分流—集流閥的分類(lèi)、原理及結(jié)構(gòu)

1．用途及分類(lèi)

分流—集流閥用來(lái)保證兩個(gè)或兩個(gè)以上的執(zhí)行元件在承受不同負(fù)載時(shí)仍能獲得相同或成一定比例的流量，從而使執(zhí)行元件間以相同的位移或相同的速度運(yùn)動(dòng)（同步運(yùn)動(dòng)），故又稱(chēng)同步閥。根據(jù)液流方向的不同，分流集流閥可分為分流閥、集流閥和分流集流閥，與單向閥組合還可以構(gòu)成單向分流閥、單向集流閥等復(fù)合閥。

分流閥按固定的比例自動(dòng)將輸入的單一液流分成兩股支流輸出；集流閥按固定的比例自動(dòng)將兩股液流合成單一液流輸出；單項(xiàng)分流閥與單向集流閥使執(zhí)行元件反向運(yùn)動(dòng)時(shí)，液流經(jīng)過(guò)單向閥，以減小壓力損失；分流閥及單向分流閥、集流閥及單向集流閥只能使執(zhí)行元件在一個(gè)運(yùn)動(dòng)方向起同步作用，反向時(shí)不起同步作用。分流—集流閥能使執(zhí)行元件雙向運(yùn)動(dòng)都起同步作用。

根據(jù)結(jié)構(gòu)原理不同，分流集流閥又可分為換向活塞式、掛鉤式、可調(diào)式及自調(diào)式等多種形式。

2．工作原理

(1)分流閥及單向分流閥。分流閥的結(jié)構(gòu)原理和圖形符號(hào)如圖106 (a)、(b)所示，它由兩個(gè)結(jié)構(gòu)尺寸完全相同的薄刃圓孔型固定節(jié)流孔1和2、閥體5、閥芯（滑閥）6、兩個(gè)對(duì)中彈簧7等主要零件組成。P為進(jìn)油口，A和B為分流出口。閥芯6的中間凸臺(tái)將閥分成完全對(duì)稱(chēng)的左、右兩部分。位于左邊的油室a通過(guò)問(wèn)芯中心小孔 d與滑閥右端彈簧腔相通，位于右邊的油室b通過(guò)閥芯的另一個(gè)中心小孔c與滑閥左端彈簧腔相通。裝配時(shí)對(duì)中彈簧保證閥芯處于中間位置，閥芯兩端凸肩與閥體組成的兩個(gè)可變節(jié)流口3、4完全相同等。

 

穩(wěn)態(tài)工況時(shí)，分流閥的進(jìn)口壓力油分成兩個(gè)并聯(lián)支路，經(jīng)過(guò)固定節(jié)流孔1和2分別進(jìn)入油腔a、b，然后又經(jīng)可變節(jié)流口3、4經(jīng)閥的出口A、B通過(guò)兩個(gè)執(zhí)行元件，壓力分別為p_A和p_B，流量分別為q_A和q_B。由于可變節(jié)流口3、4相同，固油腔a、b的壓力p₁、p₂相等，固定節(jié)流孔前后的壓力差△p₁= p_s-p₁=p_s-p₂=△p₂。根據(jù)流量公式可知，經(jīng)節(jié)流孔的流量也即通往執(zhí)行元件的兩條支路的流量q_A=q_B=q_s/2，所以在兩個(gè)執(zhí)行元件結(jié)構(gòu)尺寸完全相同時(shí)，運(yùn)動(dòng)速度將保持同步。

工作時(shí)，如果A、B出口油路的負(fù)載壓力不相同時(shí)，例如A口油路的負(fù)載壓力p_A增加，而p_B未變，此時(shí)突然由pA=pB的狀態(tài)變?yōu)閜_A＞p_B，引起p₁瞬時(shí)增加，這樣使p₁＞p₂閥芯左移，于是可變節(jié)流口3開(kāi)大使節(jié)流效應(yīng)減弱，4關(guān)小使節(jié)流效應(yīng)增強(qiáng)，從而使p₁減小，p₂增加，直至p₁=p₂時(shí)，閥芯停留在一個(gè)新的平衡位置上，使△p₁=p_s-p₁與p_s-p₂ =△p₂恢復(fù)相等，最終使p_A與p_s恢復(fù)相等。所以，分流閥是利用負(fù)載壓力反饋原理來(lái)補(bǔ)償因負(fù)載變化而引起變化的一種流量控制閥。它只控制流量的分配，而不控制流量的大小。

在上述分流閥基礎(chǔ)上添加兩個(gè)單向閥即可構(gòu)成單向分流閥，其結(jié)構(gòu)原理和圖形符號(hào)如圖107 (a)、(b)所示。P為進(jìn)油口，A和B為分流出口。當(dāng)壓力油從P口進(jìn)入，從分流口A和B流出時(shí)，單向閥5、6關(guān)閉，油液經(jīng)分流閥起分流作用；當(dāng)油液反向從油口A和油口B流人，從油口P流出時(shí)，單向閥5、6打開(kāi)，分流閥不起作用，由液流經(jīng)閥時(shí)的阻力損失很小。限位螺釘3、4用于限制分流閥芯2的左右移動(dòng)位置。

(2)集流閥和單向集流閥。集流悶和單向集流閥與上述分流閥及單分流向閥的結(jié)構(gòu)工作原理相似，只是集流閥是按固定的比例自動(dòng)將輸入的兩股液流合成單一液流輸出；單項(xiàng)集流閥使執(zhí)行元件反向運(yùn)動(dòng)時(shí)，液流經(jīng)過(guò)單向閥，以減少壓力損失；集流閥及單向集流閥只能使執(zhí)行元件在一個(gè)運(yùn)動(dòng)方向起同步作用，反向時(shí)不起同步作用。集流閥及單向集流閥的圖形符號(hào)如圖108所示。

 

(3)分流集流閥。圖109所示為分流集流閥的結(jié)構(gòu)原理與圖形符號(hào)，其中圖109(a)為分流閥工況，圖109 (b)為集流閥工況。為敘述方便起見(jiàn)，在圖109 (a)上注有中心線O-O，將靠攏O-O稱(chēng)為內(nèi)側(cè)，背離O-O稱(chēng)為外側(cè)。圖109 (a)、(b)均為 p_B＞p_A的工況狀態(tài)。

圖109 (a)中，1與2左、右兩個(gè)對(duì)稱(chēng)的閥芯，3為閥體，d_A與d_B分別是左、右兩個(gè)閥芯上的固定節(jié)流孔，此時(shí)兩孔的直徑應(yīng)相等，b_A與b_B分別是左、右閥芯圓孔與閥體上相對(duì)應(yīng)的沉割槽形成的可變節(jié)流口。在集流工況時(shí)，可變節(jié)流口是由圓孔與沉割槽內(nèi)側(cè)邊組成可變節(jié)流口。左固定節(jié)流孔d_A與可變節(jié)流口b_A之間形成左側(cè)油腔a，腔內(nèi)壓力為p₁。右固定節(jié)流孔d_B與可變節(jié)流口b_B之間形成右側(cè)油腔b，腔內(nèi)壓力為p₂。閥中的一個(gè)內(nèi)側(cè)彈簧4和一對(duì)外側(cè)彈簧5_A、5_B的主要作用是確定分流集流閥的初始狀態(tài)。A和B是分流集流閥的兩個(gè)工作油口，分別接通兩個(gè)負(fù)載執(zhí)行元件，壓力分別為p_A和p_B?？傆涂赑(T)在分流工況將泵源的高壓油引入閥，此時(shí)為進(jìn)油口，由于此口在集流工況作排油口用，故在圖109 (a)上記做P(T)口；總油口在集流工況將閥內(nèi)低壓油排出，此時(shí)為排油口，故在圖109 (b)上記做T(P)口。

在圖109 (a)所示的分流工況下，進(jìn)入P(T)口后的高壓油被分成兩股分別流向d_A與d_B兩個(gè)固定節(jié)流孔，經(jīng)過(guò)固定節(jié)流孔葉分別產(chǎn)生壓力降△p₁=p_s-p₁與p_s-p₂=△p₂，左、右兩個(gè)閥芯1和2內(nèi)刨壓力都是高壓p_s，外側(cè)壓力分別是低于p_s的壓力p₁和p₂，強(qiáng)迫閥芯1和2向左、右外側(cè)作相互背離的移動(dòng)，直至閥芯上的鉤子相互鉤住，兩個(gè)閥芯形成一個(gè)整體，而且在整個(gè)分流工況中，鉤子不會(huì)松開(kāi)。

在p_A=p_B的穩(wěn)態(tài)工況下，閥芯1和2由于外部條件對(duì)稱(chēng)而處于對(duì)稱(chēng)位置，可變節(jié)流閥口b_A與b_B的開(kāi)口度相等，通過(guò)左、右兩側(cè)固定節(jié)流孔d_A與d_B的油液壓力降△p₁=p_s-p₁=p_s-p₂=△p₂。根據(jù)流量公式，可知通過(guò)兩工作油路的油流流量q_A=q_B。當(dāng)負(fù)載壓力不相同時(shí)，如右側(cè)負(fù)載壓力p_B突然增加，而左側(cè)壓力p_A未變，此時(shí)突然由p_A=p_B的狀態(tài)變?yōu)閜_B＞p_A，引發(fā)瞬態(tài)壓力反饋，使壓力p₂急劇升高，推動(dòng)整體閥芯向左移動(dòng)，使左側(cè)可變節(jié)流口b_A關(guān)小，節(jié)流效應(yīng)增強(qiáng)，左側(cè)油腔A壓力升高；同時(shí)，還由于p₂的升高，伴隨著右路油流q_B減小，左路油流q_A增大，此因素也協(xié)同節(jié)流效應(yīng)促使p₁升高，直至p₁=p₂，整體閥芯停留于左側(cè)的新的平衡位置上。兩側(cè)的可變節(jié)流口b_A與b_B的開(kāi)度是不相等的，但通過(guò)左、右兩側(cè)固定節(jié)流孔d_A與d_B的油液壓力降△p₁=p_s-p₁與p_s-p₂=△p₂恢復(fù)相等，最終兩路油流又恢復(fù)相等狀態(tài)（新的穩(wěn)態(tài)），這是一種壓力負(fù)反饋的結(jié)果。

圖109 (b)所示的集流工況時(shí)，負(fù)載流量q_A和q_B由兩側(cè)負(fù)載通過(guò)A和B油口流人閥內(nèi)，先后通過(guò)可變節(jié)流口b_A與b_B和固定節(jié)流孔d_A與d_B集合于T (P)口流出，其過(guò)程原理與分流工況相同。但要在集流工況實(shí)現(xiàn)負(fù)反饋，可變節(jié)流口b_A與b_B必須是閥芯圓孔與閥體沉割槽內(nèi)側(cè)邊相加而組成，這樣，兩個(gè)閥芯不能是相鉤的，而必須是內(nèi)側(cè)頂部相頂從而構(gòu)成整體。實(shí)際上，由于集流流動(dòng)的特點(diǎn)，兩個(gè)閥芯外側(cè)壓力p₁、p₂均大于內(nèi)側(cè)壓力（即T口排壓力油）p_T，迫使兩個(gè)閥芯相頂。

 

分流一集流閥只是在穩(wěn)態(tài)工況下能保持兩路流量相等，適用于對(duì)執(zhí)行元件的速度同步控制；在瞬態(tài)過(guò)程時(shí)間內(nèi)，兩路流量是不相等的，如用它來(lái)控制兩個(gè)執(zhí)行元件的位置同步，將產(chǎn)生位置同步誤差，分流集流閥本身沒(méi)有糾正這種在瞬時(shí)工況產(chǎn)生的位置同步誤差的能力。對(duì)位置同步控制來(lái)說(shuō)，應(yīng)用分流集流閥是一種開(kāi)環(huán)控制。

分流一集流閥即使在穩(wěn)態(tài)工況下，由于固定節(jié)流孔的制造誤差，負(fù)載壓力不同時(shí)兩側(cè)液動(dòng)力、彈簧力和泄漏流量的不對(duì)稱(chēng)等因素的存在，每一種因素單獨(dú)起作用，其結(jié)構(gòu)將引起兩路流量的差別，這些會(huì)使分流集流閥在用于位置同步控制系統(tǒng)時(shí)引起閥體本身無(wú)法糾錯(cuò)的位置同步誤差。但是，這些因素的綜合作用有時(shí)會(huì)增加同步誤差，有時(shí)會(huì)降低同步誤差。此外，分流一集流閥在低于設(shè)計(jì)流量工作時(shí)，負(fù)載壓力的差別將使它控制等流量的能力變差。

3．典型結(jié)構(gòu)

(1)分流閥。圖110所示為換向活塞式分流閥（管式連接）的結(jié)構(gòu)，兩個(gè)換向活塞5和7的端部開(kāi)有細(xì)長(zhǎng)孔式固定節(jié)流孔6，依靠節(jié)流孔后的壓力差p₁與p₂的比較與平衡關(guān)系使換向活塞移動(dòng)，從而自動(dòng)調(diào)節(jié)可變節(jié)流孔10的開(kāi)度，實(shí)現(xiàn)等量控制。

 

(2)集流閥。圖111所示為滑閥式集流閥的一種結(jié)構(gòu)，其工作原理與分流閥相同，只不過(guò)集流閥油室a的壓力p₁作用在使油室a處的可變節(jié)流口5關(guān)小的方向，油室b處的壓力p₂作用在使可變節(jié)流口6關(guān)小的方向。具體內(nèi)容不再贅述。

(3)分流集流閥。除了圖111所示的掛鉤式分流一集流閥外，換向活塞式也是分流集流閥的一種常見(jiàn)結(jié)構(gòu)。換向活塞式分流集流閥與圖110所示的分流閥結(jié)構(gòu)相仿，只是多了一對(duì)可變節(jié)流孔。