51 液压阀的分类及油液在阀内的运动 （1） 液压阀的分类 （p

1、l 5-1 液压阀的分类及油液在阀内的运动液压阀的分类及油液在阀内的运动 （1） 液压阀的分类液压阀的分类（P 119） 液压阀是用来控制和调节液压系统中的油压、流量和液流方向的液压元件。根据用途和工作特点的不同，液压阀可分为压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀三大类，它们的分类及作用如表5-6所示。表表5-6 液压阀的作用及分类液压阀的作用及分类第五章液压控制阀第五章液压控制阀 类 别作用分分 类类压力控制阀压力控制阀用于控制液流压力。其作用是：用于控制液流压力。其作用是：保持系统的油压恒定；限制液压系统的最高压力；利用回路压力来控制油缸的顺序动作；降低回路的压力及给液压回路以一定的背压等。溢

2、流阀顺序阀减压阀压力继电器流量控制阀流量控制阀用于控制液流流量。其作用是：用于控制液流流量。其作用是：利用节流原理来调节通过回路的流量以控制液压机械的运动速度。节流阀调速阀方向控制阀方向控制阀用于控制液流的方向，以控制液压机械的运动方向和启停。单向阀换向阀 （2）油液在阀体内的运动及作用力）油液在阀体内的运动及作用力.阀口流量公式及流量系数阀口流量公式及流量系数 对于各种滑阀、锥阀、球阀、节流孔口滑阀、锥阀、球阀、节流孔口，通过阀口的流量阀口的流量均可用下式表示： 式中，Cq为流量系数，A为阀口通流面积， p为阀口前、后压差，为液体密度。/2 pACqq阀的结构形式主要有：滑阀、转阀、锥阀、球

3、阀等。通常，阀均由阀体、阀芯组成。 i).对于圆柱滑阀对于圆柱滑阀(图图5-1)，当，当Re260时，时，Cq为常数为常数。此时： 若阀口为锐边，则若阀口为锐边，则Cq=0.60.65；若阀口有不大的圆角或很小的；若阀口有不大的圆角或很小的倒角，则倒角，则Cq=0.80.9。 通常，Re表示为，Re=4m/ 式中：为油液流经滑阀阀口的平均速度，为油液的运动粘度， m为滑阀阀口处液流的平均深度。M的计算详见P120。 ii).对于锥阀对于锥阀(图图5-2)，当当Re很大时，很大时，Cq=0.770.82。.液动力液动力 液流经过阀口时，由于流动方向和流速的改变，阀芯上会受到附加的作用力。 在阀口

4、开度一定的稳定流动下，液动力为稳态流动力稳态流动力；当阀口开度发生变化时，还有瞬态液动力瞬态液动力作用。 i).作用在圆柱滑阀上的稳态液动力：作用在圆柱滑阀上的稳态液动力： 此时，分解为轴向分力和径向分力（图5-3），由于阀芯结构的对称，通常径向力互相抵消，只有轴向的稳态动力Fs，Fs通常表示为： Fs = q2cos。 ii).作用在圆柱滑阀上的瞬态液动力作用在圆柱滑阀上的瞬态液动力Ft： 瞬态液动力是滑阀在移动过程中(即开口大小发生变化时)阀腔中液流因加速或减速而作用于阀芯上的力。此力只与阀芯移动速度有关，与阀口开度本身无关。 所以，瞬态液动力Ft与滑阀的移动速度dx/dt成正比，它起粘性

5、阻尼作用，KL为阻尼系数。 iii).作用在锥阀上的液动力：作用在锥阀上的液动力： (详见P125126.)dtdxKdtdqLdtdmFLt .作用在滑阀上的液压卡紧力作用在滑阀上的液压卡紧力 实际中，由于阀体或阀芯的几何形状、加工精度及杂质等原因，都会使液体在流过阀芯与阀孔间隙时产生径向不平衡力，称之为侧向力。 由于侧向力的存在，引起阀芯移动时的轴向摩擦阻力，称之为卡紧力。如果阀芯的驱动力不足以克服这个阻力，就会发生所谓的卡卡紧现紧现象。象。（详见P120128） 减小液压卡紧力，可采取以下措施： i). 严格控制阀芯或阀孔的锥度(尽量减小t/, t为大小端半径差、为滑阀大端的径向间隙)；

6、 ii). 在阀芯凸肩上开均压槽，使阀芯在中心定位； iii). 采用顺锥 (图5-12 (b)； iv). 在阀芯的轴向加适当频率和振幅的颤振； v). 精密过滤油液。 l 5-2压力控制阀压力控制阀 压力控制阀种类繁多，可分为四种基本类型：四种基本类型：溢流阀、减压阀、顺溢流阀、减压阀、顺序阀、压力继电器序阀、压力继电器。 它们的共同特点是利用油液压力和弹簧力相平衡的原理来进行工作。 （1）、溢流阀）、溢流阀 1）直动型溢流阀）直动型溢流阀 按结构又分为：锥阀式锥阀式、球阀式、滑阀式三种。 当弹簧力大于液压力时，阀口关闭； 当弹簧力小于液压力时，阀口打开， 油液由锥阀阀口经回油口溢回油箱。

7、 2）先导型溢流阀）先导型溢流阀 3）溢流阀的作用图）溢流阀的作用图5-37 溢流阀的溢流阀的职能符号职能符号 溢流阀的职能符号如图5-37所示。溢流阀的主要作用是：防止液压系统过载，保护油泵和油路系统的安全，保持液压系统的压力恒定。图5-37 溢流阀的职能符号 、作安全阀用。如图5-38所示，溢流阀的调压弹簧调至液压系统所允许达到的最高压力。正常工作时，溢流阀关闭，当系统压力达到所调的极限压力值时，溢流阀才打开溢流，以防止系统压力过载，保证液压系统的安全。图5-38 溢流阀作安全阀用 、作溢流阀用。如图5-39所示，在定量泵进油（或回油）调速系统中（图5-39a），溢流阀是常开的，溢流量的大

8、小，通过节流阀进入油缸的流量大小来决定，在溢流的过程中保持系统压力基本稳定。溢流阀安装在油缸进出口油路的两端起吸收换向冲击（图5-39b）和作背压阀用（图5-39c）。 图5-39 溢流阀的各种应用 、先导式溢流阀用作卸荷阀。如图5-40所示，当微型电磁换向阀的电磁铁断电时，电磁换向阀的通路被隔断，系统正常工作；当电磁铁通电时，电磁换向阀的通路被接通，溢流阀打开，系统低压卸荷。图5-40 电磁溢流阀用于卸荷 、先导式溢流阀可以实现远程调压。如图5-41所示，当电磁换向阀3的电磁铁通电时，溢流阀2的遥控口和远程调压阀4相通，此时油泵的供油压力由远程调压阀4的调整压力决定。应注意的是，远程调压阀4

9、的调整压力应小于溢流阀2的调整压力，否则远程调压阀不起作用。 图5-41 二级调压回路 4）溢流阀的性能特征指标）溢流阀的性能特征指标 .静态特征指标静态特征指标 压力调节范围：压力调节范围：系统压力平衡地上升或下降的最大和最小调定压力。 启闭特性：启闭特性：是从开启到闭合过程中，被控压力与通过溢流阀的溢流量之间的关系。通常，开始溢流的开启压力Pk及停止溢流的闭合压力Pb，两者越接近，溢流阀的启闭特性越好。 卸荷压力：卸荷压力：当溢流阀作卸荷阀用时，额定流量下进、出油口的压力差称为卸荷压力。 最大允许流量和最小稳定流量：最大允许流量和最小稳定流量：最大允许流量下工作无噪声，最小稳定流量下压力平

10、稳。 .动态特征指标动态特征指标（如图517、图518，P133134） 压力超调量：压力超调量：最高瞬时压力峰值与额定压力调定值Pn的差值P。 响应时间响应时间t1：图517中A、B两点间的时间间隔。t1越小、溢流阀的响应越快。 过渡过程时间过渡过程时间t2：图517中B、C两点间的时间间隔。t2越小、溢流阀的动态过渡过程越短。 升压时间升压时间t1：图518中A、B两点间的时间间隔。 卸荷时间卸荷时间t2：图518中B、C两点间的时间间隔。 t1、t2越小，溢流阀的动态性能越好。5）先导型溢流阀的静态特性分析）先导型溢流阀的静态特性分析 （详见（详见P135138） （2）、减压阀）、减压

11、阀减压阀是用来减低液压系统中某部分的压力，它的职能符号如图5-21所示。减压阀又可分为定值减压阀、定差减压阀和定比减压阀定值减压阀、定差减压阀和定比减压阀三种。 图图5-21 减压阀减压阀(定压输出定压输出)及职能符号及职能符号 定压输出减压阀，有直动型直动型和先导型先导型两种结构式。先导型中又有“出口压力控制式”和“进口压力控制式”两种控制方式。 1）“出口压力控制式出口压力控制式”先导型定压输出减压阀先导型定压输出减压阀 图521为出口压力控制式先导型定压输出减压阀，它由先导阀调压、主阀调压。 其工作原理为：其工作原理为：进口压力P1经减压口减压后，出口压力变为P2；出口压力油通过阀体6下

12、部和端盖8上的通道进入主阀7下腔，再经主阀上的阻尼孔9进入主阀上腔和先导阀前腔，然后通过锥阀座4中的阻尼孔后，作用在锥阀3上。当出口压力低于设定压力时，先导阀口关闭，阻尼孔9没有液体流动；当出口压力超过调定压力时，出油口部分液体经阻尼孔9、先导阀口、阀盖5上的泄油口L流回油箱。 2）“进口压力控制式进口压力控制式”先导型定压输出减压阀先导型定压输出减压阀 该阀如图522所示，由“控制油流量恒定器”6中的固定阻尼I和可变阻尼II，实现液阻的改变。由进口引入的压力油的压力达到调压弹簧8的调定值时，先导阀7开启，液流经先导阀口流向油箱，P3由调压弹簧8调定。由于P3P1，主阀2在上、下腔压力差的作用

13、下，克服主阀弹簧5的力向上抬起，减小主阀开口，起减压作用，使主阀出口压力降低为P2。 定压减压阀的作用是保持阀的出口压力为恒定值；定差减压阀的作用是保持阀的进、出口压力之差为恒定值；定比减压阀的作用是保持进、出口压力之比为恒定值。其中，定压减压阀的应用最广泛。 3）定差减压阀定差减压阀 定差减压阀如图523所示，可使进、出口压力差保持为定值。 一般，一般，P1P2，P1P2常数。常数。 4）定比减压阀）定比减压阀 定比减压阀如图524所示。如忽略刚度很小的弹簧力，阀芯平衡关系式为： P1/P2=D2/d2 比较减压阀和溢流阀的工作原理，可看出它们自动调节的原理是相似的，所不同的只是减压阀是保持

14、出油口低压油的压力基本不变，而溢流阀是保持进油口压力基本不变。 （3）、顺序阀）、顺序阀 顺序阀的作用是利用油路本身的压力来控制油缸或油马达动作的先后顺序。它的职能符号如图5-43所示。顺序阀可构成三种类型： 、直接顺序阀（如图5-43（a），直接利用进口油路压力来控制阀的动作。 、外控顺序阀（如图5-43（b），控制压力油从阀外经外控口引入，当外控压力未达到顺序阀所调的压力以前，顺序阀关闭。 、卸荷阀（如图5-43（c），当控制油路的压力达到顺序阀的预调压力时，顺序阀打开使油泵卸荷。 （a）直接顺序阀符号 （b）外控顺序阀符号 （c）卸荷阀符号图5-43 顺序阀的职能符号顺序阀的典型结构如图

15、525所示。如把顺序阀和单向阀并联组合，可构成单向顺序阀，其职能符号如图5-44所示。 顺序阀主要来控制油缸的顺序工作，还可用来作卸荷阀和平衡阀用，具体内容请参看基本回路一节。 图5-44 单向顺序阀职能符号 （4）、压力继电器）、压力继电器 利用油液压力来控制电器触头的接触与分离，将液压信号转换为电气讯号而使电器元件（电磁阀、电机等）动作的一种压力控制元件。 压力继电器可实现“液压-电气系统”的自动程序控制和安全保护作用。柱塞式压力继电器的职能符号如图5-45所示。 当液压系统要求在系统压力达到一定值后，延时一段时间再接通（或断开）电气元件时，可使用延时压力继电器，如图5-46所示。 l 5

16、3流量控制阀流量控制阀 流量控制阀是用来控制流体流量的阀类，其工作原理是利用改变阀的通流截面积或流道长度来调节流量，使执行元件获得要求的速度。 常用的流量控制阀有节流阀和调速阀节流阀和调速阀。它们又可与单向阀、行程阀等组合成复合式流量控制阀，如单向节流阀、单向行程节流阀和行程调速阀等。 （1）、节流阀）、节流阀 1）工作原理）工作原理 节流阀的结构原理如图5-28所示。 节流阀、单向节流阀及单向行程节流阀的职能符号如图5-47所示。 节流阀（图5-47（a）是流量控制阀的基本元件，通过改变节流口的大小可实现流量的控制。 单向节流阀（图5-47（b）由单向阀和节流阀组成，可实现单向控制流量的目的

17、。 单向行程节流阀由单向阀和行程节流阀并联组成（图5-47（c），当工作部件运动至额定位置时，将滚轮压下，使阀芯向下移动，进入P1腔的压力油需经阀芯上的轴向三角沟才能流入P2腔，流量因节流而减小。它广泛用于各种液压系统中，用于实现工作机构的减速，所以也称为行程减速阀。（a）节流阀 （b）单向节流阀 （c）单向行程节流阀图5-47 节流阀、单向节流阀及单向行程节流阀的职能符号 2）节流阀的流量特征）节流阀的流量特征即：通过节流阀的流量q及其前后压差p的关系，表示为：qKApm式中，K为节流系数（计算方法详见P146），A节流阀的过流面积（计算公式详见P146，表5-2），m为由孔口形状决定的指数

18、（0.5m1.0）。流量特性曲线如图5-29所示。 3）节流阀的刚度）节流阀的刚度T：Td (p)/dqT反映了节流阀在负载压力变动时保持流量稳定的能力。T越大，保持流量稳定的能力越强。dqKAmpm-1d(p)；即：Td (p)/dqp1-m/(KAm)。 4）节流口堵塞的原因及防治措施：详见）节流口堵塞的原因及防治措施：详见P149 （2）调速阀）调速阀 1）工作原理）工作原理 用节流阀调速时，节流阀前后的压力差变化是影响流量控制的一个重要因素。对于载荷有波动而又要求工作速度稳定的液压系统，使用一般的节流阀不能满足要求，必须采用具有压力补偿功能的调速阀。 实质上，实质上，调速阀是进行了压力

19、补偿的节流阀调速阀是进行了压力补偿的节流阀。如图5-30所示。 调速阀与节流阀的流量特性比较，详见图531所示。 （3）温度补偿调速阀）温度补偿调速阀为了克服温度对流量控制的影响，可采用温度补偿措施，即采用温度补偿调速阀。温度补偿调速阀，由减压阀和节流阀两部分组成。其工作原理由图532组成。其核心是，采用热胀系数较大的芯杆材料。当油温升高时，芯杆受热膨胀，使节流口关小。 （4）溢流节流阀）溢流节流阀 压力补偿调速阀是由一个普通节流阀和一个压力补偿装置（稳压阀）组成。稳压阀的作用是保证节流口前后的压力差P基本恒定，使通过节流口的流量Q只与节流阀的开口面积大小有关，而与载荷变化基本无关，从而达到调节执行机构工作速度的目的。压力补偿装置的形式有两种，一种是减压阀，一种是溢流阀。当为减压阀时，与节流阀串联（如