第5章   液壓控制閥

第一節(jié)  概述

1.1液壓閥的作用

液壓閥是用來控制液壓系統(tǒng)中油液的流動方向或調(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,。一個形狀相同的閥,，可以因為作用機(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方向。這就是說,，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對液壓閥的基本要求

（1）（1）動作靈敏,，使用可靠，工作時沖擊和振動小,。

（2）（2）油液流過的壓力損失小,。

（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方向流動，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，克服彈簧3作用在閥芯2上的力,，使閥芯向右移動,，打開閥口，并通過閥芯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，它和彈簧力一起使閥芯錐面壓緊在閥座上,，使閥口關(guān)閉,，油液無法通過。圖5—1（b）所示是單向閥的職能符號圖,。

圖5-1單向閥

(a)結(jié)構(gòu)圖(b)職能符號圖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處無壓力油通入時,，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,，因控制活塞1右側(cè)a腔通泄油口，活塞1右移,，推動頂桿2頂開閥芯3,，使通口P₁和P₂接通，油液就可在兩個方向自由通流,。圖5—2（b）所示是液控單向閥的職能符號,。

圖5-2液控單向閥

(a)結(jié)構(gòu)圖(b)職能符號圖1—活塞2—頂桿3—閥芯

   二、換向閥

   換向閥利用閥芯相對于閥體的相對運動,，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,、停止或變換運動方向,。

   1. 對換向閥的主要要求  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)動式換向閥（簡稱轉(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,，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,，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,。

  3.滑閥式換向閥   換向閥在按閥芯形狀分類時，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所示是其最常見的結(jié)構(gòu)形式,。由表可見，閥體上開有多個通口,，閥芯移動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，五個通口都關(guān)閉,；當(dāng)閥芯移向左端時,，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，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動,。

(2)滑閥的操縱方式,。常見的滑閥操縱方式示于圖5-4中。

圖5-4滑閥操縱方式

(a)手動式(b)機(jī)動式(c)電磁動(d)彈簧控制(e)液動(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手動換向閥,。圖5-5(b)為自動復(fù)位式手動換向閥,，放開手柄1、閥芯2在彈簧3的作用下自動回復(fù)中位,，該閥適用于動作頻繁,、工作持續(xù)時間短的場合，操作比較完全,，常用于工程機(jī)械的液壓傳動系統(tǒng)中,。

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

圖5-5手動換向閥

(a)職能符號圖(b)結(jié)構(gòu)圖

1—手柄2—閥芯3—彈簧〖JZ〗〗

②機(jī)動換向閥。機(jī)動換向閥又稱行程閥,，它主要用來控制機(jī)械運動部件的行程,，它是借助于安裝在工作臺上的擋鐵或凸輪來迫使閥芯移動，從而控制油液的流動方向,，機(jī)動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移動到下端時,，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,。

圖5-6機(jī)動換向閥

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閥芯來控制液流方向的。它是電氣系統(tǒng)與液壓系統(tǒng)之件發(fā)出,，從間的信號轉(zhuǎn)換元件,，它的電氣信號由液壓設(shè)備結(jié)構(gòu)圖(b)職能符號圖中的按鈕開關(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)方便地實現(xiàn)各種操作及自動順序動作,。

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”,。交流電磁鐵起動力較大，不需要專門的電源,，吸合,、釋放快，動作時間約為0.01～0.03s,，其缺點是若電源電壓下降15%以上,，則電磁鐵吸力明顯減小，若銜鐵不動作,，干式電磁鐵會在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30次/min。直流電磁鐵工作較可靠,，吸合,、釋放動作時間約為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。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,，工作更平穩(wěn)可靠等特點，但由于造價較高,，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,，推桿1將閥芯2推向右端,，這時油口P和A斷開，而與B相通,。而當(dāng)磁鐵斷電釋放時,，彈簧3推動閥芯復(fù)位。圖5-7(b)所示為其職能符號,。

圖5-7二位三通電磁換向閥

(a)結(jié)構(gòu)圖(b)職能符號圖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說，有二位和三位等,。二位電磁閥有一個電磁鐵,，靠彈簧復(fù)位；三位電磁閥有兩個電磁鐵,，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,。



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

   ④液動換向閥。液動換向閥是利用控制油路的壓力油來改變閥芯位置的換向閥,，圖5-9為三位四通液動換向閥的結(jié)構(gòu)和職能符號,。閥芯是由其兩端密封腔中油液的壓差來移動的，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,，K₁接通回油,，閥芯向左移動，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,，閥芯向右移動,，使得P與A相通，B與T相通,；當(dāng)K₁,、K₂都通回油時，閥芯在兩端彈簧和定位套作用下回到中間位置,。

 

圖5—9 三位四通液動換向閥

（a）結(jié)構(gòu)圖 （b）職能符號圖

⑤電液換向閥,。在大中型液壓設(shè)備中，當(dāng)通過閥的流量較大時,，作用在滑閥上的摩擦力和液動力較大,，此時電磁換向閥的電磁鐵推力相對地太小，需要用電液換向閥來代替電磁換向閥,。電液換向閥是由電磁滑閥和液動滑閥組合而成,。電磁滑閥起先導(dǎo)作用，它可以改變控制液流的方向,，從而改變液動滑閥閥芯的位置,。由于操縱液動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,。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(c)簡化職能符號

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所示為彈簧對中型三位四通電液換向閥的結(jié)構(gòu)和職能符號,，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,，來自主閥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，并推動主閥閥芯向右移動,，這時主閥閥芯右端容腔中的控制油液可通過右邊的節(jié)流閥經(jīng)先導(dǎo)電磁閥的B′口和T′口,，再從主閥的T口或外接油口流回油箱(主閥閥芯的移動速度可由右邊的節(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)電磁閥的兩個電磁鐵均不帶電時,，先導(dǎo)電磁閥閥芯在其對中彈簧作用下回到中位,，此時來自主閥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),，再從主閥的T口或外接油口流回油箱。主閥閥芯在兩端對中彈簧的預(yù)壓力的推動下,，依靠閥體定位,，準(zhǔn)確地回到中位，此時主閥的P,、A,、B和T油口均不通。電液換向閥除了上述的彈簧對中以外還有液壓對中的,，在液壓對中的電液換向閥中,，先導(dǎo)式電磁閥在中位時，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，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的中位機(jī)能,、型號,、符號及其特點，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,，通?？紤]以下幾點：

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(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,，系統(tǒng)卸荷,。

③啟動平穩(wěn)性。閥在中位時,，液壓缸某腔如通油箱,，則啟動時該腔內(nèi)因無油液起緩沖作用,，啟動不太平穩(wěn)。

④液壓缸“浮動”和在任意位置上的停止,，閥在中位,，當(dāng)A、B兩口互通時,，臥式液壓缸呈“浮動”狀態(tài)，可利用其他機(jī)構(gòu)移動工作臺,，調(diào)整其位置,。當(dāng)A、B兩口堵塞或與P口連接(在非差動情況下),，則可使液壓缸在任意位置處停下來,。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,，以電磁閥的項目為最多，它主要包括下面幾項：

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)計和制造,，且和使用也有關(guān)系,。液動力和液壓卡緊力的大小對工作可靠性影響很大，而這兩個力是與通過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，故液流流過閥口時產(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,。過大的內(nèi)泄漏量不僅會降低系統(tǒng)的效率,，引起過熱，而且還會影響執(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)位時間,。換向時間指從電磁鐵通電到閥芯換向終止的時間,；復(fù)位時間指從電磁鐵斷電到閥芯回復(fù)到初始位置的時間。減小換向和復(fù)位時間可提高機(jī)構(gòu)的工作效率,，但會引起液壓沖擊,。交流電磁閥的換向時間一般約為0.03～0.05s，換向沖擊較大,；而直流電磁閥的換向時間約為0.1～0.3s,，換向沖擊較小。通常復(fù)位時間比換向時間稍長,。

⑤換向頻率,。換向頻率是在單位時間內(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)位動作,，或使用到電磁閥的主要性能指標(biāo)超過規(guī)定指標(biāo)時所經(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,，直流電磁鐵的壽命比交流的長,。

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,，移動閥芯所需的力只需克服粘性摩擦力，數(shù)值是相當(dāng)小的,。但在實際使用中,，特別是在中、高壓系統(tǒng)中,，當(dāng)閥芯停止運動一段時間后(一般約5min以后),，這個阻力可以大到幾百牛頓，使閥芯很難重

新移動,。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困難,，有的是由于縫隙過小在油溫升高時閥芯膨脹而卡死,，但是主要原因是來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幾何形狀誤差,，且軸心線平行但不重合時，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，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越大,，直到兩者表面接觸為止，這時徑向不平衡力達(dá)到最大值,；但是,，如閥芯帶有順錐(錐部大端朝向低壓腔)時,，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，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時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間越長,，液壓卡緊力越大,，以致造成移動滑閥的推力(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,，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,簡稱壓力閥,。這類閥的共同點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控制其動作,，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，其性能好壞對整個液壓系統(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

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

用于過載保護(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,，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,，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)對溢流閥的性能要求。

①定壓精度高,。當(dāng)流過溢流閥的流量發(fā)生變化時,，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突然停止運動時，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排出而使系統(tǒng)壓力突然升高，并超過溢流閥的調(diào)定壓力,，稱動態(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,，則動態(tài)壓力超調(diào)越小。

③工作要平穩(wěn),，且無振動和噪聲,。

④當(dāng)閥關(guān)閉時，密封要好,，泄漏要小,。

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

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)形式和基本動作方式可歸結(jié)為直動式和先導(dǎo)式兩種,。

(1)              (1)              直動式溢流閥

直動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作,，圖5-15(a)所示是一種低壓直動式溢流閥,，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，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)生的作用力超過彈簧的壓緊力F,。此時,，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用來對閥芯的動作產(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低壓直動式溢流閥(a)結(jié)構(gòu)圖(b)職能符號圖

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來改變彈簧的壓縮量，從而改變閥口的通流面積和系統(tǒng)的溢流量來達(dá)到定壓目的的,。當(dāng)系統(tǒng)壓力升高時,，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)部通過閥芯的平衡和運動構(gòu)成的這種負(fù)反饋作用是其定壓作用的基本原理,，也是所有定壓閥的基本工作原理,。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,，這種低壓直動式溢流閥一般用于壓力小于2.5MPa的小流量場合，圖5-15(b)所示為直動式溢流閥的圖形符號.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。

直動式溢流閥采取適當(dāng)?shù)拇胧┮部捎糜诟邏捍罅髁?。例如,，德?span lang=EN-US>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動阻尼以提高閥的工作穩(wěn)定性外,，還可以使錐閥導(dǎo)向而在開啟后不會傾斜,。此外，錐閥上部有一個偏流盤1,，盤上的環(huán)形槽用來改變液流方向,，一方面以

圖5-16直動式錐型溢流閥

1—偏流盤2—錐閥3—活塞

補償錐閥2的液動力；另一方面由于液流方向的改變,，產(chǎn)生一個與彈簧力相反方向的射流力,，當(dāng)通過溢流閥的流量增加時，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，導(dǎo)閥關(guān)閉,，沒有油液流過阻尼孔,，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,，導(dǎo)閥打開，壓力油就可通過阻尼孔,、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)這個壓力差作用在面積為AB的主閥芯上的力等于或超過主閥彈簧力F_s,，軸向穩(wěn)態(tài)液動力F_bs、摩擦力F_f和主閥芯自重G時,，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)式溢流閥有一個遠(yuǎn)程控制口K,，如果將K口用油管接到另一個遠(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,，從而對溢流閥的溢流壓力實現(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通過二位二通閥接通油箱時，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,，這時溢流閥P口處壓力很低,，系統(tǒng)的油液在低壓下通過溢流閥流回油箱，實現(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)性能和動態(tài)性能,，在此作一簡單的介紹。

(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，系統(tǒng)壓力能平穩(wěn)地上升或下降,，且壓力無突跳及遲滯現(xiàn)象時的最大和最小調(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,，溢流閥應(yīng)無噪聲,、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程中,，被控壓力與通過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，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)的任何一個值,，顯然上述兩個百分比越大,，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，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流量階躍變化時溢流閥的進(jìn)口壓力響應(yīng)特性曲線

(2)動態(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，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,，從而完成其動態(tài)過渡過程,。

定義最高瞬時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)

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

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,，使用一個油源能同時提供兩個或幾個不同壓力的輸出,。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，在回路中串入一減壓閥可得到一個穩(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)所示為直動式減壓閥的結(jié)構(gòu)示意圖和圖形符號,。P₁口是進(jìn)油口,，P₂口是出油口，閥不工作時,，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,，閥芯上移,，關(guān)小閥口，這時閥處于工作狀態(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,，可仿前述先導(dǎo)式溢流閥來推演，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,，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)閥彈簧腔需通過泄油口單獨外接油箱,；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閥體上的通道和出油口相通，不必單獨外接油箱,。

(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)液動力為F_bs時，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時彈簧的預(yù)壓縮量,，其余符號見圖，亦即：

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

若忽略液動力F_bs,，且x_R≤x_c時,，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,，若通過的流量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,，它的出口壓力基本上仍能保持恒定,，此時有少量的油液通過減壓閥閥口經(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，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時彈簧(其彈簧剛度為k_s)的預(yù)壓縮量,；其余符號如圖所示,。

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)時忽略穩(wěn)態(tài)液動力、閥芯的自重和摩擦力時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時的彈簧的預(yù)壓縮量,；其它符號如圖所示。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,，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

順序閥是用來控制液壓系統(tǒng)中各執(zhí)行元件動作的先后順序,。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所示為直動式順序閥的工作原理圖和圖形符號,。當(dāng)進(jìn)油口壓力p₁較低時，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，閥芯向上移動,，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作,。由圖可見,，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必須單獨外接油箱。

直動式外控順序閥的工作原理圖和圖形符號如圖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,，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,，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轉(zhuǎn)換成電信號的電液控制元件，當(dāng)油液壓力達(dá)到壓力繼電器的調(diào)定壓力時,，即發(fā)出電信號,，以控制電磁鐵、電磁離合器,、繼電器等元件動作,，使油路卸壓、換向,、執(zhí)行元件實現(xiàn)順序動作,，或關(guān)閉電動機(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,。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，推動柱塞1上移,，此位移通過杠桿2放大后推動開關(guān)4動作,。改變彈簧3的壓縮量即可以調(diào)節(jié)壓力繼電器的動作壓力。

第四節(jié) 流量控制閥

液壓系統(tǒng)中執(zhí)行元件運動速度的大小,由輸入執(zhí)行元件的油液流量的大小來確定,。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短來控制流量的液壓閥類,。常用的流量控制閥有普通節(jié)流閥、壓力補償和溫度補償調(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)長小孔和厚壁小孔,但無論節(jié)流口采用何種形式,通過節(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,三種結(jié)構(gòu)形式的節(jié)流口中,通過薄壁小孔的流量受到壓差改變的影響最小,。

(2)溫度對流量的影響。油溫影響到油液粘度,對于細(xì)長小孔,油溫變化時,流量也會隨之改變,對于薄壁小孔粘度對流量幾乎沒有影響,故油溫變化時,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,這一影響更為突出,嚴(yán)重時會完全堵塞而出現(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,濕周大,易堵塞,流量受油溫影響較大,，一般用于對性能要求不高的場合;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,其缺點是閥芯上的徑向力不平衡,旋轉(zhuǎn)閥芯時較費力,一般用于壓力較低,、流量較大和流量穩(wěn)定性要求不高的場合;圖5-29(c)所示為軸向三角槽式節(jié)流口,其結(jié)構(gòu)簡單,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)流通道有一定的長度,油溫變化對流量有一定的影響,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,此時節(jié)流閥和溢流閥相當(dāng)于兩個并聯(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大小來決定,。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)以改變液阻來調(diào)節(jié)流量的元件,。因此可以通過調(diào)節(jié)節(jié)流閥的液阻,來改變進(jìn)入液壓缸的流量,從而調(diào)節(jié)液壓缸的運動速度;但若在回路中僅有節(jié)流閥而沒有與之并聯(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,因此液壓缸的運動速度不變,。所以,節(jié)流元件用來調(diào)節(jié)流量是有條件的,即要求有一個接受節(jié)流元件壓力信號的環(huán)節(jié)(與之并聯(lián)的溢流閥或恒壓變量泵)。通過這一環(huán)節(jié)來補償節(jié)流元件的流量變化,。

液壓傳動系統(tǒng)對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,通過閥的流量變化要小,以保證負(fù)載運動的穩(wěn)定,。

(3)油溫變化對通過閥的流量影響要小,。

(4)液流通過全開閥時的壓力損失要小。

(5)當(dāng)閥口關(guān)閉時,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,。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,，再從出油口P₂流出,。調(diào)節(jié)手柄3，可通過推桿2使閥芯作軸向移動,，以改變節(jié)流口的通流截面積來調(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,由于閥前后壓力差Δp的變化,引起通過節(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,剛度大,。

(2)同一節(jié)流閥,在節(jié)流開口一定時,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)行元件運動速度的穩(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,，通常是對節(jié)流閥進(jìn)行補償，即采取措施使節(jié)流閥前后壓力差在負(fù)載變化時始終保持不變,。由q = K A p ^m可知,，當(dāng) p基本不變時，通過節(jié)流閥的流量只由其開口量大小來決定,，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,，通過閥芯的負(fù)反饋動作來自動調(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(c)簡化職能符號(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)致通過節(jié)流閥的流量發(fā)生變化，為此出現(xiàn)了溫度補償調(diào)速閥,。

 調(diào)速閥是在節(jié)流閥2前面串接一個定差減壓閥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（忽略摩擦力和液動力等），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）

因為彈簧剛度較低,，且工作過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,，這就保證了通過節(jié)流閥的流量穩(wěn)定,。

2.     2.     溫度補償調(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,節(jié)流口的通流面積較小,這時節(jié)流口的長度與通流截面水力直徑的比值相對地增大,因而油液的粘度變化對流量的影響也增大,所以當(dāng)油溫升高后油的粘度變小時,流量仍會增大,為了減小溫度對流量的影響,可以采用溫度補償調(diào)速閥。

圖5-34溫度補償原理圖

溫度補償調(diào)速閥的壓力補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,由于粘度下降,K值(m≠0.5的孔口)上升,此時只有適當(dāng)減小節(jié)流閥的開口面積,，方能保證q不變,。圖5-34為溫度補償原理圖,在節(jié)流閥閥芯和調(diào)節(jié)螺釘之間放置一個溫度膨脹系數(shù)較大的聚氯乙烯推桿,當(dāng)油溫升高時,本來流量增加,這時溫度補償桿伸長使節(jié)流口變小,從而補償了油溫對流量的影響。在20～60℃的溫度范圍內(nèi),，流量的變化率超過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償型節(jié)流閥,圖5-35(a) 為其工作原理圖及職能符號,。

圖5-35溢流節(jié)流閥

(a)工作原理圖(b)職能符號

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)入液壓缸左腔推動活塞向右運動,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,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安全閥2,以避免系統(tǒng)過載,。

溢流節(jié)流閥是通過p₁隨p₂的變化來使流量基本上保持恒定的,它與調(diào)速閥雖都具有壓力補償?shù)淖饔?span lang=EN-US>,但其組成調(diào)速系統(tǒng)時是有區(qū)別的,調(diào)速閥無論在執(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,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p₁隨p₂(負(fù)載的壓力)的變化來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。但是,溢流節(jié)流閥中流過的流量比調(diào)速閥大(一般是系統(tǒng)的全部流量),閥芯運動時阻力較大,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,。