《液压与气压传动》精美课件 控制元件

1、School of Mechanical Engineering上海电机学院机械学院第四章 控制元件液压与气压传动Chapter 4 控制元件H&PSchool of Mechanical Engineering上海电机学院机械学院第四章 控制元件液压与气压传动目的任务: 重点难点: 了解液压与气压传动中各种控制元件的功用、工作原理、结构形式和性能特点；掌握主要控制元件的控制机制及其特性分析方法。换向阀的位、通、滑阀机能的概念；先导式溢流阀的结构、工作原理、特性；减压阀、溢流阀的区别；调速阀的结构、工作原理、特性；比例阀与普通阀的区别；各种控制阀符号的含义。H&PSchool of Mecha

2、nical Engineering上海电机学院机械学院第四章 控制元件液压与气压传动Part 4.1 阀的概述一、阀的分类： 方向阀：利用通流通道的更换控制流体的流动方向。 压力阀： 流量阀：二、阀的共性 在结构上，阀由阀体、阀心座阀或滑阀和驱使阀心动作的元、部件如弹簧、电磁铁组成。 在工作原理上，阀都符合孔口流量公式。 阀:控制流体的流动方向、调节压力、调节流量H&P利用通流截面的节流作用控制系统的压力和流量。School of Mechanical Engineering上海电机学院机械学院第四章 控制元件表4-1 阀的分类分类方法种 类按机能分类压力控制阀流量控制阀方向控制阀按结构分类滑

3、阀座阀射流管阀喷嘴挡板阀液压与气压传动H&PSchool of Mechanical Engineering上海电机学院机械学院第四章 控制元件分类方法种 类详 细 分 类按操纵方法分类手动阀手把及手轮、踏板、杠杆机动阀挡块及碰块、弹簧液动阀液动阀、气动阀电液阀电液动阀、电气动阀电动阀普通/比例电磁铁控制、力马达/力矩马达/步进电动机/伺服电动机控制按连接方法分类管式连接螺纹式连接、法兰式连接板式/叠加式连接单层连接板式、双层连接板式、整体连接板式、叠加阀、多路阀插装式连接螺纹式插装（二、三、四通插装阀）、盖板式插装（二通插装阀）液压与气压传动H&PSchool of Mechanical E

4、ngineering上海电机学院机械学院第四章 控制元件分类方法种 类详 细 分 类按控制方法分类比例阀电液比例压力阀、电液比例流量阀、电液比例换向阀、电液比例复合阀、电液比例多路阀；气动比例压力阀、气动比例流量阀伺服阀单、两级（喷嘴挡板式、滑阀式）电液流量伺服阀、三级电液流量伺服阀、电液压力伺服阀、气液伺服阀、机液伺服阀、气动伺服阀数字控制阀数字控制压力阀、数字控制流量阀与方向阀液压与气压传动H&PSchool of Mechanical Engineering上海电机学院机械学院第四章 控制元件液压与气压传动Part 4.2 阀芯的结构和性能 一、 阀口的形式类 型阀 口 形 式滑阀式滑阀

5、式错位孔式H&PSchool of Mechanical Engineering上海电机学院机械学院第四章 控制元件液压与气压传动类 型阀 口 形 式三角槽式弓形孔式偏心槽式H&PSchool of Mechanical Engineering上海电机学院机械学院第四章 控制元件液压与气压传动二、液动力 阀口控制了液流，同时也产生着液动力。 液动力：稳态液动力 瞬态液动力液动力对液压阀的性能起着重大的影响。H&PSchool of Mechanical Engineering上海电机学院机械学院第四章 控制元件液压与气压传动稳态液动力图4-1 滑阀的稳态液动力a）液流流出阀口 b）液流流入阀口

6、稳态液动力是阀心移动完毕，开口固定之后，液流流过阀口时因动量变化而作用在阀心上的力。H&PSchool of Mechanical Engineering上海电机学院机械学院第四章 控制元件液压与气压传动稳态液动力对滑阀性能的影响是加大了操纵滑阀所需的力。在高压大流量情况下，这个力将会很大，使阀心的操纵成为突出的问题。这时必须采取措施补偿或消除这个力。 H&PSchool of Mechanical Engineering上海电机学院机械学院第四章 控制元件液压与气压传动图4-2 稳态液动力的补偿法a特种形状阀腔 b阀套开斜孔 c液流产生压降H&PSchool of Mechanical En

7、gineering上海电机学院机械学院第四章 控制元件液压与气压传动瞬态液动力 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在阀心上的力 。瞬态液动力只与阀心移动速度有关即与阀口开度的变化率有关，与阀口开度本身无关。 图4-3 瞬态液动力a开口加大，液流流出阀口 b开口加大，液流流入阀口H&PSchool of Mechanical Engineering上海电机学院机械学院第四章 控制元件液压与气压传动三、卡紧力 一般滑阀的阀孔和阀心之间有很小的缝隙，当缝隙中有油液时，移动阀心所需的力只须克服粘性摩擦力，数值应该是相当小的。可是实际情况这个阻力可以大到几百牛，

8、使阀心重新移动十分费力。这就是所谓滑阀的液压卡紧现象。 特别在中、高压系统中，当阀心停止运动一段时间后一般约5min左右，引起液压卡紧的原因： 主要的原因来自滑阀副几何形状误差和同心度变化所引起的径向不平衡液压力，即液压卡紧力。 H&PSchool of Mechanical Engineering上海电机学院机械学院第四章 控制元件液压与气压传动图4-4 滑阀上的径向力a无锥度，轴线平行，有偏心图4-4所示为滑阀上产生径向不平衡力的一种情况。H&PSchool of Mechanical Engineering上海电机学院机械学院第四章 控制元件液压与气压传动为了减小液压卡紧力，可以采取下述

9、一些措施：1提高阀的加工和装配精度，防止出现偏心。阀心的圆度和圆柱度允差为0.0030.005mm，要求带顺锥，阀心的外表粗糙度Ra值不大于0.2m，阀孔Ra值不大于0.4m。2在阀心台肩上开出平衡径向力的均压槽。如图4-6所示。槽的位置应尽可能靠近高压端。槽的尺寸是：宽0.30.5mm，深0.50.8mm，槽距15mm。H&PSchool of Mechanical Engineering上海电机学院机械学院第四章 控制元件液压与气压传动3使阀心或阀套在轴向或圆周方向上产生高频小振幅的振动或摆动。4精细过滤油液。H&PSchool of Mechanical Engineering上海电机学

10、院机械学院第四章 控制元件液压与气压传动四、 阀的泄漏锥阀不产生泄漏。 滑阀由于阀心和阀孔间有一定的间隙，在压力作用下要产生泄漏。H&PSchool of Mechanical Engineering上海电机学院机械学院第四章 控制元件液压与气压传动Part 4.3 常用液压控制阀 方向控制阀、压力控制阀和流量控制阀 。H&PSchool of Mechanical Engineering上海电机学院机械学院第四章 控制元件液压与气压传动Part 4.3.1 方向控制阀表4-4 方向控制阀的类型 H&PSchool of Mechanical Engineering上海电机学院机械学院第四章

11、控制元件液压与气压传动1. 单向阀 普通单向阀 液控单向阀作用：使油液只能沿一个方向流动，不许它反向倒流。图4-8 单向阀a结构图 b图形符号图1阀体 2阀心 3弹簧 普通单向阀结构：阀心、阀体、弹簧符号图：H&PSchool of Mechanical Engineering上海电机学院机械学院第四章 控制元件液压与气压传动特点：在普通单向阀中，通油方向的阻力应尽可能小，而不通油方向应有良好的密封。单向阀弹簧的刚度一般都选得较小，使阀的正向开启压力仅需0.030.05MPa。如采用刚度较大的弹簧，使其开启压力达0.20.6MPa，便可用作背压阀。主要应用：安装在泵的出口，可防止系统压力冲击对

12、泵的影响，也可防止系统油液经泵倒流回油箱。单向阀还可用来分隔油路防止干扰。单向阀和其他阀组合，便可组成复合阀。H&PSchool of Mechanical Engineering上海电机学院机械学院第四章 控制元件液压与气压传动 液控单向阀分类： 内泄式 外泄式结构： 小型液压缸普通单向阀符号：图4-9 普通型液控单向阀1控制活塞 2推杆 3阀心 4弹簧School of Mechanical Engineering上海电机学院机械学院第四章 控制元件液压与气压传动液控单向阀的主要用途：1对液压缸进行锁闭；2作立式液压缸的支承阀；3某些情况下起保压作用。H&PSchool of Mechan

13、ical Engineering上海电机学院机械学院第四章 控制元件液压与气压传动. 换向阀功用：利用阀心在阀体中的相对运动，使液流的通路接通、关断，或变换流动方向，从而使执行元件启动、停止或变换运动方向。1流体流经阀时的压力损失要小。2互不相通的通口间的泄漏要小。3换向要平稳、迅速且可靠。对换向阀的主要要求 ：H&PSchool of Mechanical Engineering上海电机学院机械学院第四章 控制元件液压与气压传动换向阀的工作原理：图4-11所示为滑阀式换向阀图4-11 滑阀式换向阀工作原理和图形符号a示意图 b图形符号School of Mechanical Engineer

14、ing上海电机学院机械学院第四章 控制元件液压与气压传动换向阀的结构形式：换向阀的功能：主要由其控制的通路数及工作位置所决定。 有几个工作位置叫几位；有几个通路叫几通阀体阀心操纵控制装置结构主体H&PSchool of Mechanical Engineering上海电机学院机械学院表4-5 滑阀式换向阀主体局部的结构形式二位二通：二位三通：二个工作位置、三条通路 P、A、T二位四通：三位四通：三个工作位置、四条通路P、A、B、T P进油口 A、B工作油口 T回油口School of Mechanical Engineering上海电机学院机械学院第四章 控制元件液压与气压传动阀的常位： 阀心

15、未受外部操纵时所处的位置。绘制液压系统图时，油路应连接在常位上。H&PSchool of Mechanical Engineering上海电机学院机械学院第四章 控制元件液压与气压传动滑阀的操纵方式：1手动换向阀 手柄操纵，弹簧复位(或钢球定位)H&P图4-12 手动换向阀a弹簧自动复位结构 b弹簧钢球定位结构School of Mechanical Engineering上海电机学院机械学院第四章 控制元件液压与气压传动2机动换向阀 机械装置操纵滑轮、挡块，弹簧复位。特点：安装位置固定。图4-13 机动换向阀1滚轮 2阀心 3弹簧H&PSchool of Mechanical Enginee

16、ring上海电机学院机械学院第四章 控制元件液压与气压传动3电磁换向阀： 电磁铁操纵阀心动作，弹簧复位。 按电磁铁所用电源的不同：交流型 直流型 交流本整型； 按电磁铁内部是否有油侵入：干式 湿式 油浸式。特点：驱动力小，易于远距离控制H&PSchool of Mechanical Engineering上海电机学院机械学院第四章 控制元件液压与气压传动图4-14 交流二位三通电磁换向阀及其干式电磁铁结构图1衔铁 2线圈 3密封圈 4推杆 5阀心 6弹簧 7阀体H&PSchool of Mechanical Engineering上海电机学院机械学院第四章 控制元件液压与气压传动图4-15 直

17、流三位四通电磁换向阀及其湿式电磁铁结构图1阀体 2阀心 3弹簧座 4弹簧 5挡块 6导磁套7推杆 8街铁 9线圈H&PSchool of Mechanical Engineering上海电机学院机械学院第四章 控制元件液压与气压传动交流电磁铁使用方便，起动力大，吸合、释放快，动作时间最快约为10ms；但工作时冲击和噪声较大，为防止线圈过热，换向频率不能超过60次/min；起动电流大，在阀心被卡时会烧毁线圈；工作寿命仅数百万次至一千万次以内。直流电磁铁体积小，工作可靠；冲击小，允许换向频率为120次/min，最高可达300次/min；使用寿命可高达两千万次以上；但起动力比交流电磁铁要小，且需有直

18、流电源。交流本整型电磁铁自身带有整流器，可以直接使用交流电源，又具有直流电磁铁的性能。H&PSchool of Mechanical Engineering上海电机学院机械学院第四章 控制元件液压与气压传动4液动换向阀 液压力驱动阀心，弹簧复位。 驱动力大。图4-16 三位四通液动换向阀H&PSchool of Mechanical Engineering上海电机学院机械学院第四章 控制元件液压与气压传动5电液换向阀电磁阀液动阀特点：电磁阀是先导阀，先动作，为主阀心提供控制压力油。液动阀是主阀，后动作，靠电磁铁操纵控制油路上的控制压力油推动，推力可以很大。换向性能较好，适用于高压、大流量的场合

19、。H&P先导阀主阀School of Mechanical Engineering上海电机学院机械学院第四章 控制元件液压与气压传动图4-17 电液换向阀1、7单向阀 2、6节流阀 3、5电磁铁 4电磁阀阀心 8液动阀阀心主阀心School of Mechanical Engineering上海电机学院机械学院第四章 控制元件液压与气压传动滑阀的中位机能 三位换向阀在中位时各油口的连通方式表达了换向阀的控制机能，称之为滑阀的中位机能。H&P液压与气压传动School of Mechanical Engineering上海电机学院机械学院第四章 控制元件液压与气压传动滑阀机能的应用： 使泵卸荷：

20、M 、 H、K 使液压缸差动：P 使执行元件停止：O、M； 使执行元件浮动：H、Y型；H&P1系统保压当P口被堵塞，系统保压。2系统卸荷P口通畅地与T口接通，系统卸荷，既节约能量，又防止油液发热。3液压缸“浮动：当A、B两口互通4液压缸在任意位置上的停止：当A、B两口封闭或与P口连接非差动情况。School of Mechanical Engineering上海电机学院机械学院第四章 控制元件液压与气压传动换向阀的主要性能： 1工作可靠性工作可靠性指电磁铁通电以后能否可靠地换向，而断电后能否可靠地复位。2压力损失3内泄漏量H&PSchool of Mechanical Engineering上

21、海电机学院机械学院第四章 控制元件液压与气压传动4换向和复位时间换向时间指从电磁铁通电到阀心换向终止的时间；复位时间指从电磁铁断电到阀心回复到初始位置的时间。5换向频率换向频率是在单位时间内阀所允许的换向次数。目前交流单电磁铁的电磁阀的换向频率一般为60次/min以下。 6使用寿命H&PSchool of Mechanical Engineering上海电机学院机械学院第四章 控制元件液压与气压传动 压力控制阀H&P是用来控制液压系统中油液压力或通过压力信号实现控制的阀类。School of Mechanical Engineering上海电机学院机械学院第四章 控制元件液压与气压传动1. 溢

22、流阀*H&P分类：直动式溢流阀先导式溢流阀溢流阀使进口压力恒定，溢流定压。实现稳压、调压或限压作用。功用：School of Mechanical Engineering上海电机学院机械学院第四章 控制元件液压与气压传动1直动式溢流阀H&P工作原理和结构形式 结构： 阀体、阀心、弹簧、调节螺母等零件组成。 原始状态，阀心在弹簧力的作用下处于最下端位置，进出油口隔断。阀口处于关闭状态。School of Mechanical Engineering上海电机学院机械学院第四章 控制元件液压与气压传动图4-22 直动式滑阀型溢流阀1调节螺母2弹簧3上盖4阀心5阀体工作原理：阀芯受液压作用力和弹簧预压

23、力作用，当液压力等于或大于弹簧力时，阀芯上移，阀口开启，进口压力油经阀口溢回油箱，最终阀芯受液压作用力和弹簧力平衡。 工况： 进口压力等于阀的调定压力时，阀口翻开，实现溢流定压。溢流阀使进口压力等于调定压力。恒定. 调节弹簧的预压缩量即调节了阀的调定压力大小。1直动式溢流阀School of Mechanical Engineering上海电机学院机械学院第四章 控制元件 符号：H&P小结：溢流阀使进口压力恒定, 控制油来自阀的进油口; 溢流阀出口接油箱,没有单独的(弹簧腔)泄油油路. School of Mechanical Engineering上海电机学院机械学院第四章 控制元件2先导式

24、溢流阀 结构组成 ： 由先导阀和主阀组成。有两个阻尼孔2和8. 先导阀实际上是一个小流量直动型溢流阀，其阀心为锥阀。 主阀心上有一阻尼孔，油液流过时有压力损失，主阀心弹簧很软, 只在阀口关闭时起复位作用。School of Mechanical Engineering上海电机学院机械学院 符号：H&P2先导式溢流阀工作情况：先导阀和主阀阀芯分别处于受力平衡，其阀口都满足压力流量方程。阀的进口压力主要由先导阀调压弹簧的预压缩量确定，主阀弹簧起复位作用。通过先导阀的流量很小，是主阀额定流量的1，因此其尺寸很小，即使是高压阀，其弹簧刚度也不大。这样一来阀的调节性能有很大改善。主阀芯开启是利用液流流经

25、阻尼孔形成的压力差。阻尼孔一般为细长孔，孔径很小=0.81.2mm，孔长l = 812mm，因此工作时易堵塞，一旦堵塞那么导致主阀口常开无法调压。先导阀前腔有远程控制口K，用于卸荷和遥控。School of Mechanical Engineering上海电机学院机械学院第四章 控制元件远程控制口K情况: 先导阀上有一个远程控制口K，用于卸荷和遥控。1K口堵死时，调定压力由先导阀调定。2K口接油箱时，使阀入口压力为零，实现卸荷。3K口接远程调压阀时，可实现远程调压。 H&P2School of Mechanical Engineering上海电机学院机械学院第四章 控制元件远程调压阀的调定压力

26、小于先导溢流阀的调定压力，那么溢流阀进口压力就由远程调压阀来决定。H&P远程调压阀：一个独立的压力先导阀，旁接在远程控制口处，起远程调压作用，相当于两个压力先导阀并联。哪个调定压力低，哪个起作用。油液主要经主阀阀口回油箱。3两个溢流阀并联在液压泵的出口时School of Mechanical Engineering上海电机学院机械学院H&P先导式溢流阀小结： 1阀的进口压力由先导阀调定，主阀弹簧只起复位作用； 2通过先导阀的流量很小，大量油液由主阀溢流； 3主阀心开启是利用液流流经阻尼孔形成的压力差，如果阻尼孔堵塞，那么导致主阀口常开，实现卸荷作用，阀无法调压。 School of Mech

27、anical Engineering上海电机学院机械学院H&P 4远程控制口接油箱时，主阀心弹簧腔的压力接近于零，进口压力很小就可以使主阀心移动，主阀口翻开。这时进口油液在很低的压力下通过阀口流回油箱，实现卸荷作用，系统压力接近零。 5远程控制口接远程调压阀时，实现远程调压。 (远程调压阀的调定压力应该小于先导式溢流阀的调定压力) School of Mechanical Engineering上海电机学院机械学院第四章 控制元件3溢流阀的性能理论分析：以图4-22所示的直动式溢流阀为例当溢流阀稳定工作时，作用在阀心上的力相互平衡。如令p为进口处的压力，A为阀心承压面积，Fs为弹簧作用力，忽略

28、重力、液动力、摩擦力，那么阀心上的受力平衡方程为4-8H&P可见溢流阀进口处的压力是由弹簧力决定的。令ks为弹簧刚度， xc为弹簧的预压缩量， xR为阀口开度。School of Mechanical Engineering上海电机学院机械学院第四章 控制元件液压与气压传动当溢流阀开始溢流时即阀口将开未开时，xR=0，这时进口处的压力称为溢流阀的开启压力：4-11H&P溢流阀的开启压力调定压力：当溢流阀通过额定流量qn时，进口处的压力pT 称为溢流阀的调定压力或全流压力。School of Mechanical Engineering上海电机学院机械学院第四章 控制元件液压与气压传动调压范围：

29、调定压力的范围全流压力与开启压力之差称为静态调压偏差。开启压力与全流压力之比称为开启比。*与直动式相比，先导式溢流阀的开启比大，静态调压偏差小，调压性能好。H&PSchool of Mechanical Engineering上海电机学院机械学院第四章 控制元件液压与气压传动直动式溢流阀的“压力一流量特性方程 图4-25 溢流阀的特性曲线H&PSchool of Mechanical Engineering上海电机学院机械学院第四章 控制元件液压与气压传动4溢流阀的主要用途有：1作溢流阀。溢流阀有溢流时，可维持阀进口亦即系统压力恒定。2作平安阀。系统超载时，溢流阀才翻开，对系统起过载保护作用，

30、而平时溢流阀是关闭的。3作背压阀。溢流阀一般为直动式的装在系统的回油路上，产生一定的回油阻力，以改善执行元件的运动平稳性。4用先导式溢流阀对系统实现远程调压或使系统卸荷。H&P接在定量泵的出口，作溢流阀使用。起定压溢流作用 ，使泵出口压力恒定，接在变量泵的出口，作平安阀使用。起限压平安作用。配合电磁阀使用，使泵卸荷。溢流阀平安阀系统卸荷School of Mechanical Engineering上海电机学院机械学院第四章 控制元件液压与气压传动2. 减压阀功用和要求： 减压阀使出口压力恒定，减压定压。H&P工作原理： 减压阀是利用液流流过缝隙产生压力损失，使其出口压力低于进口压力。分类：

31、直动式 先导式School of Mechanical Engineering上海电机学院机械学院第四章 控制元件工作原理和结构 图4-27 直动式减压阀工作原理H&P1原始状态减压阀的阀口全开。2减压阀出口接油路，因此，弹簧腔的泄油口单独接油箱。2. 减压阀School of Mechanical Engineering上海电机学院机械学院H&P减压阀出口压力与出口负载有关：1当出口负载压力大于或等于减压阀的调定压力时，减压阀才起减压作用且保持出口压力恒定。 特别的：当出口负载压力为无穷大时，减压阀仍然工作，使出口压力等于调定压力。2当出口负载压力小于调定压力时，减压阀不工作，阀口常开，开口

32、最大，此时减压阀不起减压作用。 特别的：当出口接油箱时，减压阀不工作。阀口开口最大。 工作情况：School of Mechanical Engineering上海电机学院机械学院图4-29 先导式减压阀H&P先导式减压阀由压力先导阀和主阀组成。出口压力油引至主阀芯上腔和先导阀前腔，当出口压力大于减压阀的调定压力时，先导阀开启，主阀芯上移，减压缝隙关小，减压阀才起减压作用且保证出口压力为定值。School of Mechanical Engineering上海电机学院机械学院第四章 控制元件 符号：H&P直动式减压阀先导式式减压阀School of Mechanical Engineering

33、上海电机学院机械学院第四章 控制元件液压与气压传动1减压阀保持出口处压力根本不变，而溢流阀保持进口处压力根本不变。2在不工作时，减压阀进出口互通，而溢流阀进出口不通。3减压阀有单独的泄油口；溢流阀弹簧腔的泄漏油经阀体內流道內泄至出口。先导式减压阀和先导式溢流阀有以下几点不同之处：H&PSchool of Mechanical Engineering上海电机学院机械学院第四章 控制元件性能分析： 减压阀阀心上的力平衡方程为式中，xc为当阀心开口xR=0时的弹簧预压缩量。在使用ks很小的弹簧，且考虑到xR A0时，输出压力变动较小。H&PSchool of Mechanical Engineeri

34、ng上海电机学院机械学院第四章 控制元件液压与气压传动如果阀的输入压力不变，输出流量变动q，对应进气阀门开度波动x，引起输出压力变动p2，那么可得阀的流量特性表达：4-28式中 k1调压弹簧刚度；k2复位弹簧刚度；c 阀门开度和流量的比例系数，由进气阀门结构决定。式4-28表示了减压阀的流量特性。改善阀的流量特性，提高稳压精度有两个途径：一是增大膜片的有效面积；二是减小弹簧刚度。H&PSchool of Mechanical Engineering157上海电机学院机械学院第四章 控制元件液压与气压传动减压阀的主要性能有调压范围、压力特性、流量特性和溢流特性。1. 调压范围 减压阀输出压力的调

35、节范围，称为调压范围。减压阀的输出压力在调压范围内应能连续稳定地调整，无突跳现象。2. 压力特性 压力特性是指减压阀的输出流量一定时，输入压力的波动对输出压力波动的影响，用特性曲线表示，如图4-62a所示。3. 流量特性 流量特性是指减压阀的输入压力一定时，输出流量的变化对输出压力波动的影响，用特性曲线表示，如图4-62b所示。4. 溢流特性 溢流特性是指阀的输出压力增加到超过调定值时，溢流阀口翻开，空气从溢流口流出的性能。减压阀的溢流特性表示通过溢流口的溢流量q1与输出口超压压力p(p=p2p2)之间的关系，如图4-62c所示。图上，a点为减压阀的输出压力调定值p2，b点为溢流口即将翻开时的

36、输出压力p2。减压阀的压力特性和流量特性表示了阀的稳压性能，是选用阀的重要依据。阀的输出压力只有低于输入压力一定值时，才能保证输出压力的稳定，输入压力至少要高于输出压力0.1MPa。阀的输出压力越低，受流量的影响越小，但在小流量时，输出压力波动较大，当使用流量超出规定的流量范围时，输出压力将急剧下降。H&PSchool of Mechanical Engineering上海电机学院机械学院第四章 控制元件液压与气压传动图4-62 减压阀特性a压力特性 b流量特性 c溢流特性H&PSchool of Mechanical Engineering上海电机学院机械学院第四章 控制元件液压与气压传动3

37、.精密减压阀在气动测量、调节仪表及低压、微压装置中，需要供给精确的气源压力或信号压力，一般减压阀难以满足要求，这时必须使用精密减压阀。图4-63 精密减压阀工作原理1恒气阻 2、6腔室 3喷嘴 4调压弹簧 5、7膜片 8阀心当减压阀的输出压力p2变化时，例如压力下降，那么膜片挡板5在调压弹簧4的作用下靠近喷嘴3，引起喷嘴-挡板放大器背压腔2中的压力p0升高。p0作用在下膜片7上使阀心开度增加，通流面积增大，输出压力p2上升，直至到达规定的调定值。图4-63所示为精密减压阀的工作原理图。它是在普通直动式减压阀中增加了一个喷嘴、挡板放大器，即构成了精密减压阀。放大器包括恒气阻固定节流、喷嘴、膜片挡

38、板和背压腔室。由于在普通减压阀的调压弹簧和阀心之间增加了一个具有高放大倍数的喷嘴-挡板放大器，因而精密减压阀的稳压精度高。H&PSchool of Mechanical Engineering上海电机学院机械学院第四章 控制元件液压与气压传动4.过滤减压阀和气动三联件 图6-64a所示为过滤减压阀，它是将分水过滤器与直动式减压阀集成，做在一个壳体内并配以压力表，兼备了过滤和调压两种功能，使用方便。把过滤减压阀和油雾器组合在一起，形成无管化连接，称为气动三联件，是气动系统中常用的气源辅件。如图4-64b所示。 图4-64 过滤减压阀和气动三联件a过滤减压阀 b气动三联件1分水过滤器 2减压阀 3

39、压力表 4油雾器 5滴油量调节螺钉 6油杯放气螺塞 7放水螺塞H&PSchool of Mechanical Engineering上海电机学院机械学院第四章 控制元件液压与气压传动图4-65 气源组合装置局部现在气动元件的集成化程度越来越高，有些厂商将开关阀、过滤减压阀、分气块、压力继电器、油雾器、平安启动阀等元件按不同方式组成各种气源组合装置，供用户选用。局部组合装置示于图4-65。H&PSchool of Mechanical Engineering上海电机学院机械学院第四章 控制元件液压与气压传动5.平安阀溢流阀 图4-66 平安阀 1阀体 2阀口 3阀心 4弹簧 图4-66所示为平安

40、阀示意图。阀的输入口与控制系统或装置连接。当系统中的气体压力为零时，作用在阀心上的弹簧力或重锤使它紧压在阀座上。当系统中的气体压力上升到pk，使平安阀开启，压缩空气从排气口急速排出。阀开启后，假设系统中的压力继续上升到平安阀的全开压力pq时，那么阀心全部开启，从排气口排出额定的流量。此后，系统中压力逐渐降低，当低于系统工作压力的调定值即阀的关闭压力pg时，阀门关闭，并保持密封。由上述工作原理可知，对于平安阀来说，要求当系统中的工作气压刚一超过阀的调定压力开启压力时，阀门便迅速翻开，并以额定流量排放，而一旦系统中的压力稍低于调定压力时，便能立即关闭阀门。因此，在保证平安阀具有良好的流量特性前提下

41、，应尽量使阀的关闭压力pg接近于阀的开启压力pk，而全开压力pq接近于开启压力pk，有pgpkpXAX+Fs时，阀心开启，油路A、B接通；当pAAA+pBABpB时，阀心关闭，A、B不通；而当pBpA时，阀心开启，油液可从B流向A。图4-72b用作二位三通阀。当电磁铁断电时，A、T接通；电磁铁通电时，A、P接通。图4-72c用作二位二通阀。当二位三通电磁阀断电时，阀心开启，A、B接通；电磁铁通电时，阀心关闭，AB不能，BA可通，相当于一个单向阀。图4-72d用作二位四通阀。电磁铁断电时，P和B接通，A和T接通；电磁铁通电时，P和A接通，B和T接通。图4-72 插装阀用作方向控制阀的示意图a单向

42、阀 b二位三通阀c二位二通阀 d二位四通阀H&PSchool of Mechanical Engineering上海电机学院机械学院第四章 控制元件液压与气压传动图4-73 插装阀用作压力控制阀的示意图a溢流阀或顺序阀 b减压阀 c卸荷阀对插装阀的控制腔X的压力进行控制，便可构成压力控制阀。图4-73所示为插装阀用作压力控制阀的示意图。图4-73a中，如B接油箱，那么插装阀起溢流阀作用；B接另一油口，那么插装阀起顺序阀作用。图4-73b中，用常开式滑阀阀心作减压阀，B为一次压力油p1进口，A为出口。由于控制油取自A口，因而能得到恒定的二次压力p2，所以这里的插装阀用作减压阀。图4-73c中，插

43、装阀的控制腔再接一个二位二通电磁阀，当电磁铁通电时，插装阀便用作卸荷阀。H&PSchool of Mechanical Engineering上海电机学院机械学院第四章 控制元件液压与气压传动图4-74所示为插装阀用作流量控制阀的示意图。在阀的顶盖上有阀心升高限位装置见图4-75，通过改变阀心行程调节杆1的位置，便可调节阀口通流截面的大小，从而调节了流量。图4-74a中插装阀用作节流阀，而图4-74b中那么用作调速阀。图4-74 插装阀用作流量控制阀的示意图a节流阀 b调速阀1定差减压阀 2节流阀图4-75 节流阀结构图1阀心行程调节杆2带三角形节流窗口尾部的阀心H&PSchool of Me

44、chanical Engineering上海电机学院机械学院第四章 控制元件液压与气压传动螺纹插装阀通过螺纹与阀块上的标准插孔相连接见图4-76。在阀块上钻孔将各种功能的螺纹插装阀连接成阀系统。螺纹插装阀已开展为具有压力、流量和方向控制阀以及手动、电磁、比例、数字等多种控制方式以及各种尺寸系列的阀类。图4-76 螺纹插装单向阀螺纹插装阀有二、三、四通多种通口形式，而且不必另用螺钉固定，因而有结构紧凑、装卸方便、布置灵活等优点。螺纹插装阀的尺寸、流量规格一般比二通插装阀要小。螺纹插装阀在小型工程机械、农业机械、起重运输机械等领域有广泛应用，且有较好的开展前景。H&PSchool of Mecha

45、nical Engineering上海电机学院机械学院第四章 控制元件液压与气压传动 多路阀多路阀将两个以上的阀块组合在一起，用以操纵多个执行元件的运动。 因多路阀可根据不同液压系统的要求，把平安阀、过载阀、补油阀、分油阀、制动阀、单向阀等阀组合在一起，所以它结构紧凑，管路简单，压力损失小，而且安装简便。多路阀广泛应用于工程机械、起重运输机械和其他要求操纵多个执行元件运动的行走机械。 按阀体的结构形式，多路阀有整体式和分片式组合式两种；按油路连接方式，多路阀可分为并联、串联、串并联及复合油路；而采用多路阀时液压泵的卸荷方式，有中位卸荷和采用平安阀卸荷两种。多路换向阀可由手动换向阀组合，也可由电

46、液比例或电液数字控制方向阀等组合而成。 H&PSchool of Mechanical Engineering上海电机学院机械学院第四章 控制元件液压与气压传动图4-77所示为多路阀的根本油路形式。图4-77a所示为并联油路，从进油口来的压力油直接和各联换向阀的进油腔相连，而各联换向阀的回油腔那么直接聚集到多路换向阀的总回油口。各阀可独立操作，但假设同时操作两个或两个以上换向阀时，负载轻的执行机构先动作，而分配到各执行元件的油液仅是泵流量的一局部。图4-77b所示为串联油路，后一联换向阀的进油腔和前一联的回油腔相连。该油路可实现两个或两个以上执行机构同时动作，但此时泵出口压力等于各工作机构压力

47、之总和，因而压力较高。图4-77c所示为串并联油路，各联换向阀的进油腔都和前一联换向阀的中位油道相连，而各联换向阀的回油腔那么直接和总回油口相连。操纵上一联阀时，下一联阀不能工作，保证了前一联阀的优先供油。H&PSchool of Mechanical Engineering上海电机学院机械学院第四章 控制元件液压与气压传动图4-77 多路阀的根本油路形式a并联油路 b串联油路 c串并联油路H&PSchool of Mechanical Engineering上海电机学院机械学院第四章 控制元件液压与气压传动图4-78所示为整体式多路换向阀的结构。油路为串并联连接。它由三位左、中、右滑阀1、四

48、位、滑阀2、单向阀2、单向阀3和主平安阀4等组成。阀1由弹簧复位；阀2由弹珠定位。当滑阀1处于中位和滑阀2处于位即图示位置时，从P口来的压力油经中间通道直接从T口回油箱。当滑阀处于换向位置时，T口油道关闭，P口的压力油经滑阀的径向孔翻开单向阀进入工作油口；从另一工作油口来的油，经滑阀另一侧的径向孔回油箱。H&PSchool of Mechanical Engineering上海电机学院机械学院第四章 控制元件液压与气压传动图4-78 整体式多路换向阀1三位滑阀 2四位滑阀 3单向阀 4主平安阀H&PBackSchool of Mechanical Engineering上海电机学院机械学院第四

49、章 控制元件液压与气压传动Part 4.6 电液伺服控制阀 电液伺服阀将电信号传递处理的灵活性和大功率液压控制相结合，可对大功率、快速响应的液压系统实现远距离控制、计算机控制和自动控制，在航空、航天、冶金、试验设备、雷达、船舰、兵器等领域具有重要而广泛的用途。按输出和反响的液压参数不同，电液伺服阀分为流量伺服阀和压力伺服阀两大类，前者应用远比后者广泛，本课程只讨论流量伺服阀。H&PSchool of Mechanical Engineering上海电机学院机械学院第四章 控制元件液压与气压传动电液伺服阀的结构原理 电液伺服阀用伺服放大器进行控制。伺服放大器的输入电压信号来自电位器、信号发生器、

50、同步机组和计算机的D/A数模转换器输出的电压信号等。其输出参数即电-机械转换器的电流与输入电压信号成正比。伺服放大器是具有深度电流负反响的电子放大器，一般主要包括比较元件即加法器或误差检测器、电压放大和功率放大等三局部。电液伺服阀在系统中一般不用作开环控制，系统的输出参数必须进行反响，形成闭环控制，因而其比较元件至少要有控制和反响两个输入端。有的电液伺服阀还有内部状态参数的反响。H&PSchool of Mechanical Engineering上海电机学院机械学院第四章 控制元件液压与气压传动电液伺服阀的结构原理 图4-79所示为一典型的电液伺服阀，由电-机械转换器、液压控制阀和反响机构三

51、局部组成。图4-79 电液伺服阀a电液伺服阀结构 b电-机械转换器结构1喷嘴 2挡板 3弹簧管 4线圈 5永久磁铁 6、8导磁体 7衔铁9阀体 10滑阀 11节流孔 12过滤器电液伺服阀的电-机械转换器的直接作用是将伺服放大器输入的电流转换为力矩或力前者称为力矩马达、后者称为力马达，进而转化为在弹簧支承下阀的运动部件的角位移或直线位移以控制阀口的通流面积大小。H&PSchool of Mechanical Engineering上海电机学院机械学院第四章 控制元件液压与气压传动图4-79a的上部及图4-79b表示电-机械转换器的结构。衔铁7和挡板2连为一体，由固定在阀体9上的弹簧管3支承。挡板

52、下端的球头插入滑阀10的凹槽，前后两块永久磁铁5与导磁体6、8形成一固定磁场。当线圈4内无控制电流时，导磁体6、8和衔铁间四个间隙中的磁通相等均为g，且方向相同，衔铁受力平衡处于中位。当线圈中有控制电流时，一组对角方向气隙中的磁通增加，另一组对角方向气隙中的磁通减小，于是街铁在磁力作用下克服弹簧管的弹力，偏转一角度。挡板随衔铁偏转而改变其与两个喷嘴1间的间隙，一个间隙减小，另一个间隙相应增加。该电液伺服阀的液压阀局部为双喷嘴挡板先导阀控制的功率级滑阀式主阀。压力油经P口直接为主阀供油，但进喷嘴挡板的油那么需经过滤器12进一步过滤。H&PSchool of Mechanical Engineer

53、ing上海电机学院机械学院第四章 控制元件液压与气压传动当挡板偏转使其与两个喷嘴间隙不等时，间隙小的一侧的喷嘴腔压力升高，反之间隙大的一侧喷嘴腔压力降低。这两腔压差作用在滑阀的两端面上，使滑阀产生位移，阀口开启。这时压力油经P口和滑阀的一个阀口并经通口A或B流向液压缸，液压缸的排油那么经通口B或A和另一阀口并经通口T与回油相通。滑阀移动时带动挡板下端球头一起移动，从而在衔铁挡板组件上产生力矩，形成力反响，因此这种阀又称力反响伺服阀。稳态时衔铁挡板组件在驱动电磁力矩、弹簧管的弹性反力矩、喷嘴液动力产生的力矩、阀心位移产生的反响力矩作用下保持平衡。输入电流越大，电磁力矩也越大，阀心位移即阀口通流面

54、积也越大，在一定阀口压差例如7MPa下，通过阀的流量也越大，即在一定阀口压差下，阀的流量近似与输入电流成正比。当输入电流极性反向时，输出流量也反向。H&PSchool of Mechanical Engineering上海电机学院机械学院第四章 控制元件液压与气压传动电液伺服阀的反响方式除上述力反响外还有阀心位置直接反响、阀心位移电反响、流量反响、压力反响压力伺服阀等多种形式。电液伺服阀内的某些反响主要是改善其动态特性，如动压反响等。上述电液伺服阀液压局部为二级阀，伺服阀也有单级的和三级的，三级伺服阀主要用于大流量场合。图4-79所示由喷嘴、挡板阀和滑阀组成的力反响型电液伺服阀是最典型的、最普

55、遍的结构形式。 电液伺服阀的电-机械转换器有动铁式、动圈式和压电陶瓷等形式。H&PSchool of Mechanical Engineering上海电机学院机械学院第四章 控制元件液压与气压传动电液伺服阀常用的结构形式 液压伺服阀中常用的液压控制元件的结构有滑阀、射流管和喷嘴-挡板三种。1. 滑阀 根据滑阀上控制边数起控制作用的阀口数的不同，有单边、双边和四边滑阀控制式三种类型 。四边滑阀根据在平衡位置时阀口初始开口量的不同，可以分为三种类型：即负预开口正遮盖、零开口和正预开口。伺服阀阀心除了作直线移动的滑阀之外，还有一种阀心作旋转运动的转阀，它的作用原理和上述滑阀相类似。H&PSchool

56、 of Mechanical Engineering上海电机学院机械学院第四章 控制元件液压与气压传动图4-80 单边、双边和四边滑阀a单边 b双边 c四边图4-80a为单边滑阀控制式，它有一个控制边。控制边的开口量xs控制了液压缸中的油液压力和流量，从而改变了液压缸运动的速度和方向。图4-80c为四边滑阀控制式，它有四个控制边。xs1和xs2是控制压力油进入液压缸左、右油腔的，xs3和xs4是控制左、右油腔通向油箱的。当滑阀移动时，xs1和xs4增大，xs2和xs3减小，或相反，这样就控制了进入液压缸左、右腔的油液压力和流量，从而控制了液压缸的运动速度和方向。由上可见，单边、双边和四边滑阀的

57、控制作用是相同的。单边式，双边式只用以控制单杆的液压缸；四边式用来控制双杆的液压缸。控制边数多时控制质量好，但结构工艺性差。一般说来，四边式控制用于精度和稳定性要求较高的系统；单边式、双边式控制那么用于一般精度的系统。滑阀式伺服阀装配精度要求较高，价格也较贵，对油液的污染也较敏感。图4-80b为双边滑阀控制式，它有两个控制边。压力油一路进入液压缸左腔，另一路经滑阀控制边xsl的开口和液压缸右腔相通，并经控制边xs2的开口流回油箱。当滑阀移动时，xs1增大, xs2减小，或相反，这样就控制了液压缸右腔的压力，因而改变了液压缸的运动速度和方向。H&PSchool of Mechanical Eng

58、ineering上海电机学院机械学院第四章 控制元件液压与气压传动2. 射流管 图4-81 射流管1液压缸 2接受板 3射流管图4-81所示为射流管装置的工作原理。它由射流管3、接受板2和液压缸1组成。射流管3可绕垂直于图面的轴线左右摆动一个不大的角度。接受板2上有两个并列着的接受孔道a和b，它们把射流管3端部锥形喷嘴中射出的压力油分别通向液压缸1左右两腔。当射流管3处于两个接受孔道的中间位置时，两个接受孔道内油液的压力相等，液压缸1不动；如有输入信号使射流管3向左偏转一个很小的角度时，两个接受孔道内的压力不相等，液压缸1左腔的压力大于右腔的，液压缸1便向左移动，直到跟着液压缸1移动的接受板2

59、使射流孔又处于两接受孔道的中间位置时为止；反之亦然。 可见，在这种伺服元件中，液压缸运动的方向取决于输入信号的方向，运动的速度取决于输入信号的大小。H&PSchool of Mechanical Engineering上海电机学院机械学院第四章 控制元件液压与气压传动射流管装置的优点是： 结构简单，元件加工精度要求低；射流管出口处面积大，抗污染能力强；射流管上没有不平衡的径向力，不会产生“卡住现象。 射流管装置的缺点是： 射流管运动局部惯量较大，工作性能较差；射流能量损失大，零位无功损耗亦大，效率较低；供油压力高时容易引起振动，且沿射流管轴向有较大的轴向力。 射流管主要用于多级伺服阀的第一级的

60、场合。H&PSchool of Mechanical Engineering上海电机学院机械学院第四章 控制元件液压与气压传动3. 喷嘴-挡板 图4-82 喷嘴-挡板的工作原理1液压缸 2挡板 3喷嘴 4中间油室图4-82所示为喷嘴-挡板装置的工作原理。它由喷嘴3、挡板2和液压缸1组成。液压泵来的压力油pp一局部直接进入液压缸1有杆腔，另一局部经过固定节流孔a进入中间油室4再通入液压缸1的无杆腔，并有一局部经喷嘴-挡板间的间隙 流回油箱。当输入信号使挡板2的位置亦即是改变时，喷嘴挡板间的节流阻力发生变化，中间油室4及液压缸1无杆腔的压力p1亦发生变化，液压缸1就产生相应的运动。H&PSchoo