缺點(diǎn)是閥芯上的徑向力不平衡,旋轉(zhuǎn)閥芯時(shí)較費(fèi)力,一般用于壓力較低、流量較大和流量穩(wěn)定性要求不高的場(chǎng)合;圖5-29(c)所示為軸向三角槽式節(jié)流口,其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,水力直徑中等,可得到較小的穩(wěn)定流量,且調(diào)節(jié)范圍較大,但節(jié)流通道有一定的長(zhǎng)度,油溫變化對(duì)流量有一定的影響,目前被廣泛應(yīng)用,圖5-29(d)所示為周向縫隙式節(jié)流口,沿閥芯周向開有一條寬度不等的狹槽,轉(zhuǎn)動(dòng)閥芯就可改變開口大小。閥口做成薄刃形,通道短,水力直徑大,不易堵塞,油溫變化對(duì)流量影響小,因此其性能接近于薄壁小孔,適用于低壓小流量場(chǎng)合;圖5-29(e)所示為軸向縫隙式節(jié)流口,在閥孔的襯套上加工出圖示薄壁閥口,閥芯作軸向移動(dòng)即可改變開口大小,其性能與圖5-29(d)所示節(jié)流口相似。為保證流量穩(wěn)定，節(jié)流口的形式以薄壁小孔較為理想。

圖5-29典型節(jié)流口的結(jié)構(gòu)形式

圖5-30節(jié)流元件的作用 

在液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中節(jié)流元件與溢流閥并聯(lián)于液泵的出口,構(gòu)成恒壓油源,使泵出口的壓力恒定。如圖5-30(a)所示,此時(shí)節(jié)流閥和溢流閥相當(dāng)于兩個(gè)并聯(lián)的液阻,液壓泵輸出流量q_p不變,流經(jīng)節(jié)流閥進(jìn)入液壓缸的流量q₁和流經(jīng)溢流閥的流量Δq的大小由節(jié)流閥和溢流閥液阻的相對(duì)大小來(lái)決定。若節(jié)流閥的液阻大于溢流閥的液阻,則q₁＜Δq;反之則q₁＞Δq。節(jié)流閥是一種可以在較大范圍內(nèi)以改變液阻來(lái)調(diào)節(jié)流量的元件。因此可以通過(guò)調(diào)節(jié)節(jié)流閥的液阻,來(lái)改變進(jìn)入液壓缸的流量,從而調(diào)節(jié)液壓缸的運(yùn)動(dòng)速度;但若在回路中僅有節(jié)流閥而沒(méi)有與之并聯(lián)的溢流閥,如圖5-30(b)所示,則節(jié)流閥就起不到調(diào)節(jié)流量的作用。液壓泵輸出的液壓油全部經(jīng)節(jié)流閥進(jìn)入液壓缸。改變節(jié)流閥節(jié)流口的大小,只是改變液流流經(jīng)節(jié)流閥的壓力降。節(jié)流口小,流速快;節(jié)流口大,流速慢,而總的流量是不變的,因此液壓缸的運(yùn)動(dòng)速度不變。所以,節(jié)流元件用來(lái)調(diào)節(jié)流量是有條件的,即要求有一個(gè)接受節(jié)流元件壓力信號(hào)的環(huán)節(jié)(與之并聯(lián)的溢流閥或恒壓變量泵)。通過(guò)這一環(huán)節(jié)來(lái)補(bǔ)償節(jié)流元件的流量變化。

液壓傳動(dòng)系統(tǒng)對(duì)流量控制閥的主要要求有:

(1)較大的流量調(diào)節(jié)范圍,且流量調(diào)節(jié)要均勻。

(2)當(dāng)閥前、后壓力差發(fā)生變化時(shí),通過(guò)閥的流量變化要小,以保證負(fù)載運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定。

(3)油溫變化對(duì)通過(guò)閥的流量影響要小。

(4)液流通過(guò)全開閥時(shí)的壓力損失要小。

(5)當(dāng)閥口關(guān)閉時(shí),閥的泄漏量要小。

二、普通節(jié)流閥

圖5—31  普通節(jié)流閥

1、  1、  作原理

 圖5—31所示為一種普通節(jié)流閥的結(jié)構(gòu)和圖形符號(hào)。這種節(jié)流閥的節(jié)流通道呈軸向三角

槽式。壓力油從進(jìn)油口P₁流入孔道 和閥芯1左端的三角槽進(jìn)入孔道b，再?gòu)某鲇涂?span lang=EN-US>P₂流出。調(diào)節(jié)手柄3，可通過(guò)推桿2使閥芯作軸向移動(dòng)，以改變節(jié)流口的通流截面積來(lái)調(diào)節(jié)流量。閥芯在彈簧的作用下始終貼緊在推桿上，這種節(jié)流閥的進(jìn)出油口可互換。

圖5-32不同開口時(shí)節(jié)流閥的流量特性曲

2、節(jié)流閥的剛性  節(jié)流閥的剛性表示它抵抗負(fù)數(shù)變化的干擾,保持流量穩(wěn)定的能力,即當(dāng)節(jié)流閥開口量不變時(shí),由于閥前后壓力差Δp的變化,引起通過(guò)節(jié)流閥的流量發(fā)生變化的情況。流量變化越小,節(jié)流閥的剛性越大,反之,其剛性則小,如果以T表示節(jié)流閥的剛度,則有：

T=dΔp/dq                 (5-13)

由式q=KAΔp^m，可得：

T=Δp^m-1Kam                 (5-14)

從節(jié)流閥特性曲線圖5-32可以發(fā)現(xiàn),節(jié)流閥的剛度T相當(dāng)于流量曲線上某點(diǎn)的切線和橫坐標(biāo)

夾角β的余切,即

            T=cotβ                           (5-15)

由圖5-32和式(5-14)可以得出如下結(jié)論:

(1)同一節(jié)流閥,閥前后壓力差Δp相同,節(jié)流開口小時(shí),剛度大。

(2)同一節(jié)流閥,在節(jié)流開口一定時(shí),閥前后壓力差Δp越小,剛度越低。為了保證節(jié)流閥具有足夠的剛度,節(jié)流閥只能在某一最低壓力差Δp的條件下,才能正常工作,但提高Δp將引起壓力損失的增加。

(3)取小的指數(shù)m可以提高節(jié)流閥的剛度,因此在實(shí)際使用中多希望采用薄壁小孔式節(jié)流口,即m=0.5的節(jié)流口。

三、調(diào)速閥和溫度補(bǔ)償調(diào)速閥

      普通節(jié)流閥由于剛性差，在節(jié)流開口一定的條件下通過(guò)它的工作流量受工作負(fù)載（亦即其出口壓力）變化的影響，不能保持執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng)速度的穩(wěn)定，因此只適用于工作負(fù)載變化不大和速度穩(wěn)定性要求不高的場(chǎng)合，由于工作負(fù)載的變化很難避免，為了改善調(diào)速系統(tǒng)的性能，通常是對(duì)節(jié)流閥進(jìn)行補(bǔ)償，即采取措施使節(jié)流閥前后壓力差在負(fù)載變化時(shí)始終保持不變。由q = K A p ^m可知，當(dāng) p基本不變時(shí)，通過(guò)節(jié)流閥的流量只由其開口量大小來(lái)決定，使 p基本保持不變的方式有兩種：一種是將定壓差式減壓閥與節(jié)流閥并聯(lián)起來(lái)構(gòu)成調(diào)速閥；另一種是將穩(wěn)壓溢流閥與節(jié)流閥并聯(lián)起來(lái)構(gòu)成溢流節(jié)流閥。這兩種閥是利用流量的變化所引起的油路壓力的變化，通過(guò)閥芯的負(fù)反饋動(dòng)作來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)節(jié)流部分的壓力差，使其保持不變。

1.     1.     調(diào)速閥 

圖5-33調(diào)速閥

(a)工作原理圖(b)職能符號(hào)(c)簡(jiǎn)化職能符號(hào)(d)特性曲線

1—減壓閥2—節(jié)流閥

油溫的變化也將引起油粘度的變化，從而導(dǎo)致通過(guò)節(jié)流閥的流量發(fā)生變化，為此出現(xiàn)了溫度補(bǔ)償調(diào)速閥。

 調(diào)速閥是在節(jié)流閥2前面串接一個(gè)定差減壓閥1組合而成。圖5—33為其工作原理圖。液壓泵的出口（即調(diào)速閥的進(jìn)口）壓力p₁由溢流閥調(diào)整基本不變，而調(diào)速閥的出口壓力p₃則由液壓缸負(fù)載F決定。油液先經(jīng)減壓閥產(chǎn)生一次壓力降，將壓力降到p₂，p₂經(jīng)通道e、f作用到減壓閥的d腔和c腔；節(jié)流閥的出口壓力p₃又經(jīng)反饋通道a作用到減壓閥的上腔b，當(dāng)減壓閥的閥芯在彈簧力F_s、油液壓力p₂和p₃作用下處于某一平衡位置時(shí)（忽略摩擦力和液動(dòng)力等），則有：

p₂A₁+p₂A₂=p₃A+F_s                  （5-16）

式中：A、A₁和A₂分別為b腔、c腔和d腔內(nèi)壓力油作用于閥芯的有效面積，且A=A₁+A₂。

故                            p₂-p₃= p =F_s/A             （5-17）

因?yàn)閺椈蓜偠容^低，且工作過(guò)程中減壓閥閥芯位移很小，可以認(rèn)為F_s基本保持不變。故節(jié)流閥兩端壓力差p₂ - p₃也基本保持不變，這就保證了通過(guò)節(jié)流閥的流量穩(wěn)定。

2.     2.     溫度補(bǔ)償調(diào)速閥  

普通調(diào)速閥的流量雖然已能基本上不受外部負(fù)載變化的影響,但是當(dāng)流量較小時(shí),節(jié)流口的通流面積較小,這時(shí)節(jié)流口的長(zhǎng)度與通流截面水力直徑的比值相對(duì)地增大,因而油液的粘度變化對(duì)流量的影響也增大,所以當(dāng)油溫升高后油的粘度變小時(shí),流量仍會(huì)增大,為了減小溫度對(duì)流量的影響,可以采用溫度補(bǔ)償調(diào)速閥。

圖5-34溫度補(bǔ)償原理圖

溫度補(bǔ)償調(diào)速閥的壓力補(bǔ)償原理部分與普通調(diào)速閥相同,據(jù)q=ΔKAp^m可知,當(dāng)Δp不變時(shí),由于粘度下降,K值(m≠0.5的孔口)上升,此時(shí)只有適當(dāng)減小節(jié)流閥的開口面積，方能保證q不變。圖5-34為溫度補(bǔ)償原理圖,在節(jié)流閥閥芯和調(diào)節(jié)螺釘之間放置一個(gè)溫度膨脹系數(shù)較大的聚氯乙烯推桿,當(dāng)油溫升高時(shí),本來(lái)流量增加,這時(shí)溫度補(bǔ)償桿伸長(zhǎng)使節(jié)流口變小,從而補(bǔ)償了油溫對(duì)流量的影響。在20～60℃的溫度范圍內(nèi)，流量的變化率超過(guò)10%,最小穩(wěn)定流量可達(dá)20mL/min(3.3×10^-7m³/s)。

四、溢流節(jié)流閥(旁通型調(diào)速閥)  溢流節(jié)流閥也是一種壓力補(bǔ)償型節(jié)流閥,圖5-35(a) 為其工作原理圖及職能符號(hào)。

圖5-35溢流節(jié)流閥

(a)工作原理圖(b)職能符號(hào)

1—液壓缸2—安全閥3—溢流閥4—節(jié)流閥

從液壓泵輸出的油液一部分從節(jié)流閥4進(jìn)入液壓缸左腔推動(dòng)活塞向右運(yùn)動(dòng),另一部分經(jīng)溢流閥的溢流口流回油箱,溢流閥閥芯3的上端a腔同節(jié)流閥4上腔相通,其壓力為p₂;腔b和下端腔c同溢流閥閥芯3前的油液相通,其壓即為泵的壓力p₁,當(dāng)液壓缸活塞上的負(fù)載力F增大時(shí),壓力p₂升高,a腔的壓力也升高,使閥芯3下移,關(guān)小溢流口,這樣就使液壓泵的供油壓力p₁增加,從而使節(jié)流閥4的前、后壓力差(p₁-p₂)基本保持不變。這種溢流閥一般附帶一個(gè)安全閥2,以避免系統(tǒng)過(guò)載。

溢流節(jié)流閥是通過(guò)p₁隨p₂的變化來(lái)使流量基本上保持恒定的,它與調(diào)速閥雖都具有壓力補(bǔ)償?shù)淖饔?span lang=EN-US>,但其組成調(diào)速系統(tǒng)時(shí)是有區(qū)別的,調(diào)速閥無(wú)論在執(zhí)行元件的進(jìn)油路上或回油路上,執(zhí)行元件上負(fù)載變化時(shí),泵出口處壓力都由溢流閥保持不變,而溢流節(jié)流閥是通過(guò)p₁隨p₂(負(fù)載的壓力)的變化來(lái)使流量基本上保持恒定的。因而溢流節(jié)流閥具有功率損耗低,發(fā)熱量小的優(yōu)點(diǎn)。但是,溢流節(jié)流閥中流過(guò)的流量比調(diào)速閥大(一般是系統(tǒng)的全部流量),閥芯運(yùn)動(dòng)時(shí)阻力較大,彈簧較硬,其結(jié)果使節(jié)流閥前后壓差Δp加大(需達(dá)0.3～0.5MPa),因此它的穩(wěn)定性稍差。