液压与气压传动（课件）

第四章 液压控制阀 Hydraulic control valve 4-1 液压阀概述 4-2 压力控制阀 4-3 方向控制阀 4-4 流量控制阀 压力控制阀 实物 实物 DBD型直动式溢流阀 思 考 题 1、压力控制阀类的基本工作原理是什么？ 2、溢流阀与减压阀有何区别？ 3、溢流阀与顺序阀有何区别？ 4、顺序阀又分哪几种类型？ 5、溢流阀有哪几种功能？请画简图说明。 作业：教材p281 .4-8； 第四章 液压阀 43 方向控制阀directional control valve 方向控制阀是通过阀芯和阀体间相对位置的改 变，来实现油路通道通断状态的改变，从而控制液 压系统中油液流动方向的阀。它是液压系统中占数 量比重较大的控制元件，按用途可分为单向阀和换 向阀两大类。 单向阀 check valve 换向阀 direction valve 方向控制阀 第四章 液压阀 一、单向阀 ( check valve) 1、普通单向阀(单向阀) check valve 它只允许油液沿一个方向通过，而反向液流被截 止，亦称逆止阀、止回阀，要求其正向液流通过时 压力损失较小，反向截止时密封性能好。 单向阀包括普通的单向阀和液控单向阀两种。 单向阀 普通的单向阀 液控单向阀 图形符号 第四章 液压阀 普通单向阀 结构：阀体、阀芯、弹簧等 普通单向阀动画 按进出油液流向的不同分直通式和直角式两 种结构，都由阀芯、阀体和弹簧等组成。(小规格直 通式阀有用钢球作阀芯的，我们试验室里看到的 就是这种)，当液流从进油口A 流入时，油液压力克 服弹簧阻力和阀体1与阀芯2间的摩擦力，顶开带有 锥端的阀芯(或钢球)，从出油口B 流出。当油液反 向从B流入时，油液压力使阀芯紧密地压在阀座上 ，故不能逆流。由于弹簧仅起复位作用，因而弹簧 力很小。所以正向开启压力只需0.030.05MPa ; 反向截止时，因阀芯与阀座孔为线密封，且密封力 随压力增高而增大，故密封性能良好。 1-阀体 2-阀芯 3-弹簧 2-阀芯 1-阀体 3-弹簧 应用： （1）单向阀安置在液压泵的出口，一方面防止由于 系统压力突然升高而损坏液压泵或因系统压力 冲击影响泵的正常工作；另一方向在泵不工作 时防止系统的油液到流经泵回油箱。 （2）将单向阀换上较硬的弹簧，使开启压力达到0.2 0.6 MPa或(0.30.5) MPa，放置在回油路上， 可作背压阀用。 （3）单向阀可与减压阀、节流阀、顺序阀并联组成 复合阀。 第四章 液压阀 液控单向阀是一种通入控制压力油后允许油液 双向流动的单向阀，它由单向阀和液控装置两部分 组成。 2、液控单向阀 hydraulically operated check valve 当控制油口K不通压力油时，作用与普通单向阀相同 ，油液只能从P1到P2正向通过，反向P2到P1不通；当 控制油口K通入压力控制油时，控制活塞 顶推，推 动顶杆，将阀芯强行顶开，使油口A与B相通，这时油 液就可两方向流通。 液控单向阀 组成：普通单向阀 + 小活塞缸 特点：a.无控制油时，与普通单向阀一样， b.通控制油时，正反向都可以流动。 第四章 液压阀 液控单向阀动画 第四章 液压阀 液控单向阀根据控制活塞的背压腔的泄油方式的 不同，分为外泄式和内泄式，外泄式控制活塞的背压 腔直接回油箱，内泄式控制活塞的背压腔与单向阀的 P1口相通，一般在反向出油腔无背压或背压较低时采 用内泄式；反向出油腔背压较高时采用外泄式，以降 低控制压力。 液控单向阀 图形符号 第四章 液压阀 将两个液控单向阀组成液压锁lock valve (又称双 向液控单向阀)，常用在汽车起重机的液压支腿油路 。 应用： 如图所示，支腿油缸工作时，支腿活塞杆上受有很大 负载R，油缸上腔为高压，若不采用液压锁，虽然换向 阀3处于中位时，油缸上下腔通道关闭，但油缸上腔高 压油仍可经过换向阀的密封间隙泄漏，支腿缩回，造成 事故。 第四章 液压阀 第四章 液压阀 为了避免这一不正常现象发生，采用液压锁，液控单 向阀2的控制油液由油缸下腔引入，此时下腔为低压， 阀2在上腔高压作用下紧紧关闭，保证无泄漏，支腿不 会缩回。当需要收回支腿时，换向阀左位接入，液压 泵的油液由A口经单向阀1进入油缸下腔，由这一油路 引出的控制油使阀2强制开启，油缸上腔得油反向流 过阀2经B口流回油箱，支腿收回。当换向阀右位接入 时，液压泵的油经B口和阀2通向油缸上腔，并与阀1 控制油道相通，使阀1强制打开，油缸下腔回油经阀1 反向流回油箱，支腿放下。 图形符号 A A B B 液压锁 密封好、锁紧精度高。 利用液控单向阀锁紧 二、换向阀 （ direction valve） 换向阀是利用阀芯在阀体孔内作相对运动， 使油路接通或切断而改变油液流动方向的阀。 换向阀的应用十分广泛，种类也很多，可根 据其结构，操纵控制方式和通路分类。见下表。 第四章 液压阀 按阀的安装方式分类：螺纹式换向阀、板式换向阀、 法兰式换向阀 。 （1）油液流经阀时的压力损失要求； （2）互不相通的油口间的泄漏要小； （3）换向要平稳、迅速且可靠。 换向阀的“通”阀上主油路进、出油口的数目。 换向阀应满足： 换向阀的“位”阀芯在阀体内可能有的工作位置数； 第四章 液压阀 阀芯阀体 1. 两位两通（二位二通） P A 图形符号： 作用：控制油路的通与断 2. 二位三通 图形符号： 作用：控制液流方向 P A B 3. 三位四通 图形符号： 作用：换向、停止。 P A B O 4. 两位五通 图形符号： 作用：换向、两种回油方式。 P A B O1 O2 5. 三位五通 图形符号： 作用：换向、停止、回油不同。 PA B O1 O2 两种回油方式 工进：有背压运动平稳 退回：快速畅通 第四章 液压阀 换向转阀由于液压作用力不易平衡，换向时所 需操纵力较大，密封性较差，使用远比换向滑阀少 ；换向滑阀阀芯所受液压作用力易于平衡，换向操 纵力省，应用广泛，一般不加说明，均指滑阀换向 阀。 换向阀按控 制方式可分 电磁换向阀 液动换向阀 电液动换向阀 机动(行程)换向阀 手动换向阀 第四章 液压阀 1、电磁换向阀 solenoid-pilot direction valve 它是利用电磁铁吸力操纵阀芯换位的方向控制阀。 电磁换向阀上的电磁铁按所接电源不同分交流和直 流两种。交流电磁铁电源简单、使用方便、启动力大、 反应速度较快，但换向时间短(约0.010.07s )、换向冲 击大、噪声大、换向频率不能太高(约30次/min左右)， 而且当阀芯被卡住或由于电压低等原因吸合不上时， 电磁铁线圈易烧坏(起动电流大)、工作可靠性差； 第四章 液压阀 直流电磁铁在工作或过载情况下，其电流基本不 变，因此不会因阀芯被卡住而烧坏电磁铁线圈，工作 可靠，换向冲击、噪声小，换向时间长(约0.10.15s) ，换向频率允许较高(120次/min，最高可达240次/ min)，但需要直流电源或整流装置，并且起动力小， 反应速度较慢。 第四章 液压阀 实物 第四章 液压阀 图a)为二位三通电磁换向阀的结构简图 二位三通电磁换向阀 a) 第四章 液压阀 图形符号 b) 图b)为二位三通电磁换向阀的图形符号 电磁铁不通电时，阀芯在右端弹簧力的作用下处 于左端位置(常位)，油口P与A通，B不通；电磁铁得 电产生一个向右的电磁吸力，通过推杆推动阀芯右移 ，则阀左位工作，油口P与B通，A不通。 第四章 液压阀 图c)为三位四通电磁换向阀的结构简图 电磁换向阀 第四章 液压阀 图d)为三位四通电磁换向阀的图形符号 图形符号 d) 第四章 液压阀 三位五通电磁换向阀 AB p o1o2 图形符号 二位二通电磁换向阀(常通） 靠近弹簧表示常态下电磁阀工况 。 图形符号 AB p 第四章 液压阀 电磁换向阀由电气信号操纵，控制方便，在实现机 械自动化方面得到广泛应用，但由于受到磁铁吸力较 小的限制，其流量一般在63L/min以下，最大通流量 小于100L/min。 符号命名 型号 2 4 D 25 B 板式连接 表示流量为25L/min 二位 四通 交流电(E直流电、Y液控) A B p o 图形符号 2、滑阀的中位机能(又称滑阀机能) 中位机能根据不同的使用要求，使三位换向 阀处于中间位置时，其各油口间的各种不同连接方式 称“中位机能”或“滑阀机能” 。 见教材P87 表4-1 常用的有O、P、H、Y、M五种，必须掌握。 第四章 液压阀 机能 4通符号 5通符号 性能特点 O型 或 M型 H型 Y型 P型 各油口全封闭，油缸两腔闭锁，油泵 不卸荷，可用于多个换向阀并联工作， 利用中位油缸停止，能保压。 压力油P与A、B通，O封闭，油泵与 油缸两腔相通，可组成差动回路，中 位停止，泵不卸荷，差动油缸不能停 止，换向平稳 。 P口封闭，A、B、O三口相通，油缸 浮动，油泵不卸荷，缸在外力作用下 可移动，中位停止，可用于差动油缸 停止，因有泄漏换向不平稳。 四口全通，油缸浮动状态，在外力作 用下可移动，油泵卸荷，系统不能保 压，停止时有泄漏，换向不平稳 。 油口P与O相通，A与B均封闭，油缸 两腔闭锁不动，油泵卸荷，换向平稳， 适用于停止位置时，缸不动，可用于 差动油缸停止 。 不 中位机能细讲 O型 三位滑阀在中间位置工作时，油路的连通方式。 双向锁紧，系统保压。 第四章 液压阀 M型 双向锁紧，油泵卸荷。 H型 油缸浮动，泵卸荷。 P型 差动连接。 Y型 油缸浮动，系统保压。 对中位机能的选用应从执行元件的 换向平稳性要求，换向位置精度要求， 重新启动时能否允许有冲击、是否需要 浮动或差动、是否需要卸荷和保压等方 面加以考虑。 第四章 液压阀 3、液动换向阀 hydraulically operated direction control valve 液动换向阀的工作原理和电磁换向阀基本相同， 不同的是它是利用控制油路的液压油的作用力改变 阀芯位置的换向阀，此阀一般用于大流量回路。 液动换向阀有换向时间可调和换向时间不可调两种。 液动换向阀 换向时间可调液动阀 换向时间不可调液动阀 第四章 液压阀 液动 第四章 液压阀 如图4-8a)所示三位四通液动换向阀结构原理 图，当控制油口K1和K2均不通控制压力油时，阀 芯在复位弹簧的作用下处于中位，当K1通压力油， K2通油箱时，阀芯右移，使P与A通，B与T通；反 之，K2进压力油，K1接油箱时， 阀芯左移，使P与B通， A与T通。这种换向时间 不可调，一般用于流量 不大(25L/min)的场合。 （1）换向时间不可调的液动换向阀 第四章 液压阀 （2）换向时间可调的液动换向阀 换向时间可调，即阀芯的移动速度可调，从而 减少换向冲击及振动噪音。它是在(1)的基本上， 将控制油路上装一可调节的阻尼器，即由一个单向 阀和一个节流阀并联而成的阻尼器装在控制油路和 阀的控制腔之间，只要改变阻尼器节流口的开口大 小，就可以控制两个方向的换向时间，以减小换向 冲击。 液动换向阀动画 第四章 液压阀 如图所示，当右边控制油路进压力油时，压力油 顶开右侧单向阀(右节流孔不起节流作用)进入滑阀右 端，推动滑阀向右移动，而左控制腔中的油则经左节 流孔回油，孔的开口量越小，回油时间越长，滑阀换 向速度越慢。 当滑阀运动到左端位置时，完成主油路换向。反 之，当从控制油路左边进压力油时，则右边的节 流阀起作用，控制滑阀换向速度，若两个控制腔 油压相等(或等于零)，则滑阀在弹簧力的作用下 保持在中间位置。 我国的液动阀控制压力不小于0.35MPa， (使用条件)即(3.5kgf/2), 由于此阀换向时间可调， 换向冲击小，一般用于较大流量(63L/min)的场合 。 第四章 液压阀 4、电液动换向阀 solenoid- controlled pilot operated directional valve 电液动换向阀又称电液换向阀，它由电磁换向 阀与换向时间可调的液动阀组成。其中电磁换向阀称 先导阀，改变液动阀的控制油路的方向(虚线位控制 油路)，而液动阀实现主油路的换向，称为主阀。换 向的速度由控制油路中的单向节流阀调节。 第四章 液压阀 实物 如图所示，当电磁铁不得电时，三位四通电磁阀 处于中位，液动主阀芯两端油腔同时通回油箱，阀芯 在两端对中弹簧的作用下也处于中位，若电磁铁右端 得电处于右位工作时，压力油P将经过先导阀右位至 油口B，在经单向阀I1 进入液动主阀芯的右端，而左 端右腔则经阻尼(节流)R2电磁先导阀油口A回油箱, 于是液动主阀芯向左移，阀右位工作，主油路的P与 B 通，A 与T 通。反之，电磁铁左端得电，液动主阀 则在左位工作，主油路P与A 通，B与T 通。 第四章 液压阀 （1）性能特点： a.可实现换向缓冲；(换向时间可调) b.能用较小的电磁阀控制较大流量的液动阀； （2）使用条件(注意事项) a、当液动阀为弹簧对中型时(一般都为此)，电磁阀 的中位必须是Y型的机能，即油口A、B、 T互通，以保证液动阀的左、右两端油室通回 油箱，否则，液动阀无法回到中位； 第四章 液压阀 b、控制压力油P可以采取从主油路的P口(内控 方式)供油，也可另设独立油源(外控)供油，当 采用内控而主油路又需要卸荷时，必须在主阀 的P口安一预压阀(如具有硬弹簧的单向阀，开 启压力为0.4MPa)，以保证最低控制压力，即 在主油路卸荷状态下仍有一定的控制油压，足 以操纵主阀芯换向。采用外控时，独立油源的 流量不得小于主阀最大通油量的15%，以保证 换向时间要求； 第四章 液压阀 c、电磁换向阀的回油口T可以单独引回油箱(外回 或外排)，也可以在阀体内与主阀回油口T 沟通， 一起回油箱(内回或内排)。 d、液动阀的两端控制油路上的节流阀，用以控制进 入主阀两端的流量，从而调节主阀的换向速度。 一般情况下很少单独选用液动换向阀进行换向， 液动阀与电磁换向阀组合的应用情况很多，特别是 大流量的回路。 第四章 液压阀 图5-11 预压阀的作用 图51 1 所示为M 型中位机能的内控外回式 电液换向阀，在进油口P 的单向阀f 为与预压阀 ，当主油路卸荷时，控制油路仍有油压，以控制 主阀芯换向，一般压力为0.4MPa。 第四章 液压阀 5机动(行程)换向阀和手动换向阀 又称行程换向阀，它是依靠安装在执行元件上的 行程挡块推动阀芯实现换向的。 （1）机动换向阀(行程阀) mechanical limit valve 如图5-10a) 所示是二位二通阀的结构， 它由阀体3、阀芯2、滚轮1、弹簧 4 等组成。 第四章 液压阀 图5-10二位二通换向阀 1滚轮 2阀芯 3阀体 挡块 4弹簧 进油口P 出油口A 机动换向阀(行程)要放在操纵件旁，即通常安装 在油缸附近，它结构简单，换向位置精度高。 机动(行程)换向阀基本都是二位的，除有二位 二通的，还有二位三通、二位四通等型式。 在图示位置上，阀芯在弹簧4的推力作用下， 处在最上端位置，把进油口P与出油口A切断。当行 程挡块将滚轮压力时，P、A口接通。当行程挡块脱 开滚轮时，阀芯在其底部弹簧的作用下又恢复初始 位置，改变挡块斜面角 ，便可改变阀芯移动的速 度，所以可调节换向时间。 机动 两位两通机动换向阀 挡块操纵，弹簧复位。 应用：行程控制的场合。（又叫行程阀） 两位两通 常开 常闭 靠弹簧的方格表示常态 第四章 液压阀 用行程阀速度换接 第四章 液压阀 （2）手动换向阀 manual-operated directional valve 手动换向阀是手动杆操纵阀芯换位的方向阀， 一般有二位二通、二位四通和三位四通等多种型式。 按换向定位方式的不同分，弹簧钢球定位式a) 和弹簧自动复位式b)两种。 图形符号： a)弹簧钢球定位式 b)弹簧自动复位式 作用：移动阀芯并使其保持在工作位置上。 a.手柄控制，弹簧复位。 1.手动 b.手柄控制，钢球定位。 应用：小流量，需徒手操作的场合。 三位四通手动换向阀 第四章 液压阀 结构图 第四章 液压阀 手动换向阀结构简单，动作可靠，操作比较安全 ，常用在动作频繁、工作持续时间短的场合，（有 间歇动作且要求人工控制的场合）。 使用注意：定位装置或弹簧腔的泄漏油需单独用油 管接回油箱，否则漏油积聚会产生阻力，导致不能 换向，甚至造成事故。 换向阀的性能自阅 教材P89（四） 以上讲述的是换向滑阀，还有转阀，可参考有关书籍。 第四章 液压阀 思 考 题 1、方向控制阀的作用是什么？ 2、何谓换向阀的“位”？ 3、何谓换向阀的“通”？ 4、什么是换向阀的“滑阀机能”？ 5、常用的“滑阀机能”有哪几种？ 第四章 液压阀 4-4 流量控制阀 flow control valve 液压系统中执行元件运动速度的大小，由输 入执行元件的流量的大小来确定。 对于油缸 面积A一定，改变流量q ，可调节执行元件的速度v； 对于马达 排量V一定，改变流量q，可改变其转速n。 第四章 液压阀 流量控制阀(flow control valve)是依靠改变阀 口过流面积(节流口局部阻力)的大小或通流通道的 长短来控制流量的液压阀。普通的流量阀包括节流 阀、调速阀、溢流节流阀和分流集流阀，在此主要 讲节流阀、调速阀。 流量阀 节流阀 resilient valve 调速阀 sped control valve 第四章 液压阀 一、流量控制原理及节流口形式 1、流量控制原理 由流体力学知识可知，流经阀口的流量可 用方程表示，即 （4-14） 式中 KL节流系数，与节流口形状、液体流态、 油的性质有关； A孔口或缝隙的过流面积(节流口的过流面积)； P节流口前后压力差； 第四章 液压阀 m与节流口形状有关的指数，0.5m1； 由此可见，通过节流阀口的流量与其前后压力差 P，节流口的过流面积A，以及节流口的形状、油 液性质、液体流态等有关，通常KL的影响比较小， 一般可视为常数。 第四章 液压阀 2、节流口形式 节流口的形式通常有3种： 即薄壁小孔，细长小孔和厚壁小孔， 细长小孔，其指数m=1； 薄壁小孔，其指数m=0.5； 厚壁小孔m在0.51.0之间， 但无论节流口采用何种 形式，通过的流量均用 公式， p q m=1 0.5pmin，这称为调速阀的使用 特性，若不满足此条件，减压阀不起压力补偿作用 ，则调速阀为节流阀，无法保证流量稳定。 为了保证定差减压阀起压力补偿作用，调速 阀的进出口压差应大于由弹簧力所确定的最小 压差pmin 第四章 液压阀 特性曲线见前图所示，其调整过程为： 所以调速阀通过的流量保持稳定。 负载R增大 p3增大 减压阀阀芯下移 阀口x 增大 结果在新的位置平衡，p2增大， p2 - p3保持不变； 反之负载R减小 p3减小 减压阀阀芯上移 阀口x 减小 p2减小，结果在新的位置平衡， p2 - p3保持不变。 3、调速阀的应用 调速阀与节流阀相似，即与定量泵、溢流阀配合 ，组成节流调速回路；与变量泵配合，组成容积节 流调速回路。 与节流阀不同的是，调速阀应用于速度稳定性要 求较高的液压系统中。 （其它型式的调速阀自阅） 第四章 液压阀 例题讲解： 例题1 如图所示的是定位 夹紧系统，试回答： 1、2、3、4、5、6、 7 、8表示什么液压元件， 阀1、2、3、4各起何作用 ？ 说明该系统的工作过程 。 如果定位压力为 10105Pa，夹紧缸无杆腔 面积A=1002，夹紧力为 3104N时，1、2、3、4各 元件的调整压力为多少？ 5 10 8 6 4 3 97 1 2 DT 1内控外泄顺序阀，起到使定位缸7先动作， 夹紧缸9后动作的作用， 2外控内泄顺序阀作卸荷阀，起使8泵卸荷的作用， 3 压力继电器，当系统压力达到夹紧的压力时发 信号，让系统中电磁阀动作， 4 直动式溢流阀，当夹紧后起溢流定压的作用， 5 二位五通电磁换向阀， 6 单向阀， 7 双作用单杠液压缸， 8 定量液压泵。 解： 系统的工作程序是 定位夹紧拔销松开。 具体的动作为DT（+），阀5左位工作，双泵供油， 定位缸7运动进行定位。此时系统压力小于顺序阀1 的调整压力，使夹紧油路不通。当定位完成后，系 统压力升高到顺序阀1的调定值时，夹紧缸9运动， 当夹紧后的压力达到所需要的夹紧力时，卸荷阀2使 8泵(大泵)卸荷，此时小泵10供油补