节流阀控制液压同步回路实验及节流阀流量特性分析

阚玉锦　张进　曹昌志

摘要：通过实验以节流阀控制的液压同步回路特性实验为例，对节流阀调速的流量特进行了系统分析，并做出了节流阀不同开度的流量特性曲线，得出了节流阀不同方式的调速回路的适用特点，对正确选择节流阀调速方式提供了参考。

关键词：节流阀;节流调速;同步回路

一、概述

在各种机械设备的液压传动系统中，调速回路占有非常重要的地位，特别是对于运动速度要求高的设备，调速回路往往起着决定作用。节流调速回路是调速回路的一种，是用来调节液压系统执行元件输出速度的基本方法。根据节流阀在回路中的不同位置，这种调速回路有三种方式，即进油节流调速、回路节流调速和旁路节流调速。

二、节流阀控制的液压同步回路

根据节流阀应用特点，本实验以节流阀控制液压同步回路为例，将节流阀4、5分别连接在液压回路的进油路上，原理图如下图1所示。

图1 节流阀控制液压同步回路原理图

1-液压泵 2-先导式溢流阀  3-电磁换向阀  4-单向节流阀  5-单向节流阀  6-液压缸  7-液压缸

其工作过程为，液压泵1启动，当电磁换向阀3左边电磁铁DT1工作时，电磁换向阀左位工作，油液从P、A口经过单向阀4、5进入液压缸6、7的左腔，推动活塞杆向右移动，右腔的油液经回油路从电磁换向阀3的左位B、T口回到油箱。当电磁换向阀3右边电磁铁DT2得电，电磁阀右位工作，油液P、B口进入液压缸6、7的右腔，推动活塞杆向左退回，两缸左腔的油液分别从节流阀4、5回到电磁换向阀3的右位A、T口回到邮箱。当电磁换向阀电磁铁DT1、DT2都失电时，电磁换向阀不工作，处在中位，液压缸不动作。采用这种节流阀控制方式，工作时油温会升高、泄露增加、两液压缸不能在负载下工作。

三、节流阀的流量特性分析

影响节流阀流量特性的因素主要有以下两方面。

1）温度的影响：液压油的温度影响到油液的點度，黏度增大，流量变小;黏度减小，流量变大。

2）节流阀输入、输出口的压差：节流阀两端的压差和通过它的流量有固定的比例关系，如下计算分析。压差越大，流量越大。压差越小，流量越小。节流阀的刚性反映了节流阀抵抗负载变化的干扰、保持流量稳定的能力。节流阀的刚性越大，流量随压差的变化越小;刚性越小，流量随压差的变化就越大。

节流阀的刚性的物理量——刚度：

由流量通式隐函数求到可得：

节流阀的刚性的物理意义：节流阀流量特性曲线上某点斜率的倒数，或说特性曲线上某点切线和横坐标夹角的余切。如下图2所示。

讨论：

① β↓→T↑。

② 当一定时，AT↓→T↑。

③ 当AT一定时，↑→T↑。

④ m↓→T↑。

普通节流元件用在轻载、低速时，速度刚性高。但功率损失大，效率低。

图2 节流阀不同开度的流量变化曲線

四、总结

将节流阀串联在液压泵和液压缸之间，通过调节节流阀的通流面积可以改变进入液压缸油液的流量，从而调节执行元件的运动速度。

1、采用进油节流调速，由于油液要流经节流阀后才进入液压缸，故油温高，泄漏量大;又由于没有背压，所以不能在负载下工作。启动时进入液压缸的流量受到节流阀的控制，可减少启动冲击。在单出杆液压缸的场合，无杆腔的进油量大于有杆腔的回油量，可获得稳定的速度。工作部件的运动速度随外负载的增减忽快忽慢，难以得到准确的速度，故适用于轻负载低速度的场合。

2、采用回油节流调速，油液经过节流阀回到油箱，可减少系统发热和泄露，运动平稳，节流阀又起背压作用，运动平稳性较好。回油节流调速也是将多余的油液溢流到油箱，造成功率损失，效率低;停止后的启动冲击大。一般用在功率不大，载荷变化较大、运动平稳的场合。

3、旁油路节流调速回路;与前两种回路的调速方法不同，它的节流阀和执行元件是并联关系，没有背压，因此执行元件运动速度不稳定;随着节流阀开度变大，承受的最大负载减小，低速时承载能力减小，这种回路的调速范围也较小。液压泵压力随负载变化而变化，液压泵泄漏也随之变化，导致液压泵实际输出量的变化，这就增大了执行元件运动的不平稳性。旁油路节流调速回路适用于负载变化小、对运动平稳性要求不高的高速重载的场合。

参考文献：

[1] 李鄂民.用节流阀和调速阀的节流调速回路的速度-负载特性对比[J]. 液压与气动，2005（03）： 42-43.

[2] 丁响林.液压与气压实训指导[M].中国科学技术大学出版社，2019（02）：58-62.

[3] 王建军.液压与气压传动项目式教程[M].中国科学技术大学出版社，2014（08） 51-54.

作者简介：阚玉锦（1985.08-），女，皖砀山人，本科，实验师，主要从事液压与气压传动方面的教学工作。