节流阀在系统中的作用方式与特性

要注意的是：节流阀只能改变通流面积，也即液阻而已，并不总是能节流的。以下通过分析其在系统中的作用方式与特性来阐明这一点。

1.进口节流回路

进口节流（meter-in）：节流阀装在泵与执行器之间（见图6-7）。

（1）节流特性 在图6-7所示的系统中，通过节流阀的流量q_V1，取决于阀两端的压差Δp=p_P-p₁，被溢流阀的开启压力p_y和泵的输出流量q_VP所限制（见图6-8a）。

图6-8b示意了当节流口通流面积A_J变小时压差流量的变化情况。

工作点A：通流面积A_J较大，负载压力p₁较小，泵口压力p_P低于溢流阀的开启压力p_y，泵输出的流量q_VP全部通过节流阀进入液压缸。

图6-7 进口节流调速回路示意图

q_VP—泵的输出流量 p_y—溢流阀的开启压力 q_Vy—通过溢流阀的流量 A_J—节流口的通流面积 q_V1—通过节流阀进入液压缸的流量 F—负载力 A₁—液压缸有效作用面积 v—活塞运动速度

AB段：减小通流面积A_J，泵口压力p_P升高。

图6-8 节流特性

a）不同通流面积A_J的压差流量特性 b）通流面积A_J变小时压差流量的变化情况

工作点B：泵口压力p_P接近溢流阀的开启压力p_y，溢流阀将开未开，泵输出的流量q_VP还是全部通过节流阀。

BC段：通流面积A_J进一步减小，泵口压力p_P达到溢流阀的开启压力p_y，溢流阀开启，泵输出的流量q_VP部分通过溢流阀溢出，通过节流阀进入液压缸的流量q_V1减少。

工作点C：节流阀完全关闭，无流量通过节流阀。

只有在BC段，调节节流阀才能改变通过节流阀的流量。这时，节流阀才真正是“节流”阀。

所以，流量可调的必要条件是：溢流阀已开启，泵输出的流量部分可以通过溢流阀直接回油箱。

（2）负载力速度特性 使用节流阀，大多都是为了控制执行器的速度。因此有必要研究负载力对速度的影响。

在很多情况下：

1）对液压缸而言：速度=流量/有效作用面积，负载力/有效作用面积=负载压力。

2）对液压马达而言：转速=流量/排量，负载转矩/负载压力=每弧度排量。

因此，也可以通过研究负载压力流量特性来了解相应的负载力速度特性。图6-9包括了一些非正常，但在实际使用中却可能会碰到的情况：负载力过大，或负载力反向。可分4个区域。

图6-9 进口节流调速的负载压力流量（负载力速度）特性示意图

区域I——正常工作区：0＜p₁＜p_y，q_V1＜q_VP

负载力正向，负载压力p₁不超过溢流阀开启压力p_y。泵输出的流量部分通过溢流阀流出。调节节流阀，可以改变液压缸速度（图6-9中实线）。

通过节流阀的流量

区域Ⅱ——过载区：p₁＞p_y

负载压力超过溢流阀的开启压力后，液压缸反向运动。不仅泵输出的压力油全部通过溢流阀流出，而且液压缸中的液体也会反向通过节流阀，从溢流阀流出（图中区域Ⅱ的虚线）。通过节流阀的流量

区域Ⅲ——流量饱和区：p_V1＞p_VP

节流阀开口较大，负载力较小，泵出口的压力低于溢流阀的开启压力，泵输出的压力油q_VP全部通过节流阀进入液压缸，活塞速度恒定（图6-9中区域Ⅲ的虚线）

v=q_VP/A₁

区域Ⅳ——负负载区：p₁＜0

如果负载力变成拉力，则活塞的速度就不受节流阀控制（图6-9中区域Ⅳ的虚线）。液压缸左腔造成真空，最低到液体的蒸气压。负载力-负载压力、速度-流量的对应关系不再有效。

所以，进口节流不能控制负的负载。

（3）正常工作区的能耗特性（图6-10）由于在此区域中，p_P和q_VP是固定不变的，因此总输入功率p_Pq_VP，也即I+Ⅱ+Ⅲ的功率之和是不变的。实际的有用功Ⅲ只是其中一部分，随负载压力p₁和工作流量q_V1而变化，其余部分都消耗在溢流阀（I）和节流阀（Ⅱ）上，最终转化成热能，浪费是很大的。

2.出口节流调速回路

出口节流（meter-out）：节流阀装在执行器与油箱之间（见图6-11）。

图6-10 进口节流能耗特性示意图

I—消耗在溢流阀上的能量 Ⅱ—消耗在节流阀上的能量 Ⅲ—有用功

图6-11 出口节流调速回路示意图

q_VP—泵的输出流量 p_y—溢流阀的开启压力 q_Vy—通过溢流阀的流量 A_J—节流口的通流面积 q_V1—进入液压缸的流量 q_V2—流出液压缸的流量 F—负载力 A₁—液压缸左腔作用面积 A₂—液压缸右腔作用面积 v——活塞运动速度

（1）负载力速度（负载压力流量）特性（图6-12）与进口节流类似，也可分4个区域。

图6-12 出口节流调速的负载力速度特性示意图

区域I——正常工作区：F=p_yA₁，v<q_VP/A₁

负载力可以是拉力，也可以是推力，但低于p_yA₁。因为节流阀开口较小，泵口压力为溢流阀的开启压力p_y，泵输出的压力油部分通过溢流阀流出，活塞正向运动（图6-12中实线）。

因为(www.xing528.com)

v=q_V2/A2

p₂=（p_yA₁-F）/A₂

所以

区域Ⅱ——推力过载区：F>p_yA₁

负载压力过大，活塞反向运动，不仅泵输出的压力油全部通过溢流阀流出，而且液压缸中的液体也会反向从溢流阀流出。节流阀不起作用（图6-12中区域Ⅱ的虚线）。

区域Ⅲ——流量饱和区：v=q_VP/A₁

在节流阀开口较大，负载力相对较低，或是反向变成拉力，泵口压力p_P低于溢流阀的开启压力p_y，泵输出的压力油q_VP不再通过溢流阀流出，全部流入液压缸，活塞保持恒速（图6-12中区域Ⅲ的虚线）。

v=q_VP/A₁

随着负载力反向越来越大，液压缸左腔的压力p₁越来越低。

区域Ⅳ——负负载过大区：v>q_VP/A₁

拉力增大到一定程度后，液压缸左腔的压力p₁降低为蒸气压p_1Z，液压缸右腔的压力p₂完全由负载力F决定。注意：这时F是负值。

p₂=（p_1ZA₁-F）/A2

活塞运动速度v还是受节流阀控制（图6-12中Ⅳ区域的虚线）：

所以

所以，出口节流可以控制负负载。

（2）正常工作区的能耗特性（见图6-13）

图6-13 出口节流的能耗特性示意图

I—消耗在溢流阀的能量 Ⅱ—消耗在节流阀上的能量 Ⅲ—有用功

3.旁路节流调速回路

旁路节流（Bleed-off）：节流阀装在泵与油箱之间（见图6-14）。

（1）负载力速度（负载压力流量）特性（图6-15）旁路节流调速可分3个区域。

图6-14 旁路节流调速回路示意图

图6-15 旁路节流调速的负载压力流量特性示意图

区域I——正常工作区：0<F<p_yA₁

负载力为推力，但低于p_yA₁。泵口压力p_P也就是液压缸左腔压力p₁。泵输出的压力油q_VP部分通过节流阀流出，液压缸正向运动（图6-15中实线）。

因为

所以

节流阀关得越小，活塞速度越高。

区域Ⅱ——推力过载区（图6-15中区域Ⅱ的虚线）：F>p_yA₁

负载力F达到p_yA₁时，溢流阀开启，泵输出的压力油除了从节流阀流出外都从溢流阀流出，没有油再会流向液压缸，活塞停止运动。

负载压力进一步增大，活塞反向运动，不仅泵输出的压力油全部通过节流阀和溢流阀流出，而且液压缸中的液体也会反向从节流阀和溢流阀流出。

节流阀不能起调节作用。

区域Ⅲ——负推力区（图6-15中区域Ⅲ的虚线）：F<0

如果负载力为零，泵口压力p_P理论上也为零。如果负载力反向变成拉力，液压缸左腔压力p₁低于大气压。随着负载力反向越来越大，液压缸左腔的压力p₁越来越低，最后降到蒸气压。

泵输出的压力油不再通过溢流阀流出，全部流入液压缸。

图6-16 旁路节流的能耗特性示意图

Ⅱ—消耗在节流阀上的能量，Ⅲ—有用功

v=q_VP/A₁

节流阀不能起调节作用。

（2）正常工作区的能耗特性 旁路节流的能耗特性（见图6-16）优于进口节流和出口节流，因为没有压力油从溢流阀以高压溢出这部分的损失。