液壓與氣壓傳動（第3版） 教學課件作者 劉建明 第5章液壓控制閥及回路 5.4流量閥及速度控制回路

第四節(jié)流量控制閥及速度

控制回路

河南機電職業(yè)學院劉建明2023/1/18流量控制閥的功用

流量控制閥的功用就是通過改變閥口通流面積的大小來調(diào)節(jié)流量的大小，常用的流量控制閥有節(jié)流閥、調(diào)速閥、溢流節(jié)流閥和同步閥等。2023/1/18一、節(jié)流閥1．節(jié)流特性〔1〕流量特性節(jié)流閥的流量特性取決于節(jié)流口的結(jié)構形式，節(jié)流口通常有三種根本形式：薄壁小孔、細長小孔和厚壁小孔，但無論節(jié)流口采用何種形式，可用小孔的流量公式來q=KAΔpm表示，當系數(shù)K和指數(shù)m、Δp一定時，只要改變節(jié)流口面積A就可調(diào)節(jié)通過閥的流量。2023/1/182023/1/181〕壓差對流量的影響節(jié)流閥兩端壓差Δp變化時,通過它的流量要發(fā)生變化。2〕溫度對流量的影響油溫影響到油液黏度，油溫變化時,流量也會隨之改變。3〕節(jié)流口的堵塞改變了原來節(jié)流口通流面積的大小，使流量發(fā)生變化?！?〕流量穩(wěn)定性2.節(jié)流閥以以下圖所示為一種普通節(jié)流閥的結(jié)構和圖形符號，這種節(jié)流閥的節(jié)流口為軸向三角槽式。2023/1/18二、調(diào)速閥

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)流閥調(diào)節(jié)通過的流量，定差減壓閥能自動保持節(jié)流閥前后的壓力差為定值，使通過節(jié)流閥的流量不受負載變化的影響。2023/1/181.調(diào)速閥結(jié)構和原理調(diào)速閥的進口壓力p1由溢流閥調(diào)節(jié)，工作時根本保持恒定。壓力油由P1進入調(diào)速閥后，先經(jīng)過定差減壓閥的閥口后壓力降為p2，然后經(jīng)節(jié)流閥流出，其壓力為p3。p2A1+p2A2=p3A+Fsp2-p3=Δp=2023/1/182023/1/18

因為彈簧剛度較低，且工作過程中減壓閥閥芯位移較小，可認為彈簧力根本保持不變，故節(jié)流閥兩端壓力差不變，可保持通過節(jié)流閥的流量穩(wěn)定。2.調(diào)速閥和節(jié)流閥特性比較調(diào)速閥和節(jié)流閥特性比較如以下圖。節(jié)流閥的流量隨壓差的變化較大，而調(diào)速閥在進出口壓力差Δp大于一定數(shù)值后，流量保持根本恒定。調(diào)速閥在壓差小于Δpmin區(qū)域內(nèi)，減壓閥不起減壓作用，此時其流量特性與節(jié)流閥相同。2023/1/18三、速度控制回路速度控制回路包括:

調(diào)速回路

快速運動回路

速度換接回路2023/1/181.調(diào)速回路調(diào)速回路的根本原理：液壓缸的運動速度v由輸入流量和液壓缸的有效作用面積A決定，即v=q/A從液壓馬達的工作原理可知，液壓馬達的轉(zhuǎn)速nM由輸入流量和液壓馬達的排量VM決定，即nM=q/VM2023/1/18調(diào)速回路主要有以下三種方式：1〕節(jié)流調(diào)速回路：由定量泵供油，用流量閥調(diào)節(jié)進入或流出執(zhí)行元件的流量來實現(xiàn)調(diào)速。2〕容積調(diào)速回路：用調(diào)節(jié)變量泵或變量馬達的排量來調(diào)速。3〕容積節(jié)流調(diào)速回路：采用變量泵和流量閥相配合的調(diào)速方法。2023/1/18

〔1〕節(jié)流調(diào)速回路

根據(jù)流量閥的位置的不同，可分為以下三種形式。進油節(jié)流調(diào)速回路回油節(jié)流調(diào)速回路旁油節(jié)流調(diào)速回路2023/1/181〕進油節(jié)流調(diào)速回路2023/1/182023/1/18進油節(jié)流調(diào)速回路是將節(jié)流閥裝在執(zhí)行元件的進油路上，調(diào)節(jié)節(jié)流閥閥口大小，便能控制進入液壓缸的流量，多余的油液經(jīng)溢流閥溢流回油箱，而到達調(diào)速目的，油路中有溢流損失，又有節(jié)流損失，功率損失大。

節(jié)流閥進油節(jié)流調(diào)速回路適用于低速、輕載變化不大和速度穩(wěn)定性要求不高的場合。2023/1/18①速度負載特性液壓缸在穩(wěn)定工作時，其受力平衡方程式為p1A=F+p2A泵的供油壓力pp由溢流閥調(diào)定為恒定，故節(jié)流閥兩端的壓力差為2023/1/18節(jié)流閥進入液壓缸的流量為速度負載特性方程為2023/1/18

上式為本回路的速度負載特性方程。相同負載下工作時，這種回路調(diào)速范圍較大。當調(diào)定后，速度隨負載的增大而減小，故這種調(diào)速回路的速度負載特性較軟。

速度負載特性曲線

1〕當節(jié)流閥開口AT不變時，活塞的運動速度v隨負載F的增加而降低，速度剛度較差。2〕當節(jié)流閥開口AT一定時，負載較小的區(qū)段曲線較平緩，速度剛度高，負載較大的區(qū)段曲線較陡，速度剛度較差。3〕在相同負載下工作時，當節(jié)流閥開口較小，活塞的速度v較低，曲線較平緩，速度剛度好；節(jié)流閥開口較大，活塞的速度v較高，曲線較陡，速度剛度差。2023/1/18②最大承載能力圖5-31b所示，三條特性曲線交匯于橫坐標軸上的的一點，該點對應的F值即為最大負載。這說明最大承載能力Fmax與速度調(diào)節(jié)無關。因最大負載時缸停止運動，其值為：

Fmax=ppA2023/1/18③功率和效率液壓泵的輸出功率為Pp=ppqp=常量液壓缸的輸出功率為P1=Fv=F=p1q1

回路的功率損失為ΔP=Pp-P1=ppqp-p1q1=ppqy+Δpq1

式中qy—通過溢流閥的溢流量。qy=qp-q1

Δp—節(jié)流閥兩端的壓力差。2023/1/182023/1/18這種調(diào)速回路的功率損失由兩局部組成，即溢流閥損失和節(jié)流損失?；芈返男蕿?〕回油節(jié)流調(diào)速回路回油節(jié)流調(diào)速回路是將節(jié)流閥裝在執(zhí)行元件的回油路上，用節(jié)流閥調(diào)節(jié)液壓缸輸出的流量，控制進入液壓缸的流量。2023/1/182023/1/18回油節(jié)流調(diào)速回路的速度負載特性曲線與進油節(jié)流節(jié)流調(diào)速回路相同，但這兩種調(diào)速回路也有不同之處：回油節(jié)流調(diào)速回路由于液壓缸的回油腔存在背壓，因而能承受一定的負值負載，故其運動平穩(wěn)性較好；回油節(jié)流調(diào)速回路，經(jīng)過節(jié)流閥發(fā)熱后的油液直接流回油箱冷卻，對液壓缸泄漏影響較小；在停車后，液壓缸回油腔中的油液會由于泄漏而形成空隙，重新啟動時由于進油路上沒有節(jié)流閥控制流量，會使活塞產(chǎn)生前沖。3〕旁路節(jié)流調(diào)速回路將節(jié)流閥安裝在與液壓缸并聯(lián)的支路上，節(jié)流閥分流了油泵的流量，從而控制了進入液壓缸的流量，調(diào)節(jié)節(jié)流閥的通流面積，即可實現(xiàn)調(diào)速。回路中的溢流閥只起平安作用,常態(tài)時關閉。2023/1/18旁路節(jié)流調(diào)速回路的速度負載特性曲線2023/1/18a.增大節(jié)流閥開度，活塞運動速度減??；當節(jié)流閥的開度不變時，負載增加活塞運動速度下降很快，其速度剛度比進、回油節(jié)流調(diào)速低。b.在負載一定時，節(jié)流閥的開度越小，其速度剛度越高，能承受的最大負載就越大。c.液壓泵的工作壓力隨負載變化而變化，回路中只有節(jié)流損失而無溢流損失，因此這種回路的效率較高。d.因液壓缸的回油腔無背壓力，所以其運動平穩(wěn)性較差，不能承受負值負載。三種節(jié)流調(diào)速回路性能比較特

性節(jié)流調(diào)速回路進油路節(jié)流調(diào)速回路回油路節(jié)流調(diào)速回路旁油路節(jié)流調(diào)速回路運動平穩(wěn)性平穩(wěn)性較差，不能在負值負載下工作平穩(wěn)性較好，可以在負值負載下工作平穩(wěn)性較差，不能在負值負載下工作最大承載能力最大負載由溢流閥所調(diào)定壓力來決定同左最大負載隨節(jié)流閥開口增大而減小，低速承載能力差調(diào)速范圍較大，可達100同左由于低速穩(wěn)定性差，故調(diào)速范圍較小功率損耗功率損耗與負載、速度無關。低速、輕載時功率損耗較大、效率低，發(fā)熱大同左功率損耗與負載成正比。效率較高，發(fā)熱小發(fā)熱的影響油液通過節(jié)流閥后直接進入液壓缸，影響較大油液通過節(jié)流閥后直接回油箱冷卻，影響較小油液通過節(jié)流閥后直接流回油箱冷卻，影響較小起動沖擊停車后起動沖擊小停車后起動有沖擊停車后起動有沖擊壓力控制便于實現(xiàn)壓力控制實現(xiàn)壓力控制不方便便于實現(xiàn)壓力控制2023/1/18〔2〕容積調(diào)速回路容積調(diào)速回路分為開式和閉式回路兩種。開式回路：泵從油箱吸油，執(zhí)行元件的回油返回油箱。油液在油箱中沉淀雜質(zhì)、析出氣體，并得到良好的冷卻，但油箱尺寸較大，污物容易侵入。閉式回路：液壓泵的吸油口與執(zhí)行元件的回油口直接連接，油液在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)。其結(jié)構緊湊、油氣隔絕、運動平穩(wěn)、噪音小，但散熱條件較差。閉式回路中需設置補油裝置。2023/1/18容積調(diào)速回路的形式變量泵和定量液壓馬達或液壓缸定量泵和變量液壓馬達變量泵和變量液壓馬達2023/1/181〕變量泵和定量液壓馬達的容積調(diào)速回路

圖a所示為變量泵和液壓缸組成的容積調(diào)速回路，圖b所示為變量泵和定量液壓馬達組成的容積調(diào)速回路。這兩種回路均采用改變變量泵1的輸出流量qp來調(diào)速的。2023/1/182023/1/18回路特性如下：

①液壓缸活塞的運動速度v=q/A，液壓馬達的轉(zhuǎn)速nm=q/A，因缸的有效作用面積A和馬達的排量VM為定值，所以調(diào)節(jié)變量泵的排量，即改變了泵的流量q便可調(diào)節(jié)活塞的運動速度或馬達的轉(zhuǎn)速，且調(diào)速范圍大。2023/1/18②液壓馬達的輸出轉(zhuǎn)矩TM= 液壓缸的推力F=ppA，其中VM和A為定值，pp為變量泵的壓力，由平安閥2調(diào)定。液壓馬達〔或液壓缸〕輸出的最大轉(zhuǎn)矩〔或推力〕不變，故這種調(diào)速為恒轉(zhuǎn)矩〔恒推力〕調(diào)速。2023/1/18③液壓馬達〔或液壓缸〕輸出的功率等于液壓泵的輸入功率，即PM=PP=ppVpnp=ppVMnm。式中泵的壓力pp、馬達的排量VM為常量，因此馬達的輸出功率隨轉(zhuǎn)速nm呈線性變化。2〕定量泵和變量液壓馬達的容積調(diào)速回路定量泵1的輸出流量不變，調(diào)節(jié)變量液壓馬達3排量VM，便可改變其轉(zhuǎn)速。2023/1/18回路的特性①根據(jù)nm=qp/VM可知，馬達輸出與排量VM成反比，VM過小那么馬達的輸出轉(zhuǎn)矩將減小，甚至不能帶動負載，故這種調(diào)速回路的調(diào)速范圍較小。②由液壓馬達的轉(zhuǎn)矩公式TM=可知，假設VM減小，nm增加，那么TM下降。③定量泵輸出流量是不變的，泵的壓力由平安閥2調(diào)定。馬達輸出的最大功率是不變的，故這種調(diào)速為恒功率調(diào)速。2023/1/183〕變量泵和變量馬達的容積調(diào)速回路變量泵1正反向供油，液壓馬達2即正反向旋轉(zhuǎn)，單向閥6和9用于使輔助泵4雙向補油，單向閥7、8使平安閥3在兩個方向都能起過載保護作用。該調(diào)速回路是前面兩種調(diào)速回路的組合，調(diào)速時將液壓泵和液壓馬達的排量分階段調(diào)節(jié)，低速階段由qp調(diào)節(jié)，在高速階段由VM調(diào)節(jié)。2023/1/18變量泵和變量馬達的容積調(diào)速回路2023/1/18變量泵和變量馬達的容積調(diào)速回路2023/1/18這種回路在低速段將馬達的排量固定在最大值上，由小到大調(diào)節(jié)泵的排量來調(diào)速，其最大輸出轉(zhuǎn)矩不變；在高速段將泵的排量固定在最大值上，由大到小調(diào)節(jié)馬達的排量來調(diào)速。其最大輸出功率不變?；芈房偟恼{(diào)速范圍等于泵調(diào)速范圍與馬達調(diào)速范圍的乘積，所以它適用于機床主運動等大功率的液壓系統(tǒng)?！?〕容積節(jié)流調(diào)速回路

容積調(diào)速回路，雖然具有效率高、發(fā)熱小的優(yōu)點，但隨著負載增加，容積效率將下降，于是速度發(fā)生變化，尤其低速時穩(wěn)定性更差。容積節(jié)流調(diào)速回路的特點是效率高，發(fā)熱小，速度穩(wěn)定性比容積調(diào)速好。2023/1/18限壓式變量泵和調(diào)速閥組成的容積節(jié)流調(diào)速回路調(diào)速閥裝在進油路上，調(diào)節(jié)調(diào)速閥就可以控制進入液壓缸的流量，限壓式變量泵的輸出流量qp和液壓缸所需流量qc相適應。假設qp﹥qc，那么泵的出口壓力上升，使泵的偏心量自動減??；假設qp﹤qc，那么泵的出口壓力會降低，使泵的偏心量自動增大，使qp增加，直至qp=qc。這種回路無溢流損失，系統(tǒng)發(fā)熱小，速度剛性也比較好。2023/1/18容積節(jié)流調(diào)速回路2023/1/182．快速運動回路〔1〕液壓缸差動連接快速回路閥3和閥4在左位工作時，液壓缸差動連接快速運動；當3YA通電時，差動連接即被切斷，液壓缸回油經(jīng)調(diào)速閥，實現(xiàn)工進；閥3切換至右位后，液壓缸有桿腔進油，即快退。2023/1/18快速運動回路〔2〕雙泵供油快速運動回路圖中2為低壓大流量泵，1為高壓小流量泵。在快速時，泵1和泵2同時向液壓系統(tǒng)供油；工進時，系統(tǒng)壓力升高，液控順序閥3開啟，使泵2卸荷，此時單向閥4關閉，由泵1單獨向系統(tǒng)供油。2023/1/18快速運動回路

〔3〕蓄能器快速運動回路系統(tǒng)短期需要大流量時，換向閥5處于左位或右位，由泵1和蓄能器4共同時向流壓缸6供油；當系統(tǒng)停止工作時，換向閥5處在中間位置，這時泵便經(jīng)單向閥3向蓄能器充液，蓄能器壓力升高后，到達液控順序閥2調(diào)定壓力后，閥口翻開，使泵卸荷。2023/1/18

3．速度換接回路

〔1〕快速與慢速的換接回路用行程閥的快慢速轉(zhuǎn)換回路。在圖示狀態(tài)下，液壓缸快進；當運動部件上的擋塊壓下行程閥5時，行程閥關閉，液壓缸右腔的油液必須通過調(diào)速閥6才能流回油箱，液壓缸就由快進轉(zhuǎn)換為慢速工進。2023/1/18〔2〕兩種慢速的轉(zhuǎn)換回路

調(diào)速閥串聯(lián)速度轉(zhuǎn)換回路左圖為兩個調(diào)速閥串聯(lián)來實現(xiàn)兩次工進速度的換接回路，第二工進速度小于第一工進速度，調(diào)速閥4的開口小于調(diào)速閥3，這種回路速度換接平穩(wěn)性好。2023/1/18兩種慢速的轉(zhuǎn)換回路調(diào)速閥并聯(lián)轉(zhuǎn)換回路左圖為兩個調(diào)速閥并聯(lián)來實現(xiàn)兩次進給速度的換接回路，兩個調(diào)速閥可以分別調(diào)整，兩次工進速度互不限制。2023/1/18小節(jié)習題1．調(diào)速閥是由

與

串聯(lián)而成的，這種閥無論其進出壓力如何變化，其

均能保持為定值，故能保證通流面積不變時流量穩(wěn)定。2．節(jié)流閥兩端壓差Δp變化時，通過它的

發(fā)生變化，三種結(jié)構形式的節(jié)流口中，通過

小孔的流量受到壓差改變的影響最小。3．液壓系統(tǒng)的調(diào)速方法有

、

和

。4．節(jié)流調(diào)速回路按流量閥安裝位置的不同，分

、

、

和

。5．進、回油節(jié)流調(diào)速回路的功率損失有

和

。6.常用的快速運動回路有

、

和

。7．容積調(diào)速回路分為

、

和

。8．在快慢速轉(zhuǎn)換回路中，可用

或

實現(xiàn)執(zhí)行元件快慢速的轉(zhuǎn)換。9．雙泵供油快速回路，快進時由

供油，工進時

供油。10．容積節(jié)流調(diào)速回路的特點是

，

，速度穩(wěn)定性比容積調(diào)速回路好。2023/1/18

第五節(jié)多缸工作控制回路

在液壓系統(tǒng)中，由一個油源向多個液壓缸供油時，各執(zhí)行元件間有兩種可能的動作，即順序動作或同步動作。1.順序動作回路2.同步動作回路2023/1/18一、順序動作回路順序動作回路的功用是使多缸液壓系統(tǒng)中的各液壓缸按規(guī)定的順序依次動作,常用控制方式分行程控制和壓力控制兩大類。2023/1/18

1.行程控制的順序動作回路

〔1〕用行程開關控制的順序動作回路1YA、2YA斷電，閥1、2均為右位工作，兩個缸的活塞均處于右端。當1YA通電時，閥1左位工作，缸A活塞左移，實現(xiàn)動作①；當運動到預定位置時，擋塊3壓下行程開關S1，使2YA通電，閥2左位工作，缸B活塞左移，實現(xiàn)動作②；當擋塊4壓下行程開關S2，使1YA斷電，閥1為右位工作，缸A活塞右移，實現(xiàn)動作③；當擋塊3壓下開關S3，使2YA斷電時，閥2右位工作，缸B活塞右移，實現(xiàn)動作④。2023/1/18

行程開關控制的順序動作回路

2023/1/18〔2〕采用行程閥控制的順序動作回路在圖示狀態(tài)，兩液壓缸均退至右端。電磁鐵1YA通電，閥1左位工作，缸B活塞先向左運動，當擋塊3壓下行程閥2后，油液進入缸A右腔，活塞左移。當電磁閥1斷電時，液壓缸B活塞右移，當擋塊3放開行程閥2時，液壓缸A的活塞右移。2023/1/182．壓力控制的順序動作回路以以下圖所示為定位夾緊回路，液壓油經(jīng)減壓閥、單向閥和電磁換向閥的右位后，油路分為兩支。由于順序閥的調(diào)定壓力高于液壓缸A的工作壓力，液壓油先進入液壓缸A的上腔，定位完成后，系統(tǒng)壓力升高，到達順序閥的調(diào)定壓力，翻開順序閥，壓力油進入液壓缸B的上腔，推動其活塞下行，完成夾緊動作。加工完畢后，電磁閥換向，兩液壓缸同時返回。2023/1/18順序閥控制的順序動作回路2023/1/18壓力控制的順序動作回路右圖所示為壓力繼電器控制的順序動作回路，按起動按鈕，1YA通電，缸1活塞向右運動，當缸1行至終點后，壓力升高，壓力繼電器1KP動作，使電磁鐵3YA通電，缸2活塞向右運動。按返回按鈕，1YA、3YA斷電，4YA通電，缸2活塞向左退回。缸2活塞退回原位后，回路壓力升高，壓力繼電器2KP