分流—集流阀的分类、原理及结构

分流—集流阀的分类、原理及结构

1．用途及分类

分流—集流阀用来保证两个或两个以上的执行元件在承受不同负载时仍能获得相同或成一定比例的流量，从而使执行元件间以相同的位移或相同的速度运动（同步运动），故又称同步阀。根据液流方向的不同，分流集流阀可分为分流阀、集流阀和分流集流阀，与单向阀组合还可以构成单向分流阀、单向集流阀等复合阀。

分流阀按固定的比例自动将输入的单一液流分成两股支流输出；集流阀按固定的比例自动将两股液流合成单一液流输出；单项分流阀与单向集流阀使执行元件反向运动时，液流经过单向阀，以减小压力损失；分流阀及单向分流阀、集流阀及单向集流阀只能使执行元件在一个运动方向起同步作用，反向时不起同步作用。分流—集流阀能使执行元件双向运动都起同步作用。

根据结构原理不同，分流集流阀又可分为换向活塞式、挂钩式、可调式及自调式等多种形式。

2．工作原理

(1)分流阀及单向分流阀。分流阀的结构原理和图形符号如图106 (a)、(b)所示，它由两个结构尺寸完全相同的薄刃圆孔型固定节流孔1和2、阀体5、阀芯（滑阀）6、两个对中弹簧7等主要零件组成。P为进油口，A和B为分流出口。阀芯6的中间凸台将阀分成完全对称的左、右两部分。位于左边的油室a通过问芯中心小孔 d与滑阀右端弹簧腔相通，位于右边的油室b通过阀芯的另一个中心小孔c与滑阀左端弹簧腔相通。装配时对中弹簧保证阀芯处于中间位置，阀芯两端凸肩与阀体组成的两个可变节流口3、4完全相同等。

稳态工况时，分流阀的进口压力油分成两个并联支路，经过固定节流孔1和2分别进入油腔a、b，然后又经可变节流口3、4经阀的出口A、B通过两个执行元件，压力分别为p_A和p_B，流量分别为q_A和q_B。由于可变节流口3、4相同，固油腔a、b的压力p₁、p₂相等，固定节流孔前后的压力差△p₁= p_s-p₁=p_s-p₂=△p₂。根据流量公式可知，经节流孔的流量也即通往执行元件的两条支路的流量q_A=q_B=q_s/2，所以在两个执行元件结构尺寸完全相同时，运动速度将保持同步。

工作时，如果A、B出口油路的负载压力不相同时，例如A口油路的负载压力p_A增加，而p_B未变，此时突然由pA=pB的状态变为p_A＞p_B，引起p₁瞬时增加，这样使p₁＞p₂阀芯左移，于是可变节流口3开大使节流效应减弱，4关小使节流效应增强，从而使p₁减小，p₂增加，直至p₁=p₂时，阀芯停留在一个新的平衡位置上，使△p₁=p_s-p₁与p_s-p₂ =△p₂恢复相等，最终使p_A与p_s恢复相等。所以，分流阀是利用负载压力反馈原理来补偿因负载变化而引起变化的一种流量控制阀。它只控制流量的分配，而不控制流量的大小。

在上述分流阀基础上添加两个单向阀即可构成单向分流阀，其结构原理和图形符号如图107 (a)、(b)所示。P为进油口，A和B为分流出口。当压力油从P口进入，从分流口A和B流出时，单向阀5、6关闭，油液经分流阀起分流作用；当油液反向从油口A和油口B流人，从油口P流出时，单向阀5、6打开，分流阀不起作用，由液流经阀时的阻力损失很小。限位螺钉3、4用于限制分流阀芯2的左右移动位置。

(2)集流阀和单向集流阀。集流闷和单向集流阀与上述分流阀及单分流向阀的结构工作原理相似，只是集流阀是按固定的比例自动将输入的两股液流合成单一液流输出；单项集流阀使执行元件反向运动时，液流经过单向阀，以减少压力损失；集流阀及单向集流阀只能使执行元件在一个运动方向起同步作用，反向时不起同步作用。集流阀及单向集流阀的图形符号如图108所示。

(3)分流集流阀。图109所示为分流集流阀的结构原理与图形符号，其中图109(a)为分流阀工况，图109 (b)为集流阀工况。为叙述方便起见，在图109 (a)上注有中心线O-O，将靠拢O-O称为内侧，背离O-O称为外侧。图109 (a)、(b)均为 p_B＞p_A的工况状态。

图109 (a)中，1与2左、右两个对称的阀芯，3为阀体，d_A与d_B分别是左、右两个阀芯上的固定节流孔，此时两孔的直径应相等，b_A与b_B分别是左、右阀芯圆孔与阀体上相对应的沉割槽形成的可变节流口。在集流工况时，可变节流口是由圆孔与沉割槽内侧边组成可变节流口。左固定节流孔d_A与可变节流口b_A之间形成左侧油腔a，腔内压力为p₁。右固定节流孔d_B与可变节流口b_B之间形成右侧油腔b，腔内压力为p₂。阀中的一个内侧弹簧4和一对外侧弹簧5_A、5_B的主要作用是确定分流集流阀的初始状态。A和B是分流集流阀的两个工作油口，分别接通两个负载执行元件，压力分别为p_A和p_B。总油口P(T)在分流工况将泵源的高压油引入阀，此时为进油口，由于此口在集流工况作排油口用，故在图109 (a)上记做P(T)口；总油口在集流工况将阀内低压油排出，此时为排油口，故在图109 (b)上记做T(P)口。

在图109 (a)所示的分流工况下，进入P(T)口后的高压油被分成两股分别流向d_A与d_B两个固定节流孔，经过固定节流孔叶分别产生压力降△p₁=p_s-p₁与p_s-p₂=△p₂，左、右两个阀芯1和2内刨压力都是高压p_s，外侧压力分别是低于p_s的压力p₁和p₂，强迫阀芯1和2向左、右外侧作相互背离的移动，直至阀芯上的钩子相互钩住，两个阀芯形成一个整体，而且在整个分流工况中，钩子不会松开。

在p_A=p_B的稳态工况下，阀芯1和2由于外部条件对称而处于对称位置，可变节流阀口b_A与b_B的开口度相等，通过左、右两侧固定节流孔d_A与d_B的油液压力降△p₁=p_s-p₁=p_s-p₂=△p₂。根据流量公式，可知通过两工作油路的油流流量q_A=q_B。当负载压力不相同时，如右侧负载压力p_B突然增加，而左侧压力p_A未变，此时突然由p_A=p_B的状态变为p_B＞p_A，引发瞬态压力反馈，使压力p₂急剧升高，推动整体阀芯向左移动，使左侧可变节流口b_A关小，节流效应增强，左侧油腔A压力升高；同时，还由于p₂的升高，伴随着右路油流q_B减小，左路油流q_A增大，此因素也协同节流效应促使p₁升高，直至p₁=p₂，整体阀芯停留于左侧的新的平衡位置上。两侧的可变节流口b_A与b_B的开度是不相等的，但通过左、右两侧固定节流孔d_A与d_B的油液压力降△p₁=p_s-p₁与p_s-p₂=△p₂恢复相等，最终两路油流又恢复相等状态（新的稳态），这是一种压力负反馈的结果。

图109 (b)所示的集流工况时，负载流量q_A和q_B由两侧负载通过A和B油口流人阀内，先后通过可变节流口b_A与b_B和固定节流孔d_A与d_B集合于T (P)口流出，其过程原理与分流工况相同。但要在集流工况实现负反馈，可变节流口b_A与b_B必须是阀芯圆孔与阀体沉割槽内侧边相加而组成，这样，两个阀芯不能是相钩的，而必须是内侧顶部相顶从而构成整体。实际上，由于集流流动的特点，两个阀芯外侧压力p₁、p₂均大于内侧压力（即T口排压力油）p_T，迫使两个阀芯相顶。

分流一集流阀只是在稳态工况下能保持两路流量相等，适用于对执行元件的速度同步控制；在瞬态过程时间内，两路流量是不相等的，如用它来控制两个执行元件的位置同步，将产生位置同步误差，分流集流阀本身没有纠正这种在瞬时工况产生的位置同步误差的能力。对位置同步控制来说，应用分流集流阀是一种开环控制。

分流一集流阀即使在稳态工况下，由于固定节流孔的制造误差，负载压力不同时两侧液动力、弹簧力和泄漏流量的不对称等因素的存在，每一种因素单独起作用，其结构将引起两路流量的差别，这些会使分流集流阀在用于位置同步控制系统时引起阀体本身无法纠错的位置同步误差。但是，这些因素的综合作用有时会增加同步误差，有时会降低同步误差。此外，分流一集流阀在低于设计流量工作时，负载压力的差别将使它控制等流量的能力变差。

3．典型结构

(1)分流阀。图110所示为换向活塞式分流阀（管式连接）的结构，两个换向活塞5和7的端部开有细长孔式固定节流孔6，依靠节流孔后的压力差p₁与p₂的比较与平衡关系使换向活塞移动，从而自动调节可变节流孔10的开度，实现等量控制。

(2)集流阀。图111所示为滑阀式集流阀的一种结构，其工作原理与分流阀相同，只不过集流阀油室a的压力p₁作用在使油室a处的可变节流口5关小的方向，油室b处的压力p₂作用在使可变节流口6关小的方向。具体内容不再赘述。

(3)分流集流阀。除了图111所示的挂钩式分流一集流阀外，换向活塞式也是分流集流阀的一种常见结构。换向活塞式分流集流阀与图110所示的分流阀结构相仿，只是多了一对可变节流孔。