148液压控制元件20130414.ppt

1 第四章液压控制元件 第一节概述第二节方向控制阀第三节压力控制阀第四节流量控制阀第五节叠加式液压阀第六节二通插装阀第七节液压阀的连接 2 第一节概述 一 液压阀的作用液压阀是液压系统中控制液流流动方向 压力高低 流量大小的控制元件 二 液压阀的基本结构及原理液压阀基本结构包括阀芯 阀体和驱动阀芯在阀体内作相对运动的装置 其中驱动装置形式有手调机构 弹簧 电磁铁或液压力 3 三 液压阀的基本工作原理利用阀芯在阀体内作相对运动来控制阀口的通断及阀口的大小 实现压力 流量或方向的控制 流经阀口的流量q与阀口前后的压力差 p有关 始终满足压力流量方程 流量公式q KA pm 作用在阀芯上的力是否平衡则需要具体分析 4 四 液压阀的分类1 根据结构形式分滑阀 锥阀 球阀滑阀为间隙密封 阀芯与阀口存在一定的密封长度 因此滑阀运动存在一个死区 阀口的压力流量方程为 式中 D 阀的直径 x 开口量 小孔流量系数速度收缩 5 锥阀阀芯半锥角一般为12 20 阀口关闭时为线密封 d 密封性能好且动作灵敏 阀口的压力流量方程为 6 2 根据用途不同分压力控制阀 用来控制和调节液压系统液流压力 如溢流阀 减压阀 顺序阀等流量控制阀 用来控制和调节液压系统液流流量的 如节流阀 调速阀 溢流节流阀等方向控制阀 用来控制和改变液压系统液流方向的 如单向阀 液控单向阀 换向阀等 7 五 控制阀的共性特点 阀的结构 均由阀体 阀芯和控制动力三大部分组成 工作原理 利用阀芯与阀体的相对移动 改变通流面积 面 从而控制液体的压力 流向和流量 液体流过各种阀均会产生压力损失和温升现象从功能上来说 阀不能对外做功 只能用以满足执行元件的压力 速度和换向等要求 8 2 对控制阀的要求 动作灵敏 准确 可靠平稳 冲击振动小 密封性能要好 油液流过时漏损少 压力损失小 结构紧凑 工艺性好 使用维护方便 通用性好 9 方向控制阀在液压系统中起阻止和引导油液按规定的流向进出通道 即在油路中起通断油路或改变油液流动方向的作用 第二节方向控制阀directioncontrolvalves 10 一 单向阀 checkvalve 使油只能在一个方向上流动 其反方向被堵塞 单向阀的构造及符号如图5 1所示 管式单向阀 一 普通单向阀 图形符号 11 普通单向阀 12 压力油从阀体左端的通口流入时克服弹簧3作用在阀芯上的力 使阀芯向右移动 打开阀口 并通过阀芯上的径向孔a 轴向孔b从网体右端的通口流出 13 当压力油从阀体右端的通口流入时 液压力和弹簧力一起使阀芯压紧在阀座上 使阀口关闭 油液无祛通过 14 一般单向阀的开启压力在0 035 0 05MPa 作背压阀使用时 更换刚度较大的弹簧 使开启压力达到0 2 0 6MPa 15 单向阀使用的注意点 1 正常工作时 单向阀的工作压力要低于单向阀的额定压力 通过单向阀的流量要在通径允许的额定流量范围内 并且应不产生较大的压力损失 2 单向阀的开启压力有多种 应根据系统功能要求选择适用的开启压力 应尽量低 以减小压力损失 但作背压功能的单向阀其开启压力较高 通常由背压值确定 16 3 在选用单向阀时 除了要根据需要合理选择开启压力外 还应特别注意工作时流量应与阀的额定流量相匹配 因为当通过单向阀的流量远小于额定流量时 单向阀有时会产生振动 流量越小 开启压力越高 油中含气越多 越容易产生振动 17 4 注意认清进出口方向 保证安装正确 否则会影响液压系统的正常工作 特别是单向阀用在泵的出口时 如反向安装可能损坏泵或烧坏电动机 单向阀安装位置不当 会造成自吸能力弱的液压泵的吸空故障 18 应采取必要措施 防止液压泵产生吸空故障 如在连接液压泵和单向阀的接头或法兰上开一排气口 当液压泵产生吸空故障时 可以松开排气螺塞 使泵内的空气直接排出 若还不够 可从排气口向泵内罐油 或使液压泵的吸油口低于油箱的最低液面 以便油液靠自重能自动充满泵体 或选用开启压力较小的单向阀等措施 19 5 单向阀闭锁状态下的泄漏量非常小 甚至为零 但是经过一段时间的使用 因阀座和阀芯的磨损就会引起泄漏 而且有时泄漏量非常大 会导致单向阀的失效 故当阀芯磨损后应注意研磨修复 6 单向阀的正向自由流动的压力损失也较大 一般为开启压力的3 5倍 约为0 2 0 4MPa 高的可达0 8MPa 故使用时应充分考虑 慎重选用 能不用的就不用 20 二 液控单向阀 液控单向阀的图形符号 21 单向阀有何作用 安装在泵出口处 防止系统压力突然升高而损坏油泵 即起止回作用 液压泵停止时 保持液压缸的位置 区分高 低压力油 防止高压油进入低压系统 有时系统同时采用两种压力要求的油 选择液流方向 22 单向阀有何作用 背压阀 对系统起缓冲作用 利用单向阀的背压作用 保持控制回路有个较小压力 与节流阀或减压阀并联 正向慢速 反向快速 正向减压 反向自由流通 与顺序阀并联 组合阀 23 液控单向阀有何作用 能使油液正 反向流动 滑阀式换向阀有间隙泄漏 加液控单向阀保持压力 用于液压缸的 支承 防止活塞和滑块因滑阀泄漏而下降 24 液控单向阀有何作用 充油阀 立式液压缸下降迅速 产生吸空和负压 组合换向阀 三位三通 25 应用 锁紧油缸 避免倒灌 控制重物下放速度 液压锁 26 二 换向阀 1 作用 换向阀是利用阀芯对阀体的相对位置改变 相对运动 来控制油路接通 关断或改变油液流动方向的 一 基本概念 27 28 2 性能要求 1 工作时压力损失要小 一般 p 0 1 0 3MPa 2 各关闭阀口的泄漏量要小 3 换向可靠 平稳迅速 29 3 分类 按阀芯运动方式 滑阀式 转阀式 按操纵方式 手 脚 动 机动 电 磁 动 液动 电液动 按工作位数 二位 三位等 按通道数 二通 三通 四通 五通等 密封性能差 径向不平衡流量小 30 4 换向阀的 位 与 通 通 是指阀上各种接油管的进 出口 位 阀的几个工作位置与阀芯在阀体中的对应位置 进油口通常标为P 回油口标为R或T 出油口则以A B来表示 31 换向阀的 位 和 通 的符号 32 33 规定 P口通泵 进油口 T通油箱 回油口 A B通工作腔 L为泄油口 K为控制口 34 二 换向阀的工作原理 35 手柄左扳 阀左位工作 a 36 b 换向阀动作原理说明 b 松开手柄 阀中位工作 37 c 换向阀动作原理说明 c 手柄右扳 阀右位工作 38 转阀 图示PA相通 BT相通 转到另一位置 通路则不相同 39 三 换向阀的结构特点 40 1 手动换向阀 手动换向阀是利用手动杠杆改变阀芯位置来实现换向的 如图4 7所示为手动换向阀的图形符号 图4 7 a 为自动复位式手动换向阀 手柄左扳则阀芯右移 阀的油口P和A通 B和T通 手柄右扳则阀芯左移 阀的油口P和B通 A和T通 放开手柄 阀芯2在弹簧3的作用下自动回复中位 四个油口互不相通 换向阀的驱动方式及其结构特点 41 图4 7手动换向阀 a 图为自动复位式三位四通手动换向阀 b 图为定位式三位四通手动换向阀 42 如果将该阀阀芯右端弹簧3的部位改为图4 7 b 的形式 即成为可在三个位置定位的手动换向阀 图4 7 c 图4 7 d 所示为手动换向阀的图形符号图 自动复位式三位四通手动换向阀手动换向阀 43 机动换向阀又称行程阀 主要用来控制液压机械运动部件的行程 它借助于安装在工作台上的挡铁或凸轮来迫使阀芯移动 从而控制油液的流动方向 机动换向阀通常是二位的 有二通 三通 四通和五通几种 其中二位二通 三通机动换向阀又分常闭和常开两种 2 机动换向阀 44 图4 8机动换向阀 a 结构 b 职能符号 45 图4 8 a 所示为滚轮式二位二通常闭式机动换向阀 若滚轮未压住 则油口P和A不通 当挡铁或凸轮压住滚轮时 阀芯右移 则油口P和A接通 如图 4 8b 所示为其职能符号 46 电磁换向阀是利用电磁铁的通 断电而直接推动阀芯来控制油口的连通状态的 如图4 9所示为二位三通电磁换向阀 3 电磁换向阀 1 推杆 2 阀芯 3 弹簧 47 图4 10三位五通电磁阀 a 结构 b 职能符号 三位五通电磁换向阀 当左边电磁铁通电 右边电磁铁断电时 阀油口的连接状态为P和A通 B和T2通 T1堵死 当右边电磁铁通电 左边电磁铁断电时 P和B通 A和T1通 T2堵死 当左右电磁铁全断电时 五个油口全部堵死 48 电磁阀操作简便 能远距离自动控制 应用广泛 但由于电磁铁吸力有限 适用于q100L min 要用液动阀或电液动阀 49 电磁阀有交流 用 D 表示 如 34D 10B 和直流 用 E 表示 如 34E 10 及本整式 本体整流式 三种 交流有220V 380V和36V三种直流有110V 24V和12V三种 50 交流电磁铁换向时间短 接线简单 费用低 而换向冲击大 噪音大 当滑阀卡住时容易烧坏 工作可靠性差 直流电磁铁启动力小 冲击小 寿命长 安全 工作可靠性好 但要有专门的直流电源 费用高 当电压不够时吸力不够 51 电磁阀的电磁铁又分干式和湿式两种 干式电磁铁不允许油液进入电磁铁内部 故推杆处有可靠的密封 推杆运动摩擦阻力大 湿式电磁铁的衔铁和推杆可浸在油液内工作 故电磁铁的相对运动件之间就不需要密封装置 减少了阀芯的运动阻力 提高了换向可靠性 湿式电磁铁性能好 但价格高 52 图4 11所示为三位四通液动换向阀 当K1通压力油 K2回油时 P与A接通 B与T接通 当K2通压力油 K1回油时 P与B接通 A与T接通 当K1 K2都未通压力油时 P T A B四个油口全部堵死 液动换向阀主要用于大流量的液压系统中 4 液动换向阀 a 结构 b 职能符号 53 5 电液换向阀 电液换向阀是由电磁换向阀和液动换向阀组合而成的 电磁换向阀起先导作用 它可以改变和控制液流的方向 从而改变液动换向阀的工作位置 由于操纵液动换向阀的液压推力可以很大 因此主阀可以做得很大 允许有较大的流量通过 电液动换向阀主要用于高压大流量的液压系统中 54 图4 12 a 三位四通电液换向阀 55 图4 12 b c 三位四通电液换向阀 b 职能符号 c 简化职能符号 56 该阀的工作状态 不考虑内部结构 和普通电磁阀一样 但工作位置的变换速度可通过阀上的节流阀调节 57 四 换向阀的性能和特点 1 中位机能当液压缸或液压马达需在任何位置均可停止时 须使用3位阀 此阀双边皆装弹簧 如无外来的推力 阀芯将停在中间位置 简称为中位 对于各种操纵方式的三位四通和五通的换向阀 阀芯在中间位置时各油口的连通情况称为换向阀的中位机能 换向阀不同的中位机能可以满足液压系统的不同工作要求 58 表5 4三位换向阀的中位机能 59 中位机能的应用1 系统保压中位为 O 型 如图所示 P口被堵塞时 此时油需从溢流阀流回油箱 增加功率消耗 但是液压泵能用于多缸系统 60 2 系统卸荷 中位 M 型 图4 14所示 当方向阀于中位时 因P T口相通 泵输出的油液不经溢流阀即可流回油箱 由于直接接油箱 所以泵的输出压力近似为零 也称泵卸荷 减少功率损失 61 3 液压缸快进 中位 P 型 图4 15所示 当换向阀于中位时 因P A B相通 故可用作差动回路 62 在分析和选择三位换向阀的中位机能时 通常考虑 1 系统保压当P口被堵塞时 系统保压 液压泵能用于多缸系统 当P口不太通畅地与T口相通时 如X型 系统能保持一定的压力供控制油路使用 63 2 系统卸荷在中位时 P口通畅地与T口相通时 系统卸荷 3 换向平稳性和精度当液压缸A B两口都堵塞时 换向过程中易产生液压冲击 换向不平稳 但换向精度高 反之 A B两口都通T口时 换向过程中工作部件不易制动 换向精度低 但液压冲击小 有通道还在流动 64 4 启动平稳性阀在中位时 液压缸某腔如通油箱 如K型 则启动时该腔内因无足够的油液起缓冲作用 启动不平稳 5 液压缸浮动和在任意位置上停止阀在中位时 当A B两油口互通时 U型 卧式液压缸呈浮动状态 可利用其他机构移动工作台 调整其位置 当A B两口堵塞或与P口连接 在非差动情况下 则可使液压缸在任意位置处停止 65 换向阀 P O型 各油口全部封闭 系统不卸荷 液压缸充满油液 从静止到启动平稳 制动时运动惯性引起的液压冲击较大 换向精度高 66 换向阀 H型 各油口全部连通 系统卸荷 缸成浮动状态 液压缸两腔接油箱 从静止到启动有冲击 制动时油口互通 故制动较O型平稳 但换向位置变化大 67 换向阀 Y型 泵不卸荷 缸两腔通回油 缸成浮动状态 因为液压缸两腔接油箱 从静止到启动有冲击 制动性能介于O型和Y型之间 68 换向阀 J型 三位五通 P与A不通 B与T通 泵不卸荷 缸停止 69 换向阀 C型 三位五通 一侧启动平稳 一侧启动有冲击 70 换向阀 P型 三位五通 P与A B连通 形成差动回路 回油口封闭 从静止到启动较平稳 制动时缸两腔均通压力油 故制动平稳 换向位置变动比H型的小 应用广泛 71 换向阀 K型 三位四通 三位五通 泵卸荷 缸一腔封闭一腔接回油 两个方向换向时性能不同 72 换向阀 X型 三位五通 各油口半开接通 P口保持一定的压力 换向性能介于O型和H型之间 73 换向阀 M型 液压泵卸荷 缸两腔封闭 从静止到启动较平稳 制动性能与O型相同 可用于油泵卸荷液压缸锁紧的液压回路中 74 换向阀 U型 泵保压 缸两腔连通 成浮动状态 启动有冲击 制动时运动惯性较大 75 三位换向阀除了在中间位置时有各种滑阀机能外 有时也把阀芯在其一端位置时的油口连通情况设计成特殊的机能 以两个字母来表示滑阀在中间状态和一端状态的滑阀机能 常用的有OP型和MP型 OP型 MP型 OP型和MP型主要用于差动回路 76 讨论题 某执行元件要求中途停顿时压力油卸荷 应选用何种机能的三位四通换向阀 画出中位机能为H型的三位五通换向阀的图形符号 77 答 M型 78 2 滑阀的液动力由教材P29动量方程的运用可知 油液通过换向阀时作用在阀芯上的液动力有稳态力和瞬态力两种 稳态力是在阀芯移动完毕 开口固定后液流流过阀口时因动量变化而作用在阀芯上的力 有使阀口关小的趋势 流量越大 稳态力越大 在高压大流量情况下这个力相当大 使阀芯的操纵成为突出问题 流出流入动量流量变化 qv 79 瞬态力是滑阀在移动过程中阀腔中液流因速度变化而产生的力 此力的大小主要取决于阀口开度的变化率 滑阀上瞬态液动力的方向 根据油液流入阀口还是流出阀口而定 无论阀口开度增大还是减小 油液流出阀口时 作用在阀芯上的瞬态液动力与阀芯的移动方向相反 油液流入阀口时 作用在阀芯上的瞬态力与阀芯的移动方向相同 80 3 液压卡紧现象 为防阀的内漏 阀芯和阀体间的间隙很小 当缝隙中有油液时 移动只需克服粘性摩擦力 其数值很小 但实际上 特别在中 高压系统中 当阀芯停止运动五分钟后这个阻力可能很大 几百牛顿 使阀芯从新移动十分费力 这就是液压卡紧现象 81 产生液压卡紧现象的原因 阀芯和阀体孔的几何形状误差 中心线不重合 间隙过小 装配太紧 阀体孔与阀芯的热变形 进入配合间隙的污染物等 主要是由于几何形状误差和同轴度误差 82 83 阀芯无形状误差 轴线平行但不重合 阀芯周围间隙内的压力分布为线性 且各向相等 阀芯所受径向力平衡 84 阀芯因加工误差带倒锥度 高压侧直径较大 阀芯与阀体孔轴线平行但不重合时 阀芯径向力不平衡 使阀芯向轴线偏移方向偏移 使偏心量增大 直至接触 产生液压卡紧现象 85 若间隙小的一端在低压侧 顺锥 阀芯有偏心 也将产生径向不平衡力 但此力力图减小偏心量 有自定心作用 有利于减小液压卡紧现象 86 阀芯表面有局部凸起相当于阀芯碰伤 残留毛刺或缝隙中楔入污物 阀芯受到的径向力不平衡力作用而和阀孔相接触后 缝隙中的油液被挤出 阀芯和阀孔间形成干摩擦 从而产生液压卡紧 87 若阀芯和阀体的中心线不平行 径向不平衡力最大 液压卡紧现象普遍存在与各种阀和柱塞副中 88 缓解液压卡紧的措施 提高阀芯阀体的加工精度 阀芯的圆度和圆柱度允差为0 003 0 005mm Ra0 2 m 阀体孔Ra0 4 m 提高装配精度 并尽可能成为顺锥 在阀芯上开均压槽 槽宽0 3 0 5mm 深0 5 0 8mm 间距1 5mm 使阀芯或阀体在轴向或圆周方向上产生高频小幅振动或摆动精细过滤液压油 89 径向不平衡力估算公式的推导 由图中可以推导出径向不平衡力的估算公式 式中 D 2r p p1 p2 r r1 r2 h1 h0 ecos 90 上式在 r h0 0 9时有极值 故有 若设阀芯大端已接触阀体孔 即e h0时 有 设阀芯与阀体孔之间的摩擦系数为f 则移动阀芯所需克服的最大摩擦力为 91 阀芯倾斜时开环形槽的效果 不开环形槽时 径向不平衡力为虚线A1 A2围成的面积 开了均压槽后的径向不平衡力如B1 B2所围成的面积 图 92 开均压槽后 取摩擦系数f 0 04 0 08 移动阀芯的力为Ft 0 01 0 02 klD p k 系数 与槽数n有关 93 4 阀的泄漏特性 锥阀不产生泄漏 滑阀则由于阀芯和阀孔间有间隙 在压力作用下要产生泄漏 滑阀用于压力阀或方向阀时 压力油通过径向缝隙泄漏量的大小 是阀的性能指标之一 滑阀作为伺服阀时 实际和理论的滑阀零开口特性之间的差别 也取决于泄漏特性 滑阀的泄漏量曲线为 94 阀的泄漏量可按式 1 60 计算 为减少泄漏 应尽量使阀芯和阀体孔同心 且应提高制造精度 滑阀在某一位置停留时 通过缝隙的泄漏量随时间的增加而逐渐减小 但有时也出现相反的现象 泄漏量减小的原因 有人认为是油液中的污染物沉积所致 但也有人认为是油液中的极化分子粘附在缝隙表面而使通流截面减小所致 泄漏增大的原因则是由于在液压卡紧力的作用下 阀芯和阀体孔处于最大偏心状态所致 在阀芯上开几条环形槽有助于减小缝隙处的泄漏 95 95 第三节压力控制阀 压力控制阀是用来控制油液压力高低或利用油液压力来控制油路通断的阀 压力控制阀包括溢流阀 减压阀 顺序阀和压力继电器等一 溢流阀 定压阀 二 减压阀 定压阀 三 顺序阀 利用液压力信号控制其动作 四 压力继电器 利用液压力信号控制其动作 96 一溢流阀 97 97 溢流阀用来控制系统中压力基本恒定 实现稳压 调压或限压 几乎所有液压系统中都要用到溢流阀 常用的溢流阀有直动式和先导式两种 98 98 99 99 溢流阀的图形符号 直动式溢流阀图形符号 先导式溢流阀图形符号 100 100 一 溢流阀的作用和性能要求1 溢流阀的作用 系统具有定量油泵 借助节流阀调节进入油缸的流量 因此油泵供油量总是超过油缸的需要 多余的油液从溢流阀流回油 因此它是常开的 又保持油泵出口的压力为一定值 起恒定系统压力的作用 溢流阀维持定压 作溢流阀 也称定压阀或调压阀 101 101 在变量泵供油系统中作安全阀用 溢流阀的调整压力一般比系统最大工作压力高5 10 因此 它在系统正常工作时是关闭的 泵所输出的油量全部进入系统 泵的工作压力随负载变化而变化 仅在系统故障压力达到溢流阀的调整压力时 阀口才打开 溢流阀作安全阀用 102 102 2 液压系统对溢流阀的性能要求 1 定压精度要高当流过溢流阀的流量发生变化时 系统中的压力变化要小 即静态压力超调量要小 2 灵敏度要高液压缸突然停止 阀要迅速开大 动态压力超调量要小 3 工作平稳 无振动和噪音 4 当阀关闭时密封性要好 泄漏小 103 103 二 溢流阀的结构和工作原理 直动式溢流阀是依靠系统中的压力油直接作用在阀芯上与弹簧力等相平衡 以控制阀芯的启闭动作 1 直动式溢流阀 104 104 阀芯在弹簧的作用下压在阀座上 阀体上开有进油口P和回油口T 油液压力从进油口P作用在阀芯上 直动式溢流阀的结构及工作原理 当液压力小于弹簧力时 阀芯不动 阀口关闭 当液压力大于弹簧力时 阀口打开 油液从出油口T流回油箱 保持进口压力基本恒定 压力可调 向上力泄油 1 螺母 2 弹簧 3 阀芯 105 105 溢流阀是利用被控压力作为信号来改变弹簧的压缩量 从而改变阀口的通流面积和系统的溢流量来达到定压的目的 平衡方程式 pAR kx 忽略液动力 阀芯自重的摩擦力 图形符号 106 106 因弹簧力的大小与控制压力成正比 若要提高被控压力 就要提高弹簧刚度 使定压精度低 所以这种低压直动式溢流阀一般用于压力小于2 5MPa的低压小流量系统 采取适当措施后也可用于高压大流量 德国Rexroth公司开发的通径6 20mm 压力为40 63MPa 通径为25 30mm的压力为31 5MPa 107 107 由于先导阀芯一般为锥阀 受压面积较小 流量很小 一般是主阀额定流量的10 所以用一个刚度不太大的弹簧即可调整较高的开启压力 用螺钉调节导阀弹簧的预紧力 就可调节溢流阀的溢流阀压力 2 先导式溢流阀 108 108 先导式溢流阀由一先导式锥阀和一主阀 圆柱阀芯 组成 锥阀弹簧为调压弹簧 主阀弹簧为平衡弹簧 先导式溢流阀的结构与工作原理 1 主阀弹簧 2 阀芯 3 阻尼孔 4 导阀 5 弹簧 109 109 三 溢流阀的性能 1 压力调节范围 调节范围 调压弹簧在规定范围内调节时 系统压力能平稳上升或下降 且压力在无突跳及迟滞现象时的最大和最小调定压力之间 溢流阀的最大允许流量为额定流量 在额定流量下工作时 应无噪声 溢流阀的最小稳定流量取决于压力平稳性要求 一般规定为额定流量的15 1 溢流阀的静态特性 110 110 2 启闭特性溢流阀在工作时 随溢流量的增加和减小 阀口逐渐开启和关闭 开启和关闭的过程中 阀的流量 压力特性曲线不重合的特性 由图中可知 溢流量相同时 开启和关闭过程的进口压力是不同的 开启压力比关闭压力大 111 111 引起阀开启压力比关闭压力大的原因是阀芯与阀体的摩擦力在阀开启和关闭时的方向不一样 且方向相反 阀的开启压力pk与关闭压力pB之差称为阀的机械不灵敏区 阀的机械不灵敏区的存在 增加了溢流阀的压力波动范围 为了减少不灵敏区 需提高阀芯 阀体孔的加工精度 开压力平衡槽减少液压卡紧力 112 112 开启比pk 闭合比pB ps 液流阀调压范围内的某值 开启比与关闭比越接近溢流阀的启闭特性越好 113 113 溢流阀理想的特性曲线为平行于q坐标的直线 实际的特性曲线则不可能 先导式溢流阀的调压偏差pT pc比直动式小 所以先导式比直动式的启闭特性曲线好 114 114 3 卸荷压力当远程控制口K与油箱相通时 额定流量下的进出溢流阀口的压力差称为卸荷压力 卸荷压力越小 系统发热越少 一般不大于0 2MPa 115 115 2 溢流阀的动态特性 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 也就是所控制的系统压力 将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 116 116 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 超调率越小越好性能好的溢流阀 p 10 30 117 117 溢流阀起哪些作用 定量泵节流调速系统中 节流阀调节流量 多余流量稳压溢流 避免机构超载出事故 起安全保护作用 阀通常是关闭的 118 118 溢流阀起哪些作用 系统卸荷作用 利用遥控口与油箱相通 使溢流压力接近大气压 油泵卸荷 远程调压作用 下面阀远程遥控 119 119 溢流阀起哪些作用 用于产生背压 120 120 先导式和直动式溢流阀各有什么特点 应用在什么场合 先导式最大调整压力6 3MPa 直动式2 5MPa 先导式比直动式压力波动小 压力稳定 噪声小 先导 主阀 无先导阀 主阀弹簧软 先导硬 弹簧硬 有外控口 远程调压和卸荷 无外控口 用于压力高 流量大 压力低 流量小 121 121 二 减压阀 当回路内有两个以上液压缸 且其中之一需要较低的工作压力 同时其他的液压缸仍需高压运作时 就得用减压阀 Reducingvalve 提供一个比系统压力低的压力给低压缸 直动式减压阀图形符号 先导式减压阀图形符号 122 122 根据减压阀的控制压力不同可分为定压式减压阀 定差式减压阀和定比式减压阀 其中定压式减压阀应用最广 就称为减压阀 减压阀是利用液流流过缝隙产生压力降 使出口压力低于进口压力的压力控制阀 123 123 124 124 减压阀有直动型 a 和先导型 b 两种 先导型减压阀 由主阀和先导阀组成 先导阀负责调定压力 主阀负责减压作用 一 定压式减压阀 125 125 压力油由P1流入 经主阀和阀体所形成的减压缝隙从P2流出 故出口压力小于进口压力 出口压力经油腔1 阻尼管 油腔2作用在先导阀的提动头上 126 126 当负载较小 出口压力低于先导阀的调定压力时 先导阀阀芯关闭 油腔1 油腔2的压力均等于出口压力 主阀阀芯在油腔2里面的一根刚性很小的弹簧作用下处于最低位置 主阀滑轴凸肩和阀体所构成的阀口全部打开 减压阀无减压作用 127 127 当负载增加 出口压力p2上升到超过先导阀弹簧所调定的压力时 提动头打开 压力油经排泄口流回油箱 由于有油液流过阻尼管 油腔1的压力p2大于油腔2的压力p3 当此压力差所产生的作用力大于主阀滑轴弹簧的预压力时 滑轴上升 减小了减压阀阀口的开度 使p2下降 直到p2与p3之差和滑轴作用面积的乘积同滑轴上的弹簧力相等时 主阀滑轴进入平衡状态 此时减压阀保持一定的开度 出口压力p2保持在定值 128 128 如果外界干扰使进口压力p1上升 则出口压力p2也跟着上升 从而使滑轴上升 此时出口压力p2又降低 而在新的位置取得平衡 但出口压力始终保持为定值 又当出口压力p2降到调定压力以下时 提动头关闭 则作用在滑轴内的弹簧力使滑轴向下移动 减压阀口全打开 减压阀不起减压作用 129 129 减压阀的p2 q特性曲线 当减压阀进油口压力p1基本恒定时 若通过的流量q增加 则阀口缝隙xR加大 出口压力p2略微下降 出油口压力的压力调整值越低 它受流量变化的影响就越大 130 130 二 定差式减压阀 高压油p1经节流口xR减压后以低压p2流出 同时 低压油经阀芯中心孔将压力传至阀芯上腔 则其进 出油液压力在阀芯有效作用面积上的压力差与弹簧力相平衡 定差式减压阀是保持进出口之间的压力差等于或近似不变的减压阀 131 131 也就是 则有 式中 xc 阀芯开口xR最大时弹簧 其弹簧刚度为ks 的预压缩量 4 10 132 132 三 定比式减压阀 阀芯在稳态时忽略稳态液压力 阀芯的自重和摩擦力 可得到力的平衡方程为 定比式减压阀是使进出油口压力的比值维持恒定的减压阀 4 11 式中 ks 阀芯下端弹簧刚度 xc 阀芯开口xR最大时弹簧 其弹簧刚度为ks 的预压缩量 133 133 因弹簧刚度很小 可忽略 则有 4 12 可见 只要设计好阀芯的作用面积A1和A2 就可得到所要求的压力比 且比值近似恒定 134 134 减压阀应用 根据不同的需要 将液压系统分成若干个不同压力的油路 加工薄壳件 系统工作压力由溢流阀保持 为了减少加工变形设置了辅助支承 向上的推力由减压阀1保证 夹紧力由减压阀2保证 进给 夹紧 支承 135 135 减压阀应用 与单向阀并联实现单向减压 换向阀右位时正向减压 左位时反向用单向阀保证油路畅通 常将单向阀和减压阀做成一体 复合阀 136 136 减压阀应用 与节流阀串联 保证节流前后压力差保持恒定 从而保证流过节流阀的流量不随负载的变化而变化 137 137 三 顺序阀 1 顺序阀的结构及动作原理顺序阀 SequenceValve 是使用在一个液压泵供给两个以上液压缸且依一定顺序动作的场合的一种压力阀 直动式顺序阀图形符号 先导式顺序阀图形符号 138 138 顺序阀与溢流不同的是 出口直接接执行元件 另外有专门的泄油口 要接专门的泄油管通往油箱 顺序阀的构造及其工作原理类似溢流阀 有直动式和先导式两种 目前较常用直动式 139 139 依控制压力的不同 顺序阀又可分为内控式和外控式两种 前者用阀的进油口压力控制阀芯的启闭 后者用外来的控制压力油控制阀芯的启闭 液控顺序阀 直动式顺序阀 140 140 直动式顺序阀与直动式溢流阀相似 先导式顺序阀则与先导式溢流阀相似 主要差别为 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通 因此其泄油口要单独接油箱 直动式外控顺序阀 141 141 另外 顺序阀关闭时要有良好的密封性能 因此阀芯和阀体间的封油区 死区 长度b较溢流阀长 当顺序阀的进油口压力低于顺序阀调定压力时 阀口关闭 当进油口压力超过调定压力时 阀口开启 顺序阀输出压力油使其下游的执行元件动作 调整弹簧的预压缩量即能调节打开顺序阀所需的压力 142 142 先导式顺序阀 143 143 2 顺序阀的应用 1 用于顺序动作回路 如图4 24所示为一定位与夹紧回路 其前进的动作顺序是先定位后夹紧 后退是同时退后 图4 24利用顺序阀的顺序动作回路 144 144 使执行元件顺序动作 145 145 2 起平衡阀的作用 单向顺序阀可作平衡阀用在大形压床上由于压柱及上模很重 为防止因自重而产生的自走现象 因此必须加装平衡阀 如图4 25所示 图4 25平衡回路 146 146 用来产生平衡力 顺序阀将液压缸的下腔油路封住 使腔内的油液自然形成一个正好与活塞相平衡的背压力 防止因自重而下降 147 147 3 作背压阀用 使液压系统某一部分始终保持一定压力 起着背压作用 顺序阀保压 防止液压泵卸荷时 减压阀的进油口的油压为零 无减压油的输出 不能控制换向阀的动作 148 148 4 外控顺序阀可作卸荷阀用 压力油卸荷 快速运动时 两泵同时供油 慢速或停止运动时 顺序阀打开卸荷 149 149 当液压缸 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 才开始动作 这样 在液压缸 动作时 不致因压力过低 而使液压缸 的活塞在自重作用下下落 5 保证油路的最低压力 150 150 6 做普通溢流阀用 将直控顺序阀的输入油口接液压泵 输出油口接油箱 因为顺序阀的阀芯台阶是突变的 故稳定性差 151 151 7 做安全阀用 一旦液控单向阀失灵 就不能开启 液压缸的油液可通过安全阀流回油箱 152 152 顺序阀常见故障 故障 不起顺序控制作用 子 主回路执行元件不能顺序动作 原因 先导阀泄漏严重或主阀芯卡阻在开启状态不能关闭 故障 执行元件不动作 原因 先导阀不能打开 主阀芯卡阻在关闭状态不能开启 复位弹簧卡死 先导管路堵塞 153 153 故障 作卸荷阀时液压泵一旦启动就卸载 原因 先导阀泄漏严重或主阀芯卡阻在开启状态不能关闭 故障 作卸荷阀时不能卸载 原因 先导阀不能打开 主阀芯卡阻在关闭状态不能开启 复位弹簧卡死 先导管路堵塞 故障 单向顺序阀不能保持负载不下降 不起平衡作用 原因 先导阀泄漏严重或主阀芯卡阻在开启状态下不能关闭 154 154 故障 单向顺序阀负载不能下降 液压缸能够伸出但不能缩回 原因 先导阀不能打开 主阀芯卡阻在关闭状态不能开启 复位弹簧卡死 先导管路堵塞 故障 执行器爬行或振动 原因 负载有机械干扰或虽无干扰但主阀芯开启时执行元件排油过快 造成进油不足产生局部真空时主阀芯在启闭临界状态跳动 时开时关跳动 155 155 四 压力继电器 压力继电器是一种将液压系统的压力信号转换为电信号输出的元件 作用 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断开电气线路 实现执行元件的顺序控制或安全保护 压力继电器的图形符号 156 156 常用柱塞式压力继电器 当从压力继电器下端进油口通入的油液压力达到调定压力值时 推动柱塞1上移 此位移通过杠杆2放大后推动开关4动作 改变弹簧3的压缩量即可以调节压力继电器的动作压力 157 157 压力继电器外形图 158 158 图4 28单触点柱塞式压力继电器 a 结构 b 职能符号 如图4 28所示为单触点柱塞式压力继电器 压力油作用在柱塞的下端 液压力直接与柱塞上端弹簧力相比较 159 159 压力继电器按结构特点可分为柱塞式 弹簧管式和膜片式等 160 160 比较溢流阀 减压阀 顺序阀异同点 溢流阀 减压阀 顺序阀 弹簧 进口压力 弹簧 出口压力 弹簧 进口压力 出油口 油箱 出油口 油路 出油口 油路 内泄 外泄 外泄 常开 常闭 常开 并联 串联 顺序串联 卸荷并联 限压保压稳压 减压稳压 不控制压力 弹簧力平衡 改变开口量控制系统压力 161 161 压力继电器的功用 将液压系统中的油压达到一定数值后 发出电信号 操纵电磁阀或通过中间继电器接通下一个动作 借以实现程序控制和安全保护 162 162 压力继电器应用 1 用于安全保护 夹紧后缸右腔压力增高 继电器动作 2YA动作 切削 工件没夹紧 2YA断电 停止切削 后退夹紧 后退切削 163 163 压力继电器应用 2 控制元件顺序动作 2YA动作 右缸前进 碰挡铁后压力增高 继电器动作 1YA通电 左缸右慢移 3YA若通电快移 164 164 压力继电器的应用 3 液压泵启闭 2个泵 高压小流量 低压大流量 快速时 2泵工作 压紧时 继电器动作 关闭低压大流量泵 165 165 压力继电器应用 4 液压泵卸荷 压力增高 继电器动作 二位二通卸荷 166 166 第四节流量控制阀 液压系统中执行元件运动速度的大小 由输入执行元件的油液流量的大小来确定 对液压执行元件而言 控制 流入执行元件的流量 或 流出执行元件的流量 都可控制执行元件的速度 167 167 液压缸活塞移动速度为 液压马达的转速为 168 168 常用的流量控制阀有普通节流阀 压力补偿和温度补偿调速阀 溢流节流阀和分流集流阀等 流量控制阀就是依靠改变阀口通流面积 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 169 169 一 流量控制原理及节流口形式 节流阀的节流口通常有三种基本形式 薄壁小孔 细长小孔和厚壁小孔 无论哪种形式 通过节流口的流量q与阀芯前后的压力差 p总有关系 均可用 1 51 式来表示 q KA pm 式中 A表示节流口节流面积的大小 k表示由节流口形状与油液粘度决定的系数 p表示节流阀进出口压力差 m表示节流口形状指数 0 5 m 1 薄壁小孔 m 0 5 细长小孔m 1 170 170 式中m 0 5 1 因薄壁小孔m 0 5 细长小孔m 1 由式中可见 对于薄壁小孔 q KA p0 5 薄壁小孔使压力差对流量的影响为最小 所以为保证流量稳定 节流口的形式以薄壁小孔较为理想 指数小 q小 171 171 薄壁小孔 细长小孔和厚壁小孔的流量特性曲线 1 压差对流量的影响薄壁小孔的流量受到压差改变的影响最小 172 172 2 温度对流量的影响温度高则粘度下降 油液粘度对细长小孔有影响 对薄壁小孔几乎没有影响 3 节流口的堵塞节流口的抗堵塞性能尤其对流量阀的最小稳定流量有显著影响 薄壁小孔的流道短 抗堵塞性能好 一般流量控制阀的最小稳定流量为0 05L min 综上所述 为保证流量稳定 节流口的形式以薄壁小孔较为理想 173 173 几种常用的节流口形式 1 针阀式节流口通道长 湿周大 阻力大 易堵塞 油量受油温影响大 一般用于性能要求不高的场合 2 偏心槽式节流口性能与针阀节流口相同 但容易制造 一般用于压力较低 流量较大 流量稳定性要求不高的场合 阀芯上径向力不平衡旋转阀芯时较费力 174 174 3 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 且调节范围大 但节流通道有一定的长度 油温变化对流量有一定的影响 4 周向缝隙式节流口沿阀芯周向开有一条宽度不等的狭槽 转动阀芯就可改变开口大小 阀口做成薄刃形 通道短 水力直径大 不易堵塞 油温变化对流量影响小 因此其性能接近于薄壁小孔适用于低压小流量场合 175 175 5 轴向缝隙式节流口在阀孔的衬套上加工出薄壁阀口 阀芯作轴向移动即可改变开口大小性能 通道短 水力直径大 不易堵塞 油温变化对流量影响小 176 176 液压系统对流量控制阀的主要要求 1 较大的流量调节范围 且流量调节要均匀2 当阀前 后压力差发生变化时 通过阀的流量变化要小 以保证负载运动的稳定 3 油温变化对通过阀的流量影响要小 4 液流通过全开阀时的压力损失要小 5 当阀口关闭时阀的泄漏要小 177 177 节流阀 Throttlevalve 是根据薄壁小孔与细长小孔原理所作出的 如图所示为节流阀的结构 油液从入口进入 经滑轴上的节流口后 由出口流出 调整手轮使滑轴轴向移动 以改变节流口节流面积的大小 从而改变流量大小以达到调速的目的 图中油压平衡用孔道在于减小作用于手轮上的力 使滑轴上 下油压平衡 二 节流阀 节流阀的图形符号 178 178 1 普通节流阀的工作原理这种节流阀的节流通道是轴间三角槽式 这种节流阀的进出油口可互换 1 阀芯 2 推杆 3 手柄 4 弹簧 压力油经进油口p1流入孔道a和阀芯1左端的三角槽进入孔道b 再从出油口p2流出 调节手柄3可通过推杆2使阀芯作轴向移动 改变节流口的面积来调节流量 179 节流元件的作用 流进节流阀进入液压缸的流量和流经溢流阀的流量大小 由两者调定 流量全部进入液压缸 调节流阀只是调定压降 180 180 普通节流阀结构简单 制造容易 体积小 使用方便 造价低 但负载和温度的变化对流量稳定性的影响较大 因此只适用于负载和温度变化不大或速度稳定性要求不高的液压系统中 181 181 2 节流阀的刚性 节流阀的刚性表示它抵抗负载变化的干扰 保持流量稳定的能力 即当节流阀开口量不变时 由于阀前后压力差的变化 引起通过节流阀的流量发生变化的情况 流量变化越小 节流阀的刚性越好 大 如果以T表示节流阀的刚度 则有 进而有 182 182 画出其不同大小A的曲线 从节流阀特性曲线可以发现 节流阀的刚度T相当于流量曲线上某点的切线和横坐标夹角 的余切 即 T ctg 183 183 1 p相同 A小 T大 2 A相同 p小 T小 3 m小 T大 取薄壁小孔 184 184 三 节流阀的压力和温度补偿 普通节流阀由于刚度差 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压力补偿 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 185 185 由式q KA pm可知 当 p不变时 通过节流阀的流量只决定于节流口大小 节流阀的压力补偿有两种方式 一种是将定差减压阀与节流阀串联起来 组合而成调速阀 另一种是将稳压溢流阀与节流阀并联起来 组成溢流节流阀 186 186 这两种压力补偿方式是利用流量变动所引起油路压力的变化 通过阀芯的负反馈动作 自动调节节流部分的压力差 使 p基本保持不变 油温的变化也必然会引起油液粘度的变化 从而导致通过节流阀的流量发生相应的改变 为此出现了温度补偿调速阀 187 187 1 调速阀 调速阀是在节流阀 前面串联一个定差减压阀1组合而成 液压泵的出口 即调速阀的进口 压力 由溢流阀调定 基本上保持恒定 调速阀出口处的压力由液压缸负载 L决定 188 188 调速阀的图形符号 油液先经减压阀产生一次压力降 将压力降到p2 节流阀的出口压力p3又经反馈通道口作用到减压阀的上腔b 记住简单符号即可 189 189 当减压阀的阀芯在弹簧力Fs 油液压力和作用下处于某一平衡位置时 则有 式中 A A1 A2 则有 因为弹簧刚度较低 且工作过程中减压阀阀芯位移很小 可以认为Fs为常数 所以节流阀两端的压力差也基本保持不变 190 190 节流阀和调速阀压差 流量特性曲线 当压力差很小时 0 5MPa 由于减压阀阀芯被弹簧推至最下端 减压阀阀口全开 不起稳压作用 这时调速阀的性能与节流阀相同 调速阀正常工作的压差至少0 4 0 5MPa 高压调速阀为1MPa X大 191 191 2 温度补偿调速阀 普通调速阀虽能使通过的流量不受压差影响 即不受外负载影响 但是当温度变化时将会油液粘度变化 从而使流量变化 温度膨胀系数较大的聚氯乙烯推杆减小了流量的增加 192 192 3 溢流节流阀 旁通型调速阀 压力油p1一部分经节流后降为p2 另一部分经溢流阀回油箱 当F增大p2增大 溢流阀阀芯下移 关小溢流口 使p1也增大 从而使 p p1 p2基本不变 安全阀用以避免系统过载 193 193 安全阀2的作用是防止系统过载 由于安全阀装在节流阀的节流口后 所以安全阀控制的是出口油压p2 当液压缸载荷达到额定值或活塞运动到终端时 节流阀后的压力p2上升 安全阀打开 这时溢流节流阀相当于一个先导式溢流阀 安全阀2相当于先导阀 节流阀4阀口则相当于阻尼小孔 液压泵便在安全阀2调定的压力下从溢流阀的溢流口溢流而无效地工作 194 194 流量控制阀的常见故障 故障 节流阀节流部分腐蚀原因 由气泡 水分 水基工作液造成 故障 节流阀调节螺钉松动及调节不良原因 锁紧不良 振动 由于结构形式不同调整手把的转向错误 故障 节流阀不能节流原因 管路联接错误 弹簧变形或断裂 阀座不好或密封件损坏 故障 调速阀初期流量大 跳跃现象 原因 阀的初期响应不良 195 195 故障 调速阀压力补偿阀 定差式减压阀 动作不良原因 弹簧 阀芯损坏故障 调速阀流量调好后 流量随时间而发生变化原因 工作油中脏物的影响故障 调速阀手把空转原因 节流部分安装不好故障 流量变化原因 使用条件 油温 压力 流量 和型号不匹配 196 节流调速回路的基本形式 196 进油节流 回油节流 旁路节流 197 197 第五节叠加式液压阀 其阀体本身既是元件又是具有油路通道的连接体 叠加阀是采用堆叠的方式形成各种液压回路的 阀和阀之间采用 O 形圈来作密封装置 但也有些是设计另一块隔板上 下用 O 形圈来作为中间媒介层 阀与阀之间不需要另外的连接体 198 198 叠加阀的特点如下 1 液压回路是由叠加阀堆叠而成的 结构紧凑 体积小 重量轻 可大幅缩小安装空间 2 组装工作方便 不需熟练 并可容易而迅速地实现回路的增添或更改 3 减少了由于配管引起的外部漏油 振动 噪音等事故 因而提高了可靠性 199 199 4 元件集中设置 外观美观 维护 检修容易 5 回路的压力损失较少 可节省能源 6 标准化 通用化和集成化程度高 另外 流经每一个叠加阀的压力损失必须详查供应商资料 200 200 我国叠加阀现有 6 10 16 20 30mm 等五个通径系列 额定工作压力为20MPa 最高使用的压力可达25MPa 额定流量为10 200L min叠加阀的分类与一般液压阀相同 它同样分为压力控制阀 流量控制阀和方向控制阀三大类 201 201 一 叠加式溢流阀 由主阀和导阀两部分 叠加阀式溢流阀 a 外观 b 结构 c 职能符号 202 203 203 主阀芯为二级同心结构 先导阀即为锥阀式结构 Y1 F10D P T型主要用于双泵供油系统的高压泵的调压和溢流 Y1 溢流阀F 压力等级 20MPa 10 通径系列 10mmD 叠加阀P T 进口为P 出口为T 1 推杆 2 弹簧 3 锥阀 4 阀座 5 弹簧 6主阀芯 204