分流—集流閥的分類、原理及結(jié)構(gòu)

1．用途及分類

分流—集流閥用來保證兩個或兩個以上的執(zhí)行元件在承受不同負(fù)載時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（同步運(yùn)動），故又稱同步閥。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將兩股液流合成單一液流輸出；單項分流閥與單向集流閥使執(zhí)行元件反向運(yùn)動時，液流經(jīng)過單向閥，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)行元件在一個運(yùn)動方向起同步作用，反向時不起同步作用。分流—集流閥能使執(zhí)行元件雙向運(yùn)動都起同步作用。

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)原理和圖形符號如圖106 (a)、(b)所示，它由兩個結(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、兩個對中彈簧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的中間凸臺將閥分成完全對稱的左、右兩部分。位于左邊的油室a通過問芯中心小孔 d與滑閥右端彈簧腔相通，位于右邊的油室b通過閥芯的另一個中心小孔c與滑閥左端彈簧腔相通。裝配時對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可變節(jié)流口3、4完全相同等。

 

穩(wěn)態(tài)工況時，分流閥的進(jìn)口壓力油分成兩個并聯(lián)支路，經(jīng)過固定節(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通過兩個執(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，所以在兩個執(zhí)行元件結(jié)構(gòu)尺寸完全相同時，運(yùn)動速度將保持同步。

工作時，如果A、B出口油路的負(fù)載壓力不相同時，例如A口油路的負(fù)載壓力p_A增加，而p_B未變，此時突然由pA=pB的狀態(tài)變?yōu)閜_A＞p_B，引起p₁瞬時增加，這樣使p₁＞p₂閥芯左移，于是可變節(jié)流口3開大使節(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，閥芯停留在一個新的平衡位置上，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，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，單向閥5、6打開，分流閥不起作用，由液流經(jīng)閥時的阻力損失很小。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將輸入的兩股液流合成單一液流輸出；單項集流閥使執(zhí)行元件反向運(yùn)動時，液流經(jīng)過單向閥，以減少壓力損失；集流閥及單向集流閥只能使執(zhí)行元件在一個運(yùn)動方向起同步作用，反向時不起同步作用。集流閥及單向集流閥的圖形符號如圖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，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，在圖109 (a)上注有中心線O-O，將靠攏O-O稱為內(nèi)側(cè)，背離O-O稱為外側(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、右兩個對稱的閥芯，3為閥體，d_A與d_B分別是左、右兩個閥芯上的固定節(jié)流孔，此時兩孔的直徑應(yīng)相等，b_A與b_B分別是左、右閥芯圓孔與閥體上相對應(yīng)的沉割槽形成的可變節(jié)流口。在集流工況時，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。閥中的一個內(nèi)側(cè)彈簧4和一對外側(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工作油口，分別接通兩個負(fù)載執(zhí)行元件，壓力分別為p_A和p_B。總油口P(T)在分流工況將泵源的高壓油引入閥，此時為進(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兩個固定節(jié)流孔，經(jīng)過固定節(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，直至閥芯上的鉤子相互鉤住，兩個閥芯形成一個整體，而且在整個分流工況中，鉤子不會松開。

在p_A=p_B的穩(wěn)態(tài)工況下，閥芯1和2由于外部條件對稱而處于對稱位置，可變節(jié)流閥口b_A與b_B的開口度相等，通過左、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，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，推動整體閥芯向左移動，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，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的開度是不相等的，但通過左、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，負(fù)載流量q_A和q_B由兩側(cè)負(fù)載通過A和B油口流人閥內(nèi)，先后通過可變節(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，其過程原理與分流工況相同。但要在集流工況實現(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。實際上，由于集流流動的特點，兩個閥芯外側(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，適用于對執(zhí)行元件的速度同步控制；在瞬態(tài)過程時間內(nèi)，兩路流量是不相等的，如用它來控制兩個執(zhí)行元件的位置同步，將產(chǎn)生位置同步誤差，分流集流閥本身沒有糾正這種在瞬時工況產(chǎn)生的位置同步誤差的能力。對位置同步控制來說，應(yīng)用分流集流閥是一種開環(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)載壓力不同時兩側(cè)液動力、彈簧力和泄漏流量的不對稱等因素的存在，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，這些會使分流集流閥在用于位置同步控制系統(tǒng)時引起閥體本身無法糾錯的位置同步誤差。但是，這些因素的綜合作用有時會增加同步誤差，有時會降低同步誤差。此外，分流一集流閥在低于設(shè)計流量工作時，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)，兩個換向活塞5和7的端部開有細(xì)長孔式固定節(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，從而自動調(diào)節(jié)可變節(jié)流孔10的開度，實現(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，只是多了一對可變節(jié)流孔。