《液压与气动》课件-第五章 液压控制元件

全国高等职业教育示范专业规划教材

液压与气动主编马廉洁副主编单淑梅韩廷水参编张文祥

赵春红机械工业出版社第五章液压控制元件第一节液压控制元件概述第二节方向控制阀第三节压力控制阀及其应用第四节流量控制阀及其应用第五节叠加阀第六节插装阀第五章液压控制元件液压控制元件（又称液压控制阀，简称液压阀）在液压系统中被用来控制液流的方向、压力和流量，保证执行元件按照负载的需求进行工作。液压阀的品种繁多，即使同一种阀，因应用场合不同，用途也有差异。第一节液压控制元件概述液压阀的基本结构主要包括阀芯、阀体和驱动阀芯在阀体内作相对运动的装置。阀芯的主要形式有滑阀、锥阀和球阀；阀体上除有与阀芯配合的阀体孔或阀座孔外，还有外接油管的进出油口；驱动装置可以是手调机构，也可以是弹簧或电磁铁，有时还作用有液压力。液压阀正是利用阀芯在阀体内的相对运动来控制阀口的通断及开口大小，来实现压力、流量和方向控制的。第一节液压控制元件概述一、液压阀的基本结构与原理1.根据结构形式分类

滑阀锥阀

球阀

第一节液压控制元件概述二、液压阀的分类a)b)c)

（3）球阀球阀的性能与锥阀相同。

（2）锥阀密封性能好，且开启阀口时无“死区”，动作灵敏。因一个锥阀只能有一个进油口和一个出油口，因此又称为二通锥阀。（1）滑阀

因滑阀为间隙密封，阀芯与阀体的径向间隙尽可能小，还需要有一定的密封长度。2.根据用途不同分类第一节液压控制元件概述二、液压阀的分类（1）方向控制阀。用来控制和改变液压系统中液流方向的阀类，如单向阀、液控单向阀、换向阀等。（2）压力控制阀。用来控制或调节液压系统液流压力以及利用压力实现控制的阀类，如溢流阀、减压阀、顺序阀等。（3）流量控制阀。用来控制或调节液压系统液流流量的阀类，如节流阀、调速阀、溢流节流阀、二通比例流量阀、三通比例流量阀等。3.根据控制方式不同分类第一节液压控制元件概述二、液压阀的分类（1）定值或开关控制阀。包括普通控制阀、插装阀、叠加阀。（2）电液比例控制阀。被控制量与输入电信号成比例连续变化的阀类。（3）伺服控制阀。被控制量与输入信号及反馈量成比例连续变化的阀类。（4）数字控制阀。用数字信息直接控制阀口的启闭来控制液流的压力、流量、方向的阀类。4.根据安装连接型式不同分类二、液压阀的分类（1）管式连接。（2）板式连接。（3）插装阀。（4）叠加阀。第一节液压控制元件概述1.普通单向阀（单向阀）第二节方向控制阀一、单向阀单向阀的应用实例普通单向阀是一种只允许液流沿一个方向通过，而反向液流则被截止的方向阀。工作原理动画1工作原理动画22.液控单向阀液控单向阀除进、出油口外，还有一个控制油口（图5-3）。当控制油口不通压力油而通回油箱时，液控单向阀的作用与普通单向阀一样。当控制油口通压力油时，正、反向的液流均可自由通过。液控单向阀既可以对反向液流起截止作用且密封性好，又可以在一定条件下允许正反向液流自由通过，因此多用在液压系统的保压或锁紧回路。第二节方向控制阀第二节方向控制阀图5-3液控单向阀1－控制活塞2－单向阀阀芯3－卸载阀小阀芯P1－进油口P2－出油口Pk－控制油口a)简式b)复式c)图形符号工作原理动画1.换向阀的类型第二节方向控制阀二、换向阀换向阀的应用实例换向阀是利用阀芯在阀体孔内作相对运动，使油路接通或切断而改变油流方向的阀。按结构类型可分为滑阀式、转阀式和球阀式。按阀体连通的主油路数可分为二通、三通、四通等。按阀芯在阀体内的工作位置可分为二位、三位、四位等按操作阀芯运动的方式可分为手动、机动、电磁动、液动、电液动等。按阀芯的定位方式可分为钢球定位和弹簧复位两种。2.换向阀的工作原理第二节方向控制阀如图5-4所示，圆柱形的阀芯为台阶状台肩，其大小直径分别为D和d，与进出油口对应的阀体上开有沉割槽。阀芯在阀体孔内做相对运动，即可开启或关闭阀口。图5-4四通滑阀结构五槽式b)三槽式P-进油口T-回油口A,B-出油口换向阀的工作原理第二节方向控制阀（1）换向阀的接口及切换位置第二节方向控制阀接口，是指阀上各种接油管的进、出口。进油口通常标为P，回油口标为R或T，出油口则以A、B来表示。阀体内阀芯可移动的位置数称为切换位置数。通常将接口称为“通”，将阀芯的位置称为“位”。例如，图5-5所示的手动换向阀有三个切换位置，4个接口，该阀为三位四通换向阀。

图5-5手动三位四通换向阀（1）换向阀的接口及切换位置第二节方向控制阀阀的三个工作位置与阀芯在阀体中的对应位置如图5-6所示，各种“位”和“通”的换向阀符号见图5-7所示。

a)左位工作b)中位工作c)右位工作图5-6换向阀动作原理说明

（1）换向阀的接口及切换位置第二节方向控制阀各种“位”和“通”的换向阀符号见图5-7所示。

图5-7换向阀的“位”和“通”的符号

（2）换向阀的操作方式第二节方向控制阀

图5-8换向阀操纵方式符号a）手动b）机动(滚轮式)c）电磁动d）弹簧

e）液压动f）液压先导控制g）电磁—液压先导控制3.换向阀的结构（1）手动（机动）换向阀第二节方向控制阀

图5-9a为自动复位式手动换向阀，手柄左扳则阀芯右移，换向阀左位处于工作状态，阀的油口P和B通，B和T通；手柄右扳则阀芯左移，换向阀右位处于工作状态，阀的油口P和A通，A和T通；放开手柄，阀芯3在弹簧4的作用下自动回复中位（四个油口互不相通）。图b为手动换向阀图形符号图。（2）电磁换向阀第二节方向控制阀

图5-10三位四通电磁换向阀1－阀体；2－阀芯；3－定位套；4－对中弹簧；5－挡圈；6－推杆；

7－环；8－线圈；9－衔铁；10－导套；11－插头组件控制第二节方向控制阀

两边电磁铁都不通电时，阀芯2在两边对中弹簧4的作用下处于中位，P、T、A、B口互不相通；当右边电磁铁通电，左边电磁铁断电时，推杆6将阀芯2推向左端，换向阀处于右位工作状态，P与A通，B与T通；当左边电磁铁通电，右边电磁铁断电时，换向阀处于左位工作状态，P与B通，A与T通。第二节方向控制阀

图示为三位四通液动换向阀，当K1通压力油，K2回油时，P与A接通，B与T接通；当K2通压力油，K1回油时，P与B接通，A与T接通；当K1、K2都未通压力油时，P、T、A、B四个油口全部堵死。（3）液动换向阀第二节方向控制阀

（4）电液换向阀第二节方向控制阀

经过电磁先导阀右位至油口B′，然后经单向阀进入液动主阀芯的右端，而左端油液则经过阻尼R2，电磁先导阀油口A′回油箱，于是液动主阀芯向左移，主阀右位工作，主油路的P与B通、A与T通。反之，电磁先导阀左端电磁铁得电，液动主阀则在左位工作，主油路P与A通、B与T通。电液换向阀由电磁换向阀和液动换向阀组合而成。液动换向阀为主阀；电磁换向阀为先导阀。当电磁先导阀的电磁铁不得电时，电磁先导阀处于中位，液动主阀芯两端油室同时通回油箱，阀芯在两端对中弹簧的作用下亦处于中位。若电磁先导阀右端电磁铁通电时，阀芯在电磁推力的作用下向左移动，换向阀处于右位工作，控制压力油P′将第二节方向控制阀

（4）电液换向阀简化图形符号电液换向阀详细图形符号第二节方向控制阀

（5）比例方向阀图5-13比例式方向阀进口节流

出口节流比例方向阀是由在阀芯外装置的电磁线圈所产生的电磁力来控制阀芯移动的。它依靠控制线圈电流来控制方向阀内阀芯的位移量，故可同时控制油流动的方向和流量。图5-13为比例式方向阀的图形符号，通过控制器可以得到任何想要的流量大小和方向，同时也有压力及温度补偿的功能。比例方向阀有进油流量控制和回油流量控制两种类型。4.滑阀中位机能第二节方向控制阀多位阀处于不同工作位置时，各油口的不同连通方式体现了换向阀的不同控制机能，称之为滑阀机能。当液压缸或液压马达需在任何位置均可停止时，要使用三位阀（即除前进端与后退端外，还有第三个位置），此阀双边皆装弹簧，如无外来的推力，阀芯将停在中间位置，称此位置为中间位置，简称中位。换向阀中间位置各接口的连通方式称为中位机能。第二节方向控制阀4.滑阀中位机能第二节方向控制阀4.滑阀中位机能第二节方向控制阀（1）系统保压。中位为“O”型，如图5-14a所示，P口被堵塞时，油需从溢流阀流回油箱，从而增加了功率消耗；但是液压泵能用于多缸系统。4.滑阀中位机能第二节方向控制阀（2）系统卸荷。中位为“M”型，如图5-14b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。由于泵直接接油箱，因此泵的输出压力近似为零，也称泵卸荷，系统即可减少功率损失。4.滑阀中位机能第二节方向控制阀（3）液压缸快进。中位为“P”型，如图5-14c所示，当换向阀于中位时，因P、A、B口相通，故可用作差动回路。一、溢流阀第三节压力控制阀及其应用其主要结构由锥形阀芯9、阀座11、阀体5、调压弹簧7、调节杆4、调节手轮1等零件组成。1.结构及工作原理（1）直动型溢流阀第三节压力控制阀及其应用图示为阀的安装位置(常位)，阀芯在弹簧力的作用下处于最右端位置，阀芯将进油口P、出油口T隔断。当阀的进口压力油经阀座径向孔10时，在油液压力等于或大于弹簧力时，阀芯向左运动，阀口开启，进油口P、出油口T接通。第三节压力控制阀及其应用1－先导锥阀2－先导阀座3－阀盖4－阀盖通油孔5－阀体6－阻尼孔7－主阀芯8－主阀座9－主阀芯内孔10－主阀弹簧11－调压弹簧12－调节螺钉13－调节手轮（2）先导型溢流阀

第三节压力控制阀及其应用（2）先导型溢流阀

先导型溢流阀常见结构如图5-17所示，由先导阀和主阀两部分组成。先导阀为一锥阀，实际上是一个小流量的直动型溢流阀；主阀亦为锥阀。主阀进油口P接泵，压力油进入主阀芯大直径下腔，经阻尼孔6（固定液阻）引至主阀芯上腔、先导锥阀前腔，对先导阀芯形成一个压力。第三节压力控制阀及其应用（2）先导型溢流阀

若该压力小于先导阀芯左端调压弹簧的弹簧力，则先导阀处于关闭状态，主阀内腔为密闭静止容腔，主阀芯上下两腔压力相等，而上腔作用面积大于下腔作用面积。在两腔的液压力差及主阀弹簧力的共同作用下，主阀芯被压紧在阀座上，主阀口关闭。

第三节压力控制阀及其应用（2）先导型溢流阀

此时通过先导阀的油路为：进油口P→主阀芯7下腔→阻尼孔6→主阀芯7上腔→阀盖通油孔4→遥控口K→先导阀座孔2→主阀芯7内孔→出油口T→油箱。

当压力差足够大时，因压力差形成的向上油液压力克服主阀弹簧力推动阀芯上移，主阀阀口开启，溢流阀进口压力油经主阀阀口溢流回油箱。

第三节压力控制阀及其应用

2.溢流阀的应用（1）作溢流阀用在定量泵的液压系统中，如图5-18所示，常利用流量控制阀调节进入液压缸的流量，多余的压力油可经溢流阀流回油箱，这样可使泵的工作压力保持定值。图5-18溢流阀作溢流阀用第三节压力控制阀及其应用

2.溢流阀的应用（2）作安全阀用如图5-19所示液压系统，在正常工作状态下，溢流阀是关闭的，只有在系统压力大于其调整压力时，溢流阀才被打开，液油溢流。图5-19溢流阀作安全阀用第三节压力控制阀及其应用

2.溢流阀的应用（3）远程压力控制回路

从较远距离的地方来控制泵工作压力的回路，图5-20所示为用溢流阀作遥控的回路，其回路压力调定是由遥控溢流阀来控制的，回路压力维持在3MPa。遥控溢流阀的调定压力一定要低于主溢流阀调定压力，否则等于将主溢流阀引压口堵塞。图5-20用溢流阀作遥控的回路第三节压力控制阀及其应用

2.溢流阀的应用图5-21三级压力调压回路（4）多级压力切换回路如图5-21所示为多级压力切换回路，利用电磁换向阀调出三种回路压力，注意最大压力一定要在主溢流阀上设定。二、减压阀第三节压力控制阀及其应用1.结构及工作原理出口压力低于进口压力的压力控制阀，串连在油路之中。定值减压阀；定差减压阀；定比减压阀。

其先导阀与溢流阀的先导阀相似，但弹簧腔的泄漏油单独引回油箱。主阀与溢流阀不同：阀口常开，在安装位置，主阀芯在弹簧力作用下位于最下端、阀的开口最大，不起减压作用。引到先导阀前腔的是阀的出口压力油，保证出口压力为定值。第三节压力控制阀及其应用图5-22插装阀式减压阀a）结构图b）图形符号1－主阀芯2－阀套3－主阀体4－先导阀阻尼孔5－先导阀座6－先导锥阀7－调压弹簧8－主阀弹簧9－主阀芯径向进油孔10－泄油孔11－单向阀12－主阀阻尼孔第三节压力控制阀及其应用在负载较小、出口压力P2低于调压弹簧调定压力时，先导阀关闭，主阀芯阻尼孔无液流通过，因油液未形成流动回路，所以主阀芯上下腔压力相同，主阀芯在弹簧力作用下处于关闭状态，阀口全开不起减压作用。其油路为：压力油出口P2→主阀阻尼孔12→先导阀阻尼孔4。

第三节压力控制阀及其应用负载增大时，出口压力P2随负载增大超过调压弹簧调定压力，先导阀阀口开启，主阀出口压力油P2经主阀芯阻尼孔到主阀芯上腔、先导阀口，再经泄油口回油箱。其油路为：压力油出口P2→主阀阻尼孔12→先导阀座孔→泄油孔10→油箱。形成了油液流动回路，因阻尼孔的阻尼作用，主阀上下两腔出现压力差，主阀芯在压力差作用下克服上端弹簧力向上运动，主阀阀口减小起减压作用。第三节压力控制阀及其应用

2.减压阀的应用减压阀用在液压系统中获得压力低于系统压力的二次油路，如夹紧油路、润滑油路和控制油路。减压阀的出口压力还与出口的负载有关，若因负载建立的压力低于调定压力，则出口压力由负载决定，此时减压阀不起减压作用，进出口压力相等，即减压阀保证出口压力恒定的条件是先导阀开启。减压阀主要用于减压回路。

三、顺序阀

第三节压力控制阀及其应用图5-25顺序阀的四种控制、泄油型式a)内控外泄b)内控内泄c)外控外泄d)外控内泄顺序阀的控制形式在结构上完全通用，其构造及其工作原理类似溢流阀。顺序阀与溢流不同的是：出口直接接执行元件，另外有专门的泄油口。

三、顺序阀

第三节压力控制阀及其应用1.结构及工作原理图5-26DZ型顺序阀1－阻尼孔2－主阀芯3－先导滑阀主阀芯在原始位置进、出油口切断，进油口压力油通过两条路，一路经阻尼孔进入主阀上腔并到达先导阀中部环形腔，另一路直接作用在先导滑阀左端。当进口压力低于先导阀弹簧调定压力时，先导滑阀在弹簧力的作用下处于图示位置。三、顺序阀

第三节压力控制阀及其应用1.结构及工作原理图5-26DZ型顺序阀1－阻尼孔2－主阀芯3－先导滑阀当进口压力大于先导阀弹簧调定压力时，先导滑阀在左端液压力作用下右移，将先导阀中部环形腔与通顺序阀出口的油路导通。于是顺序阀进口压力油经阻尼孔、主阀上腔、先导阀流往出口。由于阻尼存在，主阀上腔压力低于下端（即进口）压力，主阀芯开启，顺序阀进出油口导通。把外控式顺序阀的出油口接通油箱，且将外泄改为内泄，即可构成卸荷阀。第三节压力控制阀及其应用2．顺序阀的应用（1）用于顺序动作回路如图5-27所示，为一定位与夹紧回路，其前进的动作顺序是先定位后夹紧，后退是同时退后。图5-27顺序动作回路第三节压力控制阀及其应用2．顺序阀的应用（2）起平衡阀的作用在大型压床上由于压柱及上模很重，为防止因自重而产生的自走现象，因此必须加装平衡阀（顺序阀），如图5-28所示。图5-28平衡回路四、增压器

第三节压力控制阀及其应用图5-29增压器a)符号b)动作原理四、增压器

第三节压力控制阀及其应用图5-30所示，当液压缸不需高压时，由顺序阀来截断增压器的进油；当液压缸进到底时压力升高，油又经顺序阀进入增压器以提高液压缸的推力，图中减压阀是用来控制增压器的输入压力的。图5-30增压回路五、压力继电器第三节压力控制阀及其应用如图5-31所示为单触点柱塞式压力继电器，压力油作用在柱塞的下端，液压力直接与上端弹簧力相比较。当液压力大于或等于弹簧力时，柱塞向上移压微动开关触头，接通或断开电气线路。当液压力小于弹簧力时，微动开关触头复位。1－柱塞2－调节螺帽3－微动开关六、比例式压力阀第三节压力控制阀及其应用比例式压力阀基本上是以电磁线圈所产生的电磁力，来取代传统压力阀上的弹簧设定压力，由于电磁线圈产生的电磁力是和电流的大小成正比的，因此控制线圈电流就能得到所要的压力；可以无级调压，而一般的压力阀仅能调出特定的压力。

图5-32比例式压力阀a)比例式溢流阀b)比例式减压阀一、速度控制的概念第四节流量控制阀及其应用液压缸活塞移动速度为液压马达的转速为1．执行元件的速度一、速度控制的概念第四节流量控制阀及其应用不管执行元件的推力和速度如何变化，定量泵的输出流量是固定不变的。速度控制（或流量控制）只是使流入执行元件的流量小于泵的流量而已，因此常称之为节流调速。2．节流调速二、节流阀第四节流量控制阀及其应用节流阀是使阀芯相对于阀体孔运动改变阀口过流面积的阀。图5-34所示，其主要零件为阀芯、阀体、推杆、平衡孔、调节手轮等。油液从入口进入，经阀芯上的节流口后，由出口流出。调整手轮1使阀芯轴向移动，以改变节流口节流面积的大小，从而改变流量大小。图中油压平衡孔3可以保证阀芯上、下油压平衡，因此减小了作用在手轮上的力，便于调整。1.节流阀的结构原理1－调节手轮2－推杆3－平衡孔4－阀芯5－阀体6－弹簧二、节流阀第四节流量控制阀及其应用如图5-35所示为单向节流阀，与普通节流阀不同的是,它只能控制一个方向上的流量大小，而在另一个方向则无节流作用。1－调节手轮2－推杆3－平衡孔4－阀芯5－阀体6－弹簧三、调速阀第四节流量控制阀及其应用1.调速阀的工作原理调速阀能在负载变化的状况下保持进口、出口的压力差恒定。图5-37为调速阀的结构原理图，其动作原理说明如下：压力油P1进入调速阀后，先经过定差减压阀的阀口（压力由P1减至P2），然后经过节流阀阀口流出，出口压力为P3。从图中可以看到，节流阀进、出口压力P2和P3，经过阀体上的通道被引到定差减压阀阀芯的两端（P3引到阀芯弹簧端，P2引到阀芯无弹簧端），作用在定差减压阀阀芯上的力包括液压力和弹簧力。1－定差减压阀阀芯2－节流阀阀芯3－弹簧三、调速阀第四节流量控制阀及其应用2.基本的速度控制回路液压回路基本的速度控制有进油节流调速、回油节流调速、旁路节流调速等三种方法。1）进油节流调速该回路不能承受负向负载，如有负向负荷（负荷与运动方向同向者），则速度失去控制。

图5-38进油节流调速回路三、调速阀第四节流量控制阀及其应用2）回油节流调速回油节流调速是控制排油的；节流阀可提供背压，使液压缸能承受各种负荷。图5-39回油节流调速回路三、调速阀第四节流量控制阀及其应用3）旁路节流调速旁路节流调速是控制不需流入执行元件也不经溢流阀而直接流回油箱的油的流量，从而达到控制流入执行元件油液流量的目的。如图5-40所示为旁路节流调速回路，该回路的特点是液压缸的工作压力基本上等于泵的输出压力，其大小取决于负载，该回路中的溢流阀只有在过载时才被打开。图5-40旁路节流调速回路四、行程减速阀第四节流量控制阀及其应用一般的加工机械，如车床、铣床，其刀具尚未接触工件时，需快速进给以节省时间，开始切削则应慢速进给，以保证加工质量；或是液压缸前进时，本身冲力过大，需要在行程的末端使其减速，以便液压缸能停止在正确的位置，此时就需要用行程减速阀来完成上述控制（如图5-41所示）。

四、行程减速阀第四