压力控制阀优秀.ppt

1 溢流阀减压阀顺序阀压力继电器调压与减压回路 本章的重点是溢流阀的工作原理和性能 减压阀的工作原理以及调压回路 溢流阀 减压阀和顺序阀的主要区别 其中先导式溢流阀的工作原理尤为重要 本节主要内容为 第五章液压控制调节元件 5 3压力控制阀 2 压力控制阀简称压力阀 压力阀包括 1 用来控制液压系统压力的阀类 2 利用压力变化作为信号来控制其它元件动作的阀类 压力控制阀 按工作原理 直动式 先导式 按功能用途 溢流阀 顺序阀 减压阀 压力继电器 在液压系统中 用来调节液体压力的阀通称为压力控制阀 这类阀的共同点主要是利用作用在阀芯上的油液压力和弹簧力相平衡的原理来工作的 按阀芯结构 滑阀 球阀 锥阀 3 1 推杆 2 调节螺母 3 弹簧 4 锁紧螺母 5 阀盖 6 阀体 7 阀芯 8 螺塞 5 3 1 1直动型溢流阀 滑阀式直动溢流阀结构图如右图 初始状态 阀芯在弹簧力的作用下处于最下端位置 进出油口隔断 进口油液经径向孔 轴向小孔a作用在阀芯7的锥形底面上 条件分析 当阀芯底部的压力小于弹簧调定压力 阀芯不动 进出油口不通 溢流阀不工作 当阀的进口压力升高 使得阀芯7锥形底面的油液压力大于弹簧调定压力 阀芯上移 进出油口相通 溢流阀工作 L 调节螺母 4 溢流阀的开启压力为pk 即pk A KX0或pk KX0 A当阀芯处于某一位置时 阀芯的受力平衡为 p A K X0 x p KX0 A式中 X0为弹簧的预压缩量 x为弹簧附加压缩量 也是阀芯开启位移或阀口的开度 由上式可知 当阀芯处于不同位置时 溢流压力是变化的 然而由于弹簧的附加压缩量x相对于预压缩量x0来说是较小的 所以可认为溢流压力P基本保持恒定 即p保持为KX0 A 这就是溢流阀起定压溢流作用的工作原理 若忽略压力损失 p就是溢流阀的进口压力 阀芯上移 阀口打开 P O口接通 系统中的部分油液便通过阀口 视为节流口 经排油口O流回油箱 使系统压力不在升高 当溢流量 液压泵出口的流量经溢流阀回油箱的流量 相对于进入系统中的液体流量过大而使压力降低时 弹簧便驱动阀芯下移 减小阀口的开度 降低溢流量 以提升压力 如此反复 使溢流量与进入系统的油液增加量基本恒定 进口压力也就基本保持恒定了 说明 调节螺母 5 回油口O与泄漏油流经的弹簧腔相通 L口堵塞 称为内泄 内泄时回油口的背压将作用在阀芯上端面 这时与弹簧力相平衡的将是进出油口的压差 若将泄漏油腔与O口连通的通道堵塞 将L口打开 直接将泄漏油引回油箱 这种连接方式称为外泄 直动式溢流阀是利用阀芯上端的弹簧力直接与下端面的液压力相平衡来控制溢流压力的 一般直动式阀只做成低压 流量不大的溢流阀 开设泄油通道是必要的 否则阀芯弹簧腔内充满油液后 阀芯不能自由移动 溢流阀也就不能正常工作了 L 调节螺母 6 压力控制阀的图形符号中 用一个方框表示阀体 方框内的箭头表示阀体内的阀芯 方框两端与箭头平行方向的两根直线线段表示油液的管路 在箭头方向后面的表示进油管路 在箭头方向前面的表示出油管路 方框另外两端面上表示阀芯控制动作的动力源形式 其中虚线表示液压控制的控制油管路 弹簧按常用示意图的画法表示 压力控制阀的图形符号 压力阀是通过控制油液压力与弹簧力相平衡的原理工作的 当没有压力或压力较低时 油液不足以克服弹簧力 不能将阀芯推动 因而进出口不能接通 这就是所谓的常闭式 反之 为常开式 7 先导式溢流阀由主阀和先导阀两部分组成 先导阀的结构原理与直动式溢流阀相同 但一般采用锥形坐阀式结构 主阀可分为 滑阀式 一级同心 结构 二级同心结构和三级同心结构 下图为三级 或三节 同心溢流阀的工作原理图 5 3 1 2先导型溢流阀 因其主阀与锥阀部分直径保持同心而得名 对于三级来讲就是主阀芯与阀盖 主阀芯与阀体 主阀芯与主阀座等三处有同心配合要求 阀口处同芯 活塞处同芯 导向处同芯 8 5 3 1 2先导型溢流阀 出油口P2 进油口P1 主阀芯 主阀口 导阀芯 调压手柄 调压弹簧9 主阀弹簧 遥控口K通先导阀的右腔 通主阀的上腔 9 一 先导式溢流阀的工作原理 油液从P口进入 充满主阀芯的下腔 并作用与主阀芯的 油液作用于主阀芯的上端和锥阀芯的右腔锥面上 当进油口油压较低时 小于锥阀芯左腔的弹簧弹力 先导阀处于关闭状态 流经阻尼孔油液没有形成通路 由主阀芯的上 下腔和锥阀芯的右腔形成一个 调压弹簧9 下端 同时油液经 阻尼孔5进入并充满 主阀芯的上腔 再经通道a和锥阀座上的小孔进入并充满 锥阀芯的右腔 10 密封容积 腔 所以腔内各点的压力均相等 且都等于阀的入口油压 主阀芯在上下油液压差和弹簧力的作用下处于最下端位置 即P口和O口不通 当进油口油压升高 使锥阀芯的右腔油液压力大于左腔的弹簧弹力 先导阀打开 经过一段振荡过程后停在某一平衡位置 压力油便经阻尼孔5 通道a 锥阀座上的小孔 锥阀的右腔 左腔 主阀芯的中心孔 回油口O流回油箱 11 即流经阻尼孔5油液形成了通路 液压油流经阻尼孔5时产生压力降 主阀芯上腔油液压力低于阀的进口油压 也就是低于主阀芯下腔的油压 当这个方向向 上的油压差值小于上腔的弹簧力 主阀芯仍在最下端 随着进油口油压的升高 压力差也升高 当上下腔的压力差大于上腔的作用力 弹簧力时 主阀芯抬起 上升到某一平衡位置 P O连通 实现溢流 使溢流阀的进口油压不再升高 保持调压弹簧9的预紧力 说明 从P口进入的油液分成两部分 少量 约占1 经先导阀后流向回油口O 大部分则经主阀的阀口流向回油口O 12 说明 现在来研究主阀芯处于某一平衡位置时的状态 忽略阀芯自重和摩擦力 主阀芯受力平衡方程为 pA p1A Fa p1A K x0 x 或p p1 K x0 x Ap 溢流阀所控制的主阀下腔压力 即进油口压力 p1 主阀芯上腔的压力 a 先导阀芯右端面面积 A 主阀芯上端面面积 K 主阀芯平衡弹簧的刚度 x0 平衡弹簧的预压缩量 x 主阀开启后 平衡弹簧增加的压缩量 Fa 平衡弹簧对主阀芯的作用力 K1 先导阀芯平衡弹簧的刚度 而p1a K1 x10 x1 所以pA K1 x10 x1 A a K x0 x 由于x10 x1 x0 x且K K1 所以p K1 x10 x1 a K x0 x A K1x10 a Kx0 A K1x0 a由上式可知 先导式溢流阀所控制的压力由先导阀左腔的弹簧力和主阀上腔的弹簧力两部分组成 由于有主阀上腔p1的存在 即使被控压力p较大 主阀上平衡弹簧力也只需很小 只要能克服摩擦力使主阀芯复位即可 即进口压力P保持为K1x0 a 重要结论 溢流阀正常工作后 溢流阀保持其进口压力基本不变 或其进口压力为一定值 先导阀的初始弹簧力K1x0除以先导阀芯的面积a 13 二 溢流阀的主要性能 1 压力 流量特性 当溢流量变化时 阀口开度也相应地变化 其溢流压力也有所变化 这就是溢流阀的压力 流量特性 图示为直动式溢流阀的两个工作位置 a图为关闭状态 b图为开启状态 对直动式溢流阀 14 当系统压力pk为时 液压力与弹簧预紧力相平衡 阀口处于将开的临界状态 此时 阀芯的受力平衡方程为 pk d2 4 KX0式中pk 开启压力 d 滑阀直径 K 弹簧刚度 x0 弹簧顶压缩量 当油压增加到p时 阀口开度为x 阀芯的受力平衡方程为 pk d2 4 K x0 x 两式相减得x d2 4K p pk 通过阀口的流量可按薄壁小孔流量公式计算 即q Cq a 2 p 1 2 Cq dx 2 p 1 2 p p 0 p 将两式整理得 q Cq 2d3 4K 2 1 2 p3 2 pk p1 2 上式即为溢流阀的压力 流量特性方程 相应的特性曲线如下图所示 对直动式溢流阀 15 溢流阀的压力 流量特性曲线 理想的溢流特性曲线应该是一条平行于流量坐标的直线 即进口压力达到调压弹簧所确定的压力后 立即溢流 且不管溢流量的大小 压力始终保持恒定 但溢流量的变化会引起阀口开度变化 必然导致弹簧压缩量的变化 因此进口压力不可能恒定 pn qn q Cq 2d3 4K 2 1 2 p3 2 pk p1 2 16 从上式可以得到以下几点结论 1 不同的开启压力pk对应不同的曲线 pk的大小可用改变弹簧的预压缩量x0来调节 2 当开启压力pk一定时 溢流压力随溢流量的增加而增加 当溢流阀通过额定流量时 阀芯上升到相应位置 这是溢流阀进口处的压力称为溢流阀的调定压力pn 从式q Cq 2d3 4K 2 1 2 p3 2 pk p1 2 看出 弹簧刚度K越小 溢流量变化 或阀口开度 所引起的压力变化量很小 即压力 流量特性曲线就越陡 定压性能就好 反之 调压性能就差 常用调压偏差 pn pk 和开启比pk pn来衡量定压性能的好坏 调压偏差越小则该阀的定压性能越好 且进一步开启比来衡量定压性能的优劣 其值越高越好 17 溢流阀的结构不同 其定压性能也不同 下图分别画出了调定压力相同的直动式和先导式溢流阀的曲线 以便比较 由图可以看出先导式溢流阀的定压性能优于直动式溢流阀 AB段由先导阀的P q特性决定 对应的主阀芯仍处于封闭状态 A点为先导阀的开启压力 BC段由主阀的P q特性决定 B点为主阀的开启压力 也就是说 先导式溢流阀的调压偏差比直动式溢流阀的调压偏差小 调压精度更高 A B C q qn pn p k pk 18 以上的分析忽略了阀芯移动时摩擦力的影响 如果考虑摩擦力 则当阀闭合到开启时 阀芯的受力平衡方程式为 p k d2 4 KX0 Ff因此p k 4 KX0 Ff d2而当阀由开启到闭合时 阀芯的受力平衡方程式为p k d2 4 KX0 Ff即p k 4 KX0 Ff d2从上两式可看出 由于存在摩擦阻力 溢流阀的开启压力和闭和压力不等 闭合压力小于开启压力 且开启过程与闭合过程的压力 流量曲线不重合 见下图 对同一个溢流阀 其开启特性总是优于闭合特性 这主要是由于在开启和闭合两种运动过程中 摩擦力的作用方向相反所致 对直动式溢流阀 19 图中虚线2为无摩擦阻力时的理想曲线 由于要克服摩擦阻力Ff 实际压力损失须大于pk并升高到p k后阀才开启 当溢流量增加 压力沿曲线1上升 溢流量为qn时 压力为p n 同样要等压力降低到p n时 压力沿曲线3下降 完全闭和时压力为p k n n q qn 开启 闭合 20 2 压力稳定性 溢流阀工作压力稳定性有两种涵义 一是指阀的调整装置保持不变的情况下 调整压力的变动值 另一种涵义是指溢流阀工作时系统压力的波动或振摆值 它和泵源的流量脉动以及阀和管路的动态特性有关 是一种综合的指标 3 压力损失 当调压弹簧全部放松 阀通过额定流量时 进油腔压力与回油腔压力的差值为阀的压力损失 它主要和阀中主油路的阻尼有关 但在测试先导式溢流阀的压力损失时 还受平衡弹簧预紧力的影响 21 4 卸荷压力 将先导式溢流阀的远程控制口直接油箱 当阀通过额定流量时 阀的进油腔压力和回油腔压力的差值称为卸荷压力 显然 它和通道阻力和平衡弹簧预紧力有关 5 3 1 4溢流阀应用 溢流阀的主要用途有以下两点 1 调压和稳压 如用在由定量泵构成的液压源中 用以调节泵的出口压力 保持该压力恒定 2 限压 如用作安全阀 当系统正常工作时 溢流阀处于关闭状态 仅在系统压力大于其调定压力时才开启溢流 对系统起过载保护作用 23 作溢流阀 使系统压力恒定 起定压溢流作用 在采用定量泵节流调速中 调节节流阀的开口大小可调节进入执行元件的流量 而定量泵多余的油液则从溢流阀溢回油箱 在工作过程中阀溢流阀是常开的 液压泵的工作压力决定于溢流阀的调定压力且基本保持恒定 24 作安全阀 对系统起过载保护作用 系统中安装作安全阀用的溢流阀 以限制系统的最高压力 当压力超过调定值时 溢流阀打开溢流 系统压力不再增高 因而可以防止系统过载 起安全作用 保证系统正常工作 在正常工作时 溢流阀是常闭的 故其调整值应比系统的最高工作压力高10 20 以免溢流阀打开溢流时 影响系统正常工作 25 作安全阀 对系统起过载保护作用 在旁路节流调速回路上 将节流阀安装在与液压缸并联的支路上 液压泵输出的流量一部分进入液压缸 另一部分经节流阀流回油箱 通过调节节流阀的通流面积来控制液压泵溢回油箱的油液 即可实现调速 由于 溢流已由节流阀承担 故溢流阀实为安全阀 常态时关闭 过载时打开 液压泵工作过程中的压力随负载而变化 所以这种调速方式又称变压式节流调速 26 27 作背压阀用 将溢流阀装在回油路上 调节溢流阀的调压弹簧即能调节背压力的大小 28 远程调压回路 将先导式溢流阀的远程控制口K接远程调压阀进油口 而远程调压阀出油口接油箱 即构成了远程调压回路 见右图 远程调压阀结构结构类似溢流阀中的先导阀 调节远程调压阀的调压弹簧即可实现远程调压 远程控制口K通先导阀的右腔和主阀的上腔 调压回路的功用是使液压系统整体或局部的压力保持恒定或不超过某个数值 A B 29 二级调压回路 左图为二级调压回路的一例 活塞下降为工作行程 高压溢流阀4限制系统最高压力 活塞上升为非工作行程 低压溢流阀3的调节压力只需克服运动部件自重和摩擦阻力即可 此回路常用于压力机的液压系统中 右图为二级调压回路另一例 活塞下降压力由高压溢流阀3调节 活塞上升系统压力由远程调压阀5调节 30 二级调压回路的工作过程 泵出口 溢流阀3进油 口 此时阀口关闭 溢流阀3上的遥控口K 电磁换向阀4的P口 由于换向阀的电磁铁断电 通过溢流阀3的K口的油路被切断 液压泵的供油压力由溢流阀3调定压力决定 通过 换向阀的电磁铁断电时 P5调定压力 P3调定压力 泵出口 溢流阀3进油口 此时阀口关闭 上的遥控口K 电磁换向阀4 通过溢流阀3 换向阀的电磁铁得电时 通过远程调压阀5 油泵的 供油压力由远程调压阀5调定压力决定 阀5处于工作状态 阀3的主阀开启 油液经阀5回油箱 油液经阀3回油箱 远程控制口K通先导阀的右腔和主阀的上腔 所以主阀上腔和导阀右腔的压力都为P5调定压力 此时溢流阀3的阻尼孔5起降压作用 即溢流阀3下腔压力大于上腔压力 压差方向向上 而主阀上腔平衡弹簧力也只需很小 只要能克服摩擦力使主阀芯复位即可 所以当压差大于主阀上腔弹簧力 溢流阀3的主阀开启 而先导阀由于 P5调定压力 P3调定压力 先导阀的初始弹簧力 a 没有开启 此时主阀芯和锥阀芯受力平衡方程 主阀芯 P P5调定压力 上腔弹簧弹力锥阀芯 P5调定压力 左腔弹簧弹力 P3调定压力 P 31 一 减压阀的结构和工作原理 5 3 2 减压阀 减压阀是一种利用液压油流过隙缝产生压降的原理 使出口压力低于进口压力的压力控制阀 减压阀又可分为定压减压阀 定比减压阀和定差减压阀三种 其中定压减压阀应用最广 简称为减压阀 减压阀也分为直动式和先 导式两种 图为先导式减压阀工作原理图 它分为两部分 由先导阀调压 主阀减压 压力油从进油口流入 再从出油口流出 出油口的压力低于进油口 32 泄油口L 先导式减压阀的工作原理 油液从P1口进入 对应进口压力p1 油口P2引出 对应出口压力p2 P2的压力油经阀体6下部和端盖8上的通道进入主阀芯7的下腔 再经主阀上的阻尼孔9进入主阀的上腔和先导阀的右腔 通过锥阀座上的孔油液作用在锥阀芯上 出口 从出 减压阀的远控口K通主阀的上腔和先导阀的右腔 33 当作用在锥阀芯上的油液压力大于左腔的弹簧弹力时 先导阀口打开 出油口P2的部分油液经阻尼孔9 先导阀口 端盖上的泄油口L流回油箱 此时 阻尼孔9起降压作用 使主阀上下腔产生压差 当此压差产生的油液压力大于主阀的弹簧力时 主阀芯向上移动 使主阀阀口关小 减压作用增强 即出油口P2的压力低于进油口P1的压力 且稳定在先导阀调定的压力值 当作用在锥阀芯上的油液压力小于左腔的弹簧弹力时 先导阀口关闭 流经阻尼孔9的油液没有形成通路 主阀上下两端的油液压力相等 主阀芯在弹簧力的作用下处于最下端位置 主阀阀口保持全开 不起减压作用 分两种情况讨论 34 主阀芯上力平衡方程式为 P2 A P3A Fa P3A K x0 x 既P2 P3 K x0 x A式中A 主阀芯受力面积 P3 主阀芯上腔的压力 调压弹簧一旦调定后 基本为一定值 P2 主阀芯下腔的压力 即减压阀出口油压 x0 主阀弹簧的预压缩量 x 主阀上升后弹簧增加的压缩量 K 主阀弹簧刚度 由于主阀弹簧只需克服阀芯运动是的摩擦力 弹簧预紧力小 且其刚度也较小 而设计时x0 x 故上式可近似表达为 P3 K1 x10 x1 a P2 K1 x10 x1 a K x0 x A K1x10 a 常数 故减压阀保持出口压力基本不变 且为先导阀的调定压力值 故减压阀保持出口压力基本不变 且为先导阀的调定压力值 35 图示为一级同心式减压阀的结构和图形符号 与一级同心式溢流阀相比 结构非常相似 但两者的阀芯形状及油口连通情况有明显的差别 其区别为 在原始状态时 溢流阀的进出油口完全不通 而减压阀进出油口是通畅的 进出油口位置两者恰好相反 溢流阀利用进油口压力来控制阀芯移动 保持进口压力恒定 而减压阀则利用出口压力来控制阀芯移动 保持出口压力恒定 溢流阀调压弹簧腔的内部通道通出油口 而减压阀调压弹簧腔的油液单独接油箱 36 二 减压阀的应用 减压回路 在夹紧系统 控制系统和润滑系统中常需要减压回路 图为常见的一种减压回路 液压泵出口压力由溢流阀调定保持基本不变 当液压缸A需要得到比泵的供油压力低的压力时 可在油路中串联一减压阀 减压阀可保持减压后压力恒定 即液压缸左腔的压力由减压阀调定保持不变 但至少应比溢流阀调定压力低0 5MPa 当执行元件的速度需要调节时 节流元件应装在减压阀的出口 使液压系统中某一支路的压力具有低于主油路的稳定压力 37 下图为二级调压回路 将减压阀的远程控制口通过二位二通电磁阀与远程调压相连便可获得两种预调的压力 液压泵的出口压力由溢流阀1调定不变 当换向阀断开时 减压支路的工作压力由减压阀2调定基本不变 当换向阀接通时 减压阀2的出口压力由远程调压阀3来调节 1 2 3 减压支路 减压阀的远程控制口K通先导阀的右腔和主阀的上腔 P3调定压力 P2调定压力 38 顺序阀利用油液压力的变化来控制油路的通断 在液压系统中主要用于控制多个执行元件顺序动作 5 3 3顺序阀 一 顺序阀的结构和原理 二 顺序阀的应用 根据控制方式的不同可分为两类 一是直接利用阀进油口的压力来控制阀口启闭的内控顺序阀 简称顺序阀 二是独立于阀进口的外来压力控制阀口启闭的外控顺序阀 亦称顺序阀 按结构不同可分为直动式和先导式顺序阀两类 39 一 顺序阀的结构和原理 如图所示 上图为直动式顺序阀 下图为先导式顺序阀 从图中可看出他们跟溢流阀很相似 其主要差别在于溢流阀的出油口接油箱 而顺序阀的出油口与系统其它油路相连 因此它的泄油口要单独接油箱 另外顺序阀有很好的密封性能 因此阀芯和阀体间的封油长度较长 出油口P2 进油口P1 DZ型先导式顺序阀 41 顺序阀的工作过程 压力油从P1口进入油腔 主阀上腔并到达先导 通过阻尼孔1进入 阀中部的环形腔 另一路直接作用在先导 阀的左端 当进口压力低于先导阀弹簧的调定压力时 先导阀芯关闭 主阀芯关闭 当进口压力大于先导阀弹簧的调定压力时 先导阀芯向右移动 先导阀中部的环形腔与泄油口L接通 由于阻尼孔1的降压作用 主阀芯上腔压力与下腔 进口 压力的差值大于主阀芯上腔的弹簧弹力 主阀芯向上移动 进油口P1与出油口P2接通 P1 P2 教材的图5 30 泄油口L 1 42 下图为单向顺序阀的结构原理图和图形符号 它由顺序阀和单向阀并联而成 当油液从P1口进入时 单向阀关闭 进油口压力超过调压弹簧的调定值时 顺序阀打开 油液从P2流出 当油液从P2口进入时 油液经单向阀从P1口流出 43 图中为液控顺序阀的结构 它和顺序阀的主要差别在于阀芯是实心的 从P1口进入的压力油不能进入滑阀底部 滑阀底部的控制压力油由控制口K引入 当控制油压超过弹簧的调定压力时阀口打开 P1口和P2口接通 阀口的开启和闭合与阀主油路进油口压力无关 而决定于控制口K引入的控制油压的高低 44 减压阀的特征是 减压阀控制出口压力为一定值 阀口常开 出口油液去工作 压力不为零 弹簧腔泄漏油单独引到油箱 外泄 减压阀串联在某一支路上 提供二次压力 顺序阀的特征是 顺序阀利用进口压力控制开启 阀口常闭 出口油液去工作 压力不为零 弹簧腔泄漏油单独引到油箱 外泄 内控外泄顺序串联在执行元件的进口 溢流阀 减压阀和顺序阀的区别 溢流阀的特征是 溢流阀控制进口压力为一定值 阀口常闭 出口接回油箱 出口压力为零 弹簧腔泄漏油内部引到出口 内泄 溢流阀旁接在液压泵的出口或执行元件的进口 职能符号 溢流阀 减压阀和顺序阀的区别 46 1 用来使两个或两个以上执行元件按一定的顺序动作 二 顺序阀的应用 右图所示为一定位夹紧回路 要求先定位后夹紧 如图示液压泵供油 一路至主系统 另一路经减压阀 单向阀 换向阀至定位缸的上腔 推动活塞下行进行定位 定位后缸的活塞停止运动 顺序阀打开 压力油进入夹紧液压缸的上腔 推动活塞下行 进行夹紧 47 2 用单向顺序阀的平衡回路 顺序阀还起背压阀的作用 为了防止立式液压缸与垂直运动的工作部件由于自重而自行下落造成事故或冲击 可以采用平衡回路 图7 19用单向顺序阀的平衡回路 48 调节单向顺序阀1的开启压力 使其稍大于立式液压缸下腔的背压 活塞下行时 由于回路上存在一定背压支承重力负载 活塞将平稳下落 换向阀处于中位时 活塞停止运动 图7 19用单向顺序阀的平衡回路 49 又如图所示 我们在单向顺序阀和液压缸之间增加一液控单向阀 因液控单向阀关闭时密性好 所以在三位四通电磁换向阀处于执行元件停止运动的状态下 可以防止运动部件因顺序阀泄漏而缓慢下滑 50 3 用液控顺序阀的平衡回路 右图是采用液控顺序阀的起重平衡回路 此回路适用于在平衡重量有变化的情况 当换向阀切换至右位时 液压缸举起重物 当换向阀切换至左位时 活塞下行放下重物 将换向阀切换至中位 活塞停止运动 这一回路的特点是液控顺序阀的启闭取决于控制口的油压 而与负载大小无关 51 但上图的平衡回路是不完善的 当压力油使液控顺序阀打开 活塞开始向下运动时 液压缸上腔的压力将迅速降低 这可能导致液控顺序阀关闭 活塞停止运动 紧接着压力升高 液控顺序阀又打开 活塞又开始运动 所以活塞继续下降 产生所谓 点头 液控顺序阀始终工作于启 闭的过渡状态 现象 为了解决这一问题 可在控制油路中装一节流阀 使液控顺序阀的启闭动作减慢 如图所示 52 4 保证油路的最低压力 如图所示 当液压缸I的活塞开始上升后 在压力超过顺序阀A的调整压力时液压缸II才动作 这样在液压缸II动作时 不致因压力过低 而使液压缸I的活塞在自重作用下下落 A 53 5 顺序阀控制的顺序动作回路 左端电磁铁得电 换向阀处于左位 压力油进入油缸A的左腔 实现动作 当油缸A行至终点时 压力升高 在足以打开顺序阀D时 油液进入油缸B的左腔 实现动作 同理 当右端电磁铁得电 换向阀处于右位 油液进入油缸B的右腔 油缸B实现动作 当油缸B行至终点时 压力升高 在足以打开顺序阀C时 油液进入油缸A的右腔 实现动作 54 5 3 4压力继电器 一 压力继电器的结构和工作原理 二 压力继电器的应用举例 压力继电器是将液压系统中的压力信号转换为电信号的转换装置 它的作用是 根据液压系统压力的变化 通过压力继电器内的微动开关 自动接通或切断有关电路 以实现顺序动作或安全保护等 55 图5 23压力继电器 压力继电器符号 进油口 一 压力继电器的结构和工作原理 56 柱塞式压力继电器的结构和图形符号如右图所示 当进油口P处油液压力达到压力继电器的调定压力时 作用在柱塞1上的液压力通过顶杆2的推动 合上微动电器开关4 发出电信号 图中 L为泄油口 改变弹簧的压缩量 可以调节继电器的动作压力 一 压力继电器的结构和工作原理 57 二 压力继电器的应用举例 压力继电器按左图的接法安装在节流阀和液压缸之间 称为升压发信 按右图安装在回油路上 位于液压缸和节流阀之间 称为零压发信 58 卸荷回路 工程机械在工作循环中为保持大量作用力 会造成功率损失和油液发热 为减少损失 应使泵在空载的工况下运动 常使液压泵在很小的功率下作空运转 这种工况称为卸荷 在实际系统中卸荷有两种方法 一种是使泵的输出直接回油箱 泵在压力为零的情况下工作 称为压力卸荷 另一种是使泵的流量为零而压力仍然维持原来情况 称为流量卸荷 以下介绍几种典型的卸荷回路 一 执行元件不需要保压的卸荷回路 二 执行元件需要保压的卸荷回路 59 1 用三位换向阀卸荷的回路 一 执行元件不需要保压的卸荷回路 当滑阀中位机能为 H K 或 M 型的三位换向阀处于中位时 泵输出的油液直接回油箱 如图所示 这种方法比较简单 但不适用于一泵驱动两个或两个以上执行元件的系统 60 2 用二位二通阀卸荷的回路 如图所示 图中专门增加了一个二位二通电磁阀使泵卸荷 二位二通电磁阀流量必须与泵的流量相适应 61 3 用先导式溢流阀卸荷回路 如图所示 先导式溢流阀的远程控制口可通过二位二通电磁换向阀与油箱相通 当二位二通阀电磁铁通电时 溢流阀远程控制口通油箱 这时溢流阀主阀全部打开 泵排出油液全部回油箱 液压泵卸荷 这一回路中二位二通阀只通过很少的流量 因此可以用小流量规格 在是产品中 可将小规格的电磁阀换向阀和先导式溢流阀组合一起 这种组合阀称为电磁溢流阀 62 1 用蓄能器保压 二 执行元件需要保压的卸荷回路 如图所示 液压泵向系统及蓄能器供油 当压力达到压力继电器调定压力时 压力继电器发出信号 使二位二通电磁换向阀的电磁铁通电 液压泵卸荷 由蓄能器保持系统的压力 保证时间决定于系统的泄露 蓄能器的容量和压力继电器的返回区间等 蓄能器是储存 释放压力油的装置 在液压系统中常用来实现以下功用 短时间内供应大量的压力油液 系统保压 应急能源 减小液压冲击和压力脉动 63 2 用限压式变量泵保压的卸荷回路 如图所示 当活塞移动到终点停止运动后 泵压升高到最大值 此时泵的供油量减小到只需补偿本身的泄漏量和阀泄漏量之和 泵的供油量小 而执行元件仍由泵保持一定的压力 泵消耗的功率很小 从原理上讲这种卸荷方式性能比较理想 但泵本身需有较高的效率 否则泵即使处于卸荷状态 其消耗功率还是比较可观的 p q特性曲线C点的含义 泵的流量全部用于补偿泄漏 泵的实际输出流量为零 此时 不管外负载怎样增大 泵的压力也不会升高了 即最大压力为pC 小结 溢流阀是利用作用于阀芯的进油口压力与弹簧力平衡的原理来工作的 弹簧力可以调整 故压力也可调整 当有一定流量通过溢流阀时 阀必须有一开口 此开口形成一个液阻 油液流过液阻时产生压降 这就形成了进油口压力 即溢流压力 实际工作时 溢流阀开口大小是根据通过的流量自动调整 阀的进口压力将随溢流量的增加而加大 溢流量改变引起的压力变化的大小 主要取决于主阀芯上弹簧的刚度 弹簧刚度愈小 压力变化也愈小 压力变化大小反映了溢流阀稳压性能的好坏 从这点出发 先导式溢流阀较直动式溢流阀稳压性能好 小结 减压阀是利用液流通过阀口缝隙所形成的液阻使出口压力低于进口压力 并使出口压力基本不变的压力控制阀 它常用于某局部油路的压力需要低于系统主油路压力的场合 顺序阀和压力继电器不是用于控制压力 反过来 它们利用压力作为信号去驱动液压开关或电器开关 顺序阀是液控液压开关 压力继电器是液控电开关 信号压力达到调定压力值时开关动作 对顺序阀 阀口全开 先导式溢流阀有一个遥控口 通过它可以实现远程调压 多级压力控制和使液压泵卸荷等功能 小结 顺序阀在油路中相当于一个以油液压力作为信号来控制油路通断的液压开关 它与溢流阀的工作原理基本相同 主要差别为 出口接负载 动作时阀口不是微开而是全开 有外泄口 压力继电器是将压力信号转换为电信号的转换装置 当作用于压力继电器上的控制油压升高到 或降低到 调定压力时 压力继电器便发出电信号 小结 本章所介绍的是一些比较典型和比较常用的基本回路 对于其他一些基本回路 感兴趣的读者可以根据书后所列的参考文献查阅 学习基本回路的目的 就是要掌握它的基本原理 特点 并能将它们有机的组合应用于复杂液压系统的设计当中 以满足所设计系统特定的工作要求 68 教材P182页 习题5 8 已知 py 5MPa pj 2 5MPa p2 0 3MPa 解 负载F 0kN时 由于减压阀所在的分支油路最大的压力为减压阀的调定压力py 2 5MPa 0 所以负载F 0kN时 液压缸能移动 且做空载快速运动 pC 0MPa pB pC p1 0 2MPapA pB p2 0 2 0 3 0 5MPa A 50cm2 p1 0 2MPa 溢流阀不工作 减压阀的阀口开度最大 也不工作 69 解 负载F 7 5kN时 由于减压阀所在的分支油路最大的压力为减压阀的调定压力py 2 5MPa 1 5MPa 所以负载F 7 5kN时 液压缸能移动 负载F 7 5kN时液压缸左腔的工作压力 pL F A 7 5 103 50 10 4 1 5MPa pC pL 1 5MPa pB pC p1 1 5 0 2 1 7MPapA p1 p2 1 7 0 3 2MPa 溢流阀不工作 减压阀的阀口开度最大 也不工作 70 解 负载F 30kN时 由于减压阀所在的分支油路最大的压力为减压阀的调定压力py 2 5MPa 6MPa 所以负载F 30kN时 液压缸不能移动 负载F 30kN时液压缸左腔的工作压力 pL F A 30 103 50 10 4 6MPa 开始pC 2 5 0 2 2 3MPa 由于负载压力为6MPa 所以最终pC pj 2 5MPa pB pj pC 2 5MPa pA py 5MPa 溢流阀工作 减压阀的阀口逐渐关小 最终阀口关死 71 教材P182页 习题5 9 a 条件 系统的负载为无穷大 72 教材P182页 习题5 9 a pA 4MPa pB 3MPa pC 2MPa 解 对图 a 由于阀B接在阀A的出口 所以阀A的进油口和出油口接通后 此时阀A的进口压力为阀A的调定压力4MPa 但 所以pA 4 3 2 9MPa 该油路仍处于不通的状态 阀A的进口压力继续升高 阀A的主阀芯继续升高 阀A的阀口开大 当阀A的进口压力等于7MPa时 阀B的进出油口接通 但阀C接在阀B的出口 所以该油路还是处于不通的状态 阀A的进口压力继续升高 阀A的主阀芯 阀B的主阀芯都继续升高 阀A和阀B的阀口都继续开大 当阀A的进口压力等于9MPa时 阀C的进出油口接通 此时该油路才通 73 教材P182页 习题5 9 b 解 对图 b 由于阀B接在阀A的遥控口K 阀C接在阀B的遥控口 所以pA 2MPa K 所以液压油从阀A的进油口进入后 经过阀A的阻尼孔5 到阀A 主阀芯的上腔和锥阀芯的右腔 从阀A的 遥控口K进入阀B的进油口 经过阀B的阻尼孔 到阀B的主阀芯的上腔和和锥阀芯的右腔 从阀B的遥控口K进入阀C的进油口 经过阀C的阻尼孔 到阀C的主阀芯的上腔和和锥阀芯的右腔 此时该油路不通 当阀A的进口压力升高到阀C的调定压力时 阀C的进出油