自动分流集流阀及其同步精度控制

2023-06-22 理论教育版权反馈

【摘要】：分流阀是将单一液流按固定比例自动分成两个支流的流量控制阀。至今螺纹插装分流集流阀都是不可调的。作为流量控制阀的分流集流阀，它具有与流量阀共有的性能要求与指标，但它最主要的指标是同步精度。表2-47 螺纹插装分流集流阀分类与其元件符号系统的同步精度大于±2.5%时可以考虑采用分流集流阀的同步回路。

1.分流集流阀的功能介绍

分流集流阀按其液流方向可分为分流阀、集流阀和分流集流阀。分流阀是将单一液流按固定比例自动分成两个支流的流量控制阀。分流集流阀则是具有分流和集流两种功能的流量控制阀，液流按某一方向流动时，起分流作用；反向流动时起集流作用。图2-91b、c的元件符号表达了不止一种，实际上所有表述是一致的，只是各厂商在简化与细化元件机能方面或图形表达上有所差异，这也正说明在螺纹插装阀中的国际标准至今未真正执行与贯彻。分流集流阀的插装孔是四通口，而最底部的通口①是不用的。因此元件符号中只有②③④三个通口。

图2-91 分流阀与分流集流阀及其元件符号

a）分流阀与分流集流阀元件 b）分流阀元件符号 c）分流集流阀元件符号

分流集流阀也被称为同步阀，它可使两个或两个以上的执行元件在承受不同负载时仍能获得相等（或成一定比例）的流量，因而主要用于速度同步系统中。

在板式分流集流阀里（图2-92a、b），它的结构形式很多，例如按调整方式分为：固定式、自调式、可调式以及自调和可调组合式，而其中固定式结构同步阀又可分为换向活塞式和勾头式两种结构，该系列液压阀按流量分配方式还可分为等流量式分流阀和比例流量阀，并巨常采用的比例是2∶1，也可按要求的比例设计为小流量同步阀等。然而在螺纹插装分流集流阀内其结构与板式阀相近，也采用活塞式与勾头式（见图2-92c、d）。但可调性相对比较单一，这是因为螺纹插装分流集流阀由于是插装的形式，只能在同一方向上而可能在阀的两端同时安排调节装置，这就限制了螺纹插装分流集流阀的结构安排，但无法采用可调性的分流集流阀结构。至今螺纹插装分流集流阀都是不可调的。不过螺纹插装分流集流阀同样由于结构的灵活性，它的流量分配的可选型比同类型板式阀要丰富，不再仅仅是2∶1，可以是2∶3、4∶5等分配比例。

图2-92 板式分流集流阀与螺纹插装分流集流阀的比较

a）板式可调勾头式分流集流阀 b）板式不可调换向活塞式分流集流阀

c）螺纹插装不可调勾头式分流集流阀 d）螺纹插装分流集流阀活塞式分流集流阀

为了解决分流集流阀的可调性，有的厂商推出一种对用户不可调但可以在产品出厂前进行内部调节的阀，可利用螺纹插装分流集流阀作为插件转换成阀块带管式或板式连接，从而可以形成可调节型的螺纹插装分流集流阀（图2-93）。总之，此阀的用户可调性问题仍是未完全解决的问题。

图2-93 管式安装的螺纹插装分流节流阀

2.分流节流阀性能分析与选择

分流集流阀主要是要保证使两个或两个以上的执行元件在承受不同负载时仍能获得相等（或成一定比例）的流量。作为流量控制阀的分流集流阀，它具有与流量阀共有的性能要求与指标，但它最主要的指标是同步精度。因此对于分流集流阀应该满足如下性能要求。

● 具有足够的同步流量范围。

● 高同步精度，分流与集流有相同的精度。

● 要有较小的最小稳定分流集流流量。

● 工作压力范围大。

● 分流和集流压力损失都要小。

分流集流阀最主要的性能是分流精度，影响它的因素有以下几方面：

● 固定节流口前后压差对分流误差有影响，压差大，效果好，但需避免分流阀压力损失太大。

● 节流口处的液动力和阀芯与阀套的摩擦力不完全相等而产生的分流误差。

● 阀芯两端弹簧力不等引起的分流误差。

● 节流口几何尺寸误差带来的分流误差。

但要注意，在采用分流集流阀构成的同步系统中，分流同步误差并不是完全由分流集流阀造成的。液压缸的加工误差及泄漏、分流阀之后设置的其他阀的外部泄漏、油路中的泄漏等都会造成分流同步误差，虽然对分流阀本身的分流精度没有影响，但对系统中执行元件的同步精度却有直接影响。

表2-46所展示了分流集流阀的性能指标与应用关系。

表2-46 分流集流阀性能与应用的关系

3.分流集流阀分类与应用场合

表2-47列出了螺纹插装分流阀与分流集流阀分类与其元件符号。

表2-47 螺纹插装分流集流阀分类与其元件符号

系统的同步精度大于±2.5%时可以考虑采用分流集流阀的同步回路。如果允许同步负载差值较大时，即使同步精度大于±2.5%，也要注意在各种具体应用条件不使用。螺纹插装分流集流阀的同步最高精度比起板式同步阀的最高精度还有差距。然而能生产高精度板式同步阀的厂商也不多。螺纹插装同步阀性能仍有需要提高的空间。

在工程应用中四缸同步回路是常见的，这时可采用双级串联，即一分为二、再二分为四共需三个阀的方法连接。三缸同步回路，接法最好是将阀的出口误差正负搭配以提高使用精度。要求比例同步时，也可作差速运动系统。要求大流量时，可采用并联油路接法，出口正负误差搭配，可以提高同步精度。

要求高精度同步时，可用自调式同步阀控制同步再用伺服阀或小流量电磁换向阀放油或补油微调误差，控制精度可提高到0.5%左右。

4.分流集流阀结构原理与各公司产品介绍

（1）分流阀

1）分流阀的结构原理与性能

图2-94 分流阀

a）分流阀剖面图 b）元件符号 c）元件特性参数

图2-94所示分流阀的结构原理是，由③进油后，液流进人出油口④与②，在出油口阀体与滑阀阀芯各自形成了节流开口1与2。如果说，出油口④的负载压力比出油口②的负载压力大，会造成进人节流开口1的流量要比进人节流开口2的流量少。与此同时，节流开口1处的压差也因进人流量减少而减少，但是节流开口1处的背压要大，这两个压力在滑阀芯两端进行比较，由于左面的压力大于右面则滑阀芯右移，从而节流开口1加大，节流开口2减小，加大了节流开口2的压力损失并巨背压增加直至左右压力一致达到平衡，从而实现了进人两边的流量相等。简而言之，滑阀芯产生负载大的一边，在背压大压差小的情况下，使阀芯移动造成对方的节流开口减少，也就是压力损失加大的结果，使两个出油口的节流开口前压力一致时阀芯才会停止调节，达到分流相等的目的。

2）各公司分流阀产品介绍

目前为止，在螺纹插装阀主要厂商（表2-48）中生产分流阀的不多，大多数都生产分流节流阀。但由图2-94可见，分流阀结构简单、成本低，对同步集流要求较低的场合可选，也有一定的市场。

表2-48 国内外螺纹插装阀厂商的分流阀产品介绍

（2）分流集流阀

1）分流集流阀的结构原理

图2-95的分流集流阀是将由③口输人的油液按照一个预定的比例分成两路，从②、④口输出。当它作为一个集流阀时，它将由②、④口输人的油液合并，从③口输出。需要注意的是，流量分流集流每个支路规定了一个额定流速。当工作流量比规定值大时，分流和集流比例不变，但这是以高压降和热能损耗为代价的。当工作流量比规定值低时，分流和集流比例不变，但精确度会下降（见图2-95c）。

此阀的工作原理是，当两个出口的输出流量相同时，在节流口1与2上产生的压降也相等（图2-95a），阀芯两端的压力差为零，阀芯处于中位。当两个出口的负载压力不同引起流量分配变化时，在两个节流口上产生不同的压降，从而在阀芯的两端产生与流量分配误差对应的压差，阀芯两端的压差使阀芯产生位移，改变滑阀开口量，对流量大的一路附加节流，从而保证分流阀两个输出口流量基本保持不变。

2）分流集流阀应用场合

流量分流集流阀的一般应用场合包括：

● 在车辆驱动中应用，合并顺流或分离逆流到驱动车轮的液压马达。尽管在图中未示，但需要注意的是，在回路阀的外部需要安装节流孔，这样可以在车辆转弯时，允许更多的油液进人其中一个马达。在马达同步回路（图2-96）中针对性的问题是，其中一个马达的空载状态所产生的问题，例如两个同步的车轮由于路面不平造成两个马达负载差异很大，这时就要选用具有防打滑的分流集流阀。

图2-95 分流集流阀

a）分流集流阀剖面图 b）元件符号 c）特性曲线

图2-96 分流集流阀的应用

a）马达同步回路 b）液压缸同步回路

● 液压缸的同步运动需要注意的是，当其中一个液压缸走到头，则出油口相当堵住，这时分流集流阀就会在另一端将阀口关闭。这就会造成液压缸同步回路中由此而产生的同步积累误差。这就是为什么分流集流阀还需要针对马达或液压缸的不同工况要求分别设计适合液压缸或者适合马达的分流集流阀，并有所差异。这也是功能增强型分流集流阀发展的原因。

3）各公司分流集流阀产品介绍

表2-49给出了国内外螺纹插装阀厂商的分流集流阀产品。

表2-49 国内外螺纹插装阀厂商的分流集流阀产品介绍

① 厂商企业标准

（3）功能加强型分流集流阀

从分流集流阀的应用中可知，同步系统分流精度是同步系统控制性能的重要衡量指标。但无论如何，采用分流集流阀总存在分流或集流的误差。因此对于往复运动的液压缸而言，这一误差的表现形式是，有的行程到位，而有的还未到位。在这种情况下，分流集流阀要提供继续让后者运动到位，不至于在下一轮工作周期开始时就已经不在同一起始位置。一般的分流集流阀，当一个负载变成无穷大时（液压缸到头），有可能另一端也关闭，使系统的不同步无法矫正。为此螺纹插装阀产生商开发出了可解决此问题的分流集流阀，使某一液压缸达到终点后，此阀继续提供液流通道给相应的液压缸作同步运动，直至所有液压缸完全达到起始位置。图2-97a所示的就是这种用于液压缸同步的分流集流阀。

分流集流阀应用中遇到的另一极端情况是，它的一端输出口失去负载，即负载为零的情况。此时会产生负载为零的一端流量加大以致产生失速，而另一端产生停转的状况。此时也需在结构上加以改进，在这种状态下可以继续保持两个输出口的流量通道，这样可避免并联马达驱动回路在集流工况时产生停转现象。图2-97b是这类阀的典型元件之一。

1）矫正液压缸同步行程终端误差的液压缸型分流集流阀（图2-97）

图2-97 矫正液压缸同步行程终端误差的液压缸型分流集流阀

a）元件剖面图 b）元件符号 c）特性曲线

该阀的细部结构尚难从结构图上了解，但给出的元件符号已表明，这种阀具有比普通分流集流阀更多的沟通孔道。比较分流集流阀的元件符号图2-95b与图2-97b可知，后者多了两个箭头，就是此意。

2）防失速的马达型分流集流阀

由图2-98可见，在防失速的阀的节流口的终端加上一排沟通的小孔，在正常工作的情况下这些小孔不起作用。只有产生失速工况时，阀芯也达到一个极端的位置，在这个时候将有关出油口沟通达到防失速的目的，如元件符号所表明的那样。

3）同时具有液压缸型与马达型功能的分流集流阀

此阀在外形、性能等方面与上述功能加强型阀无区别，只是将液压缸到达最大行程和马达空转的两种情况下可保证提供分流与集流的同步运动。称之为“多功能分流集流阀”。

4）特殊带平衡孔的分流集流阀

这种分流集流阀（图2-99）、（表2-50）常用于液压马达驱动时因操纵或地面条件引起的负载压力不均衡的场合。它的工作原理是：当输出口④与②的压力相对均衡时，从油口③的输人流量按最低分配比分配给油口④与②；而当油口④与②之间有压力差存在时，油液将经过阀内的节流孔从较高压力的油口流向较低压力的油口，即由④流向②或由②流向④。当处于集流模式时，阀内的节流孔将均衡负载压力，以防止集流阀芯封闭阀口。