一个值得商榷的液压传动表达图

　　1 问题的提出

　　本人查询了从20世纪70年代到最近两年出版的数十个版本各种层次的液压传动教材,发现关于节流阀与调速阀的流量特性介绍中几乎都用到了类似图1的图来比较节流阀与调速阀的流量特性,想以此说明调速阀工作时能够不随外载荷的变化保持流量稳定,使整个液压系统的工作装置能够不受压力变化的影响稳定工作;而节流阀由于没有这种功能,流量随压力的变化而变化,造成执行元件工作不平稳。这个结论是正确的,但这个图的表达却是值得商榷的。

　　2 发生问题的原因

　　这个图值得商榷的原因在于坐标系的建立,纵坐标是流经节流阀的流量q,横坐标是压力差Δp,节流阀在阀两端的压力差$p发生变化时流量是按的关系变化的,Δp增大,流量q要增大。调速阀仍然要遵守以上规律,调速阀没有在节流阀两端的Δp发生变化时还能保持流量稳定的功能,故图中所示曲线容易产生即使节流阀两端的Δp发生变化了,调速阀仍能使之稳定流量的误解。

　　3 流量特性分析

　　串联式调速阀由于在内部有一个与节流阀5串联的减压阀3(如图2)的作用,或旁通式调速阀有一个与节流阀5并联的溢流阀3(如图3)作用,故当外载荷F发生变化时能够自动调节节流阀5两端的压力差Δp基本保持不变(图2中的Δp=p₂-p₃=常数,图3中的Δp=p₁-p₂=常数),从而达到经调速阀调节的流量基本不受外载荷F变化的影响,使工作装置工作速度稳定的目的。调速阀能够稳定流量的前提是保持节流阀5两端$p不变,而不是如图1中的横坐标Δp在变化时还能稳定流量不变。

　　同时还要指出,调速阀能够正常工作是有条件的,它的上限是外载荷F引起的工作压力(图2为p₃,图3为p₂)不能太接近系统溢流阀6设定的最高工作压力p_1,如果太接近了,串联式调速阀(图2)因减压阀3左移,油路完全打开,经过减压阀3的压降趋近于零,减压阀3失去作用,p₂趋近于与p₁相等;并联式调速阀(图3)的溢流阀3不能再被打开,溢流阀3失去作用,二者都变成普通节流阀,节流阀两端的压力又趋近于相等,故压力差Δp趋近于零(图2为Δp=p₁-p₃=0,图3为Δp=p₁-p₂=0)。根据节流阀的流量公式q=KA(x)Δp^m(K为系数,A(x)为通流面积,m为大于0.5小于1的指数)可知,流量q也趋近于零,工作装置不能运动。

　　如果工作压力太接近于零(外载荷F太小),图2串联式调速阀会以流量q=KA(x)p2^m驱动工作装置运动,图3并联式调速阀会以节流量q=KA(x)p1^m驱动工作装置运动,两种情况节流阀都失去作用。如果系统溢流阀6没有排油,上述情况的q就等于液压泵的流量,工作装置将会快速运动,这显然不是设计安装调速阀的初衷。