流量控制阀及其应用

液压系统中执行元件运动速度的大小，由输入执行元件的油液流量的大小来确定。流量控制阀就是依靠改变阀口通流面积（节流口局部阻力）的大小或通流通道的长短来控制流量的液压阀类。常用的流量控制阀有节流阀、调速阀和同步阀等。液压传动系统对流量控制阀的主要要求：①较大的流量调节范围，且流量调节要均匀；②当阀前、后压差发生变化时，通过阀的流量变化要小，以保证负载运动的稳定；③油温变化对通过阀的流量影响要小；④液流通过全开阀时的压力损失要小；⑤当阀口关闭时，阀的泄漏量要小。

图2-59 压力继电器

a）结构原理 b）图形符号

1—柱塞 2—弹簧 3—杠杆 4—微动开关

1.节流阀

（1）普通节流阀 普通节流阀的结构原理及其图形符号如图2-60所示。

图2-60 普通节流阀

a）结构原理 b）图形符号

1—阀体 2—弹簧 3—阀芯 4—调节手轮

节流阀的节流口有多种形式，如轴向三角槽式、螺旋曲线开口式等。图2-60所示的阀采用三角槽式结构。通过调节手轮可以调节节流口的通流面积，从而可以调节通过节流阀的流量。在结构上，节流阀的阀芯上开有中心小孔，使阀芯的两端所受的液压力相平衡，调节手轮可以方便地对阀芯进行调节（改变节流口）。阀芯上所开的三角形节流阀口采用倒三角结构，即节流阀的油液是从上面流入，从下面流出的，使阀在小流量（阀口很小）时不易堵塞。节流阀的流量调节规律符合流体流过小孔的流量特性公式。

（2）单向节流阀 图2-61所示是MK型单向节流阀的结构原理及其图形符号。该阀是管式连接的单向节流阀，其节流口采用轴向三角槽式结构。旋转调节螺母3，可改变节流口通流面积的大小，用以调节流量。正向流动时起节流阀的作用；反向流动时起单向阀的作用，这时由于有部分油液可在环形缝隙中流动，可以清除节流口上的沉积物。在阀体2左端有刻度槽，调节螺母3上有刻度，用以标志调节流量的大小。

（3）节流阀的应用 普通节流阀和单向节流阀是简易的流量控制阀，它们在定量泵液压系统中的主要作用是与溢流阀配合，组成三种节流调速系统，即进油节流调速系统、回油节流调速系统和旁路节流调速系统。对于执行元件要求往返节流调速的系统可使用两个单向节流阀。节流阀也在容积节流调速回路中使用，这种阀没有压力及温度补偿装置，不能自动补偿载荷及油液黏度变化时造成的速度不稳定，但其结构简单，制造和维护方便，所以在载荷变化不大或对速度稳定性要求不高的一般液压系统中得到广泛应用。

2.调速阀

（1）普通调速阀 普通调速阀在特定的工作条件下，其调定的速度（流量）可以不受负载变化的影响。图2-62所示为普通调速阀的结构原理及其图形符号。

图2-61 MK型单向节流阀的结构原理及其图形符号

1—O形密封圈 2—阀体 3—调节螺母 4—单向阀 5—弹簧 6、7—卡环 8—弹簧座

图2-62 普通调速阀

a）结构原理 b）图形符号 c）简化图形符号

1—阀体 2—减压阀阀芯 3—限位螺钉 4—调压手轮 5—节流阀阀芯 6—泄漏口 7—弹簧 8—减压阀弹簧

将差压式减压阀和节流阀串联在一起，减压阀入口的压力为p₁，经过减压口减压后的压力为p_m，p_m同时为节流阀的入口压力，节流阀出口的压力为p₂，由外负载决定。调速阀正常工作时，Δp=p_m-p₂基本恒定。当外负载增大时，p₂增大，减压阀弹簧腔压力增大，阀芯原先的平衡被打破，阀芯向左移动，开大减压口开度H，使p_m增大，维持Δp=p_m-p₂基本恒定；当外负载减小时，阀芯运动情况正好相反，同样维持压差基本恒定。

（2）温度补偿调速阀 普通调速阀的流量虽然由于定差减压阀的压力补偿作用，能够在负载变化的工况下保证节流阀前后压差不变，已能基本上不受外部载荷变化的影响，但是当流量较小时，节流口的通流面积较小，这时节流孔的长度与通流断面的水力半径的比值相对地增大，因而油的黏度变化对流量变化的影响也增大，所以当油温升高后油的黏度变小时，流量仍会增大。为了减小温度对流量的影响，常采用带温度补偿的调速阀。温度补偿调速阀也是由减压阀和节流阀两部分组成的。减压阀部分的原理和普通调速阀相同。节流阀部分在结构上采取了温度补偿措施，如图2-63所示，其特点是节流阀的芯杆（即温度补偿杆2）由热膨胀系数较大的材料（如聚氯乙烯塑料）制成，当油温升高时，芯杆热膨胀使节流阀口关小，正好能抵消由于油的黏度变小使流量增加的影响。

图2-63 温度补偿调速阀

1—手柄 2—温度补偿杆 3—节流口 4—节流阀阀芯

3.同步阀

同步阀包括分流阀、集流阀和分流集流阀。

分流阀的作用是使液压系统中由同一个油源向两个以上执行元件供应相同的流量（等量分流），或按一定比例向两个执行元件供应流量（比例分流），以实现两个执行元件的速度保持同步或定比关系。集流阀的作用则是从两个执行元件收集等流量或按比例的回油量，以实现其间的速度同步或定比关系。分流集流阀则兼有分流阀和集流阀的功能。它们的图形符号如图2-64所示。

图2-64 同步阀的图形符号(www.xing528.com)

a）分流阀 b）集流阀 c）分流集流阀

（1）分流阀 图2-65a所示为等量分流阀的结构原理，它可以看作是由两个串联减压式流量控制阀结合为一体构成的。该阀采用“流量-压差-力”负反馈，用两个面积相等的固定节流孔1、2作为流量一次传感器，作用是将两路负载流量q₁、q₂分别转化为对应的压差值Δp₁和Δp₂。代表两路负载流量q₁和q₂大小的压差值Δp₁和Δp₂同时反馈到公共的减压阀阀芯6上，相互比较后驱动减压阀阀芯来调节q₁和q₂的大小，使之趋于相等。

工作时，设阀的进口油液压力为p₀，流量为q₀，进入阀后分两路分别通过两个面积相等的固定节流孔1、2进入减压阀芯环形槽a和b，然后由两减压阀的可变节流口3、4经出油口Ⅰ和Ⅱ通往两个执行元件，两执行元件的负载流量分别为q₁、q₂，负载压力分别为p₃、p₄。如果两执行元件的负载相等，则分流阀的出口压力p₃=p₄，因为阀中两支流道的尺寸完全对称，所以输出流量也对称，q₁=q₂=q₀/2，且p₁=p₂。当由于负载不对称而出现p₃≠p₄，且设p₃＞p₄时，q₁必定小于q₂，导致固定节流孔1、2的压差Δp₁＜Δp₂，p₁＞p₂，此压差反馈至减压阀阀芯6的两端后使阀芯在不对称液压力的作用下左移，使减压阀的可变节流口3增大，减压阀的可变节流口4减小，从而使q₁增大，q₂减小，直到q₁≈q₂为止，阀芯才在一个新的平衡位置上稳定下来。即输往两个执行元件的流量相等，当两执行元件尺寸完全相同时，运动速度将同步。

根据节流边及反馈测压面的不同布置，分流阀有图2-65b、c所示两种不同的结构。

（2）集流阀 图2-66所示为等量集流阀的工作原理。

图2-65 分流阀的工作原理

a）分流阀的结构原理 b）节流边设计在内侧的分流阀 c）节流边设计在外侧的分流阀

1、2—固定节流孔 3、4—减压阀的可变节流口 5—阀体 6—减压阀阀芯 7—弹簧

它与分流阀的反馈方式基本相同，不同之处如下：

1）分流阀装在两执行元件的回油路上，将两路负载的回油流量汇集在一起回油。

2）分流阀的两流量传感器共进口压力p₀，流量传感器的通过流量q₁（或q₂）越大，其出口压力p₁（或p₂）反而越低；集流阀的两流量传感器共出口T，流量传感器的通过流量q₁（或q₂）越大，其进口压力p₁（或p₂）则越高。因此集流阀的压力反馈方向正好与分流阀相反。

3）集流阀只能保证执行元件回油时同步。

图2-66 等量集流阀的工作原理

（3）分流集流阀 分流集流阀同时具有分流阀和集流阀两者的功能，能保证执行元件进油、回油时均能同步。

图2-67所示为挂钩式分流集流阀的结构原理。

图2-67 挂钩式分流集流阀的结构原理

a）结构原理 b）分流时的工作原理 c）集流时的工作原理

1、2—挂钩阀芯 3、4—可变节流口 5、6—阀套

分流时，因p₀＞p₁（或p₀＞p₂），此压差将两挂钩阀芯1、2推开，处于分流工况，此时的分流可变节流口由挂钩阀芯1、2的内棱边和阀套5、6的外棱边组成；集流时，因p₀＜p₁（或p₀＜p₂），此压差将挂钩阀芯1、2合拢，处于集流工况，此时的集流可变节流口是由挂钩阀芯1、2的外棱边和阀套5、6的内棱边组成。

（4）分流阀的精度及影响分流阀精度的因素 分流阀的分流精度高低可用分流误差ξ的大小来表示，其计算公式为

一般分流阀的分流精度为2%～5%，其值的大小与进口流量的大小和两出口油液压差的大小有关。分流阀的分流精度还与使用情况有关，如果使用方法适当，可以提高其分流精度；使用方法不适当，会降低分流精度。

影响分流精度的因素主要有以下几方面：

1）固定节流孔的压差太小时，分流效果差，分流精度低。压差大时，分流效果好，也比较稳定。但压差太大时又会使分流阀的压力损失大。希望在保证一定的分流精度下，压力损失尽量小一些。推荐固定节流孔的压差不低于0.5～1MPa。

2）两个可变节流孔处的液动力和阀芯与阀套间的摩擦力不完全相等而产生的分流误差。

3）阀芯两端弹簧力不相等引起的分流误差。

4）两个固定节流孔几何尺寸误差带来的分流误差。

必须指出，在采用分流（集流）阀构成的同步系统中，液压缸的加工误差及其泄漏、分流阀之后设置的其他阀的外部泄漏、油路中的泄漏等，虽然对分流阀本身的分流精度没有影响，但对系统中执行元件的同步精度却有直接影响。