节流阀-液压传动基础知识

一、         节流阀

1.       简式节流阀  仅仅有节流部分的节流阀称为简式节流阀，它有固定式和可调式两种不同的类型。简式节流阀前后压力差随负载的变化而变化，因而会影响流量的稳定性，它只适用于负载变化较小的液压系统中。

节流阀主要用于调整执行元件和工作机构的运动速度，有时也用于背压回路。节流阀用于调速回路有三种基本方案，即进油节流、回油节流和傍路节流。

(1)    进油节流调速  节流阀装在执行元件和液压泵之间的进油管路上。节流阀前的压力为pb，大小由溢流阀调定，并基本保持恒定。节流阀后的压力p1由负载W和油缸无杆腔有效工作面积F1的大小决定，p1＝W/ F1。节流阀前后压差Δp为

Δp＝pb－W/ F1

在设计和使用中，一般取Δp为2~3 kgf/cm2。

根据节流阀流量方程，采用薄壁小孔节流时，通过节流阀的流量为

Q＝KF（pb－W/ F1）1/2

因而液压缸的运动速度为

V＝Q/F1＝KF（pb－W/ F1）1/2/ F1

此式为进油节流的调速公式。可以看出，油缸的运动速度的大小与节流开口面积大小F成正比，而油缸的有效工作面积F1不仅直接影响油缸运动速度，还通过改变压力差Δp使流量Q发生变化，进而影响油缸的运动速度。同时，负载W对运动速度也有一定的影响，负载加大，油缸运动速度降低；负载减小，油缸运动速度加大，因而刚性较差。另外，当油缸在轻载低速的情况下工作时，相当大的一部分功率消耗在溢流阀和节流阀上，使油液发热。特别是节流后温度升高的油液直接进入油缸，使泄漏变大，影响油缸的运动速度。

由于进油节流的回油路上没有背压，所以油缸运动的平稳性稍差，尤其是它不能承受负性负载，因而在采用进油节流回路时，常常在回油路上增设一个2~3 kgf/cm2的背压阀，以提高运动的平稳性。

这种调速方式调速范围较大（一般可达100以上），启动时冲击较小，便于进行压力控制，所以适用于一般负载变化较小的液压系统，如机床的进给运动和其它辅助装置。

(2)    回油节流调速  节流阀装在执行元件和油箱之间的回油管路上，由于节流后油液直接流回油箱，因而压力为零，因此节流阀前后压力差为

Δp＝p1＝（pb F1－W）/F2

则通过节流阀的流量为

Q＝KF[（pb F1－W）/F2]1/2

油缸运动速度为

V＝Q/F1＝KF[（pb F1－W）/F2]1/2/ F1＝KF（F1/F2）1/2（pb－W/ F1）1/2/ F1

此式为回油节流的调速公式。可以看出，油缸的运动速度同样受负载的影响。它与进油节流的不同之处为油缸的回油须经过节流阀才能流回油箱，因而形成背压，即使承受交变负载也能使油缸运动趋于平稳。另外，由于油缸回油腔有效工作面积F2较小，在空载时它所产生的压力可能超过泵的供油压力pb，特别是承受负性负载时，p1更高，因而提高了回油腔和回油管路的刚度并减小油缸的内泄漏。此外，油液温度也不影响油缸的运动。但这种调速方式在油缸停止运动后，回油腔的油液往往经回油管路流回油箱，因而产生空隙，重新启动时，就会发生冲击。

回油节流调速的范围比进油节流调速稍大，它可达到更低的速度。它在轻载低速的情况下功率损失较大，所以一般用于负载变化较大及要求运动平稳的系统，如机床的运动系统。

傍路节流调速  节流阀与执行元件并联，装在油泵和油箱之间的管路上。在这个回路中，节流阀把泵供给的油液排回油箱一部分，从而控制进入油缸的流量和油缸的运动速度，因此进入油缸的流量Q1等于泵的供油流量Qb与流经节流阀的流量Q2之差。节流阀前的压力为pb，节流后的压力为零，因而节流阀前后的压差为pb。而pb＝W/F1，因而通过节流阀的流量可由下式求出

Q2＝KFΔpm＝KF（pb）1/2＝KF（W/F1）1/2

Q1＝Qb－KF（W/F1）1/2

油缸的运动速度为

V＝Q1/F1＝[Qb－KF（W/F1）1/2]/ F1

此式为傍路节流调速公式，由此可知，节流阀开口F为零时，油缸的速度最大。油缸的速度受负载变化影响的程度比进油节流和回油节流的调速系统都明显增大，因而它的刚性最差，速度也最不稳定。另外，增大节流阀的开口F，会使油缸低速运动时明显地降低其最大承载能力。因此它的调速范围也比前二种调速方法小得多。但是傍路节流调速的泵压力是随负载变化的，因此电机消耗的功率是随负载而变化的，因而效率较高，油液温升较低。

傍路节流调速一般用于动力较大，速度较快，调速范围较窄，速度稳定性要求不高的情况下，如刨床等。

除以上三种基本节流调速方案外，还有一种进出口同时节流调速。它在执行元件的进出油口各装一个节流阀，采用进出口同时节流的调速方法，调速范围大，低速稳定性好，往返速度差小，负载刚度高，但由于它两次节流，所以损失较大。一般用于磨床、镗床的进给系统。

1.       单向节流阀  它是能完成单向阀和节流阀两种职能的复合件。用于单方向节流调速，反方向快速运动的场合。

2.       单向行程节流阀  它是机械操纵的单向节流阀，用于油缸在一个方向需变换速度，而反向为快速运动的场合。它也可以用于实现减速运动，所以也称为行程减速阀。