关于节流调速油路速度稳定性的探析

2018-11-14鲜小红

四川职业技术学院学报 2018年5期

鲜小红

（四川职业技术学院机械工程系四川遂宁 629000）

液压系统往往是在低速重载的情况下运行，如果在工作过程中系统的的速度发生变化，就必然存在加速度，系统的平衡状态被打破，系统就会出现振动和噪音，影响系统的正常工作。在定量泵供油的液压系统中，用节流阀或调速阀对执行元件的运动速度进行调节，从而达到调速的目的。

图1 节流调速回路

1 节流调速油路的速度负载特性

节流调速油路按流量阀的位置不同可分为(如图1所示)：a）进油节流调速油路、b)回油节流调速油路、c)旁油节流调速油路等三种[1]。本文以进油节流调速油路为研究对象来分析用节流阀的节流调速油路的速度负载特性。

1.1 节流调速油路的调速原理

如图1 a)所示，系统由定量泵、溢流阀、节流阀、液压缸和相应辅件等组成，液压泵排出的流量分为两个部分：一部分进入液压缸；一部分通过溢流阀溢流。进入液压缸的那部分液压油必然经过节流阀。假定进入液压缸的液压油流量为q，那么系统的运行速度v=q/S1[2]，式中v-速度，q-进入液压缸的油液流量，S1-液压缸无杆腔的活塞有效面积。从式中可以看出：进入液压缸的油液流量q变化，必然引起液压系统的运行速度v变化。可以通过调节进入液压缸的油液流量q来调节液压系统的运行速度v。根据流体力学可知：通过节流阀的流量q=KA(ΔP)1/2，式中ΔP-节流阀的进出口压差，K-为流量系数（一般为常量），A-节流阀薄壁小孔的通流面积。当节流阀的进出口压差ΔP一定时，改变节流阀薄壁小孔的通流面积A，就可以改变进入液压缸的流量，从而达到调速的目的。

1.2 节流调速油路的速度负载特性

在图1 a)中，设节流阀进口压力为po(由溢流阀的调定压力决定)，节流阀的出口压力为p工（p工=F/S1，F为液压缸的负载，S1为液压缸进油腔活塞的有效作用面积），那么节流阀进出口压差ΔP=po-p工。根据流体力学可知：通过节流阀的流量q=KA(ΔP)1/2（也是进入液压缸的流量）。式中q-通过节流阀的流量，A-节流阀的通流面积，K-常量。当节流阀开口一定时，当缸的负载F的增加，ΔP必然减小，那么进入液压缸的流量q也必然减小，因此液压缸的运行速度也必然降低。反之，亦然。所以，这种油路的最大弊端就是：液压缸的运动速度随负载F的波动而波动[3]。其速度负载特性曲线如图2所示。

图2 速度负载曲线

2 用调速阀的节流调速油路的速度负载特性

2.1 调速阀的调速机理

调速阀是由定差减压阀与节流阀串联而成的组合阀。节流阀用来调节流量，定差减压阀则自动补偿负载变化的影响，使节流阀前后压差为定值，以消除负载变化对流量的影响。

图3 调速阀的结构原理

图4 定差减压阀阀芯受力图

调速阀的工作原理如图3所示，调速阀进口压力p1由溢流阀调定，工作时基本保持恒定，压力油进入调速阀后，经减压阀的阀口h后压力降至p2，然后经节流阀流出，其压力为p3，进入节流阀的压力为p2的油液，经通道e和f被引入定差减压阀的b腔和c腔，而经过节流阀后压力为的p3液压油，经通道g被引入a腔。定差减压阀的阀芯受理如图4所示。当定差减压阀处于稳定工作时，如不计阀芯的摩擦力，作用于阀芯上的受力平衡方程为：

那么，节流阀进出口的压差ΔP=p2-p3=F/A(F为定差减压阀a腔内弹簧的压紧力)

2.2 调速阀调速的缺陷

调速阀是由减压阀和节流阀组合而成，由于节流阀进出口的压差ΔP=p2-p3=F/A(F为定差减压阀a腔内弹簧的压紧力)。当负载增大时，p3必然增大，导致减压阀阀芯右移，定差减压阀a腔内弹簧的压紧力F必将减小，那么节流阀进出口的压差ΔP=p2-p3=F/A也将减小，根据通过节流阀的流量q=KA(ΔP)1/2，通过节流阀的流量q也必然减小，液压缸活塞运动速度也就随之减小。同理，当负载减小时，液压缸活塞运动速度也就随之增大。调速阀内节流口两端的压差始终不能精确恒定，说明系统波动任然存在。只是弹簧的弹性系数k越小，波动就越小而已。

3 一种改进后的节流调速油路

如图5所示，在节流阀的出口接入压差稳定缸的左端和压力继电器，在节流阀的进口通过压差稳定缸的右端接入二位二通电磁换向阀和先导式溢流阀。

图5 改进后的节流调速油路

系统刚开始工作时：系统压力为零，压力继电器不动作，二位二通电磁换向阀处于截止状态，先导式溢流阀关闭，液压泵的输出油液全部进入系统，使系统快速形成初始压力；系统初始压力一旦形成，压力继电器动作，二位二通电磁换向阀切换到联通状态，泵口压力就由先导式溢流阀的远程控制口决定，和先导式溢流阀的远程控制口相连的压力就是压差稳定缸的右端的液压力。此时，节流阀出口与压差稳定缸的左端相连，节流阀进口与压差稳定缸的右端相连，节流阀进出口压差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]，液压系统的运动速度就稳定了。若系统负载增大，压差稳定缸的左端的压力P左也随之增大，根据受力平衡方程P左A左+G=P右A右，压差稳定缸的左端的压力P右也相应增大，但ΔP=P右-P左=G/A[6]，始终是恒定的。反之，亦然。若要调节节流阀进出口压差，改变压差稳定缸的悬挂重量即可。