液压原理及识图与阀芯动作流体走向

一、液压传动定义与发展概况

液压传动的定义

一部完整的机器是由原动机、传动机构及控制部分、工作机（含辅助装置）组成。

◆传动机构通常分为机械传动、电气传动和流体传动机构。

◆流体传动是以流体为工作介质进行能量转换、传递和控制的传动。它包括液压传动、液力传动和气压传动。◆液压传动和液力传动均是以液体作为工作介质来进行能量传递的传动方式。

◆液压传动主要是利用液体的压力能来传递能量；液力传动则主要是利用液体的动能来传递能量。

第1页/共68页第一页，共69页。液压传动的定义

液压传动（Hydraulics）是以液体为工作介质，通过驱动装置将原动机的机械能转换为液压的压力能，然后通过管道、液压控制及调节装置等，借助执行装置，将液体的压力能转换为机械能，驱动负载实现直线或回转运动。

那么，到底什么是液压传动呢？

第2页/共68页第二页，共69页。液压系统的构成液压传动的工作原理：液体的压力能-----传递动力.

执行元件将液体的压力能-----转换为机械能-----驱动工作部件运动。一个完整的液压系统主要以下五部分组成：

1、动力装置、

2、执行元件、

3、控制调节装置、

4、辅助装置、

5、工作介质。第3页/共68页第三页，共69页。液压传动系统的组成

动力元件传动介质控制元件辅助元件执行元件第4页/共68页第四页，共69页。二、液压控制阀本节重点：

1、液压阀的作用、类型及共同点；2、单向阀、液控单向阀的工作原理及应用；滑阀式换向阀的换向原理，“位”、“通”、“滑阀机能（中位机能）”、操纵方式与应用；3、溢流阀、减压阀、顺序阀、压力继电器的工作原理及应用；第5页/共68页第五页，共69页。4、节流阀的特性、主要结构和工作原理；调速阀的典型结构、工作原理；5、各控制元件的图形符号。1、溢流阀、减压阀的工作原理；2、调速阀的结构及工作原理。本节难点：第6页/共68页第六页，共69页。第一节概述

一、液压阀的作用

液压阀是用来控制液压系统中油液的压力、流量和液体流动方向。二、液压阀的分类按功能分：方向控制阀（单向阀、换向阀）压力控制阀（溢流阀、减压阀、顺序阀、压力继电器）流量控制阀（节流阀、调速阀）第7页/共68页第七页，共69页。（1）在结构上，所有的阀都有阀体、阀芯（转阀或滑阀）和驱使阀芯动作的部件（如弹簧、电磁铁）组成。共同点：按操纵方式分：手动和脚踏、机动、电动、液动、电液动等。（2）在工作原理上，所有阀的开口大小，阀进、出口压差以及流过阀的流量之间的关系都符合孔口流量公式，仅是各种阀控制的参数各不相同而已。第8页/共68页第八页，共69页。三、对液压阀的基本要求（1）动作灵敏，使用可靠，工作时冲击和振动小。（2）油液流过的压力损失小。（3）密封性能好。（4）结构紧凑，安装、调整、使用、维护方便，通用性大。第9页/共68页第九页，共69页。第二节方向控制阀

类型：单向阀、换向阀

一、单向阀

类型：普通单向阀、液控单向阀1、普通单向阀

作用：只允许油液沿一个方向流动，不允许油液反向倒流（起止回作用）。第10页/共68页第十页，共69页。对单向阀的性能要求：

（1）正向导通时，压力损失要小；结构与工作原理单向阀（2）反向截止时，密封性要好。第11页/共68页第十一页，共69页。2、液控单向阀作用：（1）起止回作用；（2）必要时解除逆止，允许油液反向通过。

结构与工作原理：第12页/共68页第十二页，共69页。3、单向阀用途

（1）止回作用：安装在泵的出口，pk=0.3～0.5bar（2）作背压阀用:防止液压缸前冲或爬行，使系统工作平稳。pk=2～6bar（3）作锁紧装置用：起重机支腿、夹紧回路等。（4）保持控制油路有必要的压力：pk≥p液控（5）作复合阀使用：单向节流阀、单向顺序阀、单向减压阀、单向调速阀等。（6）局部回路作安全阀使用：pk＞p换热器正常工作的阻力第13页/共68页第十三页，共69页。二、换向阀作用：利用阀芯相对于阀体间的相对位置改变，使油路接通、关断，或改变油流的方向，从而使液压执行元件启动、停止或变换运动方向。1、对换向阀的性能要求（1）油液导通时压力损失要小；（2）油液断开时泄漏要小；（3）阀芯换位时操纵力要小。第14页/共68页第十四页，共69页。2、类型按阀芯的形状分类

滑阀【包括控制部分、主体部分（位、通）】转阀位：为改变液流方向，阀芯相对于阀体不同的工作位置数（二位、三位），一个“□”表示一个位。通：换向阀与液压系统油路相连的主油口数（二通、三通、四通、五通），在一个“□”内，“↑”或“⊥”与方框的交点数。按阀的安装方式分类：管式、板式、法兰式。第15页/共68页第十五页，共69页。按操纵方式分类：。手动、机动、电动、弹簧控制、液动、液压先导控制、电液动等。第16页/共68页第十六页，共69页。3、换向阀主体结构与工作原理PAB第17页/共68页第十七页，共69页。工作原理动画演示第18页/共68页第十八页，共69页。3、几种典型换向阀的结构①手动换向阀

第19页/共68页第十九页，共69页。②机动换向阀

又称行程阀。它是借助于安装在工作台上的挡铁或凸轮来迫使阀芯移动。通常是二位的，有二通、三通、四通和五通几种，其中二位二通机动阀又分常闭和常开两种。第20页/共68页第二十页，共69页。③电磁换向阀

工作原理：利用电磁铁的通电吸合与断电释放而直接推动阀芯来控制液流方向的。类型：直流（E，24V或100V）交流（D，36V或220V或380V）湿式干式电磁换向阀第21页/共68页第二十一页，共69页。结构：第22页/共68页第二十二页，共69页。（1）动作迅速，操作轻便，便于远距离控制；（2）因受电磁铁尺寸与推力的限制，仅能控制小流量（小于63l/min）的液流；（3）电磁铁通断电需电信号控制：如设备中的按钮开关、限位开关、行程开关等；（4）换向快，易产生液压冲击。特点：

第23页/共68页第二十三页，共69页。④液动换向阀

工作原理：利用控制油路的油液压力来改变阀芯位置的换向阀。结构：第24页/共68页第二十四页，共69页。特点：

（1）换向速度易于控制，结构简单、动作平稳可靠；（2）由于液压驱动力大，适用于大流量的场合；（3）其控制油路必须有开关或换向装置。⑤电液动换向阀组成电磁阀：电磁阀负责液动阀控制油路的换向，起先导作用。

液动阀：负责主油路的换向。

第25页/共68页第二十五页，共69页。结构及工作原理

第26页/共68页第二十六页，共69页。电液动换向阀第27页/共68页第二十七页，共69页。（1）换向平稳无冲击；（2）允许通过的流量大。（国产：32MPa，1250l/min;进口：40MPa，2000l/min）特点：4、换向阀的滑阀机能

常态位：

换向阀的阀芯未受到外部操纵力作用时所处的位置。滑阀机能：

阀芯处于常态位（原始位置）时各油口的连通方式。如二位阀有“常通型”、“常断型”。中位机能：

三位换向阀的阀芯在中间位置时，各油口的连通方式，称为换向阀的中位机能。第28页/共68页第二十八页，共69页。三位换向阀常用的中位机能：

“O”、“H”、“M”、“P”、“K”、“Y”型。第29页/共68页第二十九页，共69页。例：指出下列图形符号的错误，并予以改正。第30页/共68页第三十页，共69页。第三节压力控制阀作用：用来控制液压传动系统中油液的压力，以满足执行元件所要求的力和转矩。类型：溢流阀、减压阀、顺序阀、压力继电器等。共同点：利用作用在阀芯上的液压力和弹簧力相平衡的原理工作。第31页/共68页第三十一页，共69页。一、溢流阀

类型：

直动式、先导式

作用：

（1）在不断溢流过程中保持系统压力恒定，起稳压和溢流作用（py=p系统，阀口常开）；（2）防止液压系统过载，起安全保护作用（py=1.1～1.2pmax，阀口常闭）。（一）溢流阀的基本结构及其工作原理

1、直动式溢流阀

工作原理：

直接利用液压力与弹簧力相平衡，以控制阀芯的启闭动作，从而保证进油口压力基本恒定。第32页/共68页第三十二页，共69页。①pA＜Fs=kx0时，阀芯不动，溢流阀关闭；②因为qp＞q节，故节流阀前的压力p↑，当pA=Fs，阀芯上移，溢流阀打开溢流。此时qpq节第33页/共68页第三十三页，共69页。p↓→h↓→qy↓→p↑

p↑→h↑→qy↑→p↓使压力p稳定在调定值附近。进油口出油口第34页/共68页第三十四页，共69页。特点：③结构简单、便宜，但工作时易产生振动和噪音。职能符号：

①阀芯所受的液压力全靠弹簧力平衡，故当系统压力很高时，弹簧必须很硬，导致结构笨重，调压不轻便。一般用于压力小于2.5MPa的低压系统中，作安全阀或背压阀使用。②由于惯性或负载的变化，导致qy变化，即开口度h的变化，由于k很大，所以p不稳定，稳压精度差；第35页/共68页第三十五页，共69页。2、先导式溢流阀

结构：先导调压部分：控制主阀的溢流压力主阀部分：溢流工作原理：利用主阀芯上下两端液体压力差与弹簧力相平衡的原理来进行压力控制。P2P1第36页/共68页第三十六页，共69页。①当p2A锥＜Ft锥，锥阀关闭；P2P1此时，p1=p2，即p2A＋Ft主＞p1A，主阀芯关闭不溢流，且主阀弹簧很软就能保证主阀芯关闭；②当p↑至p2A锥＞Ft锥，锥阀打开，一小部分油液自阻尼小孔流回油箱；由于阻尼下降，p1＞p2，当（p1－p2）差增大至（p1－p2）A＞Ft主时，主阀芯打开溢流；③稳定工作时，p2A锥＝k锥（x2+Δx2）；（p1－p2）A＝k主（x1+Δx1）由于主阀弹簧和锥阀弹簧都很软，即k很小，所以，当阀的开度变化时，压力变化小，稳压精度高。第37页/共68页第三十七页，共69页。特点：

④主阀芯采用锥面阀座式结构密封，没有搭合量，动作灵敏。①因为锥阀作用面积很小，即使压力很高，弹簧刚度仍不大，调压轻便；②因为主阀弹簧很软，因此溢流量变化时，压力波动小。静态特性好；③能适应各种不同的调压范围的要求；第38页/共68页第三十八页，共69页。讨论：

①堵塞主阀阻尼孔：P2P1导致系统压力建立不起来；②堵塞锥阀座小孔：导致系统过载，出现压力超调现象；③远程控制口K接油箱：导致系统在低压下卸荷；④远程控制口K接另一调压阀：若py2＜py1,系统压力取决于py2。第39页/共68页第三十九页，共69页。职能符号：

（二）溢流阀的应用场合

1、起稳压和溢流作用（阀口常开）

在定量泵进油或回油节流调速系统中第40页/共68页第四十页，共69页。2、起安全保护作用（阀口常闭）变量泵液压系统、定量泵旁路节流调速系统和非节流调速系统。第41页/共68页第四十一页，共69页。3、起卸荷作用4、作背压阀使用第42页/共68页第四十二页，共69页。5、作吸收换向冲击使用

6、可实现多级调压和远程调压第43页/共68页第四十三页，共69页。二、减压阀

1、作用（1）减压：降低液压系统某支路（控制油路、夹紧回路、润滑回路等）的压力。（2）稳压：稳定液压系统某支路的压力。

2、类型

按功能分定值减压阀：定差减压阀：定比减压阀：保证阀的出口压力为定值。保证阀的进、出油口压差为定值。保证阀的进、出油口压力比为定值。按结构分直动式先导式（常用）第44页/共68页第四十四页，共69页。直动式减压阀第45页/共68页第四十五页，共69页。3、先导式定值减压阀结构及工作原理

结构通过主阀芯上下移动，调节减压孔口节流损失，保证出口压力恒定。先导调压部分：主阀部分：给定阀的出口压力值。工作原理：

（1）减压：节流口（2）稳压：阀芯稳定工作时，若p2↑

，等式左边大于右边，阀芯上移，阀口开度减小，Δp增加，，导致p2↓。p3第46页/共68页第四十六页，共69页。讨论：

(1)若p2＜pJ

（减压阀调定压力），锥阀关闭，阀芯上下两端液压力相等，主阀芯在弹簧作用下处于开度最大位置，不起减压作用；

（2）若p1＜pJ

，锥阀关闭，阀芯上下两端液压力相等，主阀芯在弹簧作用下处于开度最大位置，不起减压作用；

节流口p3第47页/共68页第四十七页，共69页。职能符号：

第48页/共68页第四十八页，共69页。例：一夹紧油路如图所示，若溢流阀调整压力py＝5MPa，减压阀调整压力pJ＝2.5MPa，试分析夹紧缸活塞空载运动时A、B两点的压力各为多少?减压阀的阀芯处于什么状态？夹紧时活塞停止运动后，A、B两点压力又各为多少？减压阀阀芯又处于什么状态?到系统ABpypJ第49页/共68页第四十九页，共69页。到系统ABpypJ解：在活塞为空载运动期间，pB=0，这时减压阀中的先导阀关闭，主阀芯处于开口最大位置，若不考虑流过减压阀的压力损失，则pA=0。夹紧时，活塞停止运动，pB=2.5MPa。这时减压阀中的先导阀打开，主阀芯开口很小。而液压泵输出油液中仅有极少量流过减压阀中的先导阀，绝大部分经溢流阀流回油箱。则pA=5MPa。第50页/共68页第五十页，共69页。4、先导式减压阀和先导式溢流阀的不同之处：③为保证减压阀出口压力调定值恒定，先导阀弹簧腔需通过泄油口单独外接油箱；而溢流阀的出油口是通油箱的，所以它的导阀弹簧腔和泄漏油可通过阀体上的通道和出油口相通，不必单独外接油箱。①减压阀保持出口压力基本不变，而溢流阀保持进口处压力基本不变。②在不工作时，减压阀进、出油口互通，而溢流阀进出油口不通。第51页/共68页第五十一页，共69页。三、顺序阀

1、作用：

利用油路本身的压力变化来控制阀口开启，达到油路通断，实现执行元件的顺序动作，它一般不控制系统压力。直控顺序阀2、类型：外（液控）控顺序阀按控制方式按结构直动式先导式3、结构与工作原理：第52页/共68页第五十二页，共69页。直动式先导式第53页/共68页第五十三页，共69页。单向顺序阀外控顺序阀第54页/共68页第五十四页，共69页。4、先导式顺序阀和先导式溢流阀的不同之处：(1)溢流阀的进口压力在通流状态下基本不变。而顺序阀一般不控制系统压力。(2)溢流阀为内泄漏，而顺序阀需单独引出泄漏通道，为外泄漏。(3)溢流阀的出口必须回油箱，顺序阀出口可接负载。第55页/共68页第五十五页，共69页。

压力继电器是一种将油液的压力信号转换成电信号的电液控制元件，四、压力继电器第56页/共68页第五十六页，共69页。第四节流量控制阀

作用：

依靠改变阀口通流面积(节流口局部阻力)的大小或通流通道的长短来控制流量，从而实现执行元件所要求的运动速度。普通节流阀、调速阀、单向节流阀、单向调速阀等。类型：第57页/共68页第五十七页，共69页。一、流量控制原理及节流口形式1、影响流量稳定性的因素

※节流口通常有三种基本形式:薄壁小孔、细长小孔和短孔。※关系式：q=KAΔpm来表示※三种节流口的流量特性曲线如下图：第58页/共68页第五十八页，共69页。(1)压差对流量的影响。(2)温度对流量的影响。(3)节流口的抗堵塞性。为保证流量稳定，节流口的形式以薄壁小孔较为理想。第59页/共68页第五十九页，共69页。针阀式偏心槽式轴向三角槽式周向缝隙式轴向缝隙式

2、节流口的形式第60页/共68页第六十页，共69页。二、普通节