關于節流調速油路速度穩定性的探析

鮮小紅

（四川職業技術學院 機械工程系 四川 遂寧 629000）

液壓系統往往是在低速重載的情況下運行，如果在工作過程中系統的的速度發生變化，就必然存在加速度，系統的平衡狀態被打破，系統就會出現振動和噪音，影響系統的正常工作。在定量泵供油的液壓系統中，用節流閥或調速閥對執行元件的運動速度進行調節，從而達到調速的目的。

圖1 節流調速回路

1 節流調速油路的速度負載特性

節流調速油路按流量閥的位置不同可分為(如圖1所示)：a）進油節流調速油路、b)回油節流調速油路、c)旁油節流調速油路等三種[1]。本文以進油節流調速油路為研究對象來分析用節流閥的節流調速油路的速度負載特性。

1.1 節流調速油路的調速原理

如圖1 a)所示，系統由定量泵、溢流閥、節流閥、液壓缸和相應輔件等組成，液壓泵排出的流量分為兩個部分：一部分進入液壓缸；一部分通過溢流閥溢流。進入液壓缸的那部分液壓油必然經過節流閥。假定進入液壓缸的液壓油流量為q，那么系統的運行速度v=q/S1[2]，式中v-速度，q-進入液壓缸的油液流量，S1-液壓缸無桿腔的活塞有效面積。從式中可以看出：進入液壓缸的油液流量q變化，必然引起液壓系統的運行速度v變化。可以通過調節進入液壓缸的油液流量q來調節液壓系統的運行速度v。根據流體力學可知：通過節流閥的流量q=KA(ΔP)1/2，式中ΔP-節流閥的進出口壓差，K-為流量系數（一般為常量），A-節流閥薄壁小孔的通流面積。當節流閥的進出口壓差ΔP一定時，改變節流閥薄壁小孔的通流面積A，就可以改變進入液壓缸的流量，從而達到調速的目的。

1.2 節流調速油路的速度負載特性

在圖1 a)中，設節流閥進口壓力為po(由溢流閥的調定壓力決定)，節流閥的出口壓力為p工（p工=F/S1，F為液壓缸的負載，S1為液壓缸進油腔活塞的有效作用面積），那么節流閥進出口壓差ΔP=po-p工。根據流體力學可知：通過節流閥的流量q=KA(ΔP)1/2（也是進入液壓缸的流量）。式中q-通過節流閥的流量，A-節流閥的通流面積，K-常量。當節流閥開口一定時，當缸的負載F的增加，ΔP必然減小，那么進入液壓缸的流量q也必然減小，因此液壓缸的運行速度也必然降低。反之，亦然。所以，這種油路的最大弊端就是：液壓缸的運動速度隨負載F的波動而波動[3]。其速度負載特性曲線如圖2所示。

圖2 速度負載曲線

2 用調速閥的節流調速油路的速度負載特性

2.1 調速閥的調速機理

調速閥是由定差減壓閥與節流閥串聯而成的組合閥。節流閥用來調節流量，定差減壓閥則自動補償負載變化的影響，使節流閥前后壓差為定值，以消除負載變化對流量的影響。

圖3 調速閥的結構原理

圖4 定差減壓閥閥芯受力圖

調速閥的工作原理如圖3所示，調速閥進口壓力p1由溢流閥調定，工作時基本保持恒定，壓力油進入調速閥后，經減壓閥的閥口h后壓力降至p2，然后經節流閥流出，其壓力為p3，進入節流閥的壓力為p2的油液，經通道e和f被引入定差減壓閥的b腔和c腔，而經過節流閥后壓力為的p3液壓油，經通道g被引入a腔。定差減壓閥的閥芯受理如圖4所示。當定差減壓閥處于穩定工作時，如不計閥芯的摩擦力，作用于閥芯上的受力平衡方程為：

那么，節流閥進出口的壓差ΔP=p2-p3=F/A(F為定差減壓閥a腔內彈簧的壓緊力)

2.2 調速閥調速的缺陷

調速閥是由減壓閥和節流閥組合而成，由于節流閥進出口的壓差ΔP=p2-p3=F/A(F為定差減壓閥a腔內彈簧的壓緊力)。當負載增大時，p3必然增大，導致減壓閥閥芯右移，定差減壓閥a腔內彈簧的壓緊力F必將減小，那么節流閥進出口的壓差ΔP=p2-p3=F/A也將減小，根據通過節流閥的流量q=KA(ΔP)1/2，通過節流閥的流量q也必然減小，液壓缸活塞運動速度也就隨之減小。同理，當負載減小時，液壓缸活塞運動速度也就隨之增大。調速閥內節流口兩端的壓差始終不能精確恒定，說明系統波動任然存在。只是彈簧的彈性系數k越小，波動就越小而已。

3 一種改進后的節流調速油路

如圖5所示，在節流閥的出口接入壓差穩定缸的左端和壓力繼電器，在節流閥的進口通過壓差穩定缸的右端接入二位二通電磁換向閥和先導式溢流閥。

圖5 改進后的節流調速油路

系統剛開始工作時：系統壓力為零，壓力繼電器不動作，二位二通電磁換向閥處于截止狀態，先導式溢流閥關閉，液壓泵的輸出油液全部進入系統，使系統快速形成初始壓力；系統初始壓力一旦形成，壓力繼電器動作，二位二通電磁換向閥切換到聯通狀態，泵口壓力就由先導式溢流閥的遠程控制口決定，和先導式溢流閥的遠程控制口相連的壓力就是壓差穩定缸的右端的液壓力。此時，節流閥出口與壓差穩定缸的左端相連，節流閥進口與壓差穩定缸的右端相連，節流閥進出口壓差ΔP=P右-P左=G/A，是恒定的[4]。所以流量q=KA(ΔP)1/2也就是恒定的[5]，液壓系統的運動速度就穩定了。若系統負載增大，壓差穩定缸的左端的壓力P左也隨之增大，根據受力平衡方程P左A左+G=P右A右，壓差穩定缸的左端的壓力P右也相應增大，但ΔP=P右-P左=G/A[6]，始終是恒定的。反之，亦然。若要調節節流閥進出口壓差，改變壓差穩定缸的懸掛重量即可。

4 結語

（1）液壓系統中的節流調速油路，速度隨負載波動而波動，當負載增大時速度隨之減小，當負載減小時，速度隨之增大。用調速閥代替節流閥而形成的調速油路，系統德穩定性有較大的改善，但系統的穩定性，任然與復位彈簧的剛度有緊密的聯系。

（2）用節流閥與壓差穩定液壓缸聯合使用，可以在節流閥兩端形成穩定的壓差，達到系統速度不負載影響的效果。