節(jié)流閥的結(jié)構(gòu)及流量特性分析

韓志引HAN Zhi-yin

（濰坊工程職業(yè)學(xué)院山工機(jī)電工程學(xué)院，濰坊262500）

0 引言

流量控制閥簡稱流量閥，它是通過改變各閥通流面積的大小來進(jìn)行調(diào)節(jié)液阻和輸出流量，從而控制執(zhí)行元件的運(yùn)動速度，即v=。常用的流量控制閥有節(jié)流閥和調(diào)速閥。本文將重點分析流量閥中的節(jié)流閥，對節(jié)流閥的結(jié)構(gòu)、性能及應(yīng)用展開分析。

1 節(jié)流閥的結(jié)構(gòu)和工作原理

如圖1（a）圖所示，節(jié)流閥主要有閥體、閥芯、彈簧和調(diào)節(jié)手輪等零部件組成，通過調(diào)節(jié)手輪來控制節(jié)流閥閥口的開大與關(guān)小，即調(diào)節(jié)手輪，從而移動節(jié)流閥的閥芯，導(dǎo)致節(jié)流閥閥口面積發(fā)生改變，從而就控制了通過節(jié)流閥往外液體的輸出流量，又由于執(zhí)行元件液壓缸一旦安裝好，其面積不可改變，通過v=，最終來調(diào)節(jié)執(zhí)行元件液壓缸的運(yùn)動速度。

圖1 節(jié)流閥結(jié)構(gòu)圖及簡圖

圖2 節(jié)流閥進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路

2 節(jié)流閥的流量特性

如圖2所示為節(jié)流閥進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路，在此回路中由于所使用的動力裝置為定量泵，并且節(jié)流閥要起到節(jié)流作用，所以溢流閥的閥口是處于常開狀態(tài)的，假設(shè)溢流閥的調(diào)節(jié)壓力為py，定量泵出口的壓力為pp，根據(jù)油液的液力在管道當(dāng)中等值傳遞，在此pp=py并且還等于節(jié)流閥進(jìn)口壓力，節(jié)流閥出口的壓力就等于p1，而p2=0。

假設(shè)定量泵的流量為qp，通過溢流閥的流量為Δq，通過節(jié)流閥的流量為q1，執(zhí)行元件液壓缸左腔面積為A1，右腔面積為A2，而本回路中節(jié)流閥控制執(zhí)行元件液壓缸左腔的進(jìn)油流量，所以執(zhí)行元件液壓缸運(yùn)動速度為

在公式（1）中，A1的面積在此回路中是無法改變的，所以調(diào)節(jié)通過節(jié)流閥的流量q1即可調(diào)節(jié)執(zhí)行元件液壓缸的運(yùn)動速度v，而節(jié)流閥流量計算公式為

假設(shè)節(jié)流閥的口為薄壁小孔，那么（2）式中的C=cq，AT為節(jié)流閥口的通流面積，Δp為節(jié)流閥進(jìn)出口兩端之間的壓力差，根據(jù)前面分析Δp=py-p1，m=0.5，由此將以上分析的內(nèi)容帶入到公式（2）中，得

在此公式中cq為流量系數(shù)，其都有固定取值，ρ=900，py為固定取值，即式中可變的是AT和p1，而p1與負(fù)載F的大小有關(guān)系，即

現(xiàn)在將公式（4）代入到（3）中可得：

將公式（5）代入（1）中可得：

在公式（6）中，影響執(zhí)行元件液壓缸運(yùn)動速度的可變值為AT和F，假設(shè)節(jié)流閥口的面積AT不變，那么F增大時，執(zhí)行元件液壓缸的運(yùn)動速度v將下降；反之，當(dāng)F減小時，執(zhí)行元件液壓缸的運(yùn)動速度v將上升。

當(dāng)把節(jié)流閥由進(jìn)油路調(diào)至回油路時，即安裝在液壓缸和回油箱中間時，按照上述推導(dǎo)過程，可得：

在公式（7）中，同樣發(fā)現(xiàn)影響執(zhí)行元件液壓缸運(yùn)動速度的可變值為AT和F，假設(shè)節(jié)流閥口的面積AT不變，那么F增大時，執(zhí)行元件液壓缸的運(yùn)動速度v將下降；反之，當(dāng)F減小時，執(zhí)行元件液壓缸的運(yùn)動速度v將上升。

當(dāng)把節(jié)流閥安裝在旁油路時，即與液壓泵和液壓缸并聯(lián)安裝時，按照上述推導(dǎo)過程，可得：

公式（8）中，由于系統(tǒng)所用液壓泵為定量泵，所以qp為不變值，那么在節(jié)流閥旁路節(jié)流調(diào)速回路中影響執(zhí)行元件液壓缸運(yùn)動速度的可變值為AT和F，假設(shè)節(jié)流閥口的面積AT不變，那么F增大時，執(zhí)行元件液壓缸的運(yùn)動速度v將下降；反之，當(dāng)F減小時，執(zhí)行元件液壓缸的運(yùn)動速度v將上升。

由此可得將節(jié)流閥不管安裝在回路的那個位置上進(jìn)行控速，執(zhí)行元件液壓缸的運(yùn)動速度都將非常的不穩(wěn)定，即速度與負(fù)載之間的關(guān)系特性都會呈現(xiàn)軟性，調(diào)速回路的效率較低。

3 結(jié)束語

從上述分析中我們可以清晰的得來，節(jié)流閥控速時，執(zhí)行元件液壓缸運(yùn)動速度將很不穩(wěn)定，其影響節(jié)流閥控速不穩(wěn)定的原因從公式（6）、（7）和（8）中可得出是由于節(jié)流閥進(jìn)出口兩端之間的壓力差所造成的，因為從公式中可得出節(jié)流閥進(jìn)出口兩端之間的壓力差在節(jié)流閥安裝的三個不同位置上都與負(fù)載有關(guān)系，所以在一些負(fù)載變化大和對速度穩(wěn)定性要求高的液壓系統(tǒng)中是不適合用節(jié)流閥來進(jìn)行控速的。

[1]韓志引,趙慶松，劉迅.平衡回路工作狀況分析與改進(jìn)[J].機(jī)床與液壓，2013，41（8）：143-145.

[2]袁承訓(xùn).液壓與氣壓傳動[M].機(jī)械工業(yè)出版社精品教材，2007:111.

[3]倪春杰.液壓與氣壓傳動[M].化學(xué)工業(yè)出版社，2013:82.