方向控制阀原理优秀课件.ppt

1 本章提要 液压控制调节元件有方向控制阀 压力控制阀 流量控制阀等 液压控制调节元件和液压元件一样 都是液压系统中不可缺少的组成部分 它们是用来控制工作介质的流动方向 压力和流量 以保证执行元件和工作机构按要求工作 通过学习 要求掌握方向控制阀 压力控制阀 流量控制阀的结构 工作原理 图形符号 特性及其在液压回路中的应用 本章主要内容为 第五章液压控制调节元件 2 本章重点 1 主要控制阀的工作原理和应用 换向阀的位 通 中位机能以及符号的含义 2 溢流阀 顺序阀和减压阀的异同点 3 调速阀和节流阀的区别 本章难点 1 电液动换向阀的工作原理 2 先导式溢流阀的工作原理 3 调速阀的工作原理 4 控制阀的应用 3 液压控制阀的分类 方向控制阀 用于控制液压油的流动方向 压力控制阀 用于调节控制液压油的压力大小 流量控制阀 用于调节控制液压油的流量大小 1 按功能 可用于控制液压油的压力 方向和流量的元件或装置称为液压控制阀 5 1概述 4 滑阀 阀芯为多端圆柱体 阀芯相对阀体作轴向运动 锥阀 阀芯为锥柱体 阀芯相对阀体作轴向运动 转阀 阀芯为带圆周方向槽的圆柱体 阀芯相对阀体转动 2 按阀芯结构 3 按控制方式 1 开关或定值控制阀 借助于手动操作 如手轮 手柄等 电磁铁 液压控制等控制液压油通路的开闭 或定值控制液流的方向 压力 流量 这类阀最为常见 称开关阀 2 比例控制阀 这类阀利用与输入 输出参数成比例的电信号 使其按一定的规律成比例地控制系统中液压油的流动方向 压力和流量 此类阀多用于开环程序控制系统 如电液比例流量阀 电液比例换向阀等 5 4 按液压阀的安装连接方式 3 伺服控制阀 输入信号对输出信号 流量 压力 进行连续 成比例地控制 与比例阀不同的是 其动态性能和静态性能好 主要用于快速 高精度的控制系统中 液压阀的连接方式有五种 螺纹连接阀体油口上带标准螺纹的阀称为管式阀 将管式阀的油口用螺纹管接头和管道连接 并由此固定在管路上 法兰连接它是通过阀体上的螺钉孔 每油口多为4个螺钉孔 与管件端部的法兰 用螺钉连接在一起 6 3 板式连接阀的各油口均布置在同一安装平面上 并留有连接螺钉孔 这种阀称为板式阀 如电磁换向阀多为板式阀 将板式阀用螺钉固定在与阀有对应油口的平板式或阀块式连接体上 4 叠加式连接 由阀 方向阀 压力阀 流量阀等 及底板块组成 每个阀同时起单个阀和通道孔的作用 将阀按标准参数做成圆筒形专用元件 然后将这些元件插入不同的阀体 或集成块 得到不同组合的一种集成形式 5 插装式连接 7 液压控制阀性能参数 1 公称通径 2 额定压力 液压阀主油口的名义尺寸叫做公称通径 单位为mm 它代表液压阀阀的通流能力大小 阀的通径一旦确定之后 与其配套的管道的规格也就确定了 液压阀长期正常工作所允许的最高压力 液压控制阀性能的基本要求 动作灵敏 使用可靠 冲击小 振动小 噪声小 寿命长 液体流过时压力损失小 密封性好 结构紧凑 易于安装 调整和维护 液压阀的公称通径 指阀的进出油口的名义尺寸 而不是阀的进出油口的实际尺寸 如公称通径为20mm的电液动换向阀 进出油口的实际尺寸是21mm 公称通径仅仅是为了表示阀的规格 而进出油口的实际尺寸 必须满足液压油流动速度和其他设计参数的要求 管路的公称通径指管道的名义内径 8 液压控制阀的特点 共性 1 在结构上 所有的阀都有阀体 阀芯 转阀或滑阀 和驱使阀芯动作的元 部件 如弹簧 电磁铁 组成 2 在工作原理上 所有阀的开口大小 阀进 出口间压差以及流过阀的流量之间的关系都符合孔口流量公式 将阀口看成是小孔 仅是各种阀控制的参数各不相同而已 5 1 9 液压控制阀按其作用可分为方向控制阀 压力控制阀和流量控制阀三大类 方向控制阀是用来改变液压系统中各油路之间液压油通断关系的阀类 如单向阀 换向阀及压力表开关等 本节主要介绍方向控制阀和相应的方向控制回路 5 2方向控制阀 10 方向阀 单向阀 换向阀 普通单向阀液控单向阀 转阀式换向阀 手动式换向阀机动式换向阀电动式换向阀液动式换向阀电液式换向阀 滑阀式换向阀 内容提要 换向回路与锁紧回路 方向控制阀的主要内容为 11 单向阀只允许经过阀的液体单方向流动 而不许反向流动 单向阀有普通单向阀和液控单向阀两种 5 2 1单向阀 5 2 1 1普通单向阀 正方向通 反方向不通 12 1一阀体 2一阀芯 3一弹簧 A一进油口 B一出油口 管式阀 板式阀 图5 11普通单向阀 直通式 直角式 普通单向阀按进出油液流动方向的不同 分为直通式和直角式 13 上图所示的阀属于管式连接阀 此类阀的油口可通过管接头和油管相连 阀体的重量靠管路支承 因此阀的体积不能太大太重 直通式单向阀中的液压油流动的方向和阀的轴线方向相同 14 直角式单向阀的进出油口A P1 B P2 的轴线均和阀体轴线垂直 图5 11 a 所示的阀属于板式连接阀 阀体用螺钉固定在机体上 阀体的平面和机体的平面紧密贴合 阀体上各油孔分别和机体上相对应的孔对接 用 O 形密封圈使它们密封 15 2 对单向阀的要求 开启压力要小 能产生较高的反向压力 反向的泄漏要小 正向导通时 阀的阻力损失要小 阀芯运动平稳 无振动 冲击或噪声 不但单向阀有管式连接和板式连接之分 其它阀类也有管式连接和板式连接之分 大多数液压系统都采用板式连接阀 16 用途 泵出口处防冲击 倒流 支路处起分隔作用 单向阀与其它阀组合形成复合阀 例如单向顺序阀 单向节流阀等 17 5 2 1 2液控单向阀 1 液控单向阀的工作原理和图形符号 控制口通压力油时 液流可反向自由通过 实现两个方向的通流 控制口通油箱时 目的是使阀心可靠复位 同普通单向阀 比普通单向阀多一个控制油口K A口进油时 作用同普通单向阀 18 1 简式内泄型液控单向阀 此类阀不带卸荷阀芯 无专门的泄油口 控制活塞背腔的油与反向油液一起流出 故称为内泄式 简式内泄型液控单向阀1 阀体 2 阀芯 3 弹簧 4 阀盖 5 阀座 6 控制活塞 7 下盖 A 正向进油口 B 正向出油口K 控制口 控制活塞的背腔 19 简式外泄型液控单向阀 此类阀不带卸荷阀芯 有专门的泄油口 外泄油口通油箱 故可用于较高压力系统 P1 正向进油口 P2 正向出油口K 控制口 20 3 带卸荷阀的液控单向阀 若在控制口K加控制压力 先顶开卸荷阀芯3 A腔和B腔之间产生微小的缝隙 使B腔压力降低 活塞5继续上升并顶开主阀芯2 大量液流自B腔流向A腔 完成反向导通 此阀适用于反向压力很高的场合 内泄式 图5 14 a 带卸荷阀的内泄式液控单向阀 2 主阀芯 3 卸荷阀芯 5 控制活塞 1 2 3 4 5 6 A B 21 4 液控单向阀符号 22 换向阀能改变液体流动方向 将换向阀与液压缸连接 可以很方便地使液压缸的活塞改变运动方向 5 2 2换向阀 换向阀的类型有按阀的结构形式 滑阀式 转阀式 球阀式 锥阀式 按阀的操纵方式 手动式 机动式 电磁式 液动式 电液动式 气动式 按阀的工作位置数和控制的通道数 二位二通阀 二位三通阀 二位四通阀 三位四通阀 三位五通阀等 滑阀式换向阀又称滑阀 其工作原理是依靠阀芯和阀体的相对运动来切换液压油流动方向的 23 手动 机动 电磁 液动 电液动 24 换向阀的工作原理 如下图 换向阀阀体2上开有4个通油口P A B O T 换向阀的通油口永远用固定的字母表示 它所表示的意义如下 P 压力油口 A B 工作油口 O T 回油口 滑阀式换向阀的阀体内是开有多级沉割槽的圆柱孔 阀芯是具有若干个环槽的圆柱体 25 P T B A 26 下图表示阀芯处于中位时的情况 此时从P口进来的压力油没有通路 A B两个油口也不和T口相通 27 下图表示人向一侧搬动控制手柄 阀芯左移 或者说阀芯处于左位的情况 此时P口和A口相通 压力油经P A到其它元件 从其它元件回来的油经B 阀芯中心孔 T回油箱 左位 28 下图表示人向另一侧搬动控制手柄阀芯右移 或者说阀芯处于右位时的情况 此时 从P口进来的压力油经P B到其它元件 从其它元件回来的油经A T回油箱 右位 29 30 5 2 2 1换向机能 1 换向阀的 通 和 位 通 和 位 是换向阀的重要概念 不同的 通 和 位 构成了不同类型的换向阀 位 Position 一指阀芯相对阀体的位置 通常所说的 二位阀 三位阀 是指换向阀的阀芯有两个或三个不同的工作位置 位 在图形符号中用方框表示 所谓 二通阀 三通阀 四通阀 是指换向阀的阀体上有两个 三个 四个各不相通且可与外部 即液压系统 连接的油口数目 不同油口之间只能通过阀芯移位时阀口的开关来连通 31 表5 1不同的 通 和 位 的滑阀式换向阀主体部分的结构形式和图形符号 32 表5 1中图形符号的含义如下 用方框表示阀的工作位置 有几个方框就表示几 位 方框内的箭头表示油路处于接通状态 但箭头方向不一定表示液流的实际方向 方框内符号 或 表示该通路不通 即断开 方框外部连接的接口数 或油口数 有几个 就表示几 通 一般 阀与系统供油路连接的进油口用字母P表示 阀与系统回油路连通的回油口用T 有时用O 表示 而阀与执行元件连接的油口用A B等表示 有时在图形符号上用L表示泄漏油口 阀的操纵方式画在方框的左右两侧 33 表5 1中图形符号的含义如下 换向阀都有两个或两个以上的工作位置 其中一个为常态位 即阀芯未受到操纵力时所处的位置 图形符号中的中位是三位阀的常态位 利用弹簧复位的二位阀则以靠近弹簧的方框内的通路状态为其常态位 绘制系统图时 油路一般应连接在换向阀的常态位上 换向阀的命名要顺序的表明其 位 通 及控制能源方式 或操纵方式 如 三位四通电磁换向阀 二位二通机动换向阀 34 2 滑阀机能滑阀式换向阀处于中间位置或原始位置时 阀中各油口的连通方式称为换向阀的滑阀机能 两位阀和多位阀的机能是指阀芯处于原始位置时 阀各油口的通断情况 三位阀的机能是指阀芯处于中位时 阀各油口的通断情况 三位阀的滑阀机能也称中位机能 三位阀有多种机能现只介绍最常用的几种 35 l 二位二通换向阀二位二通换向阀其两个油口之间的状态只有两种 通或断 二位二通换向阀的滑阀机能有 常闭式 O型 即油路是断开的 常开式 H型 即油路是接通的 图5 15二位二通换向阀的滑阀机能 二位阀的原始位置 若为手动控制 则是指控制手柄没有动作的位置 若为液压控制则是指失压的位置若为电磁控制则是指失电的位置 二位阀的常态位常指靠近弹簧的方格 36 2 三位四通换向阀三位四通换向阀的滑阀机能有很多种 常见的有表5 1中所列的几种 中间一个方框表示其原始位置 左右方框表示两个换向位 其左位和右位各油口的连通方式均为直通或交叉相通 所以只用一个字母来表示中位的型式 O型机能 37 因P口封闭 泵不能卸荷 泵排出的压力油只能从溢流阀排回油箱 可用于多个换向阀并联的系统 当一个分支中的换向阀处于中位时 仍可保持系统压力 不致影响其它分支的正常工作 O型机能 缸的两腔被封闭 活塞在任一位置均可停住 且能承受一定的正向负载和反向负载 1 O型机能阀芯处于中位时 P A B T四个油口均被封闭 其特点是 38 2 H型机能阀芯处于中位时 P A B T四个油口互通 H型机能 虽然阀芯已除于中位 但缸的活塞无法停住 中位时油缸不能承受负载 不管活塞原来是左行还是右行 缸的各腔均无压力冲击 也不会出现负压 换向平稳无冲击 换向时无精度可言 泵可卸荷 不能用于多个换向阀并联的系统 因一个分支的换向阀一旦处于中位 泵即卸荷 系统压力为零 其它分支也就不能正常工作了 H型机能的特点如下 39 3 M型机能阀芯处于中位时 A B油口被封闭 P T油口互通 M型机能是取O型机能的上半部 H型机能的下半部组成的 故兼有二者的特点 M型机能如下 活塞可停在任一位置上 用能承受双向负载 缸的两腔会出现压力冲击或负压 依活塞原来的运动方向而定 活塞有前冲 泵能卸荷 不宜用于多个换向阀并联的系统 M型机能 40 此种机能目的是构成差动连接油路 使单活塞杆缸的活塞增速 4 P型机能阀芯处于中位时 P A B油口互通 油口T被封闭 P型机能 41 O型机能 H型 M型 P型 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 42 Y型机能 封闭 互通 型机能 互通 封闭 型机能 之间只有很小的缝隙连通 型机能 封闭 互通 型机能 相通 封闭 型机能 封闭 互通 型机能 封闭 互通 除上述四种常用的机能外 根据油口通断情况不同尚可组合成多种机能 不过这些机能多用在特殊场合 这些机能是 图5 17三位四通手动换向阀 手动换向阀主要有弹簧复位和钢珠定位两种型式 图5 17 a 所示为钢球定位式三位四通手动换向阀 图5 17 b 则为弹簧自动复位式三位四通手动换向阀 5 2 3换向阀的操纵方式 5 2 3 1手动换向阀 钢球卡在沟槽中 可保持阀心处于换向位置 图5 17三位四通手动换向阀中位 手柄 图5 17三位四通手动换向阀左位 手柄 弹簧力使阀芯回到初始位置 图5 17三位四通手动换向阀右位 手柄 弹簧力使阀芯回到初始位置 图5 17 c 所示为旋转移动式手动换向阀 旋转手柄可通过螺杆推动阀芯改变工作位置 这种结构具有体积小 调节方便等优点 由于这种阀的手柄带有锁 不打开锁不能调节 因此使用安全 48 这种阀安装在执行元件附近 该控制方式的 信号源 是液压缸的运动件 例如将挡块固定在运动的活塞杆 液压缸上的 上 当活塞杆上的挡块触压换向阀推杆2的滚轮1时 推杆2即推动阀芯3换向 挡块和推杆2端部的滚轮1脱离接触后 阀芯即可靠弹簧复位 此种阀的控制方式因和缸的行程有关 也有管此类阀叫 行程阀 1 滚轮2 推杆3 阀芯 图5 18机动换向阀 5 2 3 2机动换向阀 49 电磁换向阀是利用电磁铁吸力推动阀芯来改变阀的工作位置 1 直流电磁铁和交流电磁铁 5 2 3 3电磁换向阀 阀用电磁铁根据所用电源的不同 有以下三种 交流电磁铁 寿命较短 直流电磁铁 需要专用直流电源 使用寿命较长 本整型电磁铁 本整型指交流本机整流型 2 干式 油浸式 湿式电磁铁 不管是直流还是交流电磁 都可做成干式和湿式的 湿式电磁铁具有吸着声小 寿命长 温升低等优点 图5 19三位四通电磁换向阀 右电磁铁通电换向 左电磁铁通电换向 3 电磁换向阀的工作原理 左电磁铁线圈得电 吸衔铁 衔铁通过推杆使阀芯右移 换向阀处于左边工作位置 右电磁铁线圈得电 吸衔铁 衔铁通过推杆使阀心左移 换向阀处于右边工作位置 衔铁 电磁铁线圈 推杆 阀芯 结论 对下图所示的三位四通电磁换向阀 左 右两端的电磁铁都断电时 换向阀处于中间工作位置 左端电磁铁得电时 换向阀处于左端工作位置 右端电磁铁得电时 换向阀处于右端工作位置 51 图5 20所示为交流式二位三通电磁换向阀 当电磁铁断电时 阀芯2被弹簧7推向左端 P和A接通 当电磁铁通电时 铁芯通过推杆3将阀芯2推向右端 使P和B接通 4 电磁换向阀的典型结构 图5 20交流式二位三通电磁换向阀 52 图5 21为直流湿式三位四通电磁换向阀 当两边电磁铁都不通电时 阀芯2在两边对中弹簧4的作用下处于中位 P T A B口互不相通 当右边电磁铁通电时 推杆6将阀芯2推向左端 P与A通 T与B通 当左边电磁铁通电时 P与B通 T与A通 图5 21直流湿式三位四通电磁换向阀 53 5 2 3 4液动换向阀 液动换向阀是利用控制压力油来改变阀芯位置的换向阀 对三位阀而言 按阀芯的对中形式 分为弹簧对中型和液压对中型两种 54 阀芯两端分别接通控制油口K1和K2 当对液动滑阀换向平稳性要求较高时 还应在滑阀两端K1 K2控制油路中加装单向节流阀 即阻尼调节器 调节阻尼调节器节流口大小即可调整阀芯的动作时间 液压操纵可给阀芯很大的推力 所以液动换向阀用于压力高 流量大 阀芯移动行程长的场合 图5 22弹簧对中型三位四通液动换向阀 55 p1 p2 56 电磁换向阀起先导作用 控制液动换向阀的动作 液动换向阀作为主阀 用于控制液压系统中的执行元件 5 2 3 5电液动换向阀 图5 23外部控制 外部回油的弹簧对中电液换向阀 电液换向阀是电磁换向阀和液动换向阀的组合 电液换向阀用在大流量的液压系统中 57 图5 23外部控制 外部回油的弹簧对中电液换向阀 电液换向阀有弹簧对中和液压对中两种型式 若按控制压力油及其回油方式进行分类则有 外部控制 外部回油 外部控制 内部回油 内部控制 外部回油 内部控制 内部回油等四种类型 p1 T1 A1 B1 58 图中 用单向阀5将系统和泵隔断 泵开机时泵排出的油可经单向阀5进入系统 泵停机时 单向阀5可阻止系统中的油倒流 普通单向阀和液控单向阀的应用 1 用单向阀将系统和泵隔断 5 2 4方向阀在换向与锁紧回路中的应用 59 2 用单向阀将两个泵隔断在下图中 1是低压大流量泵 2是高压小流量泵 低压时两个泵排出的油合流 共同向系统供油 高压时 单向阀的反向压力为高压 单向阀关闭 泵2排出的高压油经过虚线表示的控制油路将阀3打开 使泵1排出的油经阀3回油箱 由高压泵2单独往系统供油 其压力决定于阀4 这样 单向阀将两个压力不同的泵隔断 不互相影响 2 1 4 3 60 在右图中 高压油进入缸的无杆腔 活塞右行 有杆腔中的低压油经单向阀后回油箱 单向阀有一定压力降 故在单向阀上游总保持一定压力 此压力也就是有杆腔中的压力 叫做背压 其数值不高一般约为0 5MPa 在缸的回油路上保持一定背压 可防止活塞的冲击 使活塞运动平稳 此种用途的单向阀也叫背压阀 pb 3 用单向阀产生背压 61 由单向阀和节流阀组成复合阀 叫单向节流阀 用单向阀组成的复合阀还有单向顺序阀 单向减压阀等 在单向节流阀中 单向阀和节流阀共用一阀体 当液流沿箭头所示方向流动时 因单向阀关闭 液流只能经过节流阀从阀体流出 若液流沿箭头所示相反的方向流动时 因单向阀的阻力远比节流阀为小 所以液流经过单向阀流出阀体 此法常用来快速回油 从而可以改变缸的运动速度 4 用单向阀和其它阀组成复合阀 62 在右图中 通过液控单向阀往立式缸的下腔供油 活塞上行 停止供油时 因有液控单向阀 活塞靠自重不能下行 于是可在任一位置悬浮 将液控单向阀的控制口加压后 活塞即可靠自重下行 若此立式缸下行为工作行程 可同时往缸的上腔和液控单向阀的控制口加压 则活塞下行 完成工作行程 A B K G 5 用液控单向阀使立式缸活塞悬浮 保压回路 保压回路 就是在执行元件停止工作或仅有工件变形所产生的微小位移时 使系统压力基本保持不变 63 1YA通电 缸向下 进油压力达压力表上限 表触点接通发信号1YA断电 换向阀中位工作 泵卸荷 缸由液控单向阀保压 缸上腔压力下降至压表下限 表发出信号使1YA通电 泵再次供油使油压上升 5 用液控单向阀使立式缸活塞悬浮 保压回路 采用电接触式压力表 这个液压回路能自动的使液压缸补充压力油 使其压力能长期的保持在一定范围内 64 在右图中 换向阀在左位时 液控单向阀1打开 活塞向下运动 回油路中的节流阀起调速作用 可防止活塞超速下降 换向阀在中位时 油缸下腔压力升高 液控单向阀1关闭 使液压缸下腔不能回油 从而使活塞停止运动 即液压缸被锁住 6 用液控单向阀的平衡回路 FG A1 A2 当执行机构不工作时 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 65 将高压管A中的压力作为控制压力加在液控单向阀2的控制口上 液控单向阀2也构成通路 此时高压油自A管进入缸 活塞右行 低压油自B管排出 缸的工作和不加液控单向阀时相同 同理 若B管为高压 A管为低压时 则活塞左行 当三位四通阀处于中位或泵停止供油时 两个液控单向阀把液压缸内的液体密闭在里面 使液压缸在需要停留的位置上 锁住 1 2 A B 图5 27锁紧回路 双向液压锁 A B 7 用两个液控单向阀使液压缸双向闭锁 66 7 用两个液控单向阀使液压缸双向闭锁 由于液控单向阀一般为锥阀式结构 所以密封性好 泄漏极少 锁紧的精度主要取决于液压缸的泄漏 这种回路被广泛用于工程机械 起重运输机械等有锁紧要求的场合 1 2 A B 图5 27锁紧回路 双向液压锁 A B 67 对于换向要求高的主机 如各类磨床 若用手动换向阀就不能实现自动往复运动 一般采用特殊设计的机液换向阀 以行程挡块推动机动先导阀 由它控制一个可调式液动换向阀来实现工作台的换向 既可避免 换向死点 又可消除换向冲击 这种换向回路 按换向要求不同可分为时间控制制动式和行程控制制动式两种 简单换向回路 复杂换向回路 简单换向回路 只需在泵与执行元件之间采用标准的普通换向阀即可 换向阀的应用 68 图5 25时间控制制动式换向回路 1 时间控制