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第五章液压控制阀,一、液压阀的基本结构与原理,液压控制阀在液压系统中被用来控制液流的压力、流量和方向，保证执行元件按照要求进行工作。属控制元件。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。驱动装置可以是手调机构，也可以是弹簧或电磁铁，有时还作用有液压力。液压阀基本工作原理：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、流量和方向的控制。流经阀口的流量q与阀口前后压力差p和阀口面积A有关，始终满足压力流量方程；作用在阀芯上的力是否平衡则需要具体分析。,5-1液压阀概述,二、液压阀的分类,根据结构形式分类,滑阀滑阀为间隙密封，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qCdDx(2p/）1/2锥阀锥阀阀芯半锥角一般为1220，阀口关闭时为线密封，密封性能好且动作灵敏。阀口的压力流量方程qCddxsin(2p/）1/2球阀性能与锥阀相同，阀口的压力流量方程qCddh0（x/R）(2p/）1/2,根据用途不同分类,压力控制阀用来控制和调节液压系统液流压力的阀类，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阀类，如节流阀、调速阀、分流集流阀、比例流量阀等。方向控制阀用来控制和改变液压系统液流方向的阀类，如单向阀、液控单向阀、换向阀等。,根据控制方式不同分类,定值或开关控制阀被控制量为定值的阀类，包括普通控制阀、插装阀、叠加阀。比例控制阀被控制量与输入信号成比例连续变化的阀类，包括普通比例阀和带内反馈的电液比例阀。伺服控制阀被控制量与（输出与输入之间的）偏差信号成比例连续变化的阀类，包括机液伺服阀和电液伺服阀。数字控制阀用数字信息直接控制阀口的启闭，来控制液流的压力、流量、方向的阀类，可直接与计算机接口，不需要D/A转换器。,根据安装连接形式不同分类,管式连接阀体进出口由螺纹或法兰与油管连接。安装方便。板式连接阀体进出口通过连接板与油管连接。便于集成。插装式将阀芯、阀套组成的组件插入专门设计的阀块内实现不同功能。结构紧凑。叠加式是板式连接阀的一种发展形式。,三、液压阀的性能参数,公称通径代表阀的通流能力的大小，对应于阀的额定流量。与阀的进出油口连接的油管应与阀的通径相一致。阀工作时的实际流量应小于或等于它的额定流量，最大不得大于额定流量的1.1倍。额定压力阀长期工作所允许的最高压力。对压力控制阀，实际最高压力有时还与阀的调压范围有关；对换向阀，实际最高压力还可能受它的功率极限的限制。,四、对液压阀的基本要求,动作灵敏，使用可靠，工作时冲击和振动要小。阀口全开时，液流压力损失要小；阀口关闭时，密封性能要好。所控制的参数（压力或流量）要稳定，受外干扰时变化量要小。结构紧凑，安装、调试、维护方便，通用性要好。,5-2方向控制阀,1.作用控制液流方向，从而改变执行元件的运动方向。2.分类单向阀换向阀,一、单向阀,1.普通单向阀,结构：阀体、阀芯、弹簧等,动画,作用：只许油液单向流动，反向不通。要求：正向流动阻力小，反向不通，密封好。开启压力：0.030.05MPa背压阀：(单向阀的变形)弹簧较硬开启压力：0.20.6MPa背压：执行元件回油腔的压力。,职能符号：,应用：,2.液控单向阀,组成：普通单向阀+小活塞缸特点：a.无控制油时，与普通单向阀一样，b.通控制油时，正反向都可以流动。,职能符号：,动画,液控单向阀的应用,用于保压回路,用于锁紧回路(动画),需要指出，控制压力油油口不工作时，应使其通回油箱,否则控制活塞难以复位，单向阀反向不能截止液流。,二、换向阀,换向阀是利用阀芯与阀体间的相对运动而切换油路中液流的方向的液压元件。其作用是通过改变阀芯和阀套之间的相对位置，来控制系统的启动、停止或换向。按阀芯运动的方式，可分为转阀和滑阀两类；按操纵方式可分为手动、机动、电动、液动、电液动等；按工作位置可分为二位、三位、多位等；按阀体上主油路的数量可分为二通、三通、四通、五通、多通等；按阀的安装方式可分为管式、板式、法兰式。,换向阀工作原理(滑阀),换向阀工作原理（转阀）,换向阀职能符号,换向阀的“通”和“位”换向阀的“通”：是指阀体上与外部连通的油口数目，即有几个油口就叫几通阀；换向阀的“位”：是指阀芯与阀体可能的相对位置，有几个位置就叫做几位阀。,动画,1.主体部分,(1)两位两通,职能符号：,作用：控制油路的通与断,(2)两位三通,职能符号：,作用：控制液流方向,(3)两位四通,职能符号：,作用：控制执行元件换向,P压力油口O回油口A、B分别接执行元件的两腔,(4)三位四通,职能符号：,作用：换向、停止。,(5)两位五通,职能符号：,作用：换向、两种回油方式。,(6)三位五通,职能符号：,作用：换向、停止、回油不同。,两种回油方式,工进：有背压运动平稳退回：快速畅通,2.操纵定位装置,作用：移动阀芯并使其保持在工作位置上。,a.手柄控制，弹簧复位。,(1)手动,b.手柄控制，钢球定位。,应用：小流量，需徒手操作的场合。,三位四通手动换向阀,动画,结构图,(2)机动,动画,两位两通机动换向阀,挡块操纵，弹簧复位。,应用：行程控制的场合。（又叫行程阀）,靠弹簧的方格表示常态,用行程阀速度换接,（3）电磁,动画,两位三通电磁换向阀,电磁铁操纵，弹簧对中,优点：易于实现自动化。应用：小流量的场合。（q63L/min)电磁铁吸力有限120N,三位四通电磁换向阀,电磁铁操纵，弹簧复位。,实物,（4）液动,动画,液体操纵，弹簧复位。,三位四通液动换向阀,应用：高压，大流量的场合。（q160L/min),（5）电液动,动画,三位四通电液换向左位,三位四通电液换向右位,动画,简化符号：,应用：高压、大流量的场合。（q1200L/min),三位四通电液换向阀,电液联合控制，弹簧复位。电磁控制先导阀动作，液体控制主阀芯动作，节流阀控制阀芯移动速度。,实物,3、滑阀的中位机能,三位的滑阀在中位时各油口的连通方式体现了换向阀的控制机能，称之为滑阀的中位机能。,不同滑阀机能的滑阀，阀体是通用的，仅阀芯台肩的尺寸和形状不同。滑阀机能的应用：使泵卸载的有H、K、M型；使执行元件停止的有O、M型；使执行元件浮动的有H、Y型；使液压缸实现差动的有P型。,O型,三位滑阀在中间位置工作时，油路的连通方式。,双向锁紧，系统保压。,M型,双向锁紧，油泵卸荷。,H型,油缸浮动，泵卸荷。,P型,差动连接。,Y型,油缸浮动，系统保压。,K型,单向锁紧，油泵卸荷。,4.作用在滑阀上液压卡紧力,动画,倒锥的液压侧向力使偏心距加大，当液压侧向力足够大时，阀芯将紧贴孔的壁面，产生所谓液压卡紧现象；而顺锥的液压侧向力则力图使偏心距减小，不会出现液压卡紧现象。为减少液压侧向力，一般在阀芯或柱塞的圆柱面开径向均压槽，使槽内液体压力在圆周方向处处相等，槽深和宽为0.31.0mm。,牛刀小试,液压阀的分类有哪些？掌握各类方向阀的结构与特点。绘方向阀简图。,5-2压力控制阀,分类按用途：溢流阀减压阀顺序阀压力继电器,工作原理：利用液压力与阀内弹簧力相平衡原理工作的。,按阀芯结构：滑阀球阀锥阀按工作原理：直动式先导式,一、溢流阀,2典型结构及工作原理类型：直动式溢流阀，先导式溢流阀。,1溢流阀的功能功能：利用阀芯上的液压作用力和弹簧力保持平衡，使阀的进口压力不超过或保持调定值；,保持系统压力恒定，即溢流定压；防止系统过载，即安全保护。,1）结构和工作原理,（1）直动式溢流阀,结构：由阀体、阀芯、上盖、弹簧、调节手柄等组成。,溢流阀的出油口一般接油箱,动画,利用阀芯上的液压作用力和弹簧力保持平衡，使阀的进口压力不超过或保持调定值；,直动式溢流阀职能符号：,p,o,2）结构特点：,随着工作压力的提高，直动式溢流阀上的弹簧力要增加，弹簧刚度要相应增大，这使溢流量变化时溢流压力的波动加大，所以直动式溢流阀只宜用在低压系统。,阀芯上的阻尼孔对阀芯的运动形成阻尼，可避免阀芯振动，提高阀工作平稳性。,转动调节手柄，可调节弹簧预紧力，从而调节溢流阀的开启压力。,（2）先导式溢流阀,结构组成：,1）结构和工作原理,主阀：圆柱阀芯先导阀：锥形阀芯,工作原理：,结构：先导阀主阀,阻尼孔、压差p,动画,动画,三级同心动作原理动画,二级同心动作原理动画,溢流,先导阀弹簧的作用：调节溢流压力主阀弹簧的作用：主阀弹簧只用于克服主阀芯的摩擦力，因此弹簧很软,直动式溢流阀职能符号：,先导式式溢流阀职能符号：,2）结构特点：,先导式溢流阀有一个与主阀上腔相通的遥控口，通过遥控口还可以实现多级调压及系统卸荷等。,调节先导阀弹簧的预紧力，即可调节溢流压力；,主阀弹簧用于克服主阀芯的摩擦力，因此弹簧很软；,先导阀的承压面积和开口量均很小，调压弹簧刚度不必很大便能得到较高的溢流压力，故先导式溢流阀一般用于高压、大流量场合；,主阀口常闭,控制阀口打开的油液来自进油口,泄油采用内泄方式,3).溢流阀的主要性能,(2)静态性能调压范围：指在通过额定流量时，调压手轮从全开至全关状态下、溢流阀进油口的压力变化范围。卸荷压力：指在调定压力下，通过额定流量时，使溢流阀遥控口接油箱，即溢流阀处于卸荷状态时进、回油口的压差。该值与通道阻力和主阀弹簧预紧力有关，对直动式溢流阀则不存在卸荷压力。压力损失：指在调压手轮处于全松位置，溢流阀通过额定流量时，进、回油口的压差。,(1)基本参数：额定压力：指额定工况时的压力，般指额定工况下的最大工作压力。额定流量：指额定工况时的流量，一般指在压力损失值限定条件下所能通过的流量。,开启压力：,调定压力(全流压力):,调压偏差:,压力流量特性,溢流量的变化与阀进口实际压力的关系。,开启特性：指溢流阀从关闭逐渐开启时，流经阀的流量和与之对应的进口压力之间的关系。开启特性一般用开启率来衡量，开启率即开启压力与调定压力的百分比。闭合特性：指溢流阀从开启逐渐关闭时，流经阀的流量和与之对应的进口压力之间的关系。闭合特性一般用闭合率来衡量，闭合率即闭合压力与调定压力的百分比。稳态压力-流量特性：即启闭特性，它是开启特性和闭合特性之总合。最小稳定流量：一般规定为额定流量的15。,实物,实物,6.应用,(1)作安全阀（常闭）作用：防止系统过载。,(2)作溢流阀（常开）,作用：保持系统压力恒定,(3)卸荷或远程调压,卸荷,远程调压,(4)作背压阀,放在系统回油路上,二、减压阀,特点：出口压力控制阀芯动作，有单独泄油口工作原理：节流口产生压降pp2=p1-p，p1一定，p，p2。,作用：减低系统压力，并有稳压作用。,动画,稳压原理,p2阀芯上移阀口减小p，p2=p1-p，p1一定，p，p2；p2阀芯下移阀口开大p，p，p2=ps。,职能符号：,减压阀的特点与功用,特点：与先导型溢流阀比较：减压阀是出口压力控制，保证出口压力为定值；溢流阀是进口压力控制，保证进口压力为定值。减压阀阀口常开；溢流阀阀口常闭。减压阀有单独的泄油口；溢流阀弹簧腔的泄漏油经阀体内流道内泄至出口。减压阀与溢流阀一样有遥控口。,应用：,使夹紧缸获得稳定的低压。,顺序阀是一种利用压力控制阀口通断的压力阀。按控制油来源不同分内控和外控，按弹簧腔泄漏油引出方式不同分内泄和外泄。,内控内泄,内控外泄,外控内泄,外控外泄,三、顺序阀,动画,顺序阀的四种结构形式及其图形符号,通过改变上盖或底盖的装配位置可得到内控外泄、内控内泄、外控外泄、外控内泄四种结构类型。,顺序阀的功用,1）内控外泄顺序阀与溢流阀非常相象：阀口常闭，进口压力控制，但是该阀出口油液要去工作，所以有单独的泄油口。内控外泄顺序阀用于多个执行元件顺序动作。其进口压力先要达到阀的调定压力，而出口压力取决于负载。当负载压力高于阀的调定压力时，进口压力等于出口压力，阀口全开；当负载压力低于调定压力时，进口压力等于调定压力，阀的开口一定。,2）内控内泄顺序阀的图形符号和工作原理与溢流阀相同。多串联在执行元件的回油路上，使回油具有一定压力，保证执行元件运动平稳。如图示阀3作背压阀。,3）外控内泄顺序阀等同于二位二通阀，可作卸载阀，如双泵供油回路中阀3是泵1的卸载阀。,4）外控外泄顺序阀可作液动开关和限速锁。如远控平衡阀可限制重物下降的速度。,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。其作用是实现执行元件的顺序控制或安全保护。按结构特点分为柱塞式、弹簧管式和膜片式。图示为柱塞式压力继电器。主要零件包括柱塞1、调节螺帽2和电气微动开关3。压力油作用在柱塞下端，液压力直接与弹簧力比较。当液压力大于或等于弹簧力时，柱塞向上移压微动开关触头，接通或断开电气线路。反之，微动开关触头复位。,四、压力继电器,动画,压力继电器的功用,如图所示，压力继电器用在顺序动作回路中。当执行元件工作压力达到压力继电器调定压力时，压力继电器将发出电信号，使电磁铁得电，换向阀换向，从而实现两液压缸的顺序动作。,压力阀小结,作用：控制液压系统中的压力。共性：利用液压力和弹簧力比较，控制阀口的开与关；或控制开口大小。溢流阀：控制进口压力减压阀：控制出口压力顺序阀：控制阀口通与不通，进而控制执行元件的动作顺序。压力继电器：利用系统中压力变化，控制电路的通断。要求：掌握各种阀的工作原理及应用场合。,5-4流量控制阀,流量控制阀是通过改变阀口大小来改变液阻实现流量调节的阀。普通流量控制阀包括节流阀、调速阀、溢流节流阀和分流集流阀。,节流阀,调速阀,流量控制原理,流经薄壁小孔的流量q=cdA(2p/)1/2流经细长孔的流量q=(d4/128l)p综合两式得通用节流方程q=KLApm节流元件的节流口结构有锥形、三角槽形、矩形、三角形等。工业上又将节流口的过流面积A的倒数称为液阻，将过流面积可调的节流口称为可变液阻。由节流方程知，当压力差一定时，改变开口面积即改变液阻就可改变流量。,一、节流阀,结构原理主要零件有阀芯、阀体和螺母。阀体上开有进油口和出油口。阀芯一端开有三角尖槽，另一端加工有螺纹，旋转阀芯即可轴向移动改变阀口过流面积。为平衡液压径向力，三角槽须对称布置。,流量特性方程q=KLApm它反映了流经节流阀的流量q与阀前后压力差p和开口面积A之间的关系。刚性外负载波动引起阀前后压力差p变化，即使阀的开口面积A不变，也会导致流经阀的流量q不稳定。定义：阀的开口面积A一定时，T=dp/dq=p1-m/KLAm为节流阀的刚性。T越大，节流阀的性能越好。故薄刃口（m=0.5）多作节流阀阀口。p大有利于提高节流阀刚性，但过大不仅造成压力损失增大，而且可能因阀口太小而堵塞，一般取p（0.150.4）MPa。,最小稳定流量节流阀在很小开口下工作时，流经阀的流量会出现周期性脉动，甚至间歇式断流，这种现象称为节流阀的堵塞现象。为此对节流阀有一个能正常工作的最小流量的限制。,节流阀的应用,当节流阀前后p一定时，改变A可改变流经阀的流量起节流调速作用。,二、调速阀,结构原理调速阀是由定差减压阀与节流阀串连而成。压力油p1先经定差减压阀，然后经节流阀流出。节流阀进、出口压力油p2、p3经阀体流道被引至定差减压阀阀芯的两端，(p2-p3)与定差减压阀的弹簧力进行比较，因定差减压阀阀口的压力补偿作用，使得(p2-p3)基本不变。调速阀工作原理动画调速阀可以是定差减压阀在前，节流阀在后，也可以是节流阀在前，定差减压阀在后。,动画,调速阀工作时的静态方程定差减压阀受力平衡方程p2A=p3A+Ft-Fs定差减压阀压力流量方程q1=Cd1dx2（p1-p2）/1/2节流阀压力流量方程q2=Cd2Aj2（p2-p3）/1/2通过调速阀的流量q1=q2=q,流量稳定性分析调速阀用于调节执行元件运动速度，并保证其速度的稳定。这是因为节流阀既是调节元件，又是检测元件。当阀口面积调定后，它一方面控制流量的大小，一方面检测流量信号并转换为阀口前后压力差反馈作用到定差减压阀阀芯的两端面，与弹簧力相比较，当检测的压力差偏离预定值时，定差减压阀阀芯产生相应位移，改变减压缝隙进行压力补偿，保证节流阀前后的压力差基本不变。但是阀芯位移势必引起弹簧力和液动力波动，因此流经调速阀的流量只能基本稳定。调速阀的速度刚性可近似为。,为保证定差减压阀的压力补偿作用，调速阀的进出口压力差应大于弹簧力Ft和液动力Fs所确定的最小压力差。否则无法保证流量稳定。,节流阀和调速阀的流量特性曲线,三、