压力方向流量控制阀ppt课件

第四章液压控制阀Hydrauliccontrolvalve,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,1,2,压力控制阀,实物,3,实物,4,DBD型直动式溢流阀,5,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；,6,43方向控制阀directionalcontrolvalve,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。,7,一、单向阀(checkvalve),1、普通单向阀(单向阀)checkvalve,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。,8,普通单向阀结构：阀体、阀芯、弹簧等,普通单向阀动画,9,10,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。,11,12,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0.20.6MPa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。,13,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hydraulicallyoperatedcheckvalve,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。,14,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。,液控单向阀动画,15,16,17,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,18,将两个液控单向阀组成液压锁lockvalve(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。,19,20,21,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。,22,液压锁密封好、锁紧精度高。,利用液控单向阀锁紧,23,二、换向阀（directionvalve）,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。,24,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。,25,（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；,26,27,28,29,30,31,1.两位两通（二位二通）,图形符号：,作用：控制油路的通与断,32,2.二位三通,图形符号：,作用：控制液流方向,33,3.三位四通,图形符号：,作用：换向、停止。,34,4.两位五通,图形符号：,作用：换向、两种回油方式。,35,5.三位五通,图形符号：,作用：换向、停止、回油不同。,36,两种回油方式,工进：有背压运动平稳退回：快速畅通,37,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。,38,1、电磁换向阀solenoid-pilotdirectionvalve,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；,39,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。,40,实物,41,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),42,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。,43,图c)为三位四通电磁换向阀的结构简图,44,电磁换向阀,45,图d)为三位四通电磁换向阀的图形符号,46,47,48,49,50,三位五通电磁换向阀,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。,51,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。,52,2、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。,53,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。,54,不,55,56,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。,57,M型,双向锁紧，油泵卸荷。,58,H型,油缸浮动，泵卸荷。,59,P型,差动连接。,60,Y型,油缸浮动，系统保压。,61,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。,62,3、液动换向阀hydraulicallyoperateddirectioncontrolvalve,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。,63,64,液动,65,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,66,（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,67,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。,68,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。,69,4、电液动换向阀solenoid-controlledpilotoperateddirectionalvalve,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。,70,实物,71,72,73,74,75,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。,76,（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；,77,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；,78,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。,79,图5-11预压阀的作用,80,图511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。,81,5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)mechanicallimitvalve,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。,82,83,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。,84,机动,85,两位两通机动换向阀,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,86,用行程阀速度换接,87,（2）手动换向阀manual-operateddirectionalvalve,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：,88,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,89,结构图,90,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。,91,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？,92,4-4流量控制阀flowcontrolvalve,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。,93,流量控制阀(flowcontrolvalve)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。,94,一、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；,95,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。,96,2、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，,（4-14）,三种节流口的流量特性曲线如图。,97,当压差P变化时，三种节流口中，通过薄壁小孔的流量受到压差的改变的影响最小；至于温度对流量的影响，油温影响油液的粘度，对于细长孔，油温变化，流量也会随之改变，而对于薄壁小孔，粘度对流量的影响很小，流量基本不变。所以节流口形式以薄壁小孔较为理想，而轴向三角槽式节流口，其结构简单，水力直径中等，可得到较小的稳定流量，且调节范围大，目前被广泛应用。,98,液压系统对流量阀的主要要求有：,较大的流量调节范围，且流量调节要均匀；,当阀前、后压力差变化时，通过阀的流量变化要小，以保证负载运动的稳定；,油温变化对阀通过的流量影响要小；,液流通过全开阀时的压力损失要小；,当阀口关闭时，阀的泄漏要小。,99,二、节流阀resilientvalve,节流阀是一个最简单又最基本的流量控制阀，主要由阀芯3、阀体2、螺母1组成。阀芯的一端开有轴向三角夹槽，三角夹槽数通常为24个（n2）；调节手轮，进、出油口之间过流面积变化，即可调节流量。,1、节流阀的图形符号,100,普通节流阀结构：轴向三角槽,101,102,103,104,105,106,2、节流阀的流量特性,节流阀的流量特性公式为：,其特性曲线为下图1线。,107,3、影响流量稳定的因素,人们希望节流阀阀口面积A一经调定，通过的流量q即不变化，以使执行元件速度稳定，但实际上不可能，主要原因有二点：,负载变化的影响液压系统负载常非定值，负载变化后执行元件工作压力随之变化，与执行元件相连的节流阀前后压差p即发生变化，流量也随之变化，薄壁小孔m=0.5最小，所以负载变化对其流量的影响也最小；,温度变化的影响油温变化引起油的粘度变化，公式中的KL就会发生变化，也使流量变化，节流孔越长，影响越大，薄壁小孔长度短，对温度的变化最不敏感。,108,4、节流阀的阻塞现象和最小稳定流量,实验表明，在压差、油温和粘度等因素不变的情况下，当节流阀开度很小时，流量会出现不稳定，脉动甚至断流，这种称阻塞现象，产生阻塞的主要原因是：节流口处高速液流产生局部高温，致使油液氧化生成胶质沉淀，这些生成物和油中原有杂质结合，在节流口表面形成附着层，堵死节流口则出现断流。,109,阻塞现象造成系统执行元件速度不均，所以节流阀有一个能正常工作最小流量，即能使节流阀不产生阻塞的最小流量，称最小稳定流量。轴向三角槽式节流口的最小稳定流量为：3050mL/min（30503/min）,在实际应用中，防止节流阀阻塞的措施是：,A、油液要精密过滤，实践证明，510m的过滤精度能显著改善阻塞现象，为除去铁质污染，采用带磁性的过滤器效果更好；,110,B、节流阀两端压差要适当，压差大，节流口能量损失大，温度高；对同等流量，压差大对应的过流面积小，易引起阻塞；设计时一般压差p=（0.150.4）MPa，有的书上（0.20.3MPa）。,5、节流阀的应用,（1）起节流调速作用,（2）起负载阻尼作用,（3）起压力缓冲作用,111,（1）起节流调速作用,节流阀用在定量泵的液压系统中与溢流阀一起组成节流调速回路，若执行元件的负载不变，则节流阀前后压差一定，调节节流阀的开口面积，可调节流经阀的流量，从而调节执行元件运动速度。（这是节流阀的主要作用，在回路中细讲）,112,（2）起负载阻尼作用,对某些液压系统，流量一定，改变节流阀的开口面积导致前后压差改变，此时，节流阀起负载阻尼作用，称之液阻，一般多用于液压元件的内部控制。前面讲过的电液动换向阀就是一例子。,（3）起压力缓冲作用,在液流压力容易发生突变的地方安装节流元件可延缓压力突变的影响，起保护作用，最典型的例子是压力表前的阻尼可调式压力表开关。,113,三、调速阀spedcontrolvalve,调速阀由节流阀与差定减压阀串联组成。,由于节流阀刚性差，通过阀口的流量因起前后压力差变化而波动，所以仅适用于执行元件工作负载不大且对速度稳定性要求不高的场合，而调速阀由节流阀与定差减压阀串联组成，节流阀用来调节通过的流量，定差减压阀则自动补偿负载变化的影响，使其节流阀的前后压差当负载变化时也为定值，故解决了负载变化的执行元件的速度稳定性问题。,114,115,1、工作原理,调速阀的工作原理图,调速阀工作原理动画,116,组成：节流阀定差减压阀工作原理p1一定，p2阀芯下移xRpRpm，pT=pm-p2=C;p2阀芯上移xRpR,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。,117,118,119,120,121,122,压力油p1进入调速阀后，先经定差减压阀的阀口x(压力由p1减至p2)，然后经过节流阀阀口y流出，出口压力为p3，节流阀的进口压力p2(减压阀的出口压力)，节流阀的出口压力为p3(调速阀的出口压力)经过阀体上的流道作用到减压阀上腔(阀芯弹簧端)，当减压阀的阀芯在弹簧力Ft、油液压力p2和p3作用下，处于某一平衡位置时，则有,一般FS液动力很小可略去。,P94（4-6）,123,调速阀的出口压力p3随负载变化而变化(由负载决定)。,式中A定差减压阀阀芯的作用面积，Ft弹簧力。,124,当负载增大时，p3增大，p3反馈到减压阀弹簧端(上腔)，阀口x增大，使压力为p1的入口油压少减一些，所以p2增加，即p3增加，使得p2也增加，而差值(p2-p3)不变，反之亦然，所以定差减压阀起压力补偿作用，保证节流阀前后压差(p2-p3)不受负载的变化而变化，于是调速阀的流量不变，故液压缸的速度稳定。,125,126,2、调速阀的特性,调速阀前后压差p=(p2-p3)与其流量的关系如图：,127,对于中低压调速阀pmin=0.5MPa；,对于高压调速阀pmin=1MPa；,即p=（p2-p3）pmin，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,128,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。,129,3、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）,130,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？,131,1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