第六章压力控制阀

.,第六章压力控制阀pressurecontrolvalve,.,本章提要,调压和稳压基本原理溢流阀、减压阀、顺序阀和压力继电器等四种控制阀的原理、结构、主要性能和应用调压与减压回路,主要内容,重点,压力负反馈原理溢流阀工作原理和性能减压阀工作原理和性能调压回路,.,压力控制阀简称压力阀,用来控制液压系统的压力利用压力变化作为信号来控制其它元件动作的阀类,包括,按其功能与用途分：,溢流阀减压阀顺序阀压力继电器,.,6-1压力的调节与控制,压力阀控制压力过程中需要解决两个关键问题：,压力可调压力反馈,一、调压原理,调压是指以负载为对象，通过调节控制阀口的大小。使系统输给负载的压力大小可调。,1、流量型油源并联溢流式调压,.,2、压力型油源串联减压式调压,或,3、半桥回路分压式调压,4、油泵变量调压,.,二、压力负反馈,压力负反馈的核心是构造一个压力比较器。,压力比较器一般是一个减法器，将代表期望压力大小的指令信号与代表实际受控压力大小的压力测量信号相减后，使其差值转化为阀口液阻的控制量，并通过阀口的调节使期望压力与受控压力之间的误差趋于减小，这就是简单的压力反馈过程。,构造压力负反馈必须研究以下问题：（1）代表期望压力的指令信号如何产生？（2）怎样构造在实际结构上易于实现的比较器？（3）受控压力pL如何测量？转换成什么信号才便于比较？怎样反馈到比较器上去？,.,.,.,.,.,.,三、先导控制,所谓先导压力控制，是指控制系统中有大、小两个阀芯，小阀芯为先导阀芯，大阀芯为主阀芯，并相应形成先导级和主级两个压力调节回路。其中，小阀芯以主阀为负载，构成小流量半桥分压式调压回路；主阀芯以系统中的执行元件为负载，根据油源不同，具体选择并联式、串联式或油泵变量式等调节方式，构成大流量级调压回路。,.,.,.,.,先导型压力控制阀有以下共同特点：,（1）先导型压力负反馈控制中有两个压力负反馈回路，有两个比较器和调压回路。先导级负责主级指令信号的稳压和调压；主级则负责系统的稳压。（2）主阀芯既构成主调压回路的阀口，又作为主级压力反馈的力比较器，主级的测压容腔设在主阀芯的一端，另一端作用有主级的指令力。（3）主级所需要的指令信号由先导级负责输出，先导级通过半桥回路向主级的力比较器输出一个压力，该压力称为主级的指令压力，然后通过主阀芯端部的受压面积转化为主级的指令力。,.,（4）先导阀芯既构成先导调压回路的阀口，又作为先导级压力反馈的力比较器，先导级的测压容腔设在先导阀芯的一端，另一端安装有作为先导级指令元件的调压弹簧和调压手柄。在比例压力阀中则用比例电磁铁产生指令力。,（5）主阀和先导阀均有滑阀式和锥阀式两种典型结构。,.,62溢流阀,压力阀的共同点：都是靠作用在阀芯上的液压力与弹簧力相平衡的原理来进行工作的。根据并联溢流式压力负反馈原理设计而成的液压阀称为溢流阀。溢流阀的用途：（1）调压和稳压（2）限压,溢流阀的特征：阀与负载相并联，溢流口接回油箱，采用进口压力负反馈。,.,根据结构不同，溢流阀可分为直动型和先导型两类。,.,一、直动式溢流阀：,直动型溢流阀是作用在阀芯上的主油路液压力与调压弹簧力直接相平衡的溢流阀。根据阀口和测压面结构形式不同，形成三种基本结构。,.,无论何种结构，直动型溢流阀均是由调压弹簧和调压手柄、溢流口、测压面三部分构成。,1、结构：,.,.,2、工作原理：,动画,动画2,.,3、阀芯受力分析：,当阀芯重力、摩擦力、液动力忽略不计，令指令力（弹簧调定力）时，阀芯在稳态下的受力平衡方程为：,因为，x值很小，可忽略不计。,.,由此可知直动式溢流阀的开启压力是直接与弹簧力相平衡的，改变弹簧的预压紧力就能改变阀的开启压力，因此直动式溢流阀的开启动作迅速，且结构简单，所以多用作系统的安全阀，而不作溢流阀（调压）。,.,DBD型直动式溢流阀,.,.,二、先导式溢流阀：,.,1、结构：由主阀和导阀组成，主阀部分有：阀体、主阀芯、主阀弹簧；导阀部分有：调压螺母、调压弹簧、导阀阀芯和导阀阀座等主要零件组成。,.,.,.,动画1,2、工作原理,动画2,动画3,.,3、阀芯受力分析：,令导阀的指令力,即,令主阀的指令力,故,（xs0）,.,由此可知先导式溢流阀的开启压力主要是由p2来平衡的，而p2是由导阀弹簧调定的，所以改变导阀弹簧的预压紧力就能改变阀的开启压力。与直动式溢流阀相比，结构复杂，开启动作慢，但稳压性能好，所以多用作系统的溢流阀（调压）。4、远程控制口的作用：1）卸荷2）远程调压,.,.,.,与三节同心结构相比，二节同心结构的特点是：,1）主阀芯仅与阀套和主阀座有同心度要求，免去了与阀盖的配合，故结构简单，加工和装配方便。2）过流面积大，在相同流量的情况下，主阀开启高度小；或者在相同开启高度的情况下，其通流能力大。3）主阀芯与阀套可以通用化，便于组织生产。,三、电磁溢流阀,是由电磁换向阀与先导溢流阀的组合，用于系统的多级压力控制或泄荷。,.,.,电磁溢流阀除具有溢流阀的基本性能外，还要满足以下要求：,1）建压时间短；2）具有通电或断电卸荷功能；3）卸荷时间短且无明显液压冲击。,四、溢流阀的静态特性与动态特性静态特性是指阀在稳态工况时的特性；动态特性是指阀在瞬态工况时的特性。,1、静态特性,.,静态特性主要讨论其溢流特性：指溢流阀在稳定工况下，其进口压力和流量之间的关系，它是衡量溢流阀特性的一个重要指标。,图中pc为开启压力，pn为调定压力（全流压力）,.,静态调压偏差：调定压力与开启压力之差。pn=pnpc开启比：开启压力与调定压力之比。=pc/pT溢流阀的开启比越大，静态调压偏差就越小，它所控制的系统压力就越稳定。,由溢流阀的启闭特性可以看出：1）对同一个溢流阀，其开启特性总是优于闭合特性。2）先导式溢流阀的启闭特性优于直动式溢流阀。,.,直动型溢流阀与先导型溢流阀的比较：,直动型溢流阀：结构简单，灵敏度高，但压力受溢流量的变化影响较大，调压偏差大，不适于在高压、大流量下工作，常作安全阀或用于调压精度不高的场合。先导型溢流阀：主阀弹簧主要用于克服阀芯的摩擦力，弹簧刚度小。当溢流量变化引起主阀弹簧压缩量变化时，弹簧力变化较小，因此阀进口压力变化也较小。调压精度高，广泛应用于高压、大流量系统。溢流阀的阀芯在移动过程中要受到摩擦力的作用，阀口开大和关小时的摩擦力方向刚好相反，使溢流阀开启时的特性与关闭时的特性产生差异。,.,除启闭特性外，溢流阀的静态性能还有：,1）压力调节范围：是指压力弹簧在规定的范围内调节时，系统压力平稳的上升或下降的最大和最小调定压力。2）卸荷压力：当溢流阀作卸荷阀用时，额定流量下进、出口油的压力差。3）最大允许流量和最小稳定流量：溢流阀在最大允许流量下工作时应无噪声。最小稳定流量取决于压力平稳性的要求。,2、动态特性,动态特性是指流量阶跃变化时的压力响应特性，其衡量指标主要有响应时间和压力超调量等。,.,六、溢流阀在系统中的应用1、稳定系统压力,.,2、防止系统过载,3、作背压阀用,（安全保护）,.,4、起卸荷作用,5、远程调压,.,63减压阀pressurereducingvalve,根据串联减压式压力负反馈原理设计而成的液压阀称为减压阀。,作用：,用于降低并稳定系统中某一支路的油液压力，常用于夹紧、控制、润滑等油路中。,特征：,阀与负载相串联，调压弹簧腔有外接泄油口，采用出口压力负反馈。,分类：,直动型,先导型,先导级由减压出口供油式,先导级由减压进口供油式,.,1、结构：与先导式溢流阀的结构一样，也是由导阀和主阀两部分组成。,一、先导级由减压出口供油的减压阀,.,.,2、工作原理：,动画,.,二、先导级由减压进口供油的减压阀,.,.,先导级由进口供油和有出口供油的特点比较：,先导级供油由减压阀出口引入时，该供油压力是经减压阀稳压后的压力，波动不大，有利于提高先导阀的控制精度，但导致先导级的输出压力始终低于主阀下腔压力，若减压阀主阀芯上下有效面积相等，为使主阀芯平衡，不得不加大主阀芯的弹簧刚度，这又会使主级的控制精度降低。,.,先导级供油从减压阀进口引入时，优点是先导级供油压力高，先导级的输出压力也较高，故不需加大主阀芯的弹簧刚度即可使主阀芯平衡，主级的控制精度可能较高；但减压阀进口压力未经稳压，压力波动可能较大，又不利于先导级的控制。需在先导级进口设置一小型恒流器。,.,.,四、减压阀与溢流阀的区别,（1）静止状态，减压阀阀口常开，溢流阀阀口常闭；（2）减压阀控制出口压力稳定，而溢流阀控制进口压力稳定；（3）减压阀阀口随出口压力的升高而关小，溢流阀阀口随进口压力的升高而开大；（4）减压阀进出油口都是压力油路，经先导阀的回油必须单独引回油箱，而溢流阀则和出口合并一同流回油箱。,.,五、单向减压阀,.,单向减压阀,.,.,例1：如图所示回路，减压阀调定压力为pJ，溢流阀调定压力为pY，负载压力（被动力）为pL。试分析下述各条件下，减压阀进出口压力的关系以及减压阀口的开启状况（通道损失不计）。1）pJpYpL。2）pYpJpL。3）pYpJ，pJpL。4）pYpJ，pL无穷大（液压缸运动到行程终点）,.,解：设减压阀进口压力为p1，出口压力为p2。1）p1p2pL，阀口处于全开启状态。2）p1p2pL，阀口处于全开启状态。3）p1pY，p2pJpL。阀口处于小开口的减压工作状态。4）p1pY，p2pJ。阀口处于基本关闭状态。,.,64顺序阀sequencevalve,顺序阀的作用：,利用油液压力作为控制信号控制油路的通断。,分类：,直动型,先导型,内控式,外控式,通过改变控制方式、泄油方式以及二次油路的连接方式，顺序阀还可用作背压阀、泄荷阀和平衡阀等。,.,作用：控制多个执行元件动作顺序。1.内控顺序阀,职能符号：,结构：出油口接二次油路，有单独泄油口。工作原理：pps,接通。特点：内部控制，外部泄油。,一、直动型顺序阀,.,注意：当进口压力超过调定压力时，阀口的开启状态分两种情况：1）当负载压力大于调定压力时，阀口全开；此时2）当负载压力小于调定压力时，阀口小开口，此时,.,应用：,控制液压缸动作顺序,.,2.外控顺序阀,结构：控制油口。工作原理：pKps,进出口接通。特点：外部控制，外部泄油。,职能符号：,.,液控顺序阀,职能符号：,.,3、结构：,主要由阀体、阀芯、调压弹簧、控制活塞及上下端盖等零件组成。,.,.,二、先导型顺序阀,.,先导级设计为：,1）导阀的测压面与主油路进口一次压力相通，由先导阀的调压弹簧直接与之相比较；2）导阀阀口回油接出口二次压力，这样可不致产生大量外泄油量；3）导阀弹簧腔接外泄口，使导阀芯弹簧侧不形成背压；,4）先导级仍采用带进有固定节流口的半桥回路，固定节流口的进油压力为p1，先导阀阀口仍然作为先导级的回油阀口，但回油油压为p2。,.,.,三、顺序阀与溢流阀的区别：（1）顺序阀只有开启和切断两种状态，不象溢流阀那样有自动稳压调节作用；（2）顺序阀进出油口都是压力油路，所以它的泄油口必须单独引回油箱，而溢流阀则和出口合并一同流回油箱。（3）顺序阀的进、出油口一经接通，油液通过该阀的压力损失较小，而溢流阀处于溢流状态时，压力损失一般较大。,.,四、平衡阀,职能符号：,1.内控平衡阀特点：内部控制，内部泄油。,作用：放在执行元件的回油路上，平衡重物。,.,应用：,平衡重物,.,2.外控平衡阀,职能符号：,特点：外部控制，内部泄油。,.,五、卸荷阀,职能符号：,工作原理：pKps,阀口打开，使泵卸荷。,作用：使油泵卸荷，减小功率消耗。区别：出口接油箱，K口接卸荷油压。,特点：外部控制，内部泄油。,.,应用：,使左泵卸荷,.,例2：如图所示，顺序阀调定压力为，溢流阀调定压力为，试求在下列情况下A、B点的压力是多少？1）液压缸运动时，负载压力2）；3）活塞运动到右端时。,.,解：1），顺序阀全开，为一通路。,2）缸运动，即进口压力达到调定值，而,此时顺序阀阀口开度适当。,3）此时顺序阀全开，且无油液流动，压力由溢流阀调定。,.,作用：利用系统中压力变化，控制电路的通断。,6-5压力继电器pressureswitch,.,1、工作原理：,2、职能符号：,应用：1.控制电磁阀动作。2.控制系统压力，出故障时，自动停车。,动画,.,6-6压力阀在调压与减压回路中的应用,一、调压回路,1、单级调压回路,.,2、双向调压回路,.,3、多级调压回路,.,4、电磁溢流阀调压卸荷回路,.,二、减压回路,.,例3：如图示，两个减压阀串联，已知减压阀的调整值为：PJ1=3.5MPa，PJ2=2MPa，溢流阀的调整值Py=4.5MPa；活塞运动时，负载F=1.2KN，活塞面积A=15