第五章液压控制阀2

1、5.3流量控制阀流量控制阀是通过改变可变节流口的通流面积，使液流流动时的局部阻力发生改变，实现对流量的控制，从而调节执行元件（液压缸或液压马达）运动速度的阀类。流量阀包括：节流阀、调速阀、溢流节流阀和分流集流阀等。5.3.1节流阀 节流阀是一种最简单又最基本的流量控制阀。它是借助于控制机构使阀芯相对于阀体孔运动，以改变阀口的过流面积从而调节输出流量的阀类。 一、节流阀分类一、节流阀分类n功用功用：单向节流阀、精密节流阀、节流截止阀等；n节流口形式节流口形式：针式、沉割槽式、偏心槽式、锥阀式、三角槽式、薄刃式；n调节功能调节功能：简式和可调式。简式：阀芯没有采用平衡措施，高压下调节困难，须在无压

2、或低压下调节。可调式：阀芯采用平衡措施,可任何工况调节。 二、常用节流口的形式与特征二、常用节流口的形式与特征2P(a)(b)(c)图5-17(d)aA向放大(e)1P2P1PP21PP2P1P2P1bA1234657(a )(b )P2P1P12P图5 - 1 8图5 - 1 9P1P22431三、结构与工作原理三、结构与工作原理 图5-18所示为一种典型的节流阀结构图。 四、四、节流阀节流阀流量特性流量特性n无论那一种流量控制阀，内部一定有节流阀的构造，因此节流阀可说是最基本的流量控制阀了。 n节流阀的节流口形式可归纳为三种基本形式：薄壁孔口、细长孔、与介于两者之间的节流孔。n液流流经薄壁

3、（或锐边）小孔（当小孔的长径比 时，可以看作是薄壁小孔）的流量特性公式为n当小孔的长径比 时，可以看作是细长孔。当油液通过细长孔时多为层流，其流量特性公式为n根据实验，通过节流口的流量可用下列通式表示：pACqd2mpKAqlpdq12845.0dl4dl对公式对公式 的说明的说明K-节流系数，由节流口形状、流体状态、流体性质决定。对薄壁孔口， ，其中 为流量系数；对细长孔， ，由于该式中存在油液粘度，所以细长孔流量受温度影响。A-孔口的通流面积 p -孔口的前后压差m-由节流口形状决定的指数对薄壁孔口，m=0.5；对细长孔，m=1。/2dCK dC)32/(2LdKmpKAq 五、节流阀的刚

4、度五、节流阀的刚度节流阀的刚度反映了它在负载压力变动时保持流量稳定的能力。一般定义为节流阀开口面积一定时，节流阀前后压力差p的变化量与流经阀的流量变化量之比。n上式表明，刚度越大，流量的稳定性越好。qpTKAmpTm1六、影响流量稳定性的因素六、影响流量稳定性的因素 流量稳定性与节流口前后压差、油温及节流口形状等因素密切相关1压差p对流量稳定性的影响当节流开口A一定时，p越大，刚度越大，但提高p会增大压力损失。2温度对流量稳定性的影响油温的变化引起油液粘度的变化，从而对流量发生影响。这在细长孔式阀口上是十分明显的。而对锐边或薄壁孔口来说，当雷诺数Re大于临界值时，流量系数不受油温影响；但当压差

5、小，通流面积小时，流量系数与雷诺数Re有关，流量要受到油温变化的影响。因而阀口应采用锐边或薄壁孔口为好。3. 节流口形状对流量稳定性的影响 m 越小，刚度越大。 4. 节流开口A 对流量稳定性的影响 当阀口压差p一定，阀口面积调小到一定值时，流量将出现时断时续现象；进一步调小，则可能断流，这种现象称为节流阀的阻塞。每个节流阀都有一个能正常工作的最小稳定流量，其值一般在0.5 L/min左右。结论： 常采用锐边或薄壁孔口作节流孔口，因为：1） 受温度影响较小；2） m=0.5，最小。KAmpTm1七、节流阀的应用七、节流阀的应用节流阀常与定量泵、溢流阀一起组成节流调速回路。若执行元件的负载不变，

6、则节流阀前后压力差一定，通过改变节流阀的开口面积，可调节流经节流阀的流量（即进入执行元件的流量），从而调节执行元件的运动速度。此外，在液压系统中，节流阀还可起到负载阻力以及压力缓冲等作用。节流阀的应用节流阀的应用1n与定量泵、溢流阀组成节流调速回路。泵的部分油液经溢流阀回油箱，泵的出口压力由溢流阀调定。进入油缸无杆腔的油液流量由节流阀调定，其稳定性受负载影响。节流阀的应用节流阀的应用2n起负载阻尼。顺序阀起平衡作用，防止液压缸活塞的加速下落。1.节流阀起阻尼作用，控制顺序阀的启闭，使顺序阀关闭滞后。节流阀的应用节流阀的应用3n阻尼缓冲节流阀置于压力表前。阻尼作用强，可以缓冲系统的压力冲击。1.

7、保护压力表。节流阀的应用节流阀的应用4n作背压阀p1q1ppqypyp2FVA2A1ATq2p0=07.14回 油 节 流 调 速 5.3.2调速阀 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。补偿的方法之一是将定差减压阀与节流阀串联起来组合成调速阀，另一种是将溢流阀与节流阀并联起来组合成溢流节流阀。这两种压力补偿方式是利用流量的变化引起油路压力的变化，通过阀芯的负反馈作用，来自动调节节流阀口两端的压力差，使其基本保持不变。 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改变，为了减小温度的变化对流量的影响，出现了温度补偿调速阀。 (a)

8、(b)图5-21(c)P1PP1P2Fvp3bcafdep2p1pm差 压 式减 压 阀节 流 阀xR2qA一、调速阀的结构及工作原理一、调速阀的结构及工作原理 如图5-21所示，调速阀是采用了压力补偿的节流阀，它由定差减压阀和节流阀串联而成。 5.3.3溢流节流阀溢流节流阀是由定差溢流阀与节流阀并联而成。当负载压力变化时，由于定差溢流阀的补偿作用使节流阀两端压差保持恒定，从而使通过节流阀的流量仅与其通流面积成正比，而与负载压力无关。图5-24为溢流节流阀工作原理图。 2PP1T(a)(b)(c)1PP2p1p2123AA21A4Fvyx图5-24T与调速阀之比较与调速阀之比较n溢流节流阀功率

9、损耗低，油液发热小，效率高溢流节流阀功率损耗低，油液发热小，效率高。n由于流经溢流节流阀的流量是油泵的全部流量，较调速阀大，阀芯阻力也较大，故溢流节流阀中溢流阀的弹簧刚度要求大一些，使得溢流节流阀的调速性能较溢流节流阀的调速性能较调速阀差调速阀差。n由于溢流节流阀溢流节流阀靠压变工作，而回油路通油箱无压变，所以只能装在进油路只能装在进油路，不可装于回油路不可装于回油路；调速阀皆可调速阀皆可。 5.3.4分流集流阀分流集流阀（简称分流阀）包括分流阀、集流阀及兼有分流、集流功能的分流集流阀。分流阀：使系统中由同一个能源向两个执行元件供应相同的流量或按一定比例供应，以实现两个执行元件的速度同步或成比

10、例关系。集流阀：从两个执行元件中收集等流量或按比例的回油量，以实现两个执行元件的速度同步或成比例关系。1.分流集流阀：具备以上两者功能。(a )(b )(c)图5 - 2 55.4方向控制阀方向控制阀是用来使液压系统中的油路通断或改变油液的流动方向，从而控制液压执行元件的起动或停止，改变其运动方向的阀类。它包括单向阀、换向阀、压力表开关等。 5.4.1单向阀单向阀包括普通单向阀和液控单向阀两类。一、普通单向阀（简称单向阀）一、普通单向阀（简称单向阀）1. 功能：功能：单向阀又称止回阀，它是一种只允许液流沿一个方向通过，而反向液流被截止的方向阀。2. 分类：分类：按进出口流道分为：直通式和直角式

11、单向阀。n直通式：进出口流道在同一轴线。n直角式：进出口流道成直角布置。 按阀芯分为：钢球式和锥阀式单向阀。n钢球式：结构简单，密封性不如锥阀式，导向差，用于小流量场合。n锥阀式：结构较钢球式复杂，密封可靠，导向性好。(a)(b)(c)图5 - 2 8(d)P2P12PP1P12P1PP2直通式单向阀图5-29P21P直角式单向阀 （板式单向阀）3.3. 普通单向阀的普通单向阀的应用：应用：n1）阻隔油路如单向阀常被安装在泵的出口，一方面防止系统的压力冲击影响泵的正常工作，另一方面在泵不工作时防止系统的油液倒流经泵回油箱。为减少压力损失，单向阀的弹簧刚度很小，开启压力一般为0.030.05 M

12、Pa ；n2）但若置于回油路作背压阀使用时，则应换成较大刚度的弹簧，开启压力一般为0.30.5 MPa 。n3）与其它阀组成合成阀，如单向顺序阀、单向节流阀等。 二、液控单向阀二、液控单向阀 液控单向阀是在普通单向阀的基础上多了一个控制口，当控制口空接时，该阀相当于一个普通单向阀；若控制口接压力油，则油液可双向流动。 液控单向阀有不带卸荷阀芯的简式液控单向阀和带卸荷阀芯的卸载式液控单向阀两种结构形式，如图5-30所示。(a)(b)图5-30(c)(d)2P1PP2P1KLKP2K1PK2P1P5.4.2 换向阀 换向阀是利用阀芯相对阀体位置的不同，来控制各油路的通断或改变液流的方向。一般以下述

13、方法分类。n按结构：滑阀、转阀、球阀和锥阀式；n按操纵方式：手动、机动、电磁、液动、气动和电液动；n工作位置和油口数：几位几通；n按阀芯定位：钢球定位、弹簧复位、弹簧对中。 一、滑阀式换向阀一、滑阀式换向阀 1、滑阀式换向阀的结构主体及工作原理结构主体：滑阀阀芯+阀体n台肩：阀芯与阀体孔配合处。n沉割槽：阀体孔内沟通油液的环形。n油口：阀体在沉割槽处有对外连接的油口. 滑阀命名n滑阀阀芯相对阀体的不同的稳定工作位置，称为“位”。n阀体分布的主油口，称为“通”，不包括控制油口和泄漏油口。n存在X个稳定工作位置和Y个主油口的滑阀式换向阀，称为X 位Y通换向阀。PA二 位二 通 阀二 位三 通 阀二

14、 位四 通 阀三 位四 通 阀二 位五 通 阀三 位五 通 阀名 称结 构 原 理 图图 形 符 号使 用 场 合 控 制 油 路 的 接 通 与 切断 （ 相 当 于 一 个 开 关 ） 控 制 液 流 方 向 （ 从 一个 方 向 变 换 成 另 一 个 方 向） 不 能 使 执行 元 件 在 任一 位 置 上 停止 运 动 能 使 执 行元 件 在 任 一位 置 上 停 止运 动 不 能 使 执行 元 件 在 任一 位 置 上 停止 运 动 能 使 执 行元 件 在 任 一位 置 上 停 止运 动 执 行 元件 正 反 向运 动 时 回油 方 式 相同 执 行 元件 正 反 向运 动 时

15、 可以 得 到 不同 的 回 油方 式控制执行元件换向表 5 - 2 滑 阀 式 换 向 阀 主 体 部 分 的 结 构 型 式A PPT1A PBT2PPPT1AT2BPATBATBPTABTABBPABAT1BA PT2T1T2PAB 表5-2中图形符号的含义如下： 1）用方框表示阀的工作位置，有几个方框就表示几“位”。 2）一个方框上与外部相连接的主油口数有几个，就表示几“通”。 3）用方框内的箭头表示该位置上油路处于接通状态，但箭头方向不一定表示液流的实际流向。 4）方框内的符号“”或“”表示此通路被阀芯封闭，即不通。 5）通常换向阀与系统供油路连接的油口用P表示，与回油路连接的回油口

16、用T表示，而与执行元件相连接的工作油口用字母A、B表示。 6）换向阀都有二个或二个以上的工作位置，其中一个为常态位，即阀芯未受到操纵力作用时所处的位置。图形符号中的中位是三位阀的常态位，利用弹簧复位的二位阀则以靠近弹簧的方框内的通路状态为其常态位。绘制液压系统图时，油路一般应连接在换向阀的常态位上。2、滑阀机能 三位四通和三位五通换向阀，滑阀在中位时各油口的连通方式称为滑阀机能（也称中位机能）。不同的滑阀机能可满足系统的不同要求。表5-3中列出了三位阀常用的十种滑阀机能，而其左位和右位各油口的连通方式均为直通或交叉相通，所以只用一个字母来表示中位的型式。不同的滑阀机能，是在阀体尺寸不变的情况下

17、，通过改变阀芯的台肩结构、轴向尺寸以及阀芯上径向通孔的个数得到的。 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状况设计成特殊机能，这时分别用第一个字母、第二个字母和第三个字母表示中位、右位和左位的滑阀机能，如图5-31所示。 另外，当对换向阀从一个工位过渡到另一个工位的各油口间通断关系也有要求时，还规定和设计了过渡机能。这种过渡机能被画在各工位通路符号之间，并用虚线与之隔开。 滑 阀机 能中 位 时 的 滑 阀 状 态中 位 符 号三 位 四 通 三 位 五 通中 位 时 的 性 能 特 点表 5 - 3 三 位 换 向 阀 的 滑 阀 机 能 各 油 口

18、 全 部 关 闭 ， 系 统 保 持 压力 ， 执 行 元 件 各 油 口 封 闭 各 油 口 P 、 T 、 A 、 B 全 部 连通 ， 泵 卸 荷 ， 执 行 元 件 两 腔 与回 油 连 通 A 、 B 、 T 口 连 通 ， P 口 保 持 压力 ， 执 行 元 件 两 腔 与 回 油 连 通 P 口 保 持 压 力 ， 缸 A 口 封 闭 ， B口 与 回 油 口 T 连 通 执 行 元 件 A 口 通 压 力 油 ， B 口 与回 油 口 T 不 通 P 口 与 A 、 B 口 都 连 通 ， 回 油 口 T封 闭 P 、 A 、 T 口 连 通 ， 泵 卸 荷 ， 执 行元 件

19、 B 口 封 闭 P 、 T 、 A 、 B 口 半 开 启 接 通 ， P口 保 持 一 定 压 力 P 、 T 口 连 通 ， 泵 卸 荷 ， 执 行 元 件A 、 B 两 油 口 都 封 闭 A 、 B 口 接 通 ， P 、 T 口 封 闭 ，缸 两 腔 连 通 ， P 口 保 持 压 力OHYJCPKXMUABPTABBAPT1T2PTABBAPT1T2PTABBAPT1T2PTABBAPT1T2PTABBAPT1T2PTABBAPT1T2PTABBAPT1T2PTABBAPT1T2PTABBAPT1T2PTABPT ( T1)T ( T2)AT ( T1)PT ( T2)BAT (

20、 T1)PT ( T2)BAT ( T1)PT ( T2)BAT ( T1)PT ( T2)BAT ( T1)PT ( T2)BAT ( T1)PT ( T2)BAT ( T1)PT ( T2)BAT ( T1)PT ( T2)BAT ( T1)PT ( T2)BT2PBAT1图滑阀的特殊机能(b)(a)TPA BPATB5-31PATBTPBA(b)(a)图滑阀式换向阀的过渡机能5-32 3、滑阀式换向阀的操纵方式 1）手动换向阀 手动换向阀是利用手动杠杆等机构来改变阀芯和阀体的相对位置从而实现换向的阀类。图5-33(b)所示为弹簧自动复位式三位四通手动换向阀的结构。图5-33(b)所示为弹

21、簧钢球定位式手动换向阀。图5-34所示为一种手轮操作换向阀。 (b)PATB21345(a)PABTT图5-3454321ABPT(a)(b)图5-33PATB 2）机动换向阀 机动换向阀是用挡铁或凸轮推动阀芯从而实现换向的阀类。如图5-35所示。 3）电磁换向阀 电磁换向阀是利用电磁铁通电吸合后产生的吸力推动阀芯来改变阀的工作位置。它是电气系统与液压系统之间的信号转换元件。可借助于按钮开关、行程开关、限位开关、压力继电器等发生的信号进行控制，易于实现动作转换的自动化，因此应用广泛。A BP(a)(b)67893145ABPTT图5-362(a)(b)15234图5 - 37ABPTP TAB

22、4）液动换向阀 液动换向阀是利用控制油路的压力油在阀芯端部所产生的液压力来推动阀芯移动，从而改变阀芯位置的换向阀。对三位阀而言，按阀芯的对中形式，分为弹簧对中型和液压对中型两种；按其换向时间的可调性，液动换向阀可分为可调式和不可调式两种。 图5-40(a)所示为不可调式三位四通液动换向阀（弹簧对中型）。当对液动换向阀换向平衡性要求较高时，应采用可调式液动换向阀，如图5-41(b)所示。A BTPABK1K2TPT12K(a)(b)图5-40TPBAK1K2KK15）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。其中，液动换向阀实现主油路的换向，称为主阀；电磁换向阀改变液动换向阀的控

23、制油路的方向，推动液动换向阀阀芯移动，称为先导阀。K1T1TPA BTPBALK1T1KKLT1K1图5-41(c)(b)(a)4231PTLAB定位面XKKA3A1A25 二、中位机能应用举例换向阀不同的中位机能,可以满足液压系统的不同要求。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。2）系统卸荷：中位“M”型，图中所示，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。3）液压缸快进：中位“P”型，图415所示，当换向阀于中位时，因P、A、B相通，故可用作差动回路。n在下图中，各溢流阀的调整压力p1=5MPa，p2=3MPa，p3=2MPa。问负载趋于无限大时，泵出口压力为多少?习题习题 思考题思考题n答：当负载趋于无限大时，泵输出的流量不进入系统，全部流量通过溢流阀回油箱。当二位二通阀断电时，因溢流阀外控口被堵死，泵出口压力决定