關(guān)于節(jié)流調(diào)速油路速度穩(wěn)定性的探析

鮮小紅

（四川職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)械工程系 四川 遂寧 629000）

液壓系統(tǒng)往往是在低速重載的情況下運(yùn)行，如果在工作過程中系統(tǒng)的的速度發(fā)生變化，就必然存在加速度，系統(tǒng)的平衡狀態(tài)被打破，系統(tǒng)就會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)和噪音，影響系統(tǒng)的正常工作。在定量泵供油的液壓系統(tǒng)中，用節(jié)流閥或調(diào)速閥對(duì)執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)速度進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而達(dá)到調(diào)速的目的。

圖1 節(jié)流調(diào)速回路

1 節(jié)流調(diào)速油路的速度負(fù)載特性

節(jié)流調(diào)速油路按流量閥的位置不同可分為(如圖1所示)：a）進(jìn)油節(jié)流調(diào)速油路、b)回油節(jié)流調(diào)速油路、c)旁油節(jié)流調(diào)速油路等三種[1]。本文以進(jìn)油節(jié)流調(diào)速油路為研究對(duì)象來分析用節(jié)流閥的節(jié)流調(diào)速油路的速度負(fù)載特性。

1.1 節(jié)流調(diào)速油路的調(diào)速原理

如圖1 a)所示，系統(tǒng)由定量泵、溢流閥、節(jié)流閥、液壓缸和相應(yīng)輔件等組成，液壓泵排出的流量分為兩個(gè)部分：一部分進(jìn)入液壓缸；一部分通過溢流閥溢流。進(jìn)入液壓缸的那部分液壓油必然經(jīng)過節(jié)流閥。假定進(jìn)入液壓缸的液壓油流量為q，那么系統(tǒng)的運(yùn)行速度v=q/S1[2]，式中v-速度，q-進(jìn)入液壓缸的油液流量，S1-液壓缸無桿腔的活塞有效面積。從式中可以看出：進(jìn)入液壓缸的油液流量q變化，必然引起液壓系統(tǒng)的運(yùn)行速度v變化。可以通過調(diào)節(jié)進(jìn)入液壓缸的油液流量q來調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)的運(yùn)行速度v。根據(jù)流體力學(xué)可知：通過節(jié)流閥的流量q=KA(ΔP)1/2，式中ΔP-節(jié)流閥的進(jìn)出口壓差，K-為流量系數(shù)（一般為常量），A-節(jié)流閥薄壁小孔的通流面積。當(dāng)節(jié)流閥的進(jìn)出口壓差ΔP一定時(shí)，改變節(jié)流閥薄壁小孔的通流面積A，就可以改變進(jìn)入液壓缸的流量，從而達(dá)到調(diào)速的目的。

1.2 節(jié)流調(diào)速油路的速度負(fù)載特性

在圖1 a)中，設(shè)節(jié)流閥進(jìn)口壓力為po(由溢流閥的調(diào)定壓力決定)，節(jié)流閥的出口壓力為p工（p工=F/S1，F(xiàn)為液壓缸的負(fù)載，S1為液壓缸進(jìn)油腔活塞的有效作用面積），那么節(jié)流閥進(jìn)出口壓差ΔP=po-p工。根據(jù)流體力學(xué)可知：通過節(jié)流閥的流量q=KA(ΔP)1/2（也是進(jìn)入液壓缸的流量）。式中q-通過節(jié)流閥的流量，A-節(jié)流閥的通流面積，K-常量。當(dāng)節(jié)流閥開口一定時(shí)，當(dāng)缸的負(fù)載F的增加，ΔP必然減小，那么進(jìn)入液壓缸的流量q也必然減小，因此液壓缸的運(yùn)行速度也必然降低。反之，亦然。所以，這種油路的最大弊端就是：液壓缸的運(yùn)動(dòng)速度隨負(fù)載F的波動(dòng)而波動(dòng)[3]。其速度負(fù)載特性曲線如圖2所示。

圖2 速度負(fù)載曲線

2 用調(diào)速閥的節(jié)流調(diào)速油路的速度負(fù)載特性

2.1 調(diào)速閥的調(diào)速機(jī)理

調(diào)速閥是由定差減壓閥與節(jié)流閥串聯(lián)而成的組合閥。節(jié)流閥用來調(diào)節(jié)流量，定差減壓閥則自動(dòng)補(bǔ)償負(fù)載變化的影響，使節(jié)流閥前后壓差為定值，以消除負(fù)載變化對(duì)流量的影響。

圖3 調(diào)速閥的結(jié)構(gòu)原理

圖4 定差減壓閥閥芯受力圖

調(diào)速閥的工作原理如圖3所示，調(diào)速閥進(jìn)口壓力p1由溢流閥調(diào)定，工作時(shí)基本保持恒定，壓力油進(jìn)入調(diào)速閥后，經(jīng)減壓閥的閥口h后壓力降至p2，然后經(jīng)節(jié)流閥流出，其壓力為p3，進(jìn)入節(jié)流閥的壓力為p2的油液，經(jīng)通道e和f被引入定差減壓閥的b腔和c腔，而經(jīng)過節(jié)流閥后壓力為的p3液壓油，經(jīng)通道g被引入a腔。定差減壓閥的閥芯受理如圖4所示。當(dāng)定差減壓閥處于穩(wěn)定工作時(shí)，如不計(jì)閥芯的摩擦力，作用于閥芯上的受力平衡方程為：

那么，節(jié)流閥進(jìn)出口的壓差ΔP=p2-p3=F/A(F為定差減壓閥a腔內(nèi)彈簧的壓緊力)

2.2 調(diào)速閥調(diào)速的缺陷

調(diào)速閥是由減壓閥和節(jié)流閥組合而成，由于節(jié)流閥進(jìn)出口的壓差ΔP=p2-p3=F/A(F為定差減壓閥a腔內(nèi)彈簧的壓緊力)。當(dāng)負(fù)載增大時(shí)，p3必然增大，導(dǎo)致減壓閥閥芯右移，定差減壓閥a腔內(nèi)彈簧的壓緊力F必將減小，那么節(jié)流閥進(jìn)出口的壓差ΔP=p2-p3=F/A也將減小，根據(jù)通過節(jié)流閥的流量q=KA(ΔP)1/2，通過節(jié)流閥的流量q也必然減小，液壓缸活塞運(yùn)動(dòng)速度也就隨之減小。同理，當(dāng)負(fù)載減小時(shí)，液壓缸活塞運(yùn)動(dòng)速度也就隨之增大。調(diào)速閥內(nèi)節(jié)流口兩端的壓差始終不能精確恒定，說明系統(tǒng)波動(dòng)任然存在。只是彈簧的彈性系數(shù)k越小，波動(dòng)就越小而已。

3 一種改進(jìn)后的節(jié)流調(diào)速油路

如圖5所示，在節(jié)流閥的出口接入壓差穩(wěn)定缸的左端和壓力繼電器，在節(jié)流閥的進(jìn)口通過壓差穩(wěn)定缸的右端接入二位二通電磁換向閥和先導(dǎo)式溢流閥。

圖5 改進(jìn)后的節(jié)流調(diào)速油路

系統(tǒng)剛開始工作時(shí)：系統(tǒng)壓力為零，壓力繼電器不動(dòng)作，二位二通電磁換向閥處于截止?fàn)顟B(tài)，先導(dǎo)式溢流閥關(guān)閉，液壓泵的輸出油液全部進(jìn)入系統(tǒng)，使系統(tǒng)快速形成初始?jí)毫?；系統(tǒng)初始?jí)毫σ坏┬纬?，壓力繼電器動(dòng)作，二位二通電磁換向閥切換到聯(lián)通狀態(tài)，泵口壓力就由先導(dǎo)式溢流閥的遠(yuǎn)程控制口決定，和先導(dǎo)式溢流閥的遠(yuǎn)程控制口相連的壓力就是壓差穩(wěn)定缸的右端的液壓力。此時(shí)，節(jié)流閥出口與壓差穩(wěn)定缸的左端相連，節(jié)流閥進(jìn)口與壓差穩(wěn)定缸的右端相連，節(jié)流閥進(jìn)出口壓差ΔP=P右-P左=G/A，是恒定的[4]。所以流量q=KA(ΔP)1/2也就是恒定的[5]，液壓系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)速度就穩(wěn)定了。若系統(tǒng)負(fù)載增大，壓差穩(wěn)定缸的左端的壓力P左也隨之增大，根據(jù)受力平衡方程P左A左+G=P右A右，壓差穩(wěn)定缸的左端的壓力P右也相應(yīng)增大，但ΔP=P右-P左=G/A[6]，始終是恒定的。反之，亦然。若要調(diào)節(jié)節(jié)流閥進(jìn)出口壓差，改變壓差穩(wěn)定缸的懸掛重量即可。

4 結(jié)語

（1）液壓系統(tǒng)中的節(jié)流調(diào)速油路，速度隨負(fù)載波動(dòng)而波動(dòng)，當(dāng)負(fù)載增大時(shí)速度隨之減小，當(dāng)負(fù)載減小時(shí)，速度隨之增大。用調(diào)速閥代替節(jié)流閥而形成的調(diào)速油路，系統(tǒng)德穩(wěn)定性有較大的改善，但系統(tǒng)的穩(wěn)定性，任然與復(fù)位彈簧的剛度有緊密的聯(lián)系。

（2）用節(jié)流閥與壓差穩(wěn)定液壓缸聯(lián)合使用，可以在節(jié)流閥兩端形成穩(wěn)定的壓差，達(dá)到系統(tǒng)速度不負(fù)載影響的效果。