由上述公式可看出影响节流口最小稳定流量的因素有:
1压差▽p:
由上式可知,m值越大,▽p的变化对流量q影响越大。
因此,薄壁孔式节流口(m~0.5)比细长孔式节流口(m=1)要好。
2油液温度。
油液温度直接影响泊液粘度,油液粘度变化对与油液粘度有关的细长孔式节流口的流量影响较大,对薄壁孔式节流口影响则很小。
此外,对于同一个节流口,在小流量时,节流口的过流断面较小,节流口的长径比相对较大所以此时泊温影响也较大。
3节流口的堵塞。
流量阀工作时,节流口的过流断面通常是很小的,当系统速度较低时尤其如此。
因此节流口很容易被油液中所含的金属屑、尘埃、砂土、渣泥等机械杂质和高温高压下油液氧化所生成的胶质沉淀物、氧化物等杂质所堵塞。
节流口被堵塞的瞬间,油液断流,随之压力很快憋高,直到把堵塞的小孔冲开,使得流量又突然加大之后又堵塞,又冲开……如此过程不断重复,就造成了周期性的流量脉动,使流量不稳。
11.流量阀节流的形式,通常采用的节流类型
【答】流量阀在液体流经阀口时,通过改变节流口过流断面的大小或液流通道长短的形式来改变液阻(压力降、压力损失),进而控制通过阀口的流量,以达到调节执行元件的运动速度的目的。
因此,与此相应流量阀节流口的结构形式也有近似薄壁孔型和近似细长孔型两种。
但通常
采用近似薄壁孔型。
因这种类型的流量基本不受泊温(粘度)的影响。
12.调速阀与节流阀的性能比较,备自的应
用场合
【答】图5・36为调速阀与节流阀的性能曲线。
横坐标AP为阀两端压差;纵坐标q为阀的过流量。
由图可见,在压差▽p较小时Q(▽p<▽pmin时),调速阀的性能与普通节流阀相同,即
二者曲线重合。
这是由于较小的压差不能使调速阀中的减压阀芯抬起,减压阀芯在弹簧力作用下处在最下端,阀口最大,不起减压作用,整个调速阀就相
当于一个节流阀的结果当Ap▽Pmin>后,不论压差如何变化,调速阀的过流量都是不变的(即流量只决定于过流断面积大小),因此速度平稳。
故为使调速阀正常工作,其两端压差必保证▽p=0.44Pa~0.5MPs。
对于节流阀,其性能曲线呈近似抛物线形,其过流量随两端压差变化明显,因此速度不稳定。
关于节流阀的应用场合,即应用于:
进口、出口、旁路节流调速回路中;应用做背压阀;和差压式变量泵构成容积节流调速回路等。
具体油路图此处不再赘画。
关于调速阀,凡是节流阀可应用的场合,调速阀都能应用,所不同的是调速阀
的性能好,故常用于对速度稳定性要求较高的系统中。
13.选用流量阀应考虑哪些问题及应如何考
虑
【答】在选用流量阀时,应根据系统要求结合不同流量阀的具体性能,考虑如下几个问题:
①系统对流量稳定性的要求,要求高的选用
调速阀;否则选用节流阀
2系统的工作压力,所选阀的额定压力应大于系统的最高工作压力。
3所选阀的额定流量应大于该阀通过的最大实际流量。
4所选阀的最小稳定流量应小于由该阀所控制的系统最低速度所决定的流量值。
14.常用备类阀的职能符号
【答】液压回路和液压系统都是由液压元件构成的,因此对各类阀的职能符号必须牢记、会画。
这是分析和设计液压回路、液压系统的基础之一。
最好能对职能符号说出所对应元件的工作原理,这样反过来又有助于职能符号的正确理解和记忆。
各类元件的职能符号(新旧对照)见本书后附录。
15.何谓液压基本回路,基本回路的类型,调
速回路与其他回路的匹配关系
【答】所谓液压基本回路就是由一些液压件组成的、完成特定功能的油路结构。
某个液压系统,不论是简单还是复杂,都是由一些液压基本回路构成的。
其类型如:
用来完成调节执行元件(液压缸或液压马达)速度的调速回路;用来完成控制液压系统全局或局部压力的调压、减压回路或增压回路;用来完成改变执行元件运动方向的换向回路等,都是液压系统中常见的基本回路。
在液压系统中,调速回路的性能往往对整个系统的性能起着决定的影响,特别是那些对执行元件的运动要求较高的液压系统(如机床液压系统)尤其如此。
因此,调速回路在诸多液压回路中占有突出的地位,其他基本回路则常是围绕着调速回路来匹配的。
例如:
采用了节流调速后,泊液的循环方式必米用开式回路(容积调速回路则常米用闭式回路);采用进口或出口节流调速后,则必采用由定量泵和溢流阀构成的调压回路;采用旁路节流调速或容积调速回路时,则必采用由泵和溢流阀构成的安全回路等。
16调速回路的基本要求、类型
【答】通常,调速回路应满足如下要求:
1能在规定的范围内调出所需的执行元件的速度,满足所要求的最大速比。
2能提供驱动执行元件所需要的力或力矩o
3负载变化时,已调好的速度稳定不变或在允许的范围内变化,即液压系统应具有足够的刚性。
4功率损失要小。
按速度的调节方法分,调速回路有如下三种型式:
1节流调速。
即由定量泵供油,依靠流量控制阀调节流入或流出执行元件的流量实现变速。
2容积调速。
即依靠改变变量泵和(或)变量液压马达的排量来实现变速
3容积节流调速(联合调速)。
即依靠变量泵和流量控制阀的联合调速。
其调速实质是由流量控制阀调节变量泵的排量,使其输出的流量和流量控制阀所控制的流量相等(当不考虑泄漏时)或相适应(考虑泄漏时)。
二、重点、难点及解题技巧
1.重点
本章讲的主要是常用各种阀,以达到对常用阀的合理选择,正确使用。
故常用换向阀(手动式、机动式、电动式、液动式、电液动式)、压力阀(溢流阀、减压阀、顺序阀、压力继电器)、流量阀(普通节流阀、调速阀)的作用、工作原理、职能符号及阀的应用是本章重点。
在换向阀中,以滑阀式电磁阀和电液换向阀为重点,且三位四通电磁阀和电液换向阀又是应用最广泛的一类阀。
对滑阀的机能,特别是常用
的0、HP、Y、M等五种中位机能应达到一看就能识别的水平。
在压力阀中,先导式溢流阀是重点,并能正确分析溢流阀的流量一压力特性曲线。
对先导式溢流阀理解透了,就不难理解减压阀、顺序阀和压力继电器的工作原理了。
在流量阀中,普通节流阀和调速阀是重点。
要掌握调速阀能稳定速度的实质(是由于不论负载如何变化,调速阀中的前置减压阀都能保证调速阀中的节流阀前后压差不变的结果),正确理解、比较普通节流阀和调速阀的流量特性曲线,从而进一步阐明调速阀的优点。
在诸多的液压基本回路中,调速回路往往是核心。
因此,调速的方式(节流调速、容积调速、容积节流调)及其相应的具体调速回路是重点之一。
首先应掌握:
①三种节流调速回路(普通节流阀和调速阀的节流调速回路)的基本工作原理、调速特性(速度一负载特性)的比较及各自适用场合。
②三种泵一液压马达的容积调速回路的基本工作原理及恒转矩特性、恒功率特性、容积一节流调速回路的调速实质。
③液压缸的差动连接回路的作用及典型快速运动回路。
其次,液压泵或系统的卸荷及典型的卸荷回路,泵或液压系统的双级调压的实现条件,液压缸的同步回路同步精度不高的原因及带补正装置的同步回路的工作原理,与液压缸回路相比,液压马达回路的主要问题及其解决办法等也是本章的重点内容。
2.难点
直动式溢流阀与先导式溢流阀的流量一压力特性比较;减压阀的作用;调速阀的基本工作原理是本章的难点。
从直动式溢流阀与先导式溢流阀的流量一压力特性曲线可看出,直动式溢流阀的调压偏差大于先导式,即其曲线斜率小于先导式。
这是因为直动式溢流阀阀芯上的调压弹簧直接与阀的人口油压相对抗,为使弹簧能在较小的压缩量下获得足够的弹簧力(液压力),弹簧刚度较大(远大于先导式溢流阀主阀芯上的平衡弹簧刚度,否则弹簧将加长,阀体将增大),这就使得开启压力(克服弹簧力、刚刚顶起阀芯的液压力)与额定压力(将阀芯顶到最高位置、弹簧压缩量为最大时的液压力,即全流压力)之差一一调压偏差加大(大于先导式溢流阀的调压偏差),故使曲线斜率小于先导式溢流阀,在流量发生相同或单位变化时,阀人口压力的波动量直动式溢流阀大于先导式,其定压精度低于先导式。
又由于在
咼压大流量下,特别是在咼压下,直动式溢流阀的弹簧力(变形量)较大,人工操作(旋转调整螺母)很费力,故直动式溢流阀适用于低压、小流量系统0而先导式溢流阀则因其调压偏差小(主阀芯上的平衡弹簧刚度很软),开启比大,定压精度高,调节省力[调压弹簧刚度虽然很大,但导阀(锥阀)的有效承压面积很小,故弹簧力自然减小调节省力、灵活]而适用于高压大流量系统。
减压阀的作用是减压、稳压:
将较高的人口压力扣减低为较低的出口压力P2(即减压),并使P2稳定在所调定的数值上(即稳压)。
当负载(减压支路的负载)为零或负载所决定的压力小于减压阀的调定压力时,减压阀口常开,减压阀处非工作状态,这时减压阀口相当于一个通道,减压阀出口油压为零或为小于减压阀调定压力的某个数值;当负载压力等于减压阀调定压力时,减压阀口关小,减压阀处工作(减压)状态,其出口压力为所调定的额定值;当负载压力大于减压阀的调定压力或为无穷大(液压油推不动负载、负载速度为零)时,减压阀仍处于工作状态,出口压力仍为减压阀的调定值。
与前者不同的是此时负载流量(流径减压阀口通向负载的流量)已为零(因负载已停止运动),但仍有一部分流量经减压阀的导阀泄回油箱,因此,此时减压阀阀口的流量并不为零。
这一点有些初学者理解不透,判断经常有误。
调速阀的基本工作原理在教材I中已有述及,其前置减压阀的作用是保证调速阀中节流阀两端压差不随负载而变化,使所控制的速度稳定(只取决于节流阀的过流断面积)。
但是从普通节流阀与调速阀的特性曲线看,曲线有一段重合(图5•36),即二者作用相同。
这主要是调速阀由不工作到工作这一启动(过渡)过程所致。
调速阀在不工作时,其中的减压阀阀芯处最下端、减压阀口开度最大,不起减压作用,相当于一通道。
此时的调速阀就是个普通的节流阀,所以二者的特性曲线重合。
这时的减压阀出口、即节流阀入口处的油压还较小,还不足以克服减压阀阀芯上面的油压和弹簧力;当输入流量增加时,节流阀人口即减压阀出口泊压憋高,当憋高的油压对阀芯向上的作用力大于阀芯上端的油压与弹簧力之和时,亦即阀芯两端(下端与上端)的压差大于阀芯上端的弹簧力时,减压阀芯被顶起、上移,最后稳定在某一位置上,从而使减压阀口关小,起减压作用,调速阀启动完毕,进入工作状态。
此后不管调速阀两端压差如何变化,其流量都是不变的。
因此,若设完成启动过程的阀芯两端的压差为▽Pmin,则只有在阀芯两端(调速阀两端)压差^P>▽Pmin时,调速阀才能进入工作状态,调速阀的特性曲线亦呈水平状态。
三种节流调速回路的速度一负载特性;液压效率的概念;液压泵或系统卸荷的方式:
容积一节流调速的实质等是本章的难点。
三种节流调速(普通节流阀的节流调速)回路的共同特点(不足之处)是速度刚度小。
其中,旁路节流调速回路在低速、低负载时ho尤其小,而其最大承载能力在低速时也尤其低。
对于进口、出口节流调速回路,速度一负载特性基本相同,其速度刚度札则是在高速、大负载时尤其小,二者最大的差别是后者由于有背压因而运动比较平稳,且能承受负值负载;而进口节流调速回路只有在增加背压阀时,才能具有稳定运动、承受负值负载的能力。
液压效率分为液压系统效率(简称系统效率)n液压泵效率n>、液压回路效率n及执行元件(如液压缸)效率加(机械效率,当不考虑容积效率或容积效率取1时),系统效率为后三种效率之积,即n=nnnm。
为执行元件输出的有用功率(如液压缸克服负载所做功)与电机输出即液压泵输入功率之比;qm为液压缸输出功率与输入功率之比。
液压泵或系统的卸荷,是指液压泵在很小或近似零的功率输出下运转的工作状态,分为压力卸荷与流量卸荷。
压力卸荷是指泵的全部流量在零压或很低的压力下流回油箱,主要应用于定量泵的场合;流量卸荷是指泵的输出压力虽然很高(为工作压力),但输出流量很小或近似为零的工作状态,主要应用于变量泵的情况。
要掌握两种不同卸荷方式的特点,正确区分并合理使用两种不同的卸荷方式。
容积一节流调速回路的调速实质前已述及,即:
由流量控制阀(调速阀)控制限压式变量叶片泵的排量,使泵输出的流量与流量阀所控制的流量相适应(或相等)。
在液压系统或液压回路中,流量阀是控制流量(速度)的,而变量泵也可以通过改变自身排量的大小,直接控制执行元件的速度。
在容积一节流调速回路中,流量阀、变量泵二者并存,执行元件的速度究竟由谁说了算,是容积一节流调速回路的难点之处。
事实上,在容积一节流调速回路中,变量泵是产生流量之源,但其输出流量的大小,或是否输出流量完全受控制于流量阀:
流量阀口开大,变量泵偏心距增大、排量增加,输出流量增加,则流量阀的过流量增加,执行元件速度加’快;流量阀口关小,变量泵偏心距减小,排量减小,输出流量减小,则流
量阀的过流量减小,执行元件速度减慢;完全关闭流量阀,变量泵偏心距减小并趋向零(但不为零),变量泵对外输出流量为零,流量阀过流量为零,执行元件速度为零。
这就是容积一节流调速的实质。
可见,在这种回路中,变量泵是提供流量的,而流量阀则是控制流量的手段,执行元件的速度是由二者联合控制的。
故这种调速有时也称为联合调速。
3.解题要领、技巧
本章主要内容是各种常用阀的结构、工作原理、作用及其应用。
因此本章的习题也都是围绕着这几方面的问题,所以必须解决好常用阀的工作原理、作用,这是做好本章习题的前提。
对于滑阀式换向阀,阀体上的沉割槽通常都和通油口相通,因此,一般来说,阀体上有几个沉割槽便有几个通泊口,便是几通阀(个别的例子,如三位四通液动换向阀除外)。
所以一般可用沉
割槽数来判定滑阀的通数。
三位四通阀是换向阀中应用较广的一种,对于阀体上的4个通油口p、0、AB,P始终为进油口;0始终为回油口;工作油口A与B交替为进泊口和出油口o
对于压力阀,其共同特点是通过节流口降压使油液压力和弹簧力相平衡,因此,分析它们的工作原理时,要抓住进油压力、阀芯、弹簧这三个环节,问题便容易解决。
例如:
先导式溢流阀的导阀未开启时,由于无油液流动,主阀两端所受液压力相等,故阀芯在上端弹簧力作用之下处于最下端位置,溢流阀口关闭;先导式溢流阀工作时,必须是导阀先打开,形成小股液流的流动,使主阀芯下端的液压力超过上端的液压力与弹簧力之和,才打开主阀口。
即先导式溢流阀工作时,主阀与先导阀均处于打开状态。
类似,先导式减压阀工作时,其导阀开启,主阀芯也处于抬起状^态。
值得进一步对比说明的是,溢流阀不工作时阀口是常闭的;而减压阀不工作时,其阀口是常开的,若不考虑阀上的压力降,则减压阀阀口相当于一个进、出泊口压力相等的通道,不起减压作用,只有当减压阀出口压力大于或等于减压阀的