液壓系統(tǒng)流量控制閥工作原理分析與結(jié)構(gòu)設(shè)計[摘要][關(guān)鍵詞]；穩(wěn)定性；TheOperatingPrincipleandstructuraldesignoftheflowcontrolvalveofhydraulicsystem[Controlvalveisawidelyusedflowcontrolvalve,itisusedtochangetheflowareaofthethrottlevalvetocontrolflowandthepoorthroughreliefvalveissettocompensateforloadchangesonflow.Althoughitssimplestructure,easymaintenance,lowcost,thecommoncontrolvalveinaninstantwhenthestartofthephenomenonwillhavesignificantforwardsetting,resultinginpoorflowstability,circuitefficiencyislow.Thedesignofthenewcontrolvalveisintheexistingcontrolvalveformedthebasisofimprovementsinthedesignanditdrawsonanumberofcorporatepatents.Itsworkingprincipleistouseoftheroleofhydraulicvalvetovalveopeningatboottimereduced,therebyreducingtraffictoavoidthestartofthepediment,andthephenomenonofflowinstability.Thisdesigncomparedwiththenormalcontrolvalvehasthefollowingimprovements:thestructureoftheoriginalspeedcontrolvalvebasedontheadditionofahydraulicvalve;inthefunctionalsolutiontothestartoftheinstabilityoftheimpactandflow,thusmakingtheprocessingqualityoftheworkpieceguaranteed.引言1概述 11.1機床液壓系統(tǒng) 11.2流量控制閥 2流量控制閥的定義 2流量控制閥的歷史以及國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 2流量控制閥的發(fā)展方向 4流量控制閥的組成、分類 52流量控制閥的工作原理分析 72.1節(jié)流閥的工作原理分析 7節(jié)流閥的結(jié)構(gòu)與性能 7節(jié)流閥的工作原理分析 92.2溢流節(jié)流閥的工作原理分析 11溢流節(jié)流閥的結(jié)構(gòu)與性能 11溢流節(jié)流閥的工作原理分析 142.3調(diào)速閥的工作原理分析 16調(diào)速閥的結(jié)構(gòu)與性能 16調(diào)速閥的工作原理分析 203調(diào)速閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計 233.1設(shè)計初始數(shù)據(jù) 233.2設(shè)計要求及功能分析 233.3總體方案設(shè)計 23材料選擇 24結(jié)構(gòu)設(shè)計 243.4設(shè)計計算 26幾何尺寸的確定 26受力計算并確定減壓閥彈簧剛度 303.4.3性能計算 31設(shè)計評價 361總體評價 362創(chuàng)新點分析 36致謝語 37參考文獻 38附錄 39引言自從1975年，紐康曼(ThomasNewcomen)發(fā)明了第一臺工業(yè)蒸汽發(fā)動機，對蒸汽發(fā)動機的運行提出了控制要求，瓦特(JamesWatt)發(fā)明了第一臺調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的控制器，其后，對流體流量的控制越來越被人們重視。最早的控制閥是1880年由費希爾（WilliamFisher）制造的泵調(diào)節(jié)器。目前機床液壓系統(tǒng)的使用非常的廣泛。調(diào)速閥是機床液壓系統(tǒng)中重要的一個部件，在整個調(diào)速回路中起著主導的作用。它是由定差減壓閥和節(jié)流閥串聯(lián)而成的組合式流量閥。節(jié)流閥的作用是調(diào)節(jié)通過調(diào)速閥的流量，定差減壓閥的作用是自動補償負載變化對流量的影響。當調(diào)速閥的出口壓力或進口壓力發(fā)生變化，由于定差減壓閥的自動調(diào)節(jié)作用，能使節(jié)流閥前壓差保持不變，從而使閥的流量保持恒定，達到穩(wěn)定速度的目的。在實際應用中，無論系統(tǒng)負載如何變化，我們總是希望執(zhí)行元件速度穩(wěn)定，否則會影響工件的加工精度。調(diào)速閥進出口壓差對調(diào)速回路性能的影響往往被人們忽視，再回路工作的某些階段，沒有保證調(diào)速閥進出口間必要的最小壓差，因而不能獲得良好的工作性能。而要做到這些，最重要的一點就是保證調(diào)速閥進出口壓力差不小于該閥的最小壓差值，使調(diào)速閥處于正常工作狀態(tài)。本次課題的新型調(diào)速閥就是針對目前調(diào)速閥普遍存在的問題進行分析，提出新的設(shè)計方案并進行結(jié)構(gòu)設(shè)計。這種新型的調(diào)速閥是在普通調(diào)速閥的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進行改進的，在定差減壓閥和節(jié)流閥之間加了一個液動換向閥，結(jié)構(gòu)簡單、性能良好，解決了普通調(diào)速閥存在的缺點—前沖現(xiàn)象和穩(wěn)定性。本次課題是在新世紀工業(yè)的發(fā)展的形勢下，根據(jù)實際要求進行的，我國目前的閥門在結(jié)構(gòu)上和功能上還是比國外的稍微落后，生產(chǎn)設(shè)備也沒國外的新進。因此，此次的選題和設(shè)計是非常有意義的。1概述 輔助元件動力元件控制元件執(zhí)行元件圖（1-1） 輔助元件動力元件控制元件執(zhí)行元件圖（1-1），隨著工業(yè)的發(fā)展，加工精度的提高，對機床液壓系統(tǒng)的要求也越來越高，雖然在目前的機械加工行業(yè)里，機床液壓系統(tǒng)已被廣泛應用，但其對工件的精度控制、位置控制、形狀控制的精確度需要進一步提高。流量控制閥作為機床液壓系統(tǒng)的控制元件，對機床加工的精度控制、位置控制、形狀控制起著關(guān)鍵的作用，因此流量控制閥的設(shè)計研究很重要。流量控制閥是用來控制或調(diào)節(jié)液流流量的閥，流量控制閥的共性工作原理是：利用流量調(diào)節(jié)原理，在閥兩端的壓差一定的情況下，通過調(diào)節(jié)閥口通流面積，來調(diào)節(jié)通過閥的流量，即。流量閥的流量與節(jié)流口的結(jié)構(gòu)形式與通流面的形狀有直接的關(guān)系。流量控制閥是節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)中的基本調(diào)節(jié)元件。在定量泵供油的節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)中，必須將流量控制閥與溢流節(jié)流閥配合使用，以便將多余的流量流回油箱。因此，流量控制閥在工業(yè)生產(chǎn)控制中扮演著很重要的角色。流量控制閥的歷史以及國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀流量控制閥的發(fā)展與工業(yè)生產(chǎn)過程的發(fā)展密切相關(guān)。遠古時期，人們?yōu)榱苏{(diào)節(jié)河流或小溪的水流量，采用大石塊或樹干來阻止水的流動或改變水的流動方向。埃及和希臘文明發(fā)明了幾種原始的閥門類型，用于農(nóng)作物灌溉等。但是，普遍公認是古羅馬人為了農(nóng)作物灌溉而開發(fā)了相當復雜的水系統(tǒng)，采用旋塞閥和柱塞閥，并使用止逆閥防止水的逆流。文藝復興時期，在藝術(shù)家和發(fā)明家達.芬奇(LeonardodaVinci)設(shè)計的溝渠、灌溉項目和其他大型水力系統(tǒng)項目中使用了閥門，他的許多技術(shù)方案現(xiàn)在仍實際存在。閥門工業(yè)的現(xiàn)代歷史與工業(yè)革命并行，隨著工業(yè)革命的深入，1705年，紐康曼(ThomasNewcomen)發(fā)明第一臺工業(yè)蒸汽發(fā)動機，對蒸汽發(fā)動機的運行提出了控制要求，瓦特(JamesWatt)發(fā)明了第一臺調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的控制器，其后，對流體流量的控制越來越被人們重視。最早的控制閥是1880年由費希爾（WilliamFisher）制造的泵調(diào)節(jié)器，這是一種帶重錘的自力式控制閥，當閥后壓力增大時，在重錘作用下，使控制閥開度減小，從而達到穩(wěn)定壓力的控制效果。在20世紀20～30年代，控制閥以閥體形狀為球形的球形閥(ballvalve)為主，其后，以V形缺口(V-notch)的單座(single—port)和雙座(double-ported)控制閥(globevalve)問世。40年代相繼出現(xiàn)適用于高壓介質(zhì)的角形控制閥(anglevalve)、用于腐蝕性介質(zhì)的隔膜控制閥(barrierdiaphragmvalve)和用于大流量應用的蝶閥(butterflyvalve)等，并研制了閥門定位器(valvepositioner)等產(chǎn)品o1949年在德國Leverkusen成立了化學和石化工業(yè)的第一個專業(yè)協(xié)會——測量與控制標準協(xié)會NAMUR(NormenArbeitsgemeinschaftMeb-UndRegeltechnik)，并開展標準的制定工作。50~60年代出現(xiàn)了三通控制閥(three-wayvalve)，用于配比控制和旁路控制，也進一步展開對球閥的研究，出現(xiàn)了適用于大壓差和降低噪聲的套筒控制閥(cagevalve)。70年代套筒控制閥被廣泛應用于工業(yè)生產(chǎn)過程的控制，研制的偏心旋轉(zhuǎn)閥(eccentricplugvalve)成為角行程控制閥的佼佼者。偏心旋轉(zhuǎn)閥具有良好的密封性、大的流通能力，可應用于較大壓差場合。80年代開始，各種精小型控制閥誕生，它對控制閥執(zhí)行機構(gòu)進行的改革使控制閥的重量和高度下降，流通能力提高。90年代開始，隨著計算機控制裝置的廣泛應用，對智能控制閥的要求也越來越強烈，相繼誕生各種智能電氣閥門定位器和帶智能閥門定位器的現(xiàn)場總線控制閥。21世紀初，現(xiàn)場總線控制閥得到應用，隨著控制功能的下移，對控制閥的要求也越來越高。我國控制閥工業(yè)生產(chǎn)的起步較晚。在20世紀60年代開始研制單座閥、雙座閥等產(chǎn)品，主要是仿制前蘇聯(lián)的產(chǎn)品。由于機械工業(yè)落后，機械加工精度低，因此，產(chǎn)品泄漏量較大，但尚能滿足當時工業(yè)生產(chǎn)過程的一般控制要求。70年代開始，隨著工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的擴大，工業(yè)過程控制要求的提高，一些控制閥產(chǎn)品已不能適應生產(chǎn)過程控制的要求，例如對高壓力、高壓降、低溫、高溫和腐蝕等介質(zhì)的控制要求。為此，一些大型石油化工企業(yè)在引進設(shè)備的同時，也引進了一些控制閥，例如帶平衡閥芯的套筒閥、偏心旋轉(zhuǎn)閥等，為國內(nèi)的控制閥制造廠商指明了開發(fā)方向。因此，70年代后期，一些制造廠已開始仿制偏心旋轉(zhuǎn)閥等產(chǎn)品。80年代開始，隨著我國改革開放政策的貫徹和落實，一些控制閥制造廠引進了國外著名控制閥廠商的技術(shù)和產(chǎn)品，使我國控制閥產(chǎn)品的品種和質(zhì)量得到明顯提高。例如，生產(chǎn)出各種類型的套筒閥、偏心旋轉(zhuǎn)閥，并開始研制精小型控制閥。隨著大型電站等工業(yè)項目，的進行，也研制了各種電液執(zhí)行機構(gòu)、長行程執(zhí)行機構(gòu)等執(zhí)行機構(gòu)，以適應大推力和大推力矩、長行程等控制要求。90年代開始，我國的控制閥工業(yè)也在引進和消化國外的先進技術(shù)后開始飛速發(fā)展，一些合資和外資的控制閥生產(chǎn)廠相繼生產(chǎn)有特色的產(chǎn)品，填補了一些特殊工業(yè)控制的空白，使我國控制閥工業(yè)的水平大大提高，縮短了與國外的差距。隨著現(xiàn)場總線技術(shù)的應用，在2l世紀初，采用現(xiàn)場總線技術(shù)的控制閥產(chǎn)品問世，國外一些現(xiàn)場總線的控制閥和相關(guān)的產(chǎn)品，例如智能閥門定位器等，開始在國內(nèi)一些新建工程中應用，國內(nèi)一些廠商也開始研制有關(guān)產(chǎn)品。1.2.3流量控制閥的發(fā)展方向流量控制閥的發(fā)展方向主要為智能化、標準化、精小化、旋轉(zhuǎn)化和安全化。

(1)智能化和標準化控制閥的智能化和標準化已經(jīng)提到議事日程。智能化主要采用智能閥門定位器。智能閥門定位器具有閥門定位器的所有功能，同時能夠改善控制閥的動態(tài)和靜態(tài)特性，提高控制閥的控制精度。(2)精小化為降低控制閥的重量，便于運輸、安裝和維護，控制閥的精小化采用了下列措施：

①采用精小型執(zhí)行機構(gòu)；

②改變流路結(jié)構(gòu)；

③采用電動執(zhí)行機構(gòu)。(3)安全化儀表控制系統(tǒng)的安全性已經(jīng)得到各方面的重視，安全儀表系統(tǒng)(SIS)對控制閥的要求也越來越高。

(4)旋轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)類控制閥，例如球閥等，有相對體積較小、流路阻力較小、可調(diào)比較大、密封性較好、防堵性能較好、流通能力較大等優(yōu)點，因此，在控制閥新品種中，旋轉(zhuǎn)閥的比重增大。特別是大口徑管道中，普遍采用球閥、蝶閥等類型控制閥，從國外近年的產(chǎn)品看，旋轉(zhuǎn)閥應用的比例正逐年增長。

(5)保護環(huán)境，環(huán)境污染已經(jīng)成為公害，控制閥對環(huán)境的污染主要有控制閥噪聲和控制閥的泄漏。(6)節(jié)能降低能源消耗，提高能源利用率是控制閥的一個發(fā)展方向。

①采用低壓降比的控制閥；

②采用自力式控制閥；

③采用電動執(zhí)行機構(gòu)的控制閥；

④采用壓電控制閥；⑤采用帶平衡結(jié)構(gòu)的閥芯，降低執(zhí)行機構(gòu)推力或推力矩，縮小膜頭氣室，降低能源需要；

⑥采用變頻調(diào)速技術(shù)代替控制閥。1.2.4圖（1-2）流量控制閥主要包括節(jié)流閥、溢流節(jié)流閥、調(diào)速閥等。流量控制閥與工業(yè)生產(chǎn)過程控制的發(fā)展同步進行。為提高控制系統(tǒng)的控制品質(zhì)，對組成控制系統(tǒng)各組成環(huán)節(jié)提出了更高要求。例如，對檢測元件和變送器要求有更高的檢測和變送精確度，要有更快的響應和更高的數(shù)據(jù)穩(wěn)定性；對控制閥等執(zhí)行器要求有更小的死區(qū)和摩擦，有更好的復現(xiàn)性和更短的響應時間，并能夠提供補償對象非線性的流量特性等。同時，由于工業(yè)生產(chǎn)過程的大型化和精細化，對控制閥等也提出了更高要求。2流量控制閥的工作原理分析流量控制閥在液壓系統(tǒng)中發(fā)揮著控制調(diào)節(jié)的作用，而流量控制閥在設(shè)計時，節(jié)流口形狀的設(shè)計是很重要的。流量閥上起節(jié)流作用的閥口稱為節(jié)流口，它是由閥芯和閥體內(nèi)孔構(gòu)成的局部阻力-液阻，操縱閥芯轉(zhuǎn)動或移動，節(jié)流口的過流斷面面積隨之變化，流量便得到控制。在流量控制閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，我們要根據(jù)不同的應用場合來選擇節(jié)流口的形狀。常見的節(jié)流口形式如下圖2-1中(a)～(e)所示：(a)針閥式節(jié)流口(b)偏心槽式節(jié)流口(c)軸向三角溝槽式節(jié)流口(d)軸向縫隙式節(jié)流口(e)周向縫隙式節(jié)流口圖2-1各種不同形式的節(jié)流口根據(jù)不同的壓力和穩(wěn)定性要求應用于不同的場合。2.1節(jié)流閥的工作原理分析節(jié)流閥的結(jié)構(gòu)與性能節(jié)流閥是液壓系統(tǒng)中控制執(zhí)行元件的運動速度的一種器件,主要應用在回路中與定量泵、溢流節(jié)流閥組成節(jié)流調(diào)速回路,通過改變回路中節(jié)流閥通流面積的大小來控制流入執(zhí)行元件或自執(zhí)行元件流出的流量,以調(diào)節(jié)其運動速度。如下圖2-2所示為節(jié)流閥的結(jié)構(gòu)組成，一般由閥體、閥蓋、閥套、閥芯、調(diào)節(jié)手輪等組成。圖2-21-閥體2-調(diào)節(jié)手輪3-閥套4-墊圈5-閥芯節(jié)流閥的性能1）節(jié)流口的節(jié)流特性節(jié)流口的節(jié)流特性是指液體流經(jīng)節(jié)流口時，通過節(jié)流口的流量所受到的影響因素，以及這些因素與流量之間的關(guān)系，從而分析如何減少這些因素影響，提高流量的穩(wěn)定性。分析節(jié)流特性的理論依據(jù)是閥口的流量特性方程式即：（2-1）2）影響流量穩(wěn)定性的因素①壓力對流量穩(wěn)定性的影響在使用中，當節(jié)流閥的通流截面積調(diào)整好以后，實際上由于負載的變化，節(jié)流口前后的壓差亦在變化，使流量不穩(wěn)定。由式（2-1）和下圖2-3可看出，節(jié)流口的越大。的變化對流量的影響亦越大，因此節(jié)流口制成薄壁孔（）比制成細長孔（）好。m=1m=0.50.5＜m＜1.0m=1m=0.50.5＜m＜1.0圖2-3節(jié)流口的流量特性曲線②溫度對流量穩(wěn)定性的影響油溫的變化引起粘度變化，從而對流量發(fā)生影響，如下圖2-4所示可以看出，隨著溫度的升高，粘度下降，從而導致流量增加。這在細長孔式節(jié)流口上是十分明顯的。對薄壁孔式節(jié)流口來說。當雷諾數(shù)大于臨界值時，流量系數(shù)不受油溫影響；但當壓力差小，通流截面積小時，與有關(guān)，流量要受到油溫變化的影響。總之，簿壁孔受溫度的影響小。圖2-4節(jié)流閥的工作原理分析1）工作原理如下圖2-5所示為一種普通節(jié)流閥的結(jié)構(gòu)圖和簡化符號。這種節(jié)流閥的節(jié)流通道呈軸向三角糟式。工作時，油液從進油口流入，經(jīng)孔道a和閥芯2左端的三角槽進入孔道b，再從出油口流出。調(diào)節(jié)手把4就能通過推桿3使閥芯2作軸向移動，改變節(jié)流口的通流截面積來調(diào)節(jié)流量。閥芯2在彈簧1的作用下始終貼緊在推桿3上。P1PP1P2圖2-5節(jié)流閥2）現(xiàn)狀在目前的市場上，節(jié)流閥的生產(chǎn)與應用都以達到了鼎盛的時期，節(jié)流閥的種類也越來越多，功能越來越強，如下圖2-6所示是一份2009年統(tǒng)計的近年來國內(nèi)節(jié)流閥的銷量對比統(tǒng)計表，從圖中我們可以看出，目前已達到了供過于求的狀態(tài)。同時，現(xiàn)今的節(jié)流閥不管是國外的或者是國內(nèi)的，其結(jié)構(gòu)和功能都基本相似，目前的節(jié)流閥還將會繼續(xù)使用，直到有新的更高的要求被提出來。圖2-6國內(nèi)節(jié)流閥產(chǎn)銷量對比3）節(jié)流閥特點節(jié)流閥作為液壓系統(tǒng)中控制元件之一具有以下的特點：①構(gòu)造較簡單，便于制造和維修，成本低。②調(diào)節(jié)精度不高，不能作調(diào)節(jié)閥使用。密封面易沖蝕，不能作切斷介質(zhì)用。密封性效果比較不好。4）結(jié)論目前節(jié)流閥主要廣泛應用于以下兩方面：①進口節(jié)流調(diào)速。將節(jié)流閥安置在液壓缸工進時的進油管路上，和定量泵、溢流節(jié)流閥共同構(gòu)成節(jié)流閥進口節(jié)流調(diào)速回路。②出口節(jié)流調(diào)速。將節(jié)流閥安置在液壓缸工進時的回油管路上，與定量泵，溢流節(jié)流閥共同構(gòu)成節(jié)流閥出口節(jié)流調(diào)速回路。而對節(jié)流閥的性能要求主要是：①流量調(diào)節(jié)范圍大，流量一壓差變化平滑；②內(nèi)泄漏量小，若有外泄漏油口，外泄漏量也要小；③調(diào)節(jié)力矩小，動作靈敏。根據(jù)以上對節(jié)流閥的分析可以得出：雖然目前的節(jié)流閥在功能上還有些欠缺，但總體上能夠適應市場的需求，因此不需要對其結(jié)構(gòu)進行新的設(shè)計。2.2溢流節(jié)流閥的工作原理分析溢流節(jié)流閥的結(jié)構(gòu)與性能

溢流節(jié)流閥是由定差溢流節(jié)流閥和節(jié)流閥并聯(lián)而成的組合式流量閥。定差溢流節(jié)流閥用于保持節(jié)流閥前后的壓力差為恒定值，以保證溢流節(jié)流閥獲得穩(wěn)定的流量輸出。溢流節(jié)流閥的結(jié)構(gòu)組成如下圖2-7所示，它由閥體、閥芯、彈簧和調(diào)節(jié)螺釘組成。溢流節(jié)流閥的作用是能夠防止液壓系統(tǒng)中的液壓油壓力超出額定負荷，起安全保護作用。圖2-71-閥體2-閥芯3-彈簧4-調(diào)節(jié)螺釘溢流節(jié)流閥的性能溢流節(jié)流閥的性能主要是溢流節(jié)流閥的流量特性通過定差溢流節(jié)流閥的流量=（2-2）式中—定差溢流節(jié)流閥口的流量系數(shù)；—定差溢流節(jié)流閥口的通流面積；—油液的密度；2）通過節(jié)流閥的流量（2-3）式中：—節(jié)流閥口的流量系數(shù)；—節(jié)流閥口的通流面積；根據(jù)流量的連續(xù)性原理可得出（2-4）式中：為泵的輸出流量。靜態(tài)特性：溢流節(jié)流閥的靜態(tài)性能是指溢流節(jié)流閥在系統(tǒng)壓力沒有突變的穩(wěn)態(tài)情況下，所控制流體的壓力、流量的變化情況。其靜態(tài)特性主要指壓力-流量特性。①溢流節(jié)流閥的壓力-流量特性—指溢流節(jié)流閥入口壓力與流量之間的變化關(guān)系。圖2-7為溢流節(jié)流閥的靜態(tài)特性曲線。圖2-8中為先導閥的開啟壓力，為調(diào)定壓力，為額定溢流量。由溢流節(jié)流閥的特性分布可知：當閥溢流量發(fā)生變化時，閥進口壓力波動越小，閥的性能越好。由圖2-8溢流節(jié)流閥的靜態(tài)特性曲線可見，先導式溢流節(jié)流閥性能優(yōu)于直動式溢流節(jié)流閥。圖2-8溢流節(jié)流閥的靜態(tài)特性曲線圖2-9溢流節(jié)流閥的啟閉特性曲線②溢流節(jié)流閥的啟閉特性啟閉特性是表征溢流節(jié)流閥性能好壞的重要指標，一般用開啟壓力比率和閉合壓力比率表示。為開啟壓力，為調(diào)定壓力，為閉合壓力，圖2-9為溢流節(jié)流閥的啟閉特性曲線。曲線1為先導式溢流節(jié)流閥的開啟特性，曲線2為閉合特性。③溢流節(jié)流閥的壓力穩(wěn)定性系統(tǒng)在工作時，由于油泵的流量脈動及負載變化的影響，導致溢流節(jié)流閥的主閥芯一直處于振動狀態(tài)，閥所控制的油壓也因此產(chǎn)生波動。衡量溢流節(jié)流閥的壓力穩(wěn)定性用兩個指標度量：一是在整個調(diào)壓范圍內(nèi)閥在額定流量狀態(tài)下的壓力波動值，二是在額定壓力和額定流量狀態(tài)下，3內(nèi)的壓力偏移值。上述兩個指標越小，溢流節(jié)流閥的壓力穩(wěn)定性就越好。④溢流節(jié)流閥的卸荷壓力將溢流節(jié)流閥的遙控口與油箱連通后，油泵處于卸荷狀態(tài)時，溢流節(jié)流閥進出油口壓力之差稱之為卸荷壓力。溢流節(jié)流閥的卸荷壓力越小，系統(tǒng)發(fā)熱越少，一般溢流節(jié)流閥的卸荷壓力不大于0.2,最大不應超過0.45。動態(tài)特性：溢流節(jié)流閥的動態(tài)特性，是指在系統(tǒng)壓力突變時，閥的響應過程中所表現(xiàn)出的性能指標。圖2-10為溢流節(jié)流閥的動態(tài)特性曲線。此曲線的測定過程是：將處于卸荷狀態(tài)下的溢流節(jié)流閥突然關(guān)閉時（一般是由小流量電磁閥切斷通油池的遙控口），閥的進口壓力迅速提升至最大峰值，然后振蕩衰減至調(diào)定壓力，再使溢流節(jié)流閥在穩(wěn)態(tài)溢流時開始卸荷。經(jīng)此壓力變化循環(huán)過程后，可以得出以下動態(tài)特性指標：圖2-10溢流節(jié)流閥的動態(tài)特性曲線①壓力超調(diào)量—最大峰值壓力與調(diào)定壓力之差，稱之為壓力超調(diào)量，用表示。壓力超調(diào)量越小，閥的穩(wěn)定性越好。②過渡時間—指溢流節(jié)流閥從壓力開始升高達到穩(wěn)定在調(diào)定壓力所需的時間，用符號t表示。過渡時間越小，閥的靈敏性越高。③壓力穩(wěn)定性—溢流節(jié)流閥在調(diào)壓狀態(tài)下工作時，由于泵的壓力脈動而引起系統(tǒng)壓力在調(diào)定壓力附近產(chǎn)生有規(guī)律的波動，這種壓力的波動可以從壓力表指針的振擺看到，此壓力振擺的大小標志閥的壓力穩(wěn)定性。閥的壓力振擺越小，壓力穩(wěn)定性越好。一般溢流節(jié)流閥的壓力振擺應小于0.2。溢流節(jié)流閥的工作原理分析1）工作原理分析(b)(c)(a)(b)(c)(a)圖2-11溢流節(jié)流閥1-安全閥；2-節(jié)流閥；3一溢流節(jié)流閥如上圖2-11(a)、(b)、(c)所示為溢流節(jié)流閥的工作原理圖和圖形符號。溢流節(jié)流閥有一個進口P1、一個出口P2、和一個溢流口T，因而有時也稱之為三通流量控制閥。來自液壓泵的壓力油P1，一部分經(jīng)節(jié)流閥進入執(zhí)行元件，另一部分則經(jīng)溢流節(jié)流閥回油箱。節(jié)流閥的出口壓力為P2，P1和P2分別作用于溢流節(jié)流閥閥芯的兩端，與上端的彈簧力相平衡。節(jié)流閥口前后壓差即為溢流節(jié)流閥閥芯兩端的壓差，溢流節(jié)流閥閥芯在液壓作用力和彈簧力的作用下處于某一平衡位置。當執(zhí)行元件負載增大時，溢流節(jié)流閥的出口壓力P2增加，于是作用在溢流節(jié)流閥閥芯上端的的液壓力增大，使閥芯下移，溢流口減小，溢流阻力增大，導致液壓泵出口壓力P1增大，即作用于溢流節(jié)流閥閥芯下端的液壓力隨之增大，從而使溢流節(jié)流閥閥芯兩端受力恢復平衡，節(jié)流閥口前后壓差（P1—P2）基本保持不變，通過節(jié)流閥進入執(zhí)行元件的流量可保持穩(wěn)定，而不受負載變化的影響。這種溢流節(jié)流閥上還附有安全閥，以免系統(tǒng)過載。2）現(xiàn)狀目前的溢流節(jié)流閥只裝在進油路上使用，一般用于對速度穩(wěn)定性要求不高，但功率較大的節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)中，如拉床、刨床、插床中應用較多。隨著工業(yè)的發(fā)展，溢流節(jié)流閥的可靠性、穩(wěn)定性、壽命都不斷提高，但市場上各式各樣的溢流節(jié)流閥短時期內(nèi)還是能夠滿足工業(yè)上的生產(chǎn)要求的。3）溢流節(jié)流閥的特點溢流節(jié)流閥能使系統(tǒng)壓力隨負載變化，沒有調(diào)速閥中減壓閥口的壓差損失，功率損失小，是一種較好的節(jié)能元件，但流量穩(wěn)定性略差一些，尤其在小流量工況下更為明顯。因此溢流節(jié)流閥一般用于對速度穩(wěn)定性要求不高，而功率較大的進油路節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)。溢流節(jié)流閥上還附有安全閥，可以免系統(tǒng)過載。4）結(jié)論針對以上對溢流節(jié)流閥的分析可以得出，目前國內(nèi)外生產(chǎn)的溢流節(jié)流閥的水平還能滿足市場的要求，在國內(nèi)大多企業(yè)都比較浮躁，企業(yè)和個人都比較少開發(fā)新產(chǎn)品，新產(chǎn)品的開發(fā)一時還不能收效，因此新型的溢流節(jié)流閥的結(jié)構(gòu)開發(fā)還沒有很迫切的要求，目前還不需要盲目地進行溢流節(jié)流閥的新產(chǎn)品開發(fā)。2.3調(diào)速閥的工作原理分析調(diào)速閥的結(jié)構(gòu)與性能調(diào)速閥是由定差減壓閥和節(jié)流閥串聯(lián)而成的組合式流量閥，其結(jié)構(gòu)組成如下圖2-12所示。節(jié)流閥用以調(diào)節(jié)通過調(diào)速閥的流量，定差減壓閥則自動補償負載變化對流量的影響，始終保持節(jié)流閥前后的壓力差恒定不變，消除了負載變化對流量的影響。進油口A減壓閥行程調(diào)節(jié)器進油口A減壓閥行程調(diào)節(jié)器回油口B節(jié)流閥回油口B節(jié)流閥圖2-12雖然目前調(diào)速閥的性能還基本穩(wěn)定，但是從式（2-7）、（2-8）我們可以看出調(diào)速閥中節(jié)流閥前后壓力差及其流量都不是恒量，只有在彈簧剛度K值較小時，他們才能基本保持不變。所以正常工作時如壓差太小，減壓閥閥芯在彈簧作用下處于最下端位置，閥口全開，起不到補償節(jié)流閥前后壓差的作用，也就不能保持調(diào)速閥流量的近似穩(wěn)定，因此可以得出，調(diào)速閥在工作中容易產(chǎn)生兩個問題：①啟動時的沖擊當調(diào)速閥的出口堵住時，其節(jié)流閥兩端壓力相等，減壓閥閥芯再彈簧力的作用下移至最下端，閥開口最大。因此，當將調(diào)速閥出口迅速打開，其出油口與油路接通栓間，調(diào)速閥出口壓力突然減小，而減壓閥閥口來不及關(guān)小，不起控制壓差的作用，這樣會使通過調(diào)速閥的瞬時流量增加，使液壓缸產(chǎn)生前沖現(xiàn)象。②最小穩(wěn)定差根據(jù)節(jié)流閥、調(diào)速閥的靜態(tài)流量特性可以知道：當調(diào)速閥前后壓差大于最小值3）進出油腔最小壓差進出油腔最小壓差，是指將節(jié)流口全開，流過推薦公稱流量時，進油腔和出油腔的油液壓差（即）。在實際工作時，最小壓差要設(shè)置得當，若壓差過低，減壓閥部分不能正常工作，從而導致不能對節(jié)流閥進行有效的壓力補償，影響了流量的穩(wěn)定性；若最小壓差太大，在啟動時，當調(diào)速閥的出口堵住時，其節(jié)流閥兩端壓力相等，減壓閥閥芯再彈簧力的作用下移至最下端，閥開口最大。因此，當將調(diào)速閥出口迅速打開，其出油口與油路接通栓間，調(diào)速閥出口壓力突然減小，而減壓閥閥口來不及關(guān)小，不起控制壓差的作用，這樣會使通過調(diào)速閥的瞬時流量增加，使液壓缸產(chǎn)生前沖現(xiàn)象。在實際的工作中，進出油腔的最小壓差必須控制得當，以保證能正確的動作。4）溫度對流量的影響目前調(diào)速閥的流量雖然已能基本上不受外部載荷變化的影響，但是當流量較小時，節(jié)流口的通流面積較小，這時節(jié)流孔的長度與通流斷面的水力半徑的比值相對地增大，因而油的粘度變化對流量變化的影響也增大，所以當油溫升高后油的粘度變小時，流量會增大，如下圖2-14所示，這對流量的穩(wěn)定性是有一定的影響的。在精密的加工中，我們希望工件的精度得到保證，因此，采取措施來減小溫度對流量的影響是很重要的。圖2-145）進油腔壓力變化對流量的影響進油腔壓力變化對流量的影響指將流經(jīng)閥的流量調(diào)整到比最小穩(wěn)定流量高1～2倍，使出油腔的油液直接回油箱，然后測量進油腔的最低和最高工作壓力時流量的變化率。在實際工作中，我們希望得到平穩(wěn)的運動，這就要求工作時的最低和最高工作壓力的變化率盡量小。調(diào)速閥的工作原理分析1）工作原理分析如上圖2-15所示的調(diào)速閥工作原理圖（a）及圖形符號(b)、(c)。圖中1為定差減壓閥，2為節(jié)流閥，二者串聯(lián)而成調(diào)速閥。液壓泵的出口（即調(diào)速閥的進口）壓力p1由溢流節(jié)流閥調(diào)整基本不變，而調(diào)速閥的出口壓力p3則由液壓缸負載F決定。油液先經(jīng)減壓閥產(chǎn)生一次壓力降，將壓力降到p2，p2經(jīng)通道e、f作用到減壓閥的d腔和c腔；節(jié)流閥的出口壓力p3又經(jīng)反饋通道a作用到減壓閥的上腔b，當減壓閥的閥芯在彈簧力Fs、油液壓力p2和p3作用下處于某一平衡位置時（忽略摩擦力和液壓動力等），則有：p2A1+p2A2=p3A+Fs式中：A、A1和A2分別為b腔、c腔和d腔內(nèi)壓力油作用于閥芯的有效面積，且A=A1+A2。故p2-p3=p=Fs/A（2-10）因為彈簧剛度較低，且工作過程中減壓閥閥芯位移很小，可以認為Fs基本保持不變。故節(jié)流閥兩端壓力差p2-p3也基本保持不變，這就保證了通過節(jié)流閥的流量穩(wěn)定。2）現(xiàn)狀在目前的制造行業(yè)里，調(diào)速閥的應用非常廣泛，特別是在機床液壓系統(tǒng)中，無論系統(tǒng)負載如何變化，總是希望執(zhí)行元件速度穩(wěn)定，否則會影響工件的加工精度，因此調(diào)速閥的應用更是廣泛。雖然目前市場上有許多的調(diào)速閥可供選擇，但是隨著加工精度的提高，對速度的穩(wěn)定性和瞬間啟動的穩(wěn)定性的要求越來越高，導致市場上的調(diào)速閥不能完全滿足機床技工使用的要求，因此對新型的、具有更好的性能的調(diào)速閥的需求將會越來越高，調(diào)速閥的結(jié)構(gòu)改進是迫在眉睫的，很多企業(yè)都以開始研究新型的調(diào)速閥了。3）調(diào)速閥的特點4）結(jié)論從調(diào)速閥的靜態(tài)特性分析得出調(diào)速閥在使用過程中容易產(chǎn)生的兩個主要性能問題，即啟動沖擊和穩(wěn)定性的問題，在機床節(jié)流調(diào)速回路中，當執(zhí)行元件的前沖量較大時，常常會打斷刀具，損壞工件表面，影響生產(chǎn)。因此，為了保證調(diào)速閥性能穩(wěn)定和系統(tǒng)正常工作，必須對調(diào)速閥的結(jié)構(gòu)進行改進。第三章調(diào)速閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計)；無論系統(tǒng)負載如何變化，總是希望執(zhí)行元件速度穩(wěn)定，以此來保證工件的加工精度。因此，設(shè)計時要注意普通調(diào)速閥所存在的問題即前沖現(xiàn)象和流量的不穩(wěn)定性。3.3總體方案設(shè)計由第二章中對調(diào)速閥的工作原理分析和所存在的問題分析，我們可以看出研究設(shè)計新型的調(diào)速閥是必須的。如下圖3-1所示的新型調(diào)速閥即此次要設(shè)計的方案結(jié)構(gòu)圖。P1PP1P2圖3-11.減壓閥2.換向閥3.節(jié)流閥它是在原有的調(diào)速閥的基礎(chǔ)上進行改進的，由定差減壓閥1，液動換向閥2和簡式節(jié)流閥3三部分組成。當油缸停歇后，調(diào)速閥中沒有油液流過，減壓閥處于全開狀態(tài)，而液動換向閥處于關(guān)閉狀態(tài)；再次啟動時，液壓油必須首先打開液動換向閥，同時由于減壓閥彈簧腔油壓很低，減壓閥被抬起，閥口被關(guān)小，通過的流量很小；當油缸油壓建立起來后，減壓閥芯上下兩腔受力逐漸達到平衡，維持一個適當?shù)拈_口，與后面的節(jié)流閥一起起調(diào)速作用。因此不會出現(xiàn)前沖現(xiàn)象。因此我們可以把調(diào)速回路中的調(diào)速閥換成這種新型調(diào)速閥，當油缸停歇后，由于新型調(diào)速閥中的液動換向閥關(guān)閉，油缸回油腔的油也不會流失，油缸重新啟動不會出現(xiàn)前沖現(xiàn)象，啟動會很平穩(wěn)。材料選擇調(diào)速閥的材料選擇可以參考《閥門設(shè)計手冊》里第三章的關(guān)于閥門材料的資料來選擇。結(jié)構(gòu)設(shè)計1）定差式減壓閥部分主要是分析設(shè)計閥芯、閥套和閥口。①閥芯為了減小穩(wěn)態(tài)液動力的影響，從而改善調(diào)速閥調(diào)節(jié)流量的恒定性，當閥芯不成錐形時，穩(wěn)態(tài)液動力為，是油液流入閥腔的流速，為入流角；當閥芯成錐形時，減壓閥的液動力為；通過比較我們發(fā)現(xiàn)閥芯成錐形時穩(wěn)態(tài)液動力減小了。因此閥芯設(shè)計成錐形的如下圖3-2所示。圖3-2②閥套在普通的調(diào)速閥的結(jié)構(gòu)中，有的有加閥套，有的不加閥套。加有閥套的結(jié)構(gòu)，便于保證有關(guān)零件的加工精度，這對減壓閥閥芯的動作是有利