液压传动课件PPT教程-第五章 液压控制阀.ppt

第五章 液压控制阀,5.1 阀的作用和分类,一、作用 控制液流的方向、压力和流量。 二、分类 按用途：压力阀、流量阀、方向阀 按连接方式：管式、 板式、法兰式、叠加式等 按操纵方式：手动、机动、电动、液动和电液动,5.2 压力控制阀,一、压力控制阀分类,溢流阀 减压阀 顺序阀 平衡阀 滑阀 球阀 锥阀,直动式 先导式,按用途,按阀芯结构,按工作原理,二、溢流阀,(1)作用：防止系统过载，保持系统压力恒定。 (2)、工作原理,职能符号：,工作原理：pA Fs ,溢流。 Fs 弹簧力,1.直动式溢流阀,实物图,结构图,结构组成 它由先导阀和主阀组成。先导阀实际上是一个小流量直动型溢流阀，其阀芯为锥阀。主阀芯上有一阻尼孔，且上腔作用面积略大于下腔作用面积，其弹簧只在阀口关闭时起复位作用。,N为主阀芯上合力（向下为正） A为上腔有效作用面积,液流不动时,先导型溢流阀工作原理要点,先导阀和主阀阀芯分别处于受力平衡，其阀口都满足压力流量方程。阀的进口压力由两次比较得到，压力值主要由先导阀调压弹簧的预压缩量确定，主阀弹簧起复位作用。 通过先导阀的流量很小，是主阀额定流量的1，因此其尺寸很小，即使是高压阀，其弹簧刚度也不大。这样一来阀的调节性能有很大改善。 主阀芯开启是利用液流流经阻力孔形成的压力差。阻力孔一般为细长孔，孔径很小=0.81.2mm，孔长l = 812mm，因此工作时易堵塞，一旦堵塞则导致主阀口常开无法调压。 先导阀前腔有一控制口，用于卸荷和遥控。,先导式溢流阀遥控口作用,阻尼孔、压差p,远程控制口K : 实现远程调压。 K口打开，p 由控制油压决定； K口堵上，p 由先导阀ps 决定。,先导型溢流阀遥控口接法,先导阀前腔有一遥控口，在该控制口接远程调压阀可实现远控，接电磁阀通回油箱可实现卸载。,先导阀实物,()压力调节范围： 压力调节范围是指调压弹簧在规定的范围内调节时，系统压力能平稳地 上升或下降，且压力无突跳及迟滞现象时的最大和最小调定压力。,一.静态性能,3、溢流阀的性能,()卸荷压力： 当溢流阀的远程控制口K与油箱相连时，额定流量下的压力损失称为卸荷压力。,()启闭特性： 启闭特性是指溢流阀在稳态情况下从开启到闭合的过程中，被控压力与通过溢流阀的溢流量之间的关系。它是衡量溢流阀定压精度的一个重要指标，一般用溢流阀处于额定流量、调定压力ps时，开始溢流的开启压力pK及停止溢流的闭合压力pB分别与ps的百分比来衡量 。,()启闭特性： 开启比pK ：开始溢流的开启压力pK与ps的百分比。 闭合比pB ：停止溢流的闭合压力pB与ps的百分比。,溢流阀的启闭特性曲线,显然上述两个百分比越大，则两者越接近，溢流阀的启闭特性就越好。一般开启比大于90%，闭合比大于85%。,-,-,-,-,当溢流阀在溢流量发生由零至额定流量的阶跃变化时，它的进口压力， 也就是它所控制的系统压力，将如图所示的那样迅速升高并超过额定 压力的调定值，然后逐步衰减到最终稳定压力，从而完成其动态过渡 过程。定义最高瞬时压力峰值与额定压力调定值Ps的差值为压力超调 量p，则压力超调率p为：,二.动态性能,t1称之为响应时间；t2称之为过渡过程时间。显然，t1越小，溢流阀的响应越快；t2越小，溢流阀的动态过渡过程时间越短。,压力超调率是衡量溢流阀动态定压误差的一个性能指标,-,4、应用,(1).作安全阀（常闭） 作用：防止系统过载。,（2）作溢流阀（常开）,作用：保持系统压力恒定,（3）卸荷或远程调压,卸荷,远程调压,(4）作背压阀,放在系统回油路上,1、减压阀,(2)特点：出口压力控制阀芯动作， 有单独泄油口 (3)工作原理：节流口产生压降p p2 = p1 -p ， p1一定，p ， p2。 p1 ps ,减压、稳压。,(1)作用：减低系统压力，并有稳压作用。,三、其他压力控制阀,(4) 稳压原理,职能符号：, p2 阀芯上移阀口减小 p ， p2= p1 -p ， p1一定，p ， p2； p2 阀芯下移阀口开大 p ， p， p2= ps 。,直动式减压阀,减压阀类型除上述定值减压阀外，还有定差减压阀及定比减低阀。,(4) 稳压原理,职能符号：,先导式减压阀 实物结构图,(5) 应用,使夹紧缸获得稳定的低压。,2、顺序阀,作用：控制多个执行元件动作顺序。 (1) 内控顺序阀,结构：出油口接二次油路，有单独泄油口。 工作原理：p ps ,接通。 特点：内部控制， 外部泄油。,应用,控制液压缸动作顺序,内控外泄顺序阀用于多个执行元件顺序动作。其进口压力先要达到阀的调定压力，而出口压力取决于负载。,(2) 外控顺序阀,结构：控制油口。 工作原理：pK ps ,进出口接通。 特点：外部控制， 外部泄油。,顺序阀的四种结构形式及其图形符号,通过改变上盖或底盖的装配位置可得到内控外泄、内控内泄、外控外泄、外控内泄四种结构类型。,基本原理,控制油液,出油口,作用,符号,溢流阀,减压阀,顺序阀,利用弹簧力与油液压力产生的作用力相平衡,进油口,出油口,进油口或远控口,接油箱,接下一级回路,泄流、调压、卸荷、安全,顺序动作、卸荷（液控）,降低油路压力,三种阀的性能比较与选用,接下一级回路,3、平衡阀,与顺序阀区别：没有单独的泄油口，弹簧较硬。,职能符号：,(1) 内控平衡阀 特点：内部控制， 内部泄油。,作用：放在执行元件的回油路上，平衡重物。,应用,平衡重物,(2) 外控平衡阀,职能符号：,特点：外部控制， 内部泄油。,应用,平衡重物， 限制重物下落速度。,压力阀小结,作用：控制液压系统中的压力。 共性：利用液压力和弹簧力比较，控制阀口的 开与关；或控制开口大小。 溢流阀：控制进口压力 减压阀：控制出口压力 顺序阀：控制阀口通与不通，进而控制执行元件 的动作顺序。 平衡阀：装在执行元件的回油路上，平衡重物。 要求：掌握前三种阀的工作原理及应用场合。,流量控制阀是通过改变阀口大小来改变液阻实现流量调节的阀。 普通流量控制阀包括节流阀、调速阀、溢流节流阀和分流集流阀。,节流阀,调速阀,5.3 流量控制阀,作用：控制流量，调节执行元件的运动速度。,一、 普通节流阀 1.结构 轴向三角槽,职能符号：,典型节流口的结构形式,(a)针阀式节流口 通道长,易堵,流量受油温影响大 (b)偏心槽式节流口 阀芯径向力不平衡,旋转较费力 (c)轴向三角槽式节流口 结构简单,水力直径中等,可得到较 小的稳定流量,且调节范围较大， 广泛应用。 (d)周向缝隙式节流口 通道短,水力直径大,不易堵塞,油温 变化对流量影响小,性能接近于薄 壁小孔,适用于低压小流量场合 (e)轴向缝隙式节流口 性能与(d)所示节流口相似。,2.主要结构形式,薄壁孔,细长孔,Cd 流量系数 A 节流口通流截面积 p 节流口前后压差 m 压差指数 K 节流系数,q A ，p=c，A ，q。,3. 流量特性,4. 刚度,刚度 外负载波动引起阀前后压力差p 变化，即使阀的开口面积A 不变，也会导致流经阀的流量q 不稳定。 定义：阀的开口面积A 一定 T = dp/dq T = p1-m/ (KAm ) T 越大，节流阀的性能越好。,q,P,5.影响流量稳定因素,（1） 压差对流量稳定性的影响,A 一定时 ，q变。,即当F变时， p变，q变。,pA一定，当F变时，pB变。,同样p下，对薄壁孔（m=0.5)的流量影响小。,（2）温度对流量稳定性的影响,（3） 节流口的阻塞 阻塞现象： 当p一定,A 较小时流量时大时小甚至断流 措施：加大水利半径、选择稳定性好的油液、精心过滤。 薄壁孔不易附着、阻塞。,结论：薄壁式节流口流量特性好。,T变，变，q变。 薄壁孔(紊流状态）不受温度变化影响。,6. 节流阀的应用,p 一定时，改变A 可改变流经阀的流量起节流调速作用，如阀3。 q一定时，改变A 可改变阀前后压力差p起负载阻尼作用，如阀1。 q0 时，安装节流元件可延缓压力突变的影响起压力缓冲作用，如阀2。,普通节流阀由于刚性差，在节流开口一定的条件下通过它的工作流量受工 作负载（亦即其出口压力）变化的影响，不能保持执行元件运动速度的稳 定，因此只适用于工作负载变化不大和速度稳定性要求不高的场合，由于 工作负载的变化很难避免，为了改善调速系统的性能，通常是对节流阀进 行补偿，即采取措施使节流阀前后压力差在负载变化时始终保持不变。,二、调速阀,由式q=KApm，可得：,p 基本不变时，通过节流阀的流量只由其开口量大小来决定，使p基本保持不变的方式有两种：,一种是将定压差式减压阀与节流阀串联起来构成调速阀；另一种是将稳压 溢流阀与节流阀并联起来构成溢流节流阀。这两种阀是利用流量的变化所 引起的油路压力的变化，通过阀芯的负反馈动作来自动调节节流部分的压 力差，使其保持恒定。,1.组成：节流阀差压式减压阀 2. 工作原理 p1一定，p2阀芯下移 xR pR pm，pT = pm- p2 =C ; p2阀芯上移 xR pR , pm ，pT = pm- p2 =C。,节流阀：F变， p变， q变。 调速阀： F变， pT不变， q不受负载变化的影响。,3. 流量特性,应用：负载变化，运动平稳性要求高的调速系统。,p阀的进出口压差 节流阀：p=pT = p1 p2 调速阀：p= pT+pR 当F 变化时，调速阀进出口压 差pR ，不变的是 pT 。,要求：调速阀正常工作p 0.40.5MPa （ p 0.4MPa时减压阀不起作用，和普通节流阀一样）,职能符号：,简化符号,三、旁通型调速阀,这种阀由压差式溢流阀和节流阀并联而成。它也能保持节流阀前后压差基本不变。从而使通过节流阀的流量基本不受负载变化的影响。下图是它的工作原理图。 液压泵输出的油液的压力为P1，进入阀后，一部 分油液经节流 阀而进入执行 元件，另一部 分油液经溢流 阀的溢流口h 回油箱。,同步阀根据用途不同，可分为集流阀、分集流阀和分流阀。分流阀能将压力油按一定流量比率分配给两个液压缸和液压马达，而不管它们的载荷怎样变化。集流阀则将压力不同的两个分支管路的流量按一定的比率汇集起来。分流集流阀兼有分流阀和集流阀机能。同步阀根据流量比率不同，又可分为等量式和比例式两种。等量式同步阀目前应用较多，它用以将液压泵的流量一分为二，或者使两个液压缸或马达排出的流量相等，从而实现两个液压缸或马达运动速度的同步。,四、同步阀,如图所示的液压系统，两个一样大小的液压缸，由一个泵供油，共同顶升重物。由于重物的位置不在中间，使两个缸受力不相等。在这种情况下，要求两液压缸同速运行，就需要应用同步阀。图中中间机构是分流集流阀。,分流阀结构原理：它由两个固定节流孔1、2、阀体、阀芯和两个对中弹簧等组成。阀芯两端台肩与阀体沉割槽组成两个可变节流口3、4。固定节流孔起检测流量的作用，可变节流口起压力补偿作用，其过流面积通过压力p1和p2 的反馈作用进行控制。无论负载压力p3、p4如何变化，都能保证q1q2,五、节流阀计算实例,液压泵流量为qB=10L/min，液压缸无杆腔与有杆腔面积分别为A150cm2，A2=25cm2，溢流阀调定压力Py2.4MPa，通过节流阀的流量 设C 0.62，=900kg/m3。分别计算各回路中活塞运动速度和液压泵工作压力。,活塞杆速度及泵工作压力分别为：,节流阀进出口压差为：,活塞杆速度,节流阀进出口压差为：,活塞所需流量,活塞运动时溢流阀处于稳定溢流状态,溢流阀关闭作安全阀用,活塞杆速度,节流阀进出口压差为：,活塞所需流量,节流口太大不起作用,节流阀实际流量,5.4 方向控制阀,一、作用 控制液流方向，从而改变执行元件的运动方向。 二、分类 单向阀(普通单向阀、液控单向阀） 换向阀,三、单向阀,1. 普通单向阀 结构：阀体、阀芯、弹簧等,作用：只许油液单向流动，反向不通。 要求：正向流动阻力小，反向不通，密封好。 开启压力：0.030.05 MPa 背压阀：(单向阀的变形) 弹簧较硬 开启压力：0.20.6 MPa 背压：执行元件回油腔的压力。,职能符号：,应用,锁紧油缸，避免向油泵倒灌。 平衡重物,2. 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。,应用,锁紧油缸，避免倒灌。 控制重物下放速度。,液压锁,四、 换向阀,作用：改变油流方向,组成,主体(阀体、阀芯）,操纵定位装置,分类,滑阀,转阀,1、滑阀主体部分,a. 两位两通,职能符号：,作用：控制油路的通与断,b. 两位三通,职能符号：,作用：控制液流方向,c. 两位四通,职能符号：,作用：控制执行元件换向,P 压力油口 O 回油口 A、B 分别接执行元件的两腔,d. 三位四通,职能符号：,作用：换向、停止。,e. 两位五通,职能符号：,作用：换向、两种回油方式。,f. 三位五通,职能符号：,作用：换向、停止、回油不同。,两种回油方式,工进：有背压运动平稳 退回：快速畅通,（2）操纵定位装置,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。, 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,结构图, 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,用行程阀速度换接,（2） 电磁换向阀,两位三通电磁换向