流量阀

7.2 流量负反馈 Flow Negative Feedback
7.2 流量负反馈
负载变化引起的流量波动可以通过流量负反馈来 加以控制。 与压力负反馈一样，流量负反馈控制的核心是要 构造一个流量比较器（Flow Comparator Flow Comparator）和流量测量 传感器(Flow Sensor) 。 流量阀的流量测量方法主要有“压差法”和“位 移法”两种。
7.1.2 影响流量稳定性的因素
产生堵塞的主要原因是： ①油液中的杂质或因氧化析出的胶质等污物堆积在节流缝 隙处； ②由于油液老化或受到挤压后产生带电的极化分子，被吸 附到缝隙表面，形成牢固的边界吸附层，因而影响了节流缝隙 的大小。以上堆积、吸附物增长到一定厚度时，会被液流冲刷 掉，随后又重新附在阀口上。这样周而复始，就形成流量的脉 动; ③阀口压差较大时容易产生堵塞现象。
细长孔
m=1
簿壁口 m=0.5
∆p
图7.1 节流口的流量-压力特性
在流体力学中，节流口有两大类。 一类是细长孔，m=1 细长孔， =1。在液压工程中，往往把这类节流口 细长孔 当作固定(不可调)节流器使用。 另一类是薄壁节流口，m=0.5 薄壁节流口， =0.5。用紊流计算这一类节流口 薄壁节流口 的流量。常常把它们作为节流阀阀口使用。 令 K = Cd 2 / ρ ，m=0.5流过薄壁小孔(thin-walled orifice ) 的流量公式由式（7.1）变为: Q 细长孔
∆pq
∆pq ⋅ A = 弹簧力≈ 恒定
Q=
∆pq
代表流量大小的
∆pq
固定节流孔液阻
压差力
Differential Pressure Force
所以 Q ≈ 恒定 ,
与压力负反馈相类似，可用弹簧预压力F指作为指令信号， 并与流量传感器的反馈力FQ共同作用在力比较器上，构成“流 量-压差-力负反馈”，利用比较信号驱动流量调节器阀芯（液 阻Rx），最终达到流量自动稳定控制之目的。
7.1.2 影响流量稳定性的因素
（3）阻塞 ）阻塞(Backup)对流量稳定性的影响 对流量稳定性的影响
节流阀的阻塞现象
一般节流阀，只要保持油足够清洁，不会出现阻塞。有 的系统要求缸的运动速度极慢，节流阀的开口只能很小，于 是导致阻塞现象的出现。此时，通过节流阀的流量时大时小， 甚至断流。 流量小时，流量稳定性与油液的性质和节流口的结构都 有关。
7.1.3 节流口的形式与特征
(4) 轴向三角槽式节流口 Axial Triangle Groove Orifice 沿阀芯的轴向开若干个三角槽。阀芯做轴向运动，即可改 变开口量h，从而改变过流断面面积。
l h
D
α
φ
图7.2(c) 三角槽式节流口
特点：结构简单，水力半径大，调节范围较大。小流量时 稳定性好，最低对流量的稳定流量为50ml/min。因小流量稳定 因小流量稳定 性好，是目前应用最广的一种节流口。 性好，是目前应用最广的一种节流口。
7.2.1 流量的“压差法”(Differential Pressure Method)测量 流量的“压差法”
在主油路中串联一个节流面积A0已调定的液阻RQ作为流 量一次传感器，其压力差 ∆pq 代表流量QL
流量调节阀口Rx 流量调节阀口 流量传感器RQ 流量传感器
Q
∆pq
∆pq
(1) 流量测量原理
流量控制阀简称流量阀 流量阀。 流量控制阀 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（Throttle Valve）、调速阀 （Speed Regulating Valve）、分流集流阀（Flow Divider）等。 本章除讨论普通的流量阀之外，还要简要介绍插装阀 (Cartridge Valve)、比例阀(Proportional Valve)、伺服阀（Servo Valve）。
7.1 节流口的流量特性
The Flow Characteristics of the Orifice
7.1 节流口的流量特性
7.1.1 节流口流量公式
The Flow Formula of the Orifice 对于节流孔口(Orifice)来说，可将流量公式写成 下列形式: Q = K ⋅ A ⋅ ∆p m （7.1） 式中: A ∆p K m 阀口通流面积； 阀口前、后压差； 节流系数； 由节流口形状和结构决 定的指数，0.5＜m＜l 。 Q
第七章
流量控制阀
FLOW CONTROL VALVE
本章提要
本章主要内容为 ： • 节流口的流量特性； 节流口的流量特性； • 流量负反馈； 流量负反馈； • 节流阀 、 调速阀、 分流阀等三种流量控制阀的 节流阀、调速阀、 原理、结构、主要性能和应用； 原理、结构、主要性能和应用； • 其它液压阀，如插装阀、电液比例阀、电液伺 其它液压阀， 如插装阀、 电液比例阀、 服阀的工作原理及应用。 服阀的工作原理及应用。 本章重点是节流口的流量特性、流量负反馈、 本章重点是节流口的流量特性、流量负反馈、 调速 阀的工作原理和性能。 阀的工作原理和性能。 学习时应从液压桥路和流量负反 馈等基本概念着手理解这些阀的工作原理。 馈等基本概念着手理解这些阀的工作原理。
7.1.3Байду номын сангаас节流口的形式与特征
(5) 周向缝隙式节流口 Radial Aperture Orifice 阀芯上开有狭缝，旋转阀芯可以改变缝隙的通流面积大 小。这种节流口可以作成薄刃结构，从而获得较小的稳定流 量，但是阀芯受径向不平衡力，只适于低压节流阀中。
图7.2(d) 周向缝隙式节流口
7.1.3 节流口的形式与特征
D
h≤B；B— 阀体沉割槽的宽度。
直角凸肩节流口
7.1.3 节流口的形式与特征
(2) 针阀式 锥形凸肩 节流口 Needle Valve Orifice 针阀式(锥形凸肩 锥形凸肩)节流口
h
特点： 结构简单，可当截止阀 用。调节范围较大。 由于过流断面仍是同心 环状间隙，水力半径较小， 小流量时易堵塞，温度对流 量的影响较大。一般用于要 求较低的场合 。 (a)
Q = Cd ⋅ A ⋅
2
m=1
ρ
( p1 − p2 )
簿壁口 m=0.5
式中: Cd—流量系数；ρ—油液密度。 ∆p
图7.1 节流口的流量-压力特性
上式也可写成
Q = C d A(
2
在上式中若m为常数，且 [(2 / ρ ) ∆p ]m 也是常数，调节A， 则可调节通过节流阀的流量Q。 需要说明的是流量系数Cd并不是常数，节流口的结构、 形状、压力差、油温都对Cd有影响。精确的Cd值需靠试验确 定。一般Cd=0.6~0.8。m值也受多种因素影响，一般m=0.5~1。 一般薄壁节流口的m为0.5左右。 尽管式（7.1）包含着一些非确定因素，但它毕竟给我们 提供了一个对流量进行概略计算的简明表达式。
∂Q 1 ∆p T = 1 /( )= m Q ∂∆p
(7.2)
7.1.2 影响流量稳定性的因素 1 ∂∆ p 1 T = = = ∂∆ Q tg α ∂Q ∂∆ p
细长孔
刚度的物理意义如下： 刚度的物理意义如下 当△p有某一增量时，Q值 相应的也有某一增量，Q的增 量值越大，说明流量的变化也 就越大，从式(7.2) 看，刚度就 越小。反之，则刚度大。
图7.2(a) 针阀（锥形）节流口
D
θ
7.1.3 节流口的形式与特征
(3) 偏心槽式节流口 Off-central Groove Orifice 节流口由偏心的三角沟槽组成。阀芯有转角时，节流口过 流断面面积即产生变化。本结构的特点是，小流量调节容易。 但制造略显得麻烦、阀芯所受的径向力不平衡，只宜用在低压 场合。
7.1.2 影响流量稳定性的因素
（2）油温 ）油温(Oil Temperature)变化对流量稳定性的影响 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，油液粘度降低。对于细长孔，当油温升高 使油的粘度降低时，流量 就会增加 就会增加。 使油的粘度降低时，流量Q就会增加。所以节流通道长时 温度对流量的稳定性影响大。 温度对流量的稳定性影响大。 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。
ρ
∆p ) m
7.1.2 影响流量稳定性的因素
Factors to the Flow Stability 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。 （1）压差 ）压差(Differential Pressure)变化对流量稳定性的影响 变化对流量稳定性的影响 当节流口前后压差变化时，通过节流口的流量将随之改变， 节流口的这种特性可用流量刚度T来表征。
再设置一个作为流量二 次传感的测压油缸A，将一次 传感器输出的压差pQ引入该 测压油缸A的两腔，即可将流 量转化成与之相关的活塞推 力FQ，FQ即为反馈信号 (Feedback Signal)。 液阻RQ和压差测量缸A一起 构成“压差法”流量传感器。
流量调节阀口Rx
流量传感器RQ
Q
指令力
Spring Force
7.1.2 影响流量稳定性的因素
减轻堵塞现象的措施有： 减轻堵塞现象的措施有： 采用大水力半径的薄刃式节流口。一般通流面积越大、 •采用大水力半径的薄刃式节流口 节流通道越短、以及水力半径(Hydraulic Radius)越大时，节 流口越不易堵塞。 适当选择节流口前后的压差，用多个节流口串联。一 •适当选择节流口前后的压差，用多个节流口串联 般取∆p＝0.2～0.3MPa。 ∆ 精密过滤并定期更换油液。在节流阀前设置单独的精 •精密过滤并定期更换油液 滤装置，为了除去铁屑和磨料，可采用磁性过滤器(Magnetic Filter)。 节流口零件的材料应尽量选用电位差较小的金属，以 •节流口零件的材料应尽量选用电位差较小的金属 减小吸附层的厚度。