液压元件与系统第教学李壮云　液压控制阀概述

第一节液压控制阀的分类一、根据在液压系统中的功用分类

二、根据控制信号的形式分类

三、根据阀芯结构形式分类

四、根据连接和安装方式分类第1页/共90页第一页，共91页。一、根据在液压系统中的功用分类1.压力控制阀

2.流量控制阀

3.方向控制阀第2页/共90页第二页，共91页。1.压力控制阀压力控制阀是指用来控制和调节液压系统中液流的压力或利用压力进行控制的阀类，如溢流阀、减压阀、顺序阀、电液比例溢流阀、电液比例减压阀等。第3页/共90页第三页，共91页。2.流量控制阀流量控制阀是指用来控制和调节液压系统中液流流量的阀类，如节流阀、调速阀、分流阀、电液比例流量阀等。第4页/共90页第四页，共91页。3.方向控制阀方向控制阀是指用来控制和改变液压系统中液流方向的阀类，如单向阀、换向阀等。第5页/共90页第五页，共91页。二、根据控制信号的形式分类1.开关或定值控制阀

2.伺服控制阀

3.比例控制阀

4.数字控制阀第6页/共90页第六页，共91页。1.开关或定值控制阀这是最常见的一类液压阀，又称为普通液压阀。此类阀采用手动、机动、电磁铁和控制压力油等控制方式定值控制液流的压力和流量、启闭液流通路或控制液流方向。第7页/共90页第七页，共91页。2.伺服控制阀这是一种根据输入信号(电气、机械、气动等)及反馈量成比例地连续控制液压系统中液流的流量和流动方向或压力的阀类，又称为随动阀。第8页/共90页第八页，共91页。3.比例控制阀比例控制阀又可分为普通比例阀和高性能比例阀。普通比例阀可以根据输入信号的大小连续、成比例、远距离地控制液压系统中液流的压力、流量和流动方向。第9页/共90页第九页，共91页。4.数字控制阀数字控制阀的输入信号是脉冲信号，它根据输入的脉冲数或脉冲频率来控制液压系统的流量或压力。数字控制阀具有抗污染能力强、重复性好、工作稳定可靠等优点。第10页/共90页第十页，共91页。三、根据阀芯结构形式分类1.滑阀类

2.提升阀类

3.喷嘴挡板阀类第11页/共90页第十一页，共91页。1.滑阀类滑阀类的阀芯为圆柱形，通过阀芯在阀体孔内的滑动来改变液流通路开口的大小，以实现对液流压力、流量及方向的控制。第12页/共90页第十二页，共91页。2.提升阀类提升阀类有锥阀、球阀、平板阀等，利用阀芯相对阀座孔的移动来改变液流通路开口的大小，以实现对液流压力、流量及方向的控制。第13页/共90页第十三页，共91页。3.喷嘴挡板阀类喷嘴挡板阀是利用喷嘴和挡板之间的相对位移来改变液流通路开口的大小，以实现控制的阀类。该类阀主要用于伺服阀和比例阀的先导级。第14页/共90页第十四页，共91页。四、根据连接和安装方式分类1.管式阀

2.板式阀

3.插装阀

4.叠加阀第15页/共90页第十五页，共91页。1.管式阀管式阀阀体上的进出油口通过管接头或法兰与管路直接连接。其连接方式简单，质量轻，在移动式设备或流量较小的液压元件中应用较广。其缺点是阀只能沿管路分散布置，装拆维修不方便。第16页/共90页第十六页，共91页。2.板式阀板式阀由安装螺钉固定在过渡板上，阀的进出油口通过过渡板与管路连接。过渡板上可以安装一个或多个阀。当过渡板安装有多个阀时，又称为集成块，安装在集成块上的阀与阀之间的油路通过块内的流道沟通，可减少连接管路第17页/共90页第十七页，共91页。3.插装阀插装阀主要有二通插装阀、三通插装阀和螺纹插装阀。二通插装阀是将其基本组件插入特定设计加工的阀体内，配以盖板、先导阀组成的一种多功能复合阀。第18页/共90页第十八页，共91页。4.叠加阀叠加阀是在板式阀基础上发展起来的、结构更为紧凑的一种形式。阀的上下两面为安装面，并开有进出油口。第19页/共90页第十九页，共91页。第二节液压阀上的作用力一、液压力

二、液动力

三、液压侧向力与摩擦力

四、弹簧力

五、重力和惯性力第20页/共90页第二十页，共91页。一、液压力图8-1作用在锥阀上的液压力第21页/共90页第二十一页，共91页。一、液压力(8-1)(8-2)(8-3)第22页/共90页第二十二页，共91页。二、液动力1.稳态液动力

2.瞬态液动力第23页/共90页第二十三页，共91页。1.稳态液动力图8-2滑阀的液动力

a)液流经环形通道从阀口流出b)液流经阀口流入环形通道第24页/共90页第二十四页，共91页。1.稳态液动力图8-3锥阀的

稳态液动力第25页/共90页第二十五页，共91页。1.稳态液动力(8-4)(8-5)第26页/共90页第二十六页，共91页。1.稳态液动力1)采用具有特殊阀腔形状的负力窗口补偿稳态液动力，如图8-5所示。

2)在阀套上开斜孔补偿稳态液动力。

3)开多个径向小孔补偿稳态液动力。

4)利用压降补偿稳态液动力。第27页/共90页第二十七页，共91页。图8-4二通插装阀稳态液动力实测曲线

a)全周阀口b)非全周阀口1.稳态液动力第28页/共90页第二十八页，共91页。图8-5利用负力窗口补偿稳态液动力1.稳态液动力第29页/共90页第二十九页，共91页。图8-7开多个径向小孔补偿稳态液动力

1—阀芯2—阀套3—阀体1.稳态液动力第30页/共90页第三十页，共91页。图8-8利用压降补偿稳态液动力1.稳态液动力第31页/共90页第三十一页，共91页。2.瞬态液动力图8-9滑阀的瞬态液动力第32页/共90页第三十二页，共91页。2.瞬态液动力（8-6）（8-7）（8-8）第33页/共90页第三十三页，共91页。三、液压侧向力与摩擦力（8-9）（8-10）第34页/共90页第三十四页，共91页。三、液压侧向力与摩擦力图8-10倒锥与顺锥

a)倒锥b)顺锥第35页/共90页第三十五页，共91页。三、液压侧向力与摩擦力1)提高加工精度。

2)在阀芯台肩上开圆周方向的均压槽，均压槽内的液体压力处处相等，起到径向力平衡的作用。

3)在保证密封要求的前提下减小配合长度。

4)对于比例阀或伺服阀，可在控制信号中加入高频小振幅的颤振信号。第36页/共90页第三十六页，共91页。四、弹簧力

（8-11）第37页/共90页第三十七页，共91页。五、重力和惯性力图8-11喷嘴挡板控制

的滑阀的当量质量第38页/共90页第三十八页，共91页。第三节阀口压力流量特性一、滑阀的压力流量特性

二、锥阀和球阀的压力流量特性第39页/共90页第三十九页，共91页。一、滑阀的压力流量特性图8-12圆柱滑阀示意图第40页/共90页第四十页，共91页。一、滑阀的压力流量特性（8-13）（8-14）（8-15）（8-16）第41页/共90页第四十一页，共91页。二、锥阀和球阀的压力流量特性图8-13锥阀和球阀结构示意图

a)、b)锥阀c)球阀第42页/共90页第四十二页，共91页。二、锥阀和球阀的压力流量特性1.阀口过流面积A

2.流量系数Cd第43页/共90页第四十三页，共91页。1.阀口过流面积A1)当锥阀阀座孔无倒角(重叠量s＝0)时(图)，锥阀阀口的过流面积为

2)当锥阀阀座孔有不大的倒角时(图8-13b)，因为重叠量s≠0，这时应取阀座孔大小直径的平均值dm＝(d1＋d2)/2进行计算。

3)球阀(图8-13c)阀口的过流面积为（8-17）（8-19）（8-20）（8-21）第44页/共90页第四十四页，共91页。2.流量系数Cd

（8-23）第45页/共90页第四十五页，共91页。第四节液压阀的级间耦合一、液压力耦合

二、位置耦合

三、位移—力耦合

四、电信号耦合

五、复合耦合第46页/共90页第四十六页，共91页。一、液压力耦合图8-14先导式溢流阀模型第47页/共90页第四十七页，共91页。一、液压力耦合第48页/共90页第四十八页，共91页。二、位置耦合最简单的位置耦合是将前一级与后一级直接相连。例如，在图13-20所示的直接位置反馈型比例节流阀中，主级阀的位移被反馈到先导级，当先导阀移动时，主阀一直跟踪先导阀位移，直到主阀与先导阀间的单控制边阀口保持在一个微小开度的稳定位置时为止，此时主阀芯上的液压力与弹簧力平衡。第49页/共90页第四十九页，共91页。三、位移—力耦合在电液控制阀中，电/机械转换器的输入信号是电流(电压)，输出量是力或力矩。为了使先导级获得相应的位移，就要将先导阀与电/机械转换器采用位移—力耦合方式。这只要增加某种弹性构件(弹簧、弹性杆)作为力—位移的转换器，即可将电/机械转换器的输出力或力矩转换为位移量。第50页/共90页第五十页，共91页。四、电信号耦合在电液控制阀中，将输出物理量(流量、压力、位移等)由传感器进行检测并转换成电信号后，直接馈送到放大器输入端以构成全程闭环系统，可为显著提高液压阀的静态、动态性能创造有利条件，并且有可能灵活地采用各种电量校正和控制方法。第51页/共90页第五十一页，共91页。五、复合耦合当液压阀的级间耦合采用单一的耦合方式不能达到要求时，可采用几种方式相复合的方法。具有代表性的示例是新型电液比例流量阀所采用的流量—位移—力反馈耦合(参见图13-23)。第52页/共90页第五十二页，共91页。第五节液压阀的控制输入装置一、控制放大器

二、电/机械转换器第53页/共90页第五十三页，共91页。一、控制放大器1)线性度好，精度高，具有较宽的控制范围和较强的带载能力。

2)动态响应快，频带宽。

3)功率放大级的功耗小。

4)抗干扰能力强，有很好的稳定性和可靠性。

5)控制功能强，能实现控制信号的生成、处理、综合、调节、放大。

6)输入输出参数、连接端口和外形尺寸标准化、规范化。

第54页/共90页第五十四页，共91页。一、控制放大器1)用以产生各处电路所需直流电压的电源变换电路。

2)满足各种外部设备需要的输入接口，如模拟量输入接口、数字量输入接口等。

3)用于改善电液控制阀或系统动态品质的调节器，如PI、PD、PID调节器等。

4)为适应不同控制对象与工况要求的信号处理电路，如斜坡发生器、阶跃发生器、平衡电路、初始电流设定电路等。5)为减小摩擦力等因素导致的滞环而设置的颤振信号发生器。

6)功率放大电路和测量放大电路等。第55页/共90页第五十五页，共91页。图8-16控制放大器的典型构成一、控制放大器第56页/共90页第五十六页，共91页。二、电/机械转换器1.阀用开关型电磁铁

2.比例电磁铁

3.动铁式力矩马达

4.动圈式力马达

5.伺服电动机

6.步进电动机第57页/共90页第五十七页，共91页。1.阀用开关型电磁铁第58页/共90页第五十八页，共91页。1.阀用开关型电磁铁图8-17干式直流电磁铁

1—连接板2—挡铁3—线圈护箔4—外壳5—线圈

6—衔铁7—导磁套8—后盖9—防尘套10—插头组件第59页/共90页第五十九页，共91页。1.阀用开关型电磁铁图8-19吸力特性曲线

a)直流电磁铁b)交流电磁铁第60页/共90页第六十页，共91页。1.阀用开关型电磁铁图8-20干式交流电磁铁与阀的连接

1—推杆2—叠层铁心3—线圈4—动密封

5—静密封6—滑阀7—阀体第61页/共90页第六十一页，共91页。2.比例电磁铁(1)单向比例电磁铁(2)双向极化式比例电磁铁第62页/共90页第六十二页，共91页。(1)单向比例电磁铁图8-21耐高压直流比例电磁铁的结构与特性

a)结构b)特性

1—推杆2—壳体3—线圈4—衔铁5—轴承环6—隔磁环7—导套8—限位片9—极靴第63页/共90页第六十三页，共91页。(1)单向比例电磁铁图8-22位置调节型比例电磁铁第64页/共90页第六十四页，共91页。图8-23双向极化式比例电磁铁

1—壳体2—左、右线圈3—导向套

4—隔磁环5—轭铁6—衔铁7—推杆(2)双向极化式比例电磁铁第65页/共90页第六十五页，共91页。3.动铁式力矩马达

图8-24动铁式永磁力矩马达

1—弹簧管2—永久磁铁

3—导磁体4—衔铁第66页/共90页第六十六页，共91页。4.动圈式力马达图8-25动圈式力马达

1—永久磁铁2—内导磁体3—外导磁体

4—可动控制线圈5—线圈骨架

6—对中弹簧7—滑阀阀芯第67页/共90页第六十七页，共91页。5.伺服电动机图8-26不同控制电压时直流

伺服电动机的机械特性第68页/共90页第六十八页，共91页。6.步进电动机步进电动机是一种数字式的回转运动电-机械转换器，它可以将脉冲电信号变换为相应的角位移。每输入一个脉冲信号，电动机就转过一个步距角。第69页/共90页第六十九页，共91页。第六节液压控制阀的噪声一、液压控制阀噪声的诱因

二、噪声的测量第70页/共90页第七十页，共91页。一、液压控制阀噪声的诱因1.阀芯振动或颤振噪声

2.气穴噪声

3.冲击压噪声

4.高速喷射涡流声第71页/共90页第七十一页，共91页。1.阀芯振动或颤振噪声为了控制压力(压力差)或使阀芯复位，液压控制阀的阀芯上均作用有弹簧力，这种阀芯、弹簧结构是一个易振动体，其工作过程即为一个振荡过程。第72页/共90页第七十二页，共91页。2.气穴噪声1)合理选定控制阀节流口前后的工作压差，还可采用多级节流形式以降低每一级的工作压差。

2)溢流阀的出口应直接接回油箱，不要与其他回油管连接，以免形成有害的背压。

3)在系统高处设置排气装置，排除阀内的空气。第73页/共90页第七十三页，共91页。3.冲击压噪声1)在换向阀阀芯上设置锥面或三角槽，使阀口通流截面缓变。

2)尽可能选用直流电磁铁换向的换向阀。

3)采用电液比例换向阀，并通过调节阻尼器延缓主阀换向时间，或将先导控制压力调至主阀芯换向所需的最低压力。

4)在液压缸中设置缓冲机构，以缓和撞击力。第74页/共90页第七十四页，共91页。4.高速喷射涡流声当卸荷溢流阀突然卸荷或换向阀动作使系统高压回路泄压时，高压大流量的油液经阀口高速泄压回油箱，此时全部压力能转化为速度能和热能。第75页/共90页第七十五页，共91页。二、噪声的测量1.概述

2.噪声测量分析仪器

3.噪声的测量环境第76页/共90页第七十六页，共91页。1.概述

（8-24）第77页/共90页第七十七页，共91页。2.噪声测量分析仪器第78页/共90页第七十八页，共91页。2.噪声测量分析仪器第79页/共90页第七十九页，共91页。3.噪声的测量环境第80页/共90页第八十页，共91页。第七节液压控制阀的材料及工艺要求一、阀芯的加工

二、阀体的加工第81页/共90页第八十一页，共91页。一、阀芯的加工1.粗加工

2.半精加工

3.热处理

4.精加工第82页/共90页第八十二页，共91页。1.粗加工阀芯外圆和长度应留有足够的加工余量。粗加工后零件应进行调质处理，使其硬度在25~30HRC之间第83页/共90页第八十三页，共91页。2.半精加工用弹簧夹头或软三爪夹紧工件外圆，平端面，钻中心孔，车外圆并留有适当余量。第84页/共90页第八十四页，共91页。3.热处理半精加工后阀芯应采用真空淬火等热处理方法，使其硬度为60~66HRC。然后进行稳定化处理，即-70~-80℃冷处理2h和160℃低温时效处理4h。第85页/共90页第八十五页，共91页。4.精加工1)粗磨外圆及凸肩。

2)稳定化处理。

3)精磨外圆。

4)光整加工。第86页/共90页第八十六页，共91页。二