第4章 液压控制阀

nullnull第四章　液压控制阀第四章　液压控制阀第一节 概述 第二节 方向控制阀 第三节 压力控制阀 第四节 流量控制阀 本章主要介绍液压系统四大类液压元件中的控制元件,本章是以后学习和分析液压基本回路和系统的重要基础。 本章主要介绍液压系统四大类液压元件中的控制元件,本章是以后学习和分析液压基本回路和系统的重要基础。重点： 换向阀的换向原理和滑阀机能。 先导式溢流阀的工作原理，减压阀和溢流阀的主要区别； 难点： 电液动换向阀的工作原理。 先导式溢流阀的工作原理。 调速阀的工作原理 第一节 概述第一节 概述液压回路主要是由各种液压控制阀按一定需要组合而成。对于实现相同目的液压回路，由于选择的液压控制阀或组合方式不同，回路的性能也不完全相同。熟悉各种液压控制阀的性能，对于设计和分析液压系统极为重要。 一、液压控制阀的作用一、液压控制阀的作用液压控制阀（简称液压阀）是通过控制和调节液压系统中液体的流动方向、压力和流量，以满足执行元件所需要的启动、停止、运动方向、力或力矩、速度或转速和动作顺序，限制和调节液压系统的工作压力，防止过载等要求，从而使系统按照指定要求协调工作。 二、液压阀的分类二、液压阀的分类(一) 按功能分类 1．方向控制阀（如单向阀、换向阀等）； 2．压力控制阀（如溢流阀、减压阀和顺序阀等）； 3．流量控制阀（如节流阀、调速阀等）。(二) 按控制方式分类 (二) 按控制方式分类 1．定值或开关控制阀：这类液压阀借助于手轮、手柄、凸轮、电磁铁和液体压力等方式，将阀芯位置或阀芯上的弹簧设定在某一工作状态，定值地控制液体的压力、流量和流动方向，它们统称为开关阀，这种阀多用于普通液压阀； 　null2．比例控制阀：这类阀输出的（流量、压力）可按照输入信号的变化规律连续成比例地进行调节。它们常采用比例电磁铁将输入的电信号转换成力或阀的机械位移量进行控制。也可以采用其它形式的电气输入控制器件。由于比例阀结构简单、工作可靠、价格较低，性能较高于普通的定值控制阀，并且可以通过电信号进行连续控制，因此在许多场合获得了应用； null3．伺服控制阀：这种阀能将微小的电气信号转换成大的功率输出，以控制系统中液体的流动方向、压力和流量。工作性能类似于比例控制阀。与比例控制阀相比除了在结构上有差异外，主要在于伺服阀具有优异的动态响应和静态性能。但它的价格较贵，使用维护要求较高，多用于高精度、快速响应的闭环控制系统； 　 4．电液数字控制阀：这种阀是用数字信息直接控制系统中液体的流动方向、压力和流量。三) 按安装连接方式分类 三) 按安装连接方式分类 1．螺纹式（管式）连接这种连接方式的阀是通过阀体上的螺纹孔直接与管路相连（大型阀则用法兰连接）。连接比较简单，但各个液压阀只能分散布置，装卸维护不方便。 2．板式连接　采用这种连接方式的阀需配专用的连接板，管路与连接板相连，而阀仅用螺钉固定在连接板上，因此装卸时不影响管路，易将液压阀集中布置，装卸维护方便。null3．集成块式连接：这种连接方式把几个阀用螺钉固定在一个集成块的不同侧面上，在集成块上打孔，来沟通各阀的孔道组成回路。由于拆卸阀时不用拆卸与它们相连的其它元件，因此这种安装连接方式应用较广。　 4．叠加式连接：这种连接方式控制阀的上下面为连接接合面，各连接口分别在这两个面上，通过螺钉将阀体叠装在一起构成回路。每个阀除其自身功能外，还起通道作用，不用管道连接，结构紧凑，沿程压力损失小。　 5．插装式连接：这种连接方式的阀没有单独的阀体，由阀芯、阀套等组成的单元体插装在插装块的预制孔中，用连接螺纹或盖板固定，并通过插装块内的通道把各插装式阀连通组成回路。插装块起到阀体和管路的作用，它是适应系统集成化而发展起来的一种新型安装连接方式。第二节　方向控制阀第二节　方向控制阀方向控制阀在液压系统中用的最多，是任何液压系统必不可少的控制元件。其主要作用是控制液压系统中液体的流动方向，其工作原理是利用阀芯和阀体之间相对位置的改变来实现通道的接通或断开，以满足系统对管路的不同要求。 方向控制阀可分为单向阀和换向阀两大类。一、单向阀一、单向阀单向阀控制液体只能向一个方向流动、反向截止或可控制的反向流动。单向阀按其功能分为普通单向阀和液控单向阀等 1．普通单向阀 （1）工作原理（图5-1） 2）作用 普通单向阀常被安装在液压泵的出口，可防止系统液压冲击对液压泵的影响,泵不工作时可防止系统油液经液压泵倒流回油箱；常在回路中起保持部分回路压力的作用，还可以分割油路防止干扰；常与其它阀组成复合阀；普通单向阀也可用作背压阀，常安装在液压系统的回油路上，但必须根据需要更换较硬的弹簧，用以产生0.2～0.6MPa背压力。 2．液控单向阀 液控单向阀是允许液流向一个方向 流动，反向开启则必须通过液压控制 来实现的单向阀。如图5-2所示是带 卸荷阀芯液控单向阀的结构图和图形 符号。 (1) 作用 (2) 工作原理(图5-2) 2）作用 普通单向阀常被安装在液压泵的出口，可防止系统液压冲击对液压泵的影响,泵不工作时可防止系统油液经液压泵倒流回油箱；常在回路中起保持部分回路压力的作用，还可以分割油路防止干扰；常与其它阀组成复合阀；普通单向阀也可用作背压阀，常安装在液压系统的回油路上，但必须根据需要更换较硬的弹簧，用以产生0.2～0.6MPa背压力。 2．液控单向阀 液控单向阀是允许液流向一个方向 流动，反向开启则必须通过液压控制 来实现的单向阀。如图5-2所示是带 卸荷阀芯液控单向阀的结构图和图形 符号。 (1) 作用 (2) 工作原理(图5-2) null液控单向阀液控单向阀null液控单向阀液控单向阀null液控单向阀null液控单向阀液控单向阀null (3) 特点及应用 由于液控单向阀具有良好的单向密封性能，常用于执行元件需要长时间保压、锁紧等情况或防止立式液压缸停止时在自重作用下自动下滑等;也可用作二通开关阀。此外带卸荷阀芯的液控单向阀还常用于卸压回路中；用两个液控单向阀还可以组成“液压锁”。(图5-3) 二、换向阀 换向阀是利用阀芯在阀体中的相对运动，接通、切断油路或改变液体的流动方向，从而使执行元件启动、停止或变换运动方向。对换向阀主要性能要求是：油路导通时，压力损失要小；油路切断时，泄漏要小;阀芯换位时，操纵力要小。 （一）分类 换向阀的用途十分广泛，种类也很多，可根据换向阀的结构、操纵方式、工作位置和通路数分类，见表5-1。 表5-1 换向阀的分类 二、换向阀 换向阀是利用阀芯在阀体中的相对运动，接通、切断油路或改变液体的流动方向，从而使执行元件启动、停止或变换运动方向。对换向阀主要性能要求是：油路导通时，压力损失要小；油路切断时，泄漏要小;阀芯换位时，操纵力要小。 （一）分类 换向阀的用途十分广泛，种类也很多，可根据换向阀的结构、操纵方式、工作位置和通路数分类，见表5-1。 表5-1 换向阀的分类 （二）滑阀式换向阀的工作原理和图形符号 滑阀式换向阀（又称滑阀） 的阀体和阀芯是换向阀的主体。 滑阀的阀芯是一个具有多个凸 肩的圆柱体，与之相配合的阀 体有若干个沉割槽。通过移动 阀芯，改变阀芯在阀体内的相 对位置使相应的油路接通和切 断或变换液体的流动方向。如 图5-4所示。 表5-2列出了几种常用的滑 阀式换向阀的结构原理图，并 画出了阀的工作位置数、通路 数和在各个位置上油口连通关 系的图形符号。 （二）滑阀式换向阀的工作原理和图形符号 滑阀式换向阀（又称滑阀） 的阀体和阀芯是换向阀的主体。 滑阀的阀芯是一个具有多个凸 肩的圆柱体，与之相配合的阀 体有若干个沉割槽。通过移动 阀芯，改变阀芯在阀体内的相 对位置使相应的油路接通和切 断或变换液体的流动方向。如 图5-4所示。 表5-2列出了几种常用的滑 阀式换向阀的结构原理图，并 画出了阀的工作位置数、通路 数和在各个位置上油口连通关 系的图形符号。 换向阀：滑阀式换向阀换向阀：滑阀式换向阀ABPT溢流阀液压泵PTABnullPTABABPT溢流阀液压泵nullPTABABPT溢流阀液压泵nullABPT溢流阀液压泵PTAB换向阀：滑阀式换向阀换向阀：滑阀式换向阀ABPTPTAB换向阀换向阀ABPTPTABnull （三）操纵方式 滑阀阀芯相对阀体的移动是靠操纵力 实现的， 根据改变阀芯位置的操纵方式不 同，换向阀可分为手动、机动、电磁、液 控和电液换向阀等。其表示符号见图5-5。 换向阀的职能符号是由不同的位数、通路 及操纵方式组合而成。 1．手动换向阀（图5-6） （三）操纵方式 滑阀阀芯相对阀体的移动是靠操纵力 实现的， 根据改变阀芯位置的操纵方式不 同，换向阀可分为手动、机动、电磁、液 控和电液换向阀等。其表示符号见图5-5。 换向阀的职能符号是由不同的位数、通路 及操纵方式组合而成。 1．手动换向阀（图5-6） 2．机动换向阀 机动换向阀也叫行程换向阀，是通过安装在执行机构上的挡铁或凸轮推动阀芯，从而对油路进行切换的方向控制阀。它需要安装在运动部件（如移动的工作台）的附近。机动换向阀通常是二位的，有二通、三通、四通及五通几种。二位二通阀又有常闭及常开两种。如图5-7所示为二位二通常闭式机动换向阀结构图及图形符号。 2．机动换向阀 机动换向阀也叫行程换向阀，是通过安装在执行机构上的挡铁或凸轮推动阀芯，从而对油路进行切换的方向控制阀。它需要安装在运动部件（如移动的工作台）的附近。机动换向阀通常是二位的，有二通、三通、四通及五通几种。二位二通阀又有常闭及常开两种。如图5-7所示为二位二通常闭式机动换向阀结构图及图形符号。 null3．电磁换向阀3．电磁换向阀4．液动换向阀(图5-9)4．液动换向阀(图5-9) 5．电液换向阀(图5-10) 5．电液换向阀(图5-10)null（四）滑阀机能 （四）滑阀机能 三位的滑阀 在中位时各 油口的连通 方式体现了 换向阀的控 制机能，称 之为滑阀的 中位机能。 三位的滑阀 在中位时各 油口的连通 方式体现了 换向阀的控 制机能，称 之为滑阀的 中位机能。 换向阀中位机能（O型）换向阀中位机能（O型）ABPPABT1T2T1T2（T）三位五通换向阀中位机能（H型） 换向阀中位机能（H型） ABPPABT1T2T1T2AB（T）三位五通换向阀中位机能（Y型） 换向阀中位机能（Y型） ABPPABT1T2T1T2AB（T）三位五通换向阀中位机能（J型） 换向阀中位机能（J型） ABPPABT1T2T1T2（T）三位五通换向阀中位机能（C型）换向阀中位机能（C型）ABPPABT1T2T1T2AB（T）三位五通换向阀中位机能（P型）换向阀中位机能（P型）ABPPABT1T2T1T2（T）三位五通换向阀中位机能（K型）换向阀中位机能（K型）ABPPABT1T2T1T2AB（T）三位四通三位五通换向阀中位机能（X型）换向阀中位机能（X型）ABPPABT1T2T1T2B（T）三位五通换向阀中位机能（M型） 换向阀中位机能（M型） ABPPABT1T2T1T2AB（T）三位五通换向阀中位机能（U型） 换向阀中位机能（U型） ABPPABT1T2T1T2AB（T）三位五通null  中位机能 1、系统保压 中位为“O”型， P口 被堵塞时，此时油 需从溢流阀流回油 箱，增加功率消 耗；但是液压泵能 用于多缸系统。  null 2、系统卸荷：中位“M”型，左图所示，当方向阀于中位时，因P、T口相通，泵输出的油液不经溢流阀即可流回油箱，由于直接接油箱，所以泵的输出压力近似为零，也称泵卸荷，减少功率损失。 3、液压缸快进：中位“P”型，右图所示，当换向阀于中位时，因P、A、B相通，故可用作差动回路。 第三节 压力控制阀 在液压系统中，用来控制液体压力的阀统称为压力控制阀。这类阀的共同点主要是利用在阀芯上的液压力和弹簧力相平衡的原理来工作的。 第三节 压力控制阀 在液压系统中，用来控制液体压力的阀统称为压力控制阀。这类阀的共同点主要是利用在阀芯上的液压力和弹簧力相平衡的原理来工作的。 一、溢流阀 （一）主要用途： 1.作溢流阀用：在定量泵的液压系统中如左图所示，常利用流量控制阀调节进入液压缸的流量，多余的压力油可经溢流阀流回油箱，这样可使泵的工作压力保持定值。 2.作安全阀用：右图所示液压系统，在常工作状态下，溢流阀是关闭的，只有在系统压力大于其调整压力时，溢流阀才被打开溢流，对系统起过载保护作用。 （二）溢流阀的结构和工作原理 根据结构不同，溢流阀可分为 直动式和先导式两类。 1、直动式溢流阀(Spring loaded type relief valve)的结构和工作原理(图5-11)图5-11低压直动式溢流阀(a)结构图 (b) 职能符号图 1—螺帽 2—调压弹簧 3—上盖 4—阀芯 5—阀体nullnull直动型溢流阀PTpA=FstpA=Fstnullnull 2、先导式溢流阀的结构和工作原理 ① 结构组成(图5-12)null先导型溢流阀 先导型溢流阀 调节手轮PT符号先导型溢流阀工作原理先导型溢流阀工作原理先导型溢流阀工作原理 先导型溢流阀工作原理 ②工作原理(图5-13)null 3、溢流阀的主要性能 （1）溢流阀启闭特性(图5-14 ) ,其特性曲线如图（5-15） 3、溢流阀的主要性能 （1）溢流阀启闭特性(图5-14 ) ,其特性曲线如图（5-15） （2）流量—压力曲线表示 (图5-15) （2）流量—压力曲线表示 (图5-15) null（二）溢流阀的应用 1、作溢流阀用 (图5-16) 2、作安全阀用 (图5-17) 图5-17 变量泵系统安全回路图5-16 溢流阀起定压流阀作用 3、作背压阀，以改善执行元件的运动平稳性；3、作背压阀，以改善执行元件的运动平稳性； 4、远程调压 (图5-18) 4、远程调压 (图5-18)图5-18 远程调压回路远程调压阀至系统5、系统卸荷（图5-19）和多级调压（图5-20）5、系统卸荷（图5-19）和多级调压（图5-20） 图5-20多级调压图5-19作卸荷阀二、减压阀二、减压阀（一）主要用途 当回路内有两个以上液压缸，其中之一需要较低的工作压力，同时其它的液压缸仍需高压运作时，此刻就得用减压阀提供一较系统压力为低的压力给低压缸。 （二）  减压阀结构及工作原理：减压阀有直动型和先导型两种，右图为先导型减压阀，由主阀和先导阀组成，先导阀负责调定压力，主阀负责减压作用。 null （二）、减压阀的结构和工作原理 1．结构组成 (图5-18)图5-18 先导式减压阀的结构及符号 1-主阀芯 2、5、8、14-流道 3、7阻尼孔 4-外控口 6-主阀弹簧 9-先导阀 10-锥阀 11-先导阀弹簧腔 12-弹簧 13-调节手柄 15-阀体null 2. 工作原理 (图5-19)nullnull减压阀null（二） 减压阀的应用 必须指出，应用减压阀组成减压回路虽然可以方便地使某一分支回路压力降低，但油液流经减压阀将产生压力损失，这增加了功率损失并使油液发热。当分支回路的压力较主油路压力低得多，而需要的流量又较大时，为了减少功率损耗，常采用高、低压泵分别供油，以提高系统的效率。图5-19 减压回路 图5-20 减压回路 null例题1：如图所示，溢流阀调定压力ps1=4.5MPa，减压阀的调定压力ps2=3MPa，活塞前进时，负荷F=1000N，活塞面积A=20 х10-4m2 ，减压阀全开时的压力损失及管路损失忽略不计，求： （1）活塞在运动时和到达尽头时，A、B两点的压力。 （2）当负载F=7000N时，A、B两点的压力是多少？ null 三、顺序阀 （一）顺序阀的结构和工作原理图5-21 先导式顺序阀 1-主阀芯 2-阻尼孔 3、4-流道 5-先导阀 6-滑阀null （二）单向顺序阀 (图5-22) （三）顺序阀的应用 1、使两个或两个以上执行元件按预定的顺序动作(图5-23)。 2、组成卸荷回路（图5-24）图5-22单向顺序阀的图形符号 a）内控式 b）外控式图5-23定位夹紧顺序动作回路 图5-24用顺序阀组成卸荷回路 null 3、组成平衡回路 （图5-25） 四、压力继电器（Pressure Relay） 1. 作用 是一种将液压系统的压力信号转换为电信号的转换元件。其作用是，根据液压系统压力的变化，通过压力继电器内的微动开关，自动接通或断开电气线路，实现执行元件的顺序控制或安全保护。图5-25 顺序阀组成平衡回路2.压力继电器的结构和工作原理 压力继电器的结构形式有很多，工作原理大致相同，下面介绍一种常用的压力继电器。图5-26所示为柱塞式压力继电器的结构。 3. 压力继电器的应用 （图5-27） 2.压力继电器的结构和工作原理 压力继电器的结构形式有很多，工作原理大致相同，下面介绍一种常用的压力继电器。图5-26所示为柱塞式压力继电器的结构。 3. 压力继电器的应用 （图5-27） 图5-26 压力继电器 1-柱塞 2-顶杆 3-调节螺钉 4-微动开关图5-27压力继电器的应用第四节 流量控制阀第四节 流量控制阀 流量控制阀（简称流量阀）是通过改变通流截面积来改变局部阻力的大小，从而实现对流量的控制，以达到调节执行元件运动速度（转速）目的。常用的流量阀有节流阀、调速阀、旁通式调速阀等。 一、流量控制原理 由第二章可知，小孔或缝隙等对液体的流动会产生阻力（即形成压力降或压力损失），通流面积和通流长度不同，其阻力也不同，这种阻力称为液阻。流量阀是借助改变阀口（也称节流口）通流截面积以形成可变液阻，由于液阻对通过的流量起限制作用，因此节流口可以调节流量。null 二、节流口的流量特性 （一）节流口的形式 （图5-28） 图5-28典型节流口的结构形式null （二）节流口的流量特性式中：AT—节流口的通流截面积。 Δp—节流口前、后的压差； K—由节流口形状、液体流态和液体性质等因素所决定的系数。 对于薄壁小孔； 对于细长小孔； 其它形式的节流口的值可实验得出。 φ—是由节流口形状决定的指数，0.5≤ φ ≤1： 薄刃式节流 φ =0.5； 细长孔节流 φ =1。 null （三）影响节流口流量稳定性因素 1．压差变化对流量稳定性的影响 2. 温度变化对流量稳定性的影响 3．节流口堵塞对流量稳定性的影响及最小稳定流量 二、普通节流阀 (Variable Restrictor ) (Throttle valve) 1．结构和工作原理（图5-30） 图5—30 普通节流阀null节流阀 节流阀 节流阀 节流阀 节流阀节流阀进口、出口压差2. 特点及应用null 三、调速阀 1．调速阀的工作原理 （图5-31） 式中： A—减压阀阀芯顶端面积； Fs—减压阀弹簧的作用力； G—减压阀阀芯自重（滑阀垂直安放时考虑）； Ff—阀芯移动时的摩擦力。nullnull2．调速阀的流量特性