流量大小，结构简洁、流量精度高 节流阀：控制流量的必备阀门

节流阀是通过改变节流截面或节流长度以控制流体流量的阀，将节流阀和单向阀并连可组合成单向节流阀。

节流阀和单向节流阀都是简易的流量控制阀，没有压力和温度补偿装置，不能补偿由负载或油液粘度变化所造成的速度不稳定，一般仅用于负载变化不大或对速度稳定性要求不高的场合。

1.节流阀的工作原理

节流阀的结构图和图形符号如图3-28所示。当调节节流阀的手轮时，可通过顶杆推动节流阀芯向下移动，节流阀芯的复位靠弹簧力来实现。节流阀芯的上下移动改变着节流口的开口量，从而实现对流体流量的控制。图3-29所示为单向节流阀的结构图和图形符号，它把节流阀芯分成了上阀芯和下阀芯两部分。当流体正向流动时，其节流过程与节流阀是一样的；当流体反向流动时，下阀芯起单向阀作用，单向阀打开，可实现流体反向自由流动。

图3-28 可调节流阀的结构图和图形符号

1—顶盖 2—导套 3—阀体 4—阀芯 5—弹簧 6—底盖

图3-29 可调单向节流阀的结构图和图形符号

1—顶盖 2—导套 3—上阀芯 4—下阀芯 5—阀体 6—复位弹簧 7—底盖

2.节流阀的性能特性

（1）性能要求

对节流阀和单向节流阀的性能要求是：

流量调节范围大，流量-压差变化平缓；

内泄小，有外泄口者，外泄也要小；

压力损失小，对单向节流阀，正向和反向压力损失都要小；

调节力矩小，动作灵敏。

（2）节流口形式及特征

节流口是节流阀的核心，节流口形式及其特性在很大程度上决定着流量控制阀的性能。几种常用的节流口形式及其特征见表3-2。

表3-2 节流口形式及其特征

（续）

（3）性能特性分析

a.稳态特性

①流量稳定性

节流阀的流量特性方程如下：

q_v=kAΔp^m （3-46）

式中 k——由节流口形状、流体流态、流体性质等因素决定的系数，数值由试验得出；

A——节流口的通流面积（m²）；

Δp——节流口前、后的压差（Pa）；

m——由节流口形状决定的指数，0.5≤m≤1，薄刃式节流m=0.5，细长孔节流m=1。

节流阀流量特性曲线如图3-30所示。

由图3-30可知，节流阀流量的稳定性与节流口形状、节流压差以及油液温度等因素有关。

压差变化对流量稳定性的影响：当节流口前后压差变化时，通过节流阀的流量将随之改变，节流阀的这种特性可用节流刚度（dΔp/dq_v）来表征。由式（3-46）可得：

图3-30 节流阀流量特性曲线

节流阀的节流刚度越大，流量稳定性越好，用于液压系统时所获得的负载特性也越好。由（3-47）式可知：

★节流阀刚度与节流口压差成正比，压差越大，刚度就越大；

★当节流口压差一定时，节流阀刚度与流量成反比，通过节流口的流量越小，刚度也越大；

★由节流口形状决定的指数系数m越小，节流阀刚度越大。因此，为了获得较小的系数m，应尽量避免采用细长孔节流，即避免使流体在层流下流动；要尽可能使节流口形式接近于薄壁孔，也就是使流体在节流口处的流动处在紊流状态，以获得较好的流量稳定性。

油温变化对流量稳定性的影响：当开口度不变时，油温升高，油液粘度会降低，流量也将随之增大。为了减少油温变化对流量稳定性的影响，可采用薄刃式节流口。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。

阻塞对流量稳定性的影响：节流口的阻塞是指节流阀在小开度下工作时，所出现的流量不稳定和断流现象。防止节流口阻塞的措施是：

★采用大水力半径的薄刃式节流口；

★选用适当的压差，一般取Δp=0.2～0.3MPa。因为压差太大，能量损失大，将会引起流体通过节流口时的温度升高，从而加剧油液氧化变质而析出各种杂质，造成阻塞。此外，当流量相同时，压差大的节流口所对应的开口量小，也易引起阻塞。若压差太小，又会使节流口的刚度降低，造成流量的不稳定。

★采用不易产生极化分子的油液，并控制油液温度的升高，以防止油液过快的氧化和极化。

★构成节流口各零件的材料应尽量选用电位差较小的金属，以减小吸附层的厚度。

★精密过滤油液，在节流阀前设置单独的精滤装置。

②流量调节范围和最小稳定流量

节流阀的流量调节范围和最小调节流量与节流口的形式、特征及抗阻塞能力是密切相关的，节流口的这些性能及其之间的关系见表3-3。(www.xing528.com)

表3-3 节流口性能及其关系

b.动态特性

由式（3-46），并考虑节流阀道中的液感L，节流阀前后的总压差为

对上式线性化后的增量式为

式中 q_vo——通过节流阀流量的稳态值。

考虑到稳态下存在着如下关系

式中P₁₀、P₂₀——节流阀进、出口压力的稳态值。

故增量式可简化为

对上式进行拉氏变换并整理得

式中 τ——节流阀的时间常数。

当节流阀出口压力恒定时，p₂（s）=0，节流阀的传递函数为

且

同样，当节流阀进口压力恒定时，p₁(s)=0，节流阀的传递函数为

且

由式（3-56）和（3-57）可知，节流阀的传递函数由一个放大环节和一个惯性环节组成。惯性环节对高频干扰有过滤作用，当系统中出现频率高于ω=1/τ（ω为节流阀的固有角频率）的压力波动时，节流阀的输出有很大的衰减，所以节流阀有制止高频脉动的作用。另外，由于惯性环节有时间常数，使节流阀对系统中的阶跃输入（如出口压力突变）有迟滞作用，故节流阀又可以缓和液压冲击。

3.节流阀的典型结构与工艺要求

（1）典型结构

按其功用，具有节流功能的阀有节流阀、单向节流阀、精密节流阀、节流截止阀和单向节流截止阀等；按节流口的形式分，节流阀有针式、沉割槽式、偏心槽式、锥阀式、三角槽式、薄刃式等很多种；按其调节功能，又可将节流阀分为简式和可调式两种。

所谓简式节流阀通常是指在高压下调节困难的节流阀，由于其对作用于节流阀芯上的液压力没有采取平衡措施，当在高压下工作时，调节力矩很大，因而必须在无压（或低压）下调节；相反，可调式节流阀在高压下容易调节，它对作用于节流阀芯上的液压力采取了平衡措施，因而无论在何种工作状况下进行调节，调节力矩都很小。

图3-28和图3-29所示的节流阀中节流口为轴向三角槽式结构，作用于节流阀芯上的力是平衡的，因而调节力矩较小。

图3-31和图3-32所示分别为一种直接安装在管路上的单向节流阀，节流口采用轴向三角槽式结构，旋转调节套，可改变节流口通流面积，实现流量调节。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。阀芯左端有刻度槽，调节套上有刻度圈，以标志调节流量的大小。该阀结构简单，但调节流量时必须在无压条件下进行。

图3-31 管路用单向节流阀

1—阀套 2—阀芯 3—阀腔 4—油路

图3-32 MK型单向节流阀

1—小阀芯 2—阀腔 3—油路 4—阀套 5—弹簧 6—主阀芯

图3-33所示为一种精密节流阀。其节流口采用薄刃式结构，节流阀芯刃口为螺旋线型，阀套上开有节流窗口，转动节流阀芯可改变节流面积，从而实现流量调节。由于采用了薄刃式节流口，因而其调节流量受温度变化的影响较小。节流阀芯上的小孔对阀芯两端的液压力有一定的平衡作用，故该阀的调节力矩较小。

（2）应用场合

节流阀在液压机构的液压系统中，主要用于工作缸的合闸进油节流调速和分闸回油节流调速。在阀系统中也常用到节流阀。

（3）工艺要求

节流阀结构较简单，参与配合的零件较少，主要为阀体和阀芯。加工时要保证加工精度及同轴度要求。为了提高节流口的抗堵塞能力，除在设计时采用电位差较小的金属外，其配合偶件所用材料还应进行退磁处理。

图3-33 精密节流阀

节流阀的阀口处，为了消除油液对阀芯径向的不平衡作用力，常在阀体或阀套的阀口处开设沉割槽。图3-34a是圆柱面形状的阀口，其过流通道是一个圆柱面，当阀芯有微小位移时，过流面积会有较大的变化，即面积梯度大，因而节流灵敏度较高，但稳定性较差。

图3-34b是弓形面形状的阀口，其过流通道是两个或多个弓形面。与圆柱面形状阀口相比，弓形面形状阀口阀芯的稳定性较好，灵敏度稍微低一些。但只要采用多个弓形阀口，就可在阀芯有相同位移量时，获得较大的过流面积，从而使灵敏度得到提高。需要注意的是，弓形面阀口的沉割槽是开在阀套外侧的，其阀口由阀芯端面和阀套上的多个小孔形成，因而对多个径向小孔在阀套轴向位置上的一致性要求较高，也就是说在加工时应尽可能使多个径向小孔的轴线与阀套的轴线垂直相交，并且多个径向小孔的直径也要一致。这种弓形面形状阀口在液压机构阀系统中应用较多。图3-34c是圆柱面和弓形面结合形状的阀口，这种形状将上述两者的优点结合起来，在液压机构阀系统中应用较多。

图3-34 节流阀口的结构形式

a）圆柱面形状 b）弓形面形状 c）圆柱面和弓形面结合