第四節流量控制閥及速度

控制回路2024/5/28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節流量的大小，常用的流量控制閥有節流閥、調速閥、溢流節流閥和同步閥等。2024/5/28河南機電職業學院一、節流閥1．節流特性（1）流量特性節流閥的流量特性取決于節流口的結構形式，節流口通常有三種基本形式：薄壁小孔、細長小孔和短孔，但無論節流口采用何種形式，可用小孔的流量公式來q=KAΔpm表示，當系數K和指數m、Δp一定時，只要改變節流口面積A就可調節通過閥的流量。2024/5/28河南機電職業學院2024/5/28河南機電職業學院1）壓差對流量的影響節流閥兩端壓差Δp變化時,通過它的流量要發生變化。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）節流口的堵塞改變了原來節流口通流面積的大小，使流量發生變化。（2）流量穩定性2.節流閥下圖所示為一種普通節流閥的結構和圖形符號，這種節流閥的節流口為軸向三角槽式。2024/5/28河南機電職業學院二、調速閥

調速閥是由定差減壓閥與節流閥串聯而成的組合閥。

節流閥調節通過的流量，定差減壓閥能自動保持節流閥前后的壓力差為定值，使通過節流閥的流量不受負載變化的影響。2024/5/28河南機電職業學院1.調速閥結構和原理調速閥的進口壓力p1由溢流閥調節，工作時基本保持恒定。壓力油由P1進入調速閥后，先經過定差減壓閥的閥口后壓力降為p2，然后經節流閥流出，其壓力為p3。p2A1+p2A2=

p3A+Fs

p2-p3=Δp=2024/5/28河南機電職業學院2024/5/28河南機電職業學院

因為彈簧剛度較低，且工作過程中減壓閥閥芯位移較小，可認為彈簧力基本保持不變，故節流閥兩端壓力差不變，可保持通過節流閥的流量穩定。2.調速閥和節流閥特性比較調速閥和節流閥特性比較如圖所示。節流閥的流量隨壓差的變化較大，而調速閥在進出口壓力差Δp大于一定數值后，流量保持基本恒定。調速閥在壓差小于Δpmin區域內，減壓閥不起減壓作用，此時其流量特性與節流閥相同。2024/5/28河南機電職業學院三、速度控制回路速度控制回路包括:

調速回路

快速運動回路

速度換接回路2024/5/28河南機電職業學院1.調速回路調速回路的基本原理：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，液壓馬達的轉速nm由輸入流量和液壓馬達的排量VM決定，即nm=q/VM2024/5/28河南機電職業學院調速回路主要有以下三種方式：1）節流調速回路：由定量泵供油，用流量閥調節進入或流出執行元件的流量來實現調速。2）容積調速回路：用調節變量泵或變量馬達的排量來調速。3）容積節流調速回路：采用變量泵和流量閥相配合的調速方法。2024/5/28河南機電職業學院

（1）節流調速回路

根據流量閥的位置的不同，可分為以下三種形式。進油節流調速回路回油節流調速回路旁油節流調速回路2024/5/28河南機電職業學院1）進油節流調速回路2024/5/28河南機電職業學院原理動畫2024/5/28河南機電職業學院

進油節流調速回路是將節流閥裝在執行元件的進油路上，調節節流閥閥口大小，便能控制進入液壓缸的流量，多余的油液經溢流閥溢流回油箱，而達到調速目的，油路中有溢流損失，又有節流損失，功率損失大。

節流閥進油節流調速回路適用于低速、輕載變化不大和速度穩定性要求不高的場合。2024/5/28河南機電職業學院①速度負載特性液壓缸在穩定工作時，其受力平衡方程式為p1A=F+p2A泵的供油壓力pp由溢流閥調定為恒定，故節流閥兩端的壓力差為2024/5/28河南機電職業學院節流閥進入液壓缸的流量為速度負載特性方程為2024/5/28河南機電職業學院

上式為進油節流調速回路的速度負載特性方程。相同負載下工作時，這種回路調速范圍較大。當調定后，速度隨負載的增大而減小，故這種調速回路的速度負載特性較低。

速度負載特性曲線

1）當節流閥開口AT不變時，活塞的運動速度v隨負載F的增加而降低，速度剛度較低。2）當節流閥開口AT一定時，負載較小的區段曲線較平緩，速度剛度高，負載較大的區段曲線較陡，速度剛度較低。3）在相同負載下工作時，當節流閥開口較小，活塞的速度v較低，曲線較平緩，速度剛度高；節流閥開口較大，活塞的速度v較高，曲線較陡，速度剛度低。2024/5/28河南機電職業學院②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。最大承載能力Fmax與速度調節無關。因最大負載時缸停止運動，其值為：

Fmax=ppA2024/5/28河南機電職業學院③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—節流閥兩端的壓力差。2024/5/28河南機電職業學院2024/5/28河南機電職業學院

這種調速回路的功率損失由兩部分組成，即溢流閥損失和節流損失。回路的效率為2）回油節流調速回路回油節流調速回路是將節流閥裝在執行元件的回油路上，用節流閥調節液壓缸輸出的流量，控制進入液壓缸的流量。原理動畫2024/5/28河南機電職業學院2024/5/28河南機電職業學院回油節流調速回路的速度負載特性曲線與進油節流節流調速回路相同，但這兩種調速回路也有不同之處：回油節流調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，故其運動平穩性較好；回油節流調速回路，經過節流閥發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流閥控制流量，會使活塞產生前沖。3）旁路節流調速回路將節流閥安裝在與液壓缸并聯的支路上，節流閥分流了油泵的流量，從而控制了進入液壓缸的流量，調節節流閥的通流面積，即可實現調速。回路中的溢流閥只起安全作用,常態時關閉。2024/5/28河南機電職業學院旁路節流調速回路的速度負載特性曲線2024/5/28河南機電職業學院a.增大節流閥開度，活塞運動速度減小；當節流閥的開度不變時，負載增加活塞運動速度下降很快，其速度剛度比進、回油節流調速低。b.在負載一定時，節流閥的開度越小，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，所以其運動平穩性較低，不能承受負值負載。三種節流調速回路性能比較特

性節流調速回路進油路節流調速回路回油路節流調速回路旁油路節流調速回路運動平穩性平穩性較差，不能在負值負載下工作平穩性較好，可以在負值負載下工作平穩性較差，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設定壓力來決定同左最大負載隨節流閥開口增大而減小，低速承載能力差調速范圍較大，可達100同左由于低速穩定性差，故調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，發熱大同左功率損耗與負載成正比。效率較高，發熱小發熱的影響油液通過節流閥后直接進入液壓缸，影響較大油液通過節流閥后直接回油箱冷卻，影響較小油液通過節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壓力控制實現壓力控制不方便便于實現壓力控制2024/5/28河南機電職業學院（2）容積調速回路容積調速回路分為開式和閉式回路兩種。開式回路：泵從油箱吸油，執行元件的回油返回油箱。油液在油箱中沉淀雜質、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行元件的回油口直接連接，油液在系統內循環。其結構緊湊、油氣隔絕、運動平穩、噪音小，但散熱條件較差。閉式回路中需設置補油裝置。2024/5/28河南機電職業學院容積調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2024/5/28河南機電職業學院1）變量泵和定量液壓馬達的容積調速回路

圖a所示為變量泵和液壓缸組成的容積調速回路，圖b所示為變量泵和定量液壓馬達組成的容積調速回路。這兩種回路均采用改變變量泵1的輸出流量qp來調速的。2024/5/28河南機電職業學院原理動畫2024/5/28河南機電職業學院回路特性如下：

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，所以調節變量泵的排量，即改變了泵的流量q便可調節活塞的運動速度或馬達的轉速，且調速范圍大。2024/5/28河南機電職業學院②液壓馬達的輸出轉矩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，由安全閥2調定。液壓馬達（或液壓缸）輸出的最大轉矩（或推力）不變，故這種調速為恒轉矩（恒推力）調速。2024/5/28河南機電職業學院③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速nm呈線性變化。2）定量泵和變量液壓馬達的容積調速回路定量泵1的輸出流量不變，調節變量液壓馬達3排量VM，便可改變其轉速。

原理動畫2024/5/28河南機電職業學院回路的特性①根據

nm=qp/VM可知，馬達輸出與排量VM成反比，VM過小則馬達的輸出轉矩將減小，甚至不能帶動負載，故這種調速回路的調速范圍較小。②由液壓馬達的轉矩公式TM=可知，若VM減小，nm增加，則TM下降。③定量泵輸出流量是不變的，泵的壓力由安全閥2調定。馬達輸出的最大功率是不變的，故這種調速為恒功率調速。2024/5/28河南機電職業學院3）變量泵和變量馬達的容積調速回路

變量泵1正反向供油，液壓馬達2即正反向旋轉，單向閥6和9用于使輔助泵4雙向補油，單向閥7、8使安全閥3在兩個方向都能起過載保護作用。

該調速回路是前面兩種調速回路的組合，調速時將液壓泵和液壓馬達的排量分階段調節，低速階段由qp調節，在高速階段由VM調節。2024/5/28河南機電職業學院變量泵和變量馬達的容積調速回路2024/5/28河南機電職業學院原理動畫變量泵和量馬達的容積調速回路2024/5/28河南機電職業學院

這種回路在低速段將馬達的排量固定在最大值上，由小到大調節泵的排量來調速，其最大輸出轉矩不變；在高速段將泵的排量固定在最大值上，由大到小調節馬達的排量來調速。其最大輸出功率不變。回路總的調速范圍等于泵調速范圍與馬達調速范圍的乘積，所以它適用于機床主運動等大功率的液壓系統。（3）容積節流調速回路

容積調速回路，雖然具有效率高、發熱小的優點，但隨著負載增加，容積效率將下降，于是速度發生變化，尤其低速時穩定性更差。容積節流調速回路的特點是效率高，發熱小，速度穩定性比容積調速好。2024/5/28河南機電職業學院限壓式變量泵和調速閥組成的容積節流調速回路調速閥裝在進油路上，調節調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。若qp﹥qc，則泵的出口壓力上升，使泵的偏心量自動減小；若qp﹤qc，則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，系統發熱小，速度剛性也比較好。2024/5/28河南機電職業學院容積節流調速回路2024/5/28河南機電職業學院2．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，液壓缸回油經調速閥，實現工進；閥3切換至右位后，液壓缸有桿腔進油，即快退。原理動畫2024/5/28河南機電職業學院快速運動回路（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同時向液壓系統供油；工進時，系統壓力升高，液控順序閥3開啟，使泵2卸荷，單向閥4關閉，由泵1單獨向系統供油。2024/5/28河南機電職業學院原理動畫快速運動回路

（3）蓄能器快速運動回路

系統短期需要大流量時，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；當系統停止工作時，換向閥5處在中間位置，這時泵便經單向閥3向蓄能器充液，蓄能器壓力升高后，達到液控順序閥2設定壓力后，閥口打開，使泵卸荷。原理動畫2024/5/28河南機電職業學院

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換回路。在圖示狀態下，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速閥6才能流回油箱，液壓缸就由快進轉換為慢速工進。原理動畫2024/5/28河南機電職業學院（2）兩種慢速的轉換回路

調速閥串聯速度轉換回路

左圖為兩個調速閥串聯來實現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，調速閥4的開口小于調速閥3，這種回路速度換接平穩性好。

原理動畫2024/5/28河南機電職業學院兩種慢速的轉換回路調速閥并聯轉換回路左圖為兩個調速閥并聯來實現兩次進給速度的換接回路，兩個調速閥可以分別調整，兩次工進速度互不限制。

原理動畫2024/5/28河南機電職業學院小節習題1．調速閥是由

與

串聯而成的，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定。2．節流閥兩端壓差Δp變化時，通過它的

發生變化，三種結構形式的節流口中，通過

小孔的流量受到壓差改變的影響最小。3．液壓系統的調速方法有

、

和

。4．節流調速回路按流量閥安裝位置的不同，分

、

、

和

。5．進、回油節流調速回路的功率損失有

和

。6.常用的快速運動回路有

、

和

。7．容積調速回路分為

、

和

。8．在快慢速轉換回路中，可用

或

實現執行元件快慢速的轉換。9．雙泵供油快速回路，快進時由

供油，工進時

供油。10．容積節流調速回路的特點是

，

，速度穩定性比容積調速回路好。2024/5/28河南機電職業學院

第五節多缸工作控制回路

在液壓系統中，由一個油源向多個液壓缸供油時，各執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2024/5/28河南機電職業學院一、順序動作回路順序動作回路的功用是使多缸液壓系統中的各液壓缸按規定的順序依次動作,常用控制方式分行程控制和壓力控制兩大類。2024/5/28河南機電職業學院

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，實現動作④。2024/5/28河南機電職業學院

行程開關控制的順序動作回路

2024/5/28河南機電職業學院原理動畫（2）采用行程閥控制的順序動作回路在圖示狀態，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。2024/5/28河南機電職業學院2．壓力控制的順序動作回路下圖所示為定位夾緊回路，液壓油經減壓閥、單向閥和電磁換向閥的右位后，油路分為兩支。由于順序閥的設定壓力高于液壓缸A的工作壓力，液壓油先進入液壓缸A的上腔，定位完成后，系統壓力升高，達到順序閥的設定壓力，打開順序閥，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。2024/5/28河南機電職業學院順序閥控制的順序動作回路2024/5/28河南機電職業學院原理動畫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動作，使2YA通電，缸1活塞后退。2024/5/28河南機電職業學院原理動