流量阀的结构原理

通过改变节流口通流面积或通流通道的长短来改变局部阻力的大小，从而实现对流量的控制和调节的阀类就是流量阀。

节流阀是节流调速系统中的基本调节元件。在定量泵供油的节流调速系统中，必须将流量阀与溢流阀配合使用，以便将多余的油液流回油箱。

流量阀包括节流阀、调速阀、溢流节流阀和分流集流阀等。

1．节流口形式及流量特性

（1）通过节流阀的流量q及其前后压差p的关系为

q＝CAΔpm

所以，当节流口结构确定后，流量系数C、指数m和节流口前后压差Δp就确定了，那么，只要调节过流面积A，就可以调节流量q的大小。

（2）过流面积A的计算与节流口的结构有关，常用的节流口结构如图5－13所示，有针锥形、轴向三角槽、矩形槽、偏心槽式。

针锥形节流口A＝πDxsinβ，轴向三角槽A＝x2sin2αtanφ、矩形槽A＝bxd、偏心式A＝L2tanγ（γ为槽半角）。轴向三角槽式的水力半径大，小流量稳定性好，常在高压阀芯的端部铣出斜面来代替三角槽，因对称布置，液压径向力得到平衡，适用于高压系统。

图5－13 常用的节流口结构

（3）节流口堵塞及最小稳定流量。

节流阀在小开口下工作时，特别是进、出口压差较大时，虽然不改变油温和阀的压差，但流量会出现时大时小的脉动现象，开口越小，脉动现象越严重，甚至在阀口没有完全关闭时就完全断流。这种现象称为节流口堵塞。

产生堵塞的主要原因有以下几点：①油液中的机械杂质或因氧化析出的胶质、沥青、炭渣等污物堆积在节流缝隙处；②由于油液老化或受到挤压后产生带电的极化分子，而节流缝隙的金属表面上存在电位差，故极化分子被吸附到缝隙表面，形成牢固的边界吸附层，吸附层的厚度一般为5～8μm，因而影响了节流缝隙的大小，当堆积、吸附物增长到一定厚度时，会被液流冲刷掉，随后又重新吸附在阀口上，这样周而复始，就形成流量的脉动；③阀口压差较大时，因阀口温升高，液体受挤压的程度增强，金属表面也更易受摩擦作用而形成电位差，因此，压差大时容易产生堵塞现象。

减轻堵塞现象的措施有以下几点：①精密过滤（5～10μm）并定期更换油液；②选择水力半径大的薄刃节流口；③适当选择节流口前后的压差；④采用电位差较小的金属材料、选用抗氧化稳定性好的油液、减小节流口的表面粗糙度等，都有助于缓解堵塞的产生。

节流阀能正常工作的最小流量值称为最小稳定流量。

矩形槽为10～15cm3/min；轴向三角槽为30～50cm3/min；针锥形及偏心槽式节流口因节流通道长，水力半径较小，故其最小稳定流量在80cm3/min以上。

（4）节流阀流量特性。

由图5－14可以看出，节流阀的流量受压差变化影响较大；而调速阀的流量就不随调速阀前后的压差的变化而变化（当压差大于一定数值后）。当压差很小时，调速阀和节流阀的性能相同，这是因为压差不足以克服定差减压阀阀芯上的弹簧力，减压阀的阀芯处于最右端，阀口全开，不起减压作用。所以，要使调速阀正常工作，就必须保证有一最小压差（一般调速阀为0．5MPa，高压调速阀为1MPa）。

图5－14 节流阀和调速阀的流量特性

调速阀装在进油路上、回油路上或旁油路上，都可以达到改善速度负载特性使速度稳定性提高的目的。

在结构上采取温度补偿措施的调速阀称为温度补偿调速阀，也是由减压阀和节流阀两部分组成。其特点是节流阀的芯杆（即温度补偿杆）由热膨胀系数较大的材料（如聚氯乙烯塑料）制成，当油温升高时，芯杆热膨胀使节流阀口关小，正好能抵消由于黏性降低时流量增加造成的影响。

2．节流阀

节流阀有固定式节流阀、可调式节流阀、可调式单向节流阀几种。

如图5－15所示，具有螺旋曲线开口的阀芯5与阀套3上的窗口匹配后，构成了具有某种形状的棱边形节流孔。转动手轮2，螺旋曲线相对阀套窗口升高或降低，从而调节节流口面积的大小，即可实现对流量的控制。

图5－15 节流阀

1—阀体；2—手轮；3—阀套；4—节流口；5—阀芯

由于节流阀的流量不仅取决于节流口面积的大小，还与节流口前后压差有关，节流阀的刚度小，故只适用于执行元件负载变化很小和速度稳定性要求不高的场合。

3．调速阀

要求高的节流调速系统，必须进行压力补偿使流量稳定。

如图5－16所示，调速阀是进行了压力补偿的节流阀。它由定差减压阀和节流阀串联而成。节流阀前、后的压力p2和p3分别引到减压阀阀芯右、左两端，负载压力p3增大，于是作用在减压阀芯左端的液压力增大，阀芯右移，减压口加大，压降减小，使p2也增大，从而使节流阀的压差（p2－p3）保持不变；反之亦然。这就是调速阀的流量恒定不变（不受负载影响）的原理。

图5－16 调速阀原理图

1—定差减压阀芯；2—节流阀芯；3—弹簧；x—减压口径；y—节流口径；a、b、c—孔口