节流阀的工作原理解析

1前言

    流量控制阀简称流量阀，它是通过改变各阀通流面积的大小来进行调节液阻和输出流量，从而控制执行元件的运动速度，即
。常用的流量控制阀有节流阀和调速阀。本文将重点分析流量阀中的节流阀，对节流阀的结构、性能及应用展开分析。

  2 节流阀的结构和工作原理

    如图1（a）图所示，节流阀主要有阀体、阀芯、弹簧和调节手轮等零部件组成，通过调节手轮来控制节流阀阀口的开大与关小，即调节手轮，从而移动节流阀的阀芯，导致节流阀阀口面积发生改变，从而就控制了通过节流阀往外液体的输出流量，又由于执行元件液压缸一旦安装好，其面积不可改变，通过，最终来调节执行元件液压缸的运动速度。

图1 节流阀结构图及简图

3节流阀的流量特性 

    如图2所示为节流阀进口节流调速回路，在此回路中由于所使用的动力装置为定量泵，并且节流阀要起到节流作用，所以溢流阀的阀口是处于常开状态的，假设溢流阀的调节压力为py，定量泵出口的压力为pp，根据油液的液力在管道当中等值传递，在此pp=py并且还等于节流阀进口压力，节流阀出口的压力就等于p1，而p2=0。

图2 节流阀进口节流调速回路

    假设定量泵的流量为qp，通过溢流阀的流量为△q，通过节流阀的流量为q1，执行元件液压缸左腔面积为A1，右腔面积为A2，而本回路中节流阀控制执行元件液压缸左腔的进油流量，所以执行元件液压缸运动速度为

        （1）

    在公式（1）中，A1的面积在此回路中是无法改变的，所以调节通过节流阀的流量q1即可调节执行元件液压缸的运动速度v，而节流阀流量计算公式为

        （2）

    假设节流阀的口为薄壁小孔，那么（2）式中的C=cqAT为节流阀口的通流面积，△p为节流阀进出口两端之间的压力差，根据前面分析△p=py-p1，m=0.5，由此将以上分析的内容带入到公式（2）中，得

        （3）

    在此公式中cq为流量系数，其都有固定取值，ρ=900，py为固定取值，即式中可变的是AT和p1，而p1与负载F的大小有关系，

    即：    （4）

    现在将公式（4）代入到（3）中可得：

        （5）

    将公式（5）代入（1）中可得：

        （6）

    在公式（6）中，影响执行元件液压缸运动速度的可变值为AT和F，假设节流阀口的面积AT不变，那么F增大时，执行元件液压缸的运动速度v将下降；反之，当F减小时，执行元件液压缸的运动速度v将上升。

    当把节流阀由进油路调至回油路时，即安装在液压缸和回油箱中间时，按照上述推导过程，可得：

        （7）

    在公式（7）中，同样发现影响执行元件液压缸运动速度的可变值为AT和F，假设节流阀口的面积AT不变，那么F增大时，执行元件液压缸的运动速度v将下降；反之，当F减小时，执行元件液压缸的运动速度v将上升。

    当把节流阀安装在旁油路时，即与液压泵和液压缸并联安装时，按照上述推导过程，可得：

        （8）

    公式（8）中，由于系统所用液压泵为定量泵，所以qp为不变值，那么在节流阀旁路节流调速回路中影响执行元件液压缸运动速度的可变值为AT和F，假设节流阀口的面积AT不变，那么F增大时，执行元件液压缸的运动速度v将下降；反之，当F减小时，执行元件液压缸的运动速度v将上升。

    由此可得将节流阀不管安装在回路的那个位置上进行控速，执行元件液压缸的运动速度都将非常的不稳定，即速度与负载之间的关系特性都会呈现软性，调速回路的效率较低。

    4 结束语

    从上述分析中我们可以清晰的得来，节流阀控速时，执行元件液压缸运动速度将很不稳定，其影响节流阀控速不稳定的原因从公式（6）、（7）和（8）中可得出是由于节流阀进出口两端之间的压力差所造成的，因为从公式中可得出节流阀进出口两端之间的压力差在节流阀安装的三个不同位置上都与负载有关系，所以在一些负载变化大和对速度稳定性要求高的液压系统中是不适合用节流阀来进行控速的。

节流阀的工作原理解析