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2023-06-15
液压调速阀的工作原理及特性曲线分析
【摘要】：图4.59调速阀的工作原理和符号1—定差减压阀阀芯;2—节流阀图4.59 所示为调速阀的工作原理图和图形符号。液压泵供给的压力油p1 进入减压阀,其出口压力p2 作为节流阀的入口压力,节流阀出口压力p3,也就是调速阀的出口压力,油液从出油口流出,最后流入液压缸。图4.60节流阀和调速阀的特性曲线调速阀正常工作时,要求调速阀两端的压差至少为0.5 MPa,这从图4.60 所示的特性曲线图上可看出。
节流阀在工作过程中,虽然阀前的液压力由溢流阀保持恒定,但随着执行元件的负载变化,节流阀出口的液压力就产生变化,节流阀前后的压力差也就发生了变化,因此,进入执行元件的流量就时大时小,造成运动速度不稳定。
为了避免负载变化对执行元件速度的影响,采用了能保持节流阀前后压力差恒定不变的流量阀,这就是调速阀。
图4.59 调速阀的工作原理和符号
1—定差减压阀阀芯;2—节流阀
从原理图上可以看到,调速阀是由一个定差式减压阀串联一个普通节流阀组成的。液压泵供给的压力油p1 进入减压阀,其出口压力p2 作为节流阀的入口压力,节流阀出口压力p3,也就是调速阀的出口压力,油液从出油口流出,最后流入液压缸。
p1 是由溢流阀调定的压力,基本上维持恒定值。p3 是由外负载所决定的调速阀出口压力,其值为:
调速阀两端的压力差为Δp=p1-p3,将式(4.6)代入则得:
式中 p1——调速阀入口压力;
p3——调速阀出口压力;
F——作用在活塞上的外负载;
A1——活塞的有效工作面积。
人们已经知道,当节流阀两端压差变化时,其调节的流量亦相应发生变化,使速度不稳定。调速阀两端的压差发生变化时是如何保证它所调节的流量恒定的呢? 当压力油p1 进入调速阀,首先通过其中的减压阀,使压力降为p2,然后通过节流阀使压力变为p3 与外部负载相适应。节流阀两端的压差为Δpj=p2-p3。现在的问题是如何保持节流阀的压差Δpj 恒定。
下面分析一下调速阀中减压阀的作用。从图4.59 上可以看到,减压阀阀芯1 的上端弹簧腔b 经孔道a 与节流阀2 的出油口(p3)相通;阀芯1 的肩部c 和下端d 经孔道f,e 与节流阀2 的入端(p2)相通。当外载荷F 增加时,液压力p3 也增加,这时p3 通过a 孔作用在减压阀阀芯1 的上端,使上端作用力增大,破坏阀芯原来的平衡状态,使阀芯下移。减压阀的开口加大,通过减压阀的压力降减小,使p2 也增大,而使Δpj=p2-p3 基本上能保持原来的数值不变,当外部载荷减小时,p3 也减小,同理阀芯1 又失去平衡而上移,此时减压阀的开口减小,液流通过减压阀的压力损失增大,使p2 也跟随降低,同样使Δpj=p2-p3 仍保持不变。由于减压阀可保持节流阀两端压差为常数(故称定差式减压阀),因而流过节流阀的流量也就稳定不变了。
减压阀稳定工作时其阀芯上所受力的平衡方程式为:
式中 p2——节流阀入口压力,即减压阀的出口液压力;
p3——节流阀出口液压力;
Ag——减压阀阀芯大端面积;
Fs——减压阀弹簧的作用力;
G——减压阀阀芯自重;
Ff——阀芯移动时的摩擦力。
如略去G 和Ff 的影响可得:
考虑到弹簧是起恢复作用的,刚性较小,当阀芯移动时,由于弹簧压缩量的变化所附加的弹簧作用力的变化是很小的,即Fs 近似为常数,因而可认为p2-p3 是一个常数,亦即通过调速阀的流量基本不变,这就保证了执行元件运动速度的稳定性。
图4.60 节流阀和调速阀的特性曲线
调速阀正常工作时,要求调速阀两端的压差至少为0.5 MPa,这从图4.60 所示的特性曲线图上可看出。节流阀的流量随着压力差的变化而按近似平方根曲线规律变化,而调速阀在压力差大于一定数值后,流量基本是稳定的。调速阀在压差很小时,调速阀中的减压阀阀芯在弹簧力作用下,使减压阀开口全部打开,减压阀不起作用,这时调速阀的特性就和节流阀相同。
调速阀与普通节流阀一样,对温度和堵塞现象敏感,为了弥补温度对流量稳定性的影响,可以采用带温度补偿装置的调速阀。所不同的是节流阀内有一根温度补偿杆,它采用热膨胀系数较大的高强度聚氯乙烯塑料制成,用以附加控制节流开口的大小。人们知道,油温升高后,黏度降低,通过节流口的流量将增大,而受热膨胀的温度补偿杆推动节流阀阀芯,使节流开口减小,限制流量的增大。反之,若温度降低,黏度增加,流量将减小,此时补偿杆收缩拉回节流阀芯,使节流开口增大,以维持流量在温度变化前的数值。利用这种方法,可部分地补偿温度变化的影响。如要根本解决问题,则必须控制油温的变化。
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