液压阀门知识

1 第第 4 4 章章 液压控制阀 液压控制阀 HydraulicHydraulic controlcontrol valvesvalves 4 14 1 概述概述 4 1 14 1 1 液压控制阀的功用液压控制阀的功用 液压控制阀是液压系统中用来控制液流方向 压力和流量的元件 借助于这些阀 便能 对液压执行元件的启动和停止 运动方向和运动速度 动作顺序和克服负载的能力等进行调 节与控制 使各类液压机械都能按要求协调地工作 4 1 24 1 2 液压控制阀的类型液压控制阀的类型 1 按用途分类 液压控制阀可分为方向控制阀 压力控制阀和流量控制阀 2 按控制方式分类 液压控制阀可分为开关阀 电液比例控制阀 伺服阀和数字阀等 开关阀在调定后只能 在调定状态下工作 它是液压系统中使用最为普遍的元件 电液比例控制阀的输出量与输入 量之间保持一定的比例关系 它根据输入信号连续或按比例控制液压控制阀的参数 一般多 用于开环液压控制系统 电液伺服阀一般情况是采用输入信号和反馈信号的偏差来连续地控 制液压控制阀的输出参数 多用于要求精度高 响应快的闭环液压控制系统 电液数字阀则 用数字信息直接控制液压阀的动作 3 按安装连接形式分 1 管式连接阀 又称螺纹连接阀 液压控制阀的油口攻螺纹 用螺纹管接头连接管路 2 板式连接阀 如图 4 1a 液压控 制阀的各油口均布置在同一安装面上 并 用螺钉固定在与阀有对应油口的连接板上 再用管接头和管道及其它元件连接 或者 把几个阀用螺钉固定在一个具有连接孔道 的集成块的不同侧面上 沟通各阀组成回 路 由于拆卸时无需拆卸与之相连的其它 元件 故这种安装连接方式应用较广 3 叠加式连接阀 叠加式连接阀连接时 最下面一般为连接板 最上面液压阀的下表 面 中间液压阀的上 下面为连接结合面 各油口分布在结合面上 同规格阀的油口连接尺 寸相同 如图 4 1b 每个阀除其自身的功能外 还起油路通道的作用 阀相互叠装便组成 回路 无需管道连接 故结构紧凑 压力损失较小 4 插装式连接阀 这类阀无单独的阀体 由阀芯和阀套等组成的单元体插装在插装块 体的预制孔中 用盖板和螺纹等固定 通过块体中的通道连接组成回路 它是近几年适应于 液压系统集成化和大流量控制等要求而发展起来的一种新的安装连接方式 其连接方 图4 1 液压阀的连接方式 b a 液压阀 连接板 液压阀 2 法见插装控制阀一节 4 1 34 1 3 对液压控制阀的要求对液压控制阀的要求 液压系统中所采用的液压控制阀应满足如下要求 1 动作灵敏 使用可靠 工作时冲击和振动小 寿命长 2 油液流过时压力损失小 3 密封性能好 4 结构紧凑 安装 调整 使用 维护方便 通用性强 4 1 44 1 4 液压控制阀的性能参数液压控制阀的性能参数 阀的规格大小用通径 Dg 单位 mm 表示 Dg是阀进 出油口的名义尺寸 它和实际 尺寸不一定相等 对于不同类型的各种阀 也有使用其它参数表征其工作性能的 一般有额定压力 流量 以及压力损失 开启压力 允许背压 最小稳定流量等 同时在产品样本中给出若干条特性 曲线 供使用者确定不同状态下的性能参数值 4 24 2 方向控制阀方向控制阀 Direction Direction controlcontrol valves valves 方向控制阀主要用来控制液压系统中各油路的通 断或改变油液流动方向 它包括单向 阀和换向阀 4 2 14 2 1 单向阀单向阀 Check Check valve valve 单向阀有普通单向阀和液控单向阀等 1 普通单向阀 普通单向阀是只允许液流单方向流动而反向截止的元件 液压系统中对普通单向阀的要 求主要是 液流正向通过阀时压力损失小 反向截止时密封性能好 动作灵敏 工作时 冲击和噪声小等 如图 4 2a 和 4 2b 分别是管式连接的直通式单向阀和板式连接的直角式单向阀 这里 为了使看图方便 没有画出管式连接的螺纹和板式连接的密封圈安放槽等 以下同 当液 流从 P1口流入时 作用在阀芯上的压力油液克服弹簧力顶开阀芯 2 流向 P2 实现正向导 通 当液流从 P2口流入时 由于阀芯上开有径向孔 液流流进阀芯内部 阀芯在液压力和 弹簧力的作用下关闭阀口 实现反向截止 图 4 2c 为单向阀的图形符号 3 1 2 3 4 1 2 3 4 5 21PP 2 1 21 c 1 阀体 2 阀芯 3 弹簧 4 阀盖 5 弹簧座 P P PP b a 图4 2 单向阀 从工作原理可知 单向阀的弹簧在保证克服阀芯和阀体的摩擦力及阀芯的惯性力而复位 的情况下 弹簧的刚度应该尽可能地小 以免在液流流动时产生较大的能量损失 一般情况 下 单向阀的开启压力为 0 035 0 05MPa 通过额定流量时压力损失不应该超过 0 1 0 3MPa 在液压系统中有时也将普通单向阀作为背压阀使用 这时一般要换上刚度较 大的弹簧 此时单向阀的开启压力一般为 0 2 0 6MPa 2 液控单向阀 除普通单向阀外 还有液控单向阀 它是液压系统经常使用的液压元件 如图 4 3 液 控单向阀由阀体 2 阀芯 5 弹簧 6 控制活塞 3 推杆 4 等组成 阀芯为一般锥芯 弹簧的 刚度较小 当液流从 P1口流入时 液压 力顶开阀芯 导通 P1至 P2油路 实现正 向导通 当液流从 P2口流入时 液压油 将阀芯 5 推压在阀座上 封闭油路 实 现反向截止 这和普通单向阀的作用一 样 当要求反向导通时 需在控制油口 通以压力油 推动控制活塞 3 通过推杆 4 将阀芯 5 顶离阀座 解除反向截止作用 由于控制活塞的面积较大 所以控制油 压力不必很大 为其主油路压力的 30 50 即可 液控单向阀按控制活塞背压腔的泄油方式不同 分为内泄式和外泄式 内泄式如图 4 3 控制活塞的背压腔通过内泄油孔 a 连通单向阀的 P1口 外泄式如图 4 4 控制活塞的 背压腔通过外泄油孔 a 直接通油箱 一般情况下在反向出油口的压力 P1较低时采用内泄式 较高时采用外泄式 以减小所需控制压力 液控单向阀按结构特点还可分为简式如图 4 3 4 4 和卸载式如图 4 5 两类 卸载式液 21kPP 卸载阀芯 图4 5 卸载式液控单向阀图4 4 外泄式液控单向阀 2PPk1 外泄油孔 k 2PP1 b a P2kP1 1 2 3 a 4 5 6 7 图4 3 内泄式液控单向阀 1 7 阀盖 2 阀体 3 控制活塞 4 推杆 5 阀芯 6 弹簧 a 内泄油孔 4 控单向阀带有卸载阀 当控制活塞向右运动时首先顶开卸载阀的小阀芯 使主油路油压 P2 卸压 继续运动再顶开单向阀芯 反向导通油路 这样可大大减小控制压力 实际应用这种 结构的液控单向阀可以使控制压力与工作压力之比降低到 4 5 左右 常用于高压系统 在工程实际中 常常需要对执行机构的进 回油路同时采用液控单向阀进行锁紧控制 保证系统的安全等 如工程 车的支腿油路系统 如图 4 6 两个液控单向阀共用 一个阀体和控制活塞 这样 组合的结构称为液压锁 当 从 A1通入压力油时 在导通 A1与 A2油路的同时推动活塞 右移 顶开右侧的单向阀 解除 B2到 B1的反向截止作用 当 B1通入压力油时 在导通 B1与 B2油路的同时推动活塞左 移 顶开左侧的单向阀 解除 A2到 A1的反向截止作用 而当 A1与 B1口没有压力油作用时 两个液控单向阀都为关闭状态 锁紧油路 液压锁的图形符号如图 4 6b 4 2 24 2 2 换向阀换向阀 Reverse Reverse valve valve 换向阀是借助于阀芯与阀体之间的相对运动 控制与阀体相连的各油路实现通 断或改 变液流方向的元件 对换向阀的基本要求是 液流通过阀时压力损失小 互不相通的油 口间的泄漏小 换向可靠 迅速且平稳无冲击 4 2 2 14 2 2 1 换向阀的工作原理换向阀的工作原理 图 4 7 为滑阀式三位五通换向阀的工作原理 液压 阀由阀体和阀芯组成 阀体的内孔开有五个沉割槽 对 应外接 5 个油口 称为五通阀 阀芯上有三个台肩与阀 体内孔配合 在液压系统中 一般情况设 P T T1 T2 为压力油口和回油口 A B 为接负载的 工作油口 下同 在图示位置 中间位置 各油口互 不相通 若使阀芯右移一段距离 则 P A 相通 B T2 相通 液压缸活塞右移 若使阀芯左移 则 P B 相通 A T1相通 液压缸活塞左移 4 2 2 24 2 2 2 换向阀的分类换向阀的分类 换向阀的应用十分广泛 种类很多 分类方法也不同 一般可以按下表分类 表 4 1 换向阀的分类 分 类 方 法类 型 按阀的结构形式分滑阀式 转阀式 球阀式 锥阀式 3 1 BA TT2P 1 阀体 2 阀芯 3 液压缸 图4 7 换向阀的工作原理 1 2 b B2 1BA1 A2 2AA1 活塞 2BB1 a 图4 6 液压锁 5 按阀的操纵方式分手动 机动 电磁 液动 电液动 气动 按阀的工作位置数和控制通路数分二位二通 二位三通 二位四通 三位四通等 4 2 2 34 2 2 3 滑阀式换向阀滑阀式换向阀 1 阀体和阀芯的几种配合形式 上面以五槽三台肩三位五通换向阀为例介绍了换向阀的工作原理 实际应用时 常常在 阀体内将两个 T 口沟通后封闭其中一个 成为四通阀 如图 4 8a 对于这类具有代表性的 阀 阀体和阀芯之间可以具有多种配合形式 如图 4 8b 是三槽二台肩的换向阀 其油口 通断情况很明显 它的结构简单 但回油压力直接作用在阀芯两端 对两端密封要求较高 如图 4 8c 是五槽四台肩换向阀 结构稍复杂些 如图 4 8d 为四槽四台肩换向阀 它将 两个 T 口的连通从阀体改到阀芯 无论结构上如何变化 其油口通断的工作原理是相同的 都用 4 8e 的图形符号表示 2 位置数 通路数及中位机能 1 换向阀的位置数 位置数是指正常工作时换向阀受外力操纵所能实现的工作位置数目 如图 4 8e 在图 形符号中 位 数用粗实线方格 或长方格 表示 有几位即画几个格 2 换向阀的通路数 通路数是指换向阀外连工作油口的数目 在图形符号中 用 T 表示油路被阀芯封闭 用 或 表示油路连通 以箭头表示流动方向 但箭头一般并不重要 一个方格内 油路与方格的交点数即为通路数 几个交点就是几通 表 4 2 列出了几种常用换向阀的结构原理及图形符号 3 换向阀的中位机能 换向阀都有两个或两个以上工作位置 其中未受到外部操纵作用时所处的位置为常态位 对于三位阀 图形符号的中间位置为常态位 在这个位置其油口连通方式称为中位机能 换 向阀的阀体一般设计成通用件 对同规格的阀体配以台肩结构 轴向尺寸及内部通孔等不同 e d c b 图4 8 阀体和阀芯的配合型式举例 a A B P T 6 的阀芯可实现常态位各油口的不同中位机能 表 4 3 列出了常用的几种中位机能的名称 结构原理 图形符号和中位特点 从表中可以看出 不同的中位机能具有各自特点 因为液压阀是连接动力元件和执行元 件的 就是说一般情况下 换向阀的入口接液压泵 出口接液压马达或液压缸 分析中位 表 4 2 换向阀的结构原理及图形符号 名 称结 构 原 理 图符 号 二位二通 二位三通 二位五通 二位四通 三位四通 表 4 2 三位四通换向阀的中位机能举例 中位型式结 构 原 理 图符 号中位特点 O 液压阀从其它位置转换到中位时 执行元 件立即停止 换向位置精度高 但液压冲击大 液压执行元件停止工作后 油液被封闭在阀后 的管路及元件中 重新启动时较平稳 在中位 时液压泵不能卸荷 H 换向平稳 液压缸冲出量大 换向位置精 度低 执行元件浮动 重新启动时有冲击 液 压泵在中位时卸荷 Y P 口封闭 A B T 导通 换向平稳 液 压缸冲出量大 换向位置精度低 执行元件浮 动 重新启动时有冲击 液压泵在中位时不卸 荷 P T 口封闭 P A B 导通 换向平稳 液 压缸冲出量大 换向位置精度低 执行元件浮 动 差动液压缸不能浮动 重新启动时有冲 击 液压泵在中位时不卸荷 7 M 液压阀从其它位置转换到中位时 执行元 件立即停止 换向位置精度高 但液压冲击大 液压执行元件停止工作后 执行元件及管路充 满油液 重新启动时较平稳 在中位时液压泵 卸荷 机能的特点 就是要分析液压阀在中位时或在液压阀中位与其它工作位置转换时对液压泵和 液压执行元件工作性能的影响 通常考虑以下几个因素 1 系统保压与卸荷 当液压阀的 P 口被堵塞时 系统保压 这时的液压泵可以用于多 缸系统 如果液压阀的 P 口与 T 口相通 这时液压泵输出的油液直接流回油箱 没有压力 称为系统卸荷 2 换向精度与平稳性 若 A B 油口封闭 液压阀从其它位置转换到中位时 执行元件 立即停止 换向位置精度高 但液压冲击大 换向不平稳 反之 若 A B 油口都与 T 相通 液压阀从其它位置转换到中位时 执行元件不易制动 换向位置精度低 但液压冲击小 3 启动平稳性 若 A B 油口封闭 液压执行元件停止工作后 阀后的元件及管路充满 油液 重新启动时较平稳 若 A B 油口与 T 相通 液压执行元件停止工作后 元件及管路 中油液泄漏回油箱 执行元件重新启动时不平稳 4 液压执行元件 浮动 液压阀在中位时 靠外力可以使执行元件运动来调节其位置 称为 浮动 如 A B 油口互通时的双出杆液压缸 或 A B T 口连通时情况等 3 几种常用的换向阀 1 机动换向阀 机动换向阀又称行程阀 这种阀需安装在液压 缸的附近 在液压缸驱动工作部件的行程中 靠安 装在预定位置的挡块或凸轮压下滚轮通过推杆使阀 芯移位 换向阀换向 图 4 9b 为其图形符号 机动换向阀结构简单 动作可靠 换向位置精 度高 但由于必须安装在液压执行元件附近 所以 连接管路较长 使液压装置不紧凑 a b 挡块 4 1 3 2 A 6 5 P 7 P A 4 阀芯 6 推杆 7 滚轮 1 5 阀盖 2 弹簧 3 阀体 图4 9 二位二通机动换向阀 8 2 手动换向阀 手动换向阀是用手动杠杆操纵阀芯换位的换向阀 按换向定位方式不同 分为弹簧复位 式 4 10a 和钢球定位式 4 10b 前者在手动操纵结束后 弹簧力的作用使阀芯能够自动回复 到中间位置 后者由于定位弹簧的作用使钢球卡在定位槽中 换向后可以实现位置的保持 手动换向阀结构简单 动作可靠 一般情况下还可以人为地控制阀开口的大小 从而控 制执行元件的速度 在工程机械中得到广泛应用 3 电磁动换向阀 电磁动换向阀简称电磁换向阀 是靠通电线圈对衔铁的吸引转化而来的推力操纵阀芯换 位的换向阀 如图 4 11 为阀芯为二台肩结构的三位四通 O 型中位机能的电磁换向阀 阀体 的两侧各有一个电磁铁和一个对中弹簧 图示为电磁铁断电状态 在弹簧力的作用下 阀芯 处在常态位 中位 当左侧的电磁铁通电吸合时 衔铁通过推杆将阀芯推至右端 则 P A 和 B T 分别导通 换向阀在图形符号的左位工作 反之 右端电磁铁通电时 换向阀就在 右位工作 1 手动杠杆 2 阀体 3 阀芯 4 弹簧 5 阀盖 图4 10 手动换向阀 a b 1 2 3 4 5 6 7 8 6 定位槽 7 定位钢球 8 定位弹簧 TP BABA TP B TP A b ATPB a 6 阀体 7 阀芯 8 弹簧座 9 弹簧 图4 11 三位四通Y型电磁换向阀 1 电插头 2 壳体 3 电磁铁 4 隔磁套 5 衔铁 123457689 9 电磁铁不仅有交流和直流之分 而且有干式和湿式之别 交流电磁铁结构简单 使用方 便 启动力大 动作快 但换向冲击大 噪声大 换向频率不能太高 约 30 次 min 当 阀芯被卡住或由于电压低等原因吸合不上时 线圈易烧坏 直流电磁铁需直流电源或整流装 置 但换向冲击小 换向频率允许较高 最高可达 240 次 min 而且有恒电流特性 电磁 铁吸合不上时线圈也不会烧坏 故工作可靠性高 还有一种本整型 本机整流型 电磁铁 其上附有二极管整流线路和冲击电压吸收装置 能把接入的交流电整流后自用 干式电磁铁 不允许油液进入电磁铁内部 推动阀芯的推杆处要有可靠的密封 摩擦阻力大 运动有冲击 噪声大 使用寿命较短 一般只能工作 50 到 60 万次 湿式电磁铁如图 4 11 其中装有隔 磁套 4 回油可以进入隔磁套内 衔铁在隔磁套内运动 阀体内没有运动密封 阀芯运动阻 力小 油液对衔铁的润滑和阻尼作用 使阀芯的运动平稳 噪声小 使用寿命长 可以工作 1000 万次以上 但其价格较贵 4 液动换向阀 电磁换向阀动作灵敏 易于实现自动控制 但电磁铁吸力有限 当液压阀规格较大 通 过的流量大时 产生的液动力就很大 这时电磁力很难满足换向要求 实际上 当换向阀的 通径大于 10mm 时 常采用液压力来操纵阀芯换位 采用液压力操纵阀芯换位的液压阀称为 液动阀 如图 4 12 为三位四通液动换向阀的结构原理图和图形符号 K1 K2为液控口 5 电液动换向阀 驱动液动换向阀的液压油 可以采用机动阀 手动阀或电 磁换向阀来进行控制 采用电 磁换向阀控制液动换向阀的组 合称为电液动换向阀 简称电 液换向阀 它集中了电磁换向 阀和液动换向阀的优点 这里 电磁换向阀起先导控制作用 L 1 节流阀 2 单向阀 图4 13 三位四通电液换向阀 TBPA 1 2 2KK1 TBPA 4 12 1 2 3 4 5 a b BA TP 1 2 3 4 5 2K 1K 10 称为先导阀 其通径可以很小 液动换向阀为主阀 控制主油路换向 液动换向主阀主要采用弹簧对中方式 也有采用液压对中方式的 应用较少 这里不介 绍 如图 4 13 作为先导阀的电磁换向阀的中位需采用 Y 型机能 保证在电磁铁不通电时 液动换向阀的左 右控制腔连通油箱 消除液压力影响 保证弹簧力可靠对中 在电液换向阀的先导阀和主阀之间 常设一对阻尼调节器 它们可以是叠加式单向节流 阀 如图 4 13 当控制油进入 主阀芯的控制腔时经过单向阀 控制油流出时经过节流阀 出 油节流调速 通过调节节流阀 的开口 控制阀芯的换位速度 对于以内控方式工作的电 液换向阀 先导阀的控制油取 自主阀的 P 口 如果主阀的中 位机能是使泵卸荷的状态 M H K 等机能 即使先导阀动作 主阀的控制油由于没有油 压而无法推动阀芯换位 电液换向阀也就不能工作 这时就需要在主阀的进油口处增设一个 预压阀 如具有较硬弹簧的单向阀 使换向阀在中间位置 卸荷 时 P 口保持一定的压 力 以满足换向需要 如图 4 14b 4 2 2 44 2 2 4 转阀转阀 图 4 15 为三位四通转阀 转动式 换向阀 的工作原理 它是通过阀芯 和阀体的相对旋转来实现油路的通 断和换向的 在图示位置 P A 相通 B T 相 通 当手柄转动到中间位置时 P A B T 均不相通 当转到右位时 P B 相通 A T 相通 图 4 15b 为其 图形符号 如果用挡块操纵转阀 它 便成为机控阀 转阀结构简单 紧凑 但密封性能差 一般应用在低压 小流量场合 作为先导阀或小型换向阀使用 4 2 2 54 2 2 5 球式换向阀球式换向阀 电磁球阀是近几年发展起来的一种换向阀 它是以电磁铁的推力为动力 推动钢球阀芯 运动来实现油路通断和切换的 a 1 P 1 阀体 2 阀芯 3 手柄 图4 15 三位四通转阀 A b P T 左 中 右 T 2 3 B A B b c a 图4 14 电液换向阀的符号 11 图示 4 16 为二位三通 电磁球阀的结构原理 主要 由左 右阀座 阀芯钢球 弹簧 阀芯推杆 电磁铁 操纵推杆 杠杆等组成 图 示为其常态位 通道 a 使阀 芯两端所受的液压力平衡 弹簧作用力使钢球压向左阀 座 P A 导通 A T 封闭 当电磁铁通电时 杠杆推动 阀芯压缩弹簧 使钢球压向 右阀座 P A 封闭 A T 导通 实现换向 电磁球阀的密封性能好 反应速度快 换向频率高 对工作介质粘度的适应范围广 没 有滑阀所需承受的液压卡紧力 换向和复位所需的力量小 可用于高压系统 靠球式阀芯密 封换向 抗污染能力强 但目前电磁球阀可供选用的机能少 规格较小 电磁球阀主要应用 在高压小流量系统中 或在大流量系统中作先导控制元件使用 4 34 3 压力控制阀压力控制阀 P Pressure control valves 在液压系统中控制油液压力高低或利用压力变化实现某种动作的阀通称为压力控制阀 常见的压力控制阀按功用分为溢流阀 减压阀 顺序阀 压力继电器等 4 3 14 3 1 溢流阀溢流阀 Overflow Overflow valvesvalves oror reliefrelief valves valves 溢流阀有多种用途 主要是运用溢流的方法使液压泵的供油压力得到调整并保持基本恒 定 溢流阀按其结构原理可分为直动型和先导型两种 对溢流阀的要求主要是 调压范围大 调压偏差小 动作灵敏 过流能力强 工作 时噪声小等 1 直动式溢流阀 1 普通直动式溢流阀 图 4 17 为锥阀式 和滑阀式普通直动型溢 流阀的结构原理 对于 锥阀式溢流阀 图 4 17a 当进油口 P 的 油液压力不高时 锥阀 芯 2 被弹簧 3 压紧在阀 座上 阀口关闭 当进 c a 3 4 1 2 3 4 2 1 T P T PT P 1 阀体 2 阀芯 3 调压弹簧 4 调压手轮 图4 17 普通直动式溢流阀 a b b PAT 1 操纵推杆 2 杠杆 3 转动支点 4 阀芯推杆 5 左阀座 图4 16 二位三通电磁球阀 a A TP a 4 3 1 2 56 7 8 9 6 球阀芯 7 电磁铁 8 右阀座 9 弹簧 12 口油压 P 升高到能克服弹簧阻力时 便推开锥阀芯使阀口打开 油液就从回油口 T 流回油箱 溢流 进油压力 P 也就不会继续升高 对于滑阀式直动溢流阀图 4 17b 其工作原理与 锥阀式类似 进口的压力油通过阀体内的通道 a 引入阀芯下端 直接与上端的弹簧相互作用 弹簧腔的泄漏油与出油口相连 当进口油压升高到能克服弹簧阻力时 便推动阀芯运动 油 液就由进油口 P 流入 从回油口 T 流回油箱 当通过溢流阀的流量变化时 阀口开度变化 弹簧压缩量也随之改变 在弹簧压缩量变化甚小的情况下 可以认为阀芯在液压力和弹簧力 作用下保持平衡 溢流阀进口处的压力 P 基本保持在弹簧调定值 拧动调压手轮 4 改变弹簧 的预压缩量 便可调整溢流阀的溢流压力 这种溢流阀因为其作用在阀芯上的液压力直接和调压弹簧力抗衡 所以称为直动式溢流 阀 由于液压力直接作用于弹簧的结构原因 需要的弹簧刚度很大 当溢流量较大时 阀口 开度增大 弹簧的压缩量增大 控制的油液压力波动大 手轮调节所需力量也大 所以普通 直动型溢流阀适用于低压小流量系统 2 新型直动式溢流阀 直动式溢流阀在结构上采取适当措施也可以用在高压大流量系统中 德国的 Rexroth 公 司开发的直动式溢流阀是其代表 其压力最高达到 63MPa 流量达到 330L min 其溢流压力 稳定性很好 如图 4 18 为其较为典型的插装型锥阀式结构 图 4 18b 阀芯的为局部放大图 在锥阀的下部有侧面铣扁的阻 尼活塞 4 通过铣扁处将压力 油引到活塞的底部 该活塞除 增加运动阻尼提高阀的工作稳 定性外 还可以为其锥阀芯导 向 在开启后不会发生偏斜 此外 在锥阀的上部还有一个 偏流盘 盘的上面支撑着弹簧 下侧表面开环形槽用来控制回 油的射流方向 因为液流方向 改变产生一个与弹簧方向相反 的射流力 当阀的开口增大时 弹簧的压缩量增大 这时射流力也增大 可以部分相互抵消 这样阀的工作压力就不会因为溢流量变化导致的弹簧压缩量变化而产生较大的波动 2 先导式溢流阀 3 2 1 6 4 5 T P T P 1 插装阀体 2 阀芯 3 阀套 4 阻尼活塞 5 锥阀口 6 偏流盘 图4 18 新型直动式溢流阀 a b 13 图 4 19 为某先导式溢流阀的结构原理 它由主阀和先导阀两部分组成 主阀由主阀体 主阀芯 小弹 簧等组成 先 导阀是普通直 动式锥阀芯溢 流阀 当先导式 溢流阀的进油 口 P 通入压力 油时 压力油 可通过主阀芯 上的阻尼孔 R 进入左侧油腔 并通过先导阀 体上的孔道进入先导阀的下腔 当溢流阀进油口 P 处的压力较小 不足以顶开先导阀芯时 主阀芯上的阻尼孔只起通油 作用 这时主阀芯左 右两腔的液压力相等 而左腔又有一个小弹簧力的作用 必使主阀芯 处在右端极限位置 封闭 P 到 T 的溢流通道 当压力增大到先导锥阀芯的开启压力时 先导 锥阀芯打开 油液可以经过主阀芯上的泄油孔道 b 流回主阀的回油腔 T 实行内泄 由于阻 尼孔 R 的液阻很大 靠流动阻力的作用产生压力降 使主阀芯所受的液压力不平衡 当入口 处的液压力达到溢流阀的调定压力 这时溢流阀阀芯右侧作用的液压力大于左侧的液压力与 小弹簧的作用力之和 主阀芯开始向左运动 打开 P 到 T 的通道而产生溢流 实现溢流稳压 的目的 调节先导阀的调压手轮 便能调整溢流压力 更换不同刚度的调压弹簧 便能得到不同 的调压范围 先导式溢流阀上开有一个远程控制口 K 它和主阀芯的左腔相联 图示为控制口封闭状 态 当要实行远程控制时 在此口连接一个调压阀 相当于给溢流阀的调压部分并联一个先 导调压阀 溢流阀工作压力就由溢流阀本身的先导调压阀和远程控制口上连接的调压阀中较 小的调压值决定 调节远程控制口上连接的调压阀 调节压力小于溢流阀本身先导阀的调定 值 可以实现对于溢流阀的远程控制或使溢流 阀卸荷 如不使用其功能 如图堵上远程控制 口即可 在先导型溢流阀中 先导阀的作用是控制 和调节溢流压力 其阀口直径较小 即使在较 K R 图4 20 二节同心溢流阀 2 1 K T P K 4 3 1 2 T P 1 先导阀座 2 先导阀芯 3 调压弹簧 4 调压手轮 图4 19 三节同心先导式溢流阀 a b 5 6 7 R b 5 主阀体 6 主阀芯弹簧 7 主阀芯 14 高压力的情况下 作用在锥阀芯上的液压力也不大 因此调压弹簧的刚度不必很大 压力调 整也比较轻便 主阀芯的两端均受油压作用 主阀弹簧也只需很小刚度 这样 当溢流量变 化而引起弹簧压缩量变化时 进油口的压力变化不大 故先导型溢流阀的稳压性能优于普通 直动型溢流阀 但先导型溢流阀是二级阀 其灵敏度低于直动型阀 上面介绍的溢流阀常称为三节同心溢流阀 因为阀芯和阀体有三处同心配合要求 还有 一种二节同心溢流阀 如图 4 20 其工艺要求的同心配合处有两个 降低了加工的难度 在这个阀上具有三个阻尼孔 分析工作原理起作用的是 R 阻尼孔 工作原理与三节同心溢流 阀类似 阻尼孔 1 主要对先导阀芯开启起阻尼作用 以降低振动等 阻尼孔 2 对主阀芯的启 闭产生阻尼 提高溢流阀工作的稳定性 3 溢流阀的性能 溢流阀的性能包括溢流阀的静态性能和动态性能 在此作简单介绍 1 静态性能 1 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 稳地上升或下降时的最大和最小调定压力 在调节范围内 压力无突跳及迟滞现象 溢流阀 的最大允许流量为其额定流量 在额定流量下工作时溢流阀应无噪声 溢流阀的最小稳定流 量取决于它的压力平稳性要求 一般规定为额定流量的 15 2 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 前者称为开启比 后者称为闭合比 显然 上述两个百分比越大 则二者 越接近 溢流阀的启闭特性就越好 直动式和先导式溢流阀的启闭特性曲线如图 4 21 示 3 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 2 动态性能 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 4 22 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的差值 P 为压力超调量 它是衡量溢流阀动 直动式 图4 21 溢流阀的启闭特性 P 额 PbkPbPkPsP 图4 22 流量阶越变化时溢流阀的 t P t1 t2 P0 进口压力响应特性曲线 P 先导式 15 态定压误差的一个重要指标 图 4 22 所示 t1称之为响应时间 t2称之为过渡时间 t1越小 溢流阀的响应越快 t2越 小 动态响应过程时间越短 4 3 24 3 2 顺序阀顺序阀 S Sequence valves 顺序阀是利用油路中压力的变化来控制阀口启闭 以实现各工作部件依次顺序动作的液 压元件 常用在控制多个执行元件的顺序动作 故名顺序阀 顺序阀按结构不同分为直动式 和先导式两种 一般先导式用于压力较高的场合 当顺序阀利用外来液压力进行控制时 称 液控顺序阀 不论是直动式还是先导式顺序阀都和对应的溢流阀原理相类似 主要不同为溢 流阀的调压弹簧腔的泄漏油和出油口相连 而顺序阀单独接回油箱 对顺序阀的主要要求是 调压范围大 动作可靠 不因压力波动等原因产生误动作 保证系统安全 过流能力强 工作时噪声小等 1 直动式顺序阀 如图 4 23 为直动式顺序阀的结构原理图 它分内控式 4 23a 和外控式 4 23b 等型式 在进口 4 23a 或外控油口 4 23b 压力油的压力没有达到调定压力时 顺序阀关闭 当达 到调定压力时顺序阀开启 图 4 23c 和 4 23d 分别为内控式和外控式的图形符号 k 图4 24 溢流阀与顺序阀的区别 c P2 P1 21 1 阀体 2 阀芯 3 调压弹簧 4 调压手轮 图4 23 直动式顺序阀 d b a P P 4 3 k 4 3 1 2 3 1 2 2 1 1 下阀盖 2 丝堵 3 上阀盖 图 4 24 为直动式内控顺序阀 通过转动下阀盖 180 度 去掉丝堵 2 做外控口 可实现 外控顺序阀功能 原状态下 转动上阀盖 180 度后用丝堵封闭泄油口实现溢流阀功能的液压 阀原理 它从原理上说明了溢流阀和顺序阀相通的特点 最大的差别为调压弹簧腔的泄漏油 是接出油口还是单独接回油箱 进而关系到出口油压是否影响到入口油压 2 先导式顺序阀 16 图 4 25 为某先导式顺序阀的结构原理图 当先导式顺序阀的入口通入压力油时 油液 经过主阀芯的径向 孔 右侧通阀芯右 腔 左侧经阻尼孔 R 通主阀弹簧腔 并作用在先导调压 阀的调压阀芯上 当顺序阀的进油压 力低于调定压力时 调压先导锥阀关闭 主阀芯左 右所受 的液压力平衡 靠 主阀弹簧作用 顺 序阀口闭合 达到锥阀开启压力时 压力油顶开先导锥阀 其泄漏油经 L 单独接回油箱 当 进油压力达到顺序阀预先调定压力时 顺序阀口开启 油液从顺序阀出油口 P2输出 使下 一级液压元件 液压缸等 动作 先导式顺序阀也可以通过远程控制口进行远程控制 4 3 34 3 3 减压阀减压阀 Pressure Pressure reducingreducing valves valves 减压阀是使出口压力低于进口压力的一种压力控制阀 利用减压阀可降低系统提供的压 力 使同一系统具有两个或两个以上的压力回路 减压阀根据功用的不同可以分为定值减压 阀 定差减压阀和定比减压阀 1 定值减压阀 定值减压阀的功用是获得比进口压力低但稳定的出口工作压力 常用在夹紧油路或润滑 油路中 对定值减压阀主要要求是 维持出口压 力稳定 受入口压力和通过流量变化影响小 1 直动式减压阀 图 4 26 为直动式减压阀的结构原理 P1为进油口 P2为出油口 阀芯上端弹簧腔 的泄漏油经 L 单独接回油箱 减压阀没有工 作时 由于弹簧力的作用 阀芯处在下端的 极限位置 阀口是常通的 减压阀正常工作 时 其出口液压力 出口压力油通过阀内通 道 a 引入 作用在阀芯下端向上的作用力 2P 1P 2P L 1P 1 阀体 2 阀芯 3 调压弹簧 4 调压手轮 b a 4 3 1 2 a H 图4 26 直动式减压阀 P2 P1 12P 图4 25 先导式顺序阀 1 先导阀座 2 先导阀芯 3 调压弹簧 4 调压手轮 P b a 5 6 7 R 4 2 1 3 L 5 主阀体 6 主阀芯 7 主阀芯弹簧 K K 17 和弹簧调定压力相平衡 维持节流降压口 H 为固定值 当出口压力增大时 作用在阀芯下端 的液压力大于弹簧的调定值时 阀芯上移 减小节流降压口 使节流降压作用增强 反之 出口的压力减小时 阀芯下移 增大节流降压口 使节流降压作用减弱 控制出口的压力维 持在调定值 阀芯的受力平衡方程为 4 1 02 xxkAP 其中 A 为阀芯的有效作用面积 K 为弹簧的刚度 x0为弹簧正常工作时的压缩量 x 为压力变化时弹簧压缩量的变化量 其值很小 所以可认为 P2为定值 2 先导式减压阀 图 4 27 为某先导减压阀的结构原理 减压阀没有工作时 由于弹簧力的作用 阀芯处 在右端的极限位置 阀口是常通的 在减压阀通入压力油时 压力油减压口减压后从出口流 出 经减压的出口压力油经阀体上的孔道引入阀芯的左端 通过主阀芯上的阻尼孔 R 进入主 阀芯的左侧油腔 并通过先导阀体上的孔道进入先导阀的下腔 当减压阀出口的压力较小 不足以顶开先导阀芯时 主阀芯上的阻尼孔 R 只起通油作用 使主阀芯左 右两 腔的液压力相等 而左腔又有一个小 弹簧力的作用 必 使主阀芯处在右端 极限位置 使节流 降压口 H 大开 减 压阀不起减压作用 当压力增大到先导 锥阀芯的开启压力 时 先导锥阀芯打 开 泄漏油液可以经过泄油孔道单独流回油箱 实行外泄 减压阀在调定压力下正常工作时 由于出口压力与先导阀溢流压力和主阀芯弹簧力的平衡作用 维持节流降压口 H 为定值 当 出口压力增大 由于阻尼孔流动阻力的作用产生压力降 主阀芯所受的力不平衡 使阀芯左 移 减小节流降压口 使节流降压作用增强 反之 出口的压力减小时 阀芯右移 增大节 流降压口 使节流降压作用减弱 控制出口的压力维持在调定值 同样 先导减压阀具有远 程控制口 K 通过它可以实现远程控制 2 定差减压阀 定差减压阀可使阀的进出口压力差保持为定值 如图 4 26 进油口的高压油 P1经节流 口减压后以出口的低压 P2流出 同时出口的低压油经阀芯中心孔将压力 P2传至阀芯的上腔 L 2P 2P 4 3 2 1 K 5 6 7 R P1 a 1 先导阀座 2 先导阀芯 3 调压弹簧 4 调压手轮 K 1 b P a H 5 主阀体 6 主阀芯 7 主阀芯弹簧 图4 27 先导式减压阀 18 其进出油压在阀芯有效作用面积上的压力差与弹簧力相平衡 4 2 4 22 0 21 dD xxk PP K 为弹簧刚度 N m x0弹簧正常工作时的压缩量 m x 为压力差波动时弹簧压缩 量的变化量 D d 分别为阀芯的有效直径 m 由式 4 23 可知 在工作中若弹簧的压缩量 变化不大 实际情况就是如此 则此减压阀的进出口压力差就基本保持恒定 3 定比减压阀 定比减压阀可使阀进出口压力间保持一定的比例关系 图 4 27 为定比减压阀的结构原 理 阀芯的作用力平衡关系为 4 3 22011 APxxkAP 这里 弹簧的刚度很小 几乎可以没有 所以 进出口压力之间的关系约为 4 4 1 2 2 1 A A P P 即如果忽略刚度很小的弹簧的作用 就可以认为这个液压阀的进 出口压力比为大 小 柱塞的断面积之比 4 3 44 3 4 压力继电器压力继电器 Hydraulic Hydraulic pressurepressure relay relay 压力继电器是将液压讯号转变为 电讯号的一种讯号转换元件 它根据 液压系统的压力变化自动接通和断开 有关电路 借以实现程序控制和安全 保护作用 图 4 30 为压力继电器的 结构原理 当 P 口连接的压力油压力 达到压力继电器动作的调定压力时 通过柱塞 1 推动杠杆 3 压动微动开关 4 发出电讯号 本例为增压控制发讯 1 柱塞 2 弹簧 3 杠杆 4 微动开关 P 1 L 图4 30 压力继电器 b a 43 2 P1 2 1 下阀盖 2 弹簧 3 阀芯 4 上阀盖 b 图4 29 定比减压阀 1 a P2 A A 3 1 L 4 2 P1 P2 1 图4 28 定差减压阀 1 阀体 2 阀芯 3 弹簧 4 手轮 2P a b 2P 2 3 4 P1 D 1P 19 继电器 相应还有降压控制发讯的 4 44 4 流量控制阀流量控制阀 F Flow control valves 流量控制阀是液压系统中靠改变阀口的通流面积大小或通流通道长短来控制流量的液压 元件 分普通节流阀 调速阀和溢流节流阀等 对流量控制阀的要求主要是 足够的流量调节范围 能保证的最小稳定流量小 温度与压力对流量的影 响小及调节方便等 4 4 14 4 1 节流阀节流阀 F Flow control valve 节流阀的结构原理如图 4 31a 由阀体 1 阀芯 3 弹簧 2 调节手轮 4 等基本结构组成 节流阀的节流口有多种形式 本阀采用三角槽式结 构 通过调节手轮可以调节节流口的通流面积 即可以 调节通过节流阀的流量 在结构上 节流阀的阀芯上开 有中心小孔 使阀芯的两端所受的液压力相平衡 调节手轮可以方便地对阀芯进行调节 改 变节流口 阀芯上所开的三角形节流阀口采用倒三角结构 即节流阀的油液是从上面流入 从下面流出的 使阀在小流量 阀口很小 时不易堵塞 节流阀的流量调节规律符合流体流过小孔的流量特性公式 这样 当节流阀进出口压差 发生变化时 流量也会发生变化 其所受的压差流量特性曲线如图 4 33 所以节流阀调速 的速度负载特性不好 为了获得稳定的调速性能 需采用调速阀 4 4 24 4 2 调速阀调速阀 P Pressure compensated flow control valves 1 1 调速阀 调速阀 1 调速阀 调速阀在特定的工作条件下 其调定的速度 流量 可以不受负载变化的影响 图 4 30 为调速阀结构原理 将差压式减压阀和节流阀串联在一起 减压阀入口的压力为 P1 经过减压口 H 减压后的压力为 Pm Pm同时为节流阀的入口压力 节流阀出口的压力为 P2 由外负载决定 调 速阀正常工作时 P Pm P2基本恒 定 当外负载增大 时 P2增大 减压 阀弹簧腔压力增大 阀芯原先的平衡被 打破 阀芯向左移 动 开大减压口 P 1P 1 f 3 2 d 1 阀体 2 减压阀芯 3 限位螺钉 4 调压手轮 5 节流阀芯 6 泄漏口 7 弹簧 8 减压阀弹簧 图4 32 调速阀 1P a mP c b P1 4 5 6 7 e 8 P2 P2 P2 m P2 P1 b a 1 阀体 2 弹簧 3 阀芯 4 调节手轮 2P 4 3 1P 1 2 图4 31 普通节流阀 20 H 使 Pm增大 维持 P Pm P2基本恒定 当外负载减小时 阀芯运动情况正好相反 同样 维持压差基本恒定 图 4 32b 为其图形符号 图 4 32c 为简化的图形符号 分析调速阀中减压阀芯的受力情况 同样可以得出这样的结论 4 5 221 xxKAPAPAP mm 4 6 A xxK PPm 2 A1为阀芯左腔面积 A2为阀芯环形腔面积 A 为阀芯右腔面积 工作时 弹簧的压缩量 变化 x 很小 从而保证了节流阀进出口压差 P Pm P2基本恒定 使通过的流量恒定 在一些调速阀上还安装了如图 4 32 的限位螺钉 3 其作用是使调速阀 减压阀 在不 工作时将减压阀芯限定在工作位置附近 防止启动时减压阀的节流降压口开口过大而出现流 量瞬时失调现象 图 4 33 为节流阀和调速阀的压差流量特性曲线 可以看出 当调速阀的进 出口压力差达到一定值时 流量维持恒定 在调速阀进 出口压力差 P 较小时 调速阀和节流阀的特性曲线重合 这是因为在进 出口 压力差较小时 调速阀内的减压阀不起作用 实际工作 的只是其节流阀 调速阀正常工作所需的压力差因调速 阀的压力系列不同而异 一般低压调速阀约为 0 5MPa 高压调速阀为 1MPa 2 温度补偿调速阀 温度补偿调速阀与普通调速阀的不 同是其上的节流阀调节螺钉和节流阀口 之间增加了自动温度补偿杆 图 4 34 为这部分的局部图 温度补偿杆的材料 为温度膨胀系数较大的聚氯乙烯材料 当温度升高时 液压油的运动粘度降低 通过节流口的流量要增加 这时补偿杆 膨胀使阀芯移动关小节流口的通流面积 补偿由于油温升高后粘度变小而使流量增大的影响 2 2 旁路型调速阀 溢流节流阀 旁路型调速阀 溢流节流阀 b P1P2 温度补偿杆 a 图4 34 温度补偿原理 的压差流量特性 调速阀 节流阀 P 图4 33 节流阀和调速阀 21 溢流节流阀也是一种压力补偿型流量阀 它由溢流阀和节流阀组成 如图 4 35 进油口 处的高压油一部分经过节流阀供给系统 一部分经溢流阀的溢流口回油箱 溢流阀的作用是 保证节流阀口进 出口压力差基本 恒定 溢流阀芯 左 右两端分别 与节流阀的进 出口压力油相通 当负载力变化 出油口压力 P2增 大时 溢流阀弹 簧腔油压增大 溢流阀芯左移 关小溢流口 溢 流阻力增大 节流阀进口压力 Pm 随之增加 保证节流口压差基本不变化 当外负载减小时 阀芯的运动情况正好相反 同样保证节流口压差基本不变化 溢流阀阀芯的力平衡关系为 4 7 02 xxkAPAPm 4 8 A xxk PPm 0 2 A 为阀芯有效断面积 其它符号同前 从上式中可以看出 节流阀的前后的压力差 P Pm P2基本不变化 这种阀上一般还附有如图所示的安全阀 7 用以防止系统过载 溢流节流阀与调速阀不同 必须安装在执行元件的进口油路上 这样 溢流节流阀的进 口压力就随负载的变化而变化 其功率利用比较合理 系统的损失小 但溢流节流阀的流量 稳定性不如调速阀 4 54 5 插装阀插装阀 Insert Insert valves valves 4 5 14 5 1 插装阀概述插装阀概述 插装阀是 70 年代初研制开发出的一种较新型 的液压元件 这种液压控制阀通用化程度高 通 流能力强 密封性能好 能组成多种逻辑机能 又称为逻辑阀 在高压 大流量系统中得到广 泛应用 4 5 24 5 2 插装阀组成插装阀组成 如图 4 36a 为插装阀的结构原理 它由控制 盖板 5 插装阀单元 阀套 2 阀芯 3 弹簧 4 7 T 1 阀体 2 溢流阀芯 3 调节手抡 4 节流阀芯 5 弹簧 图4 35 溢流节流阀 2P 2P 1 b P 1 c P 1P a 2 1 d 2P 4 5 e 6 f 3 6 溢流弹簧 7 安全阀 mP A B 5 4 b a 图4 36 二通插装阀的组成 1 插装块体 2 阀套 3 阀心 4 弹簧 x B 6 3 A 1 2 5 控制盖板 6 先导控制阀 22 及密封件等组成 插装块体 1 和先导元件 6 等组成 图 4 36b 为插装阀的基本图形符号 4 5 34 5 3 插装阀单元插装阀单元 如图 4 37a 为插装阀基本单元 就工作原理而言 插装阀相当于液控单向阀 A B 为 插装阀主油路的两个仅有