北科大液压与气压传动课件05液气压传动控制调节元件

1、按用途分类根据控制元件在系统中的作用，可分为下几类：方向控制阀压力控制阀3)流量控制阀一、液压与气压传动的控制元件分类2、按控制方式分类1)开关或定值控制阀：借助手轮，手柄，凸轮，电磁铁，压缩气体，压力液体等来控制流体通路，定值控制流体的压力，流量的阀类，统称开关阀，多用于普通液气动系统。伺服控制阀：以极高的响应速度和控制精度，将模拟电信号转换成大功率的流量和压力信号，控制液压系统中流体的压力和流量。多用于高精度，快速响应的闭环控制系统。数字阀：用数字信号直接控制阀，以控制系统中流体的压力和流量。比例控制阀：阀的输出与输入电信号成比例的控制阀，能实现连续液压系统中流体的压力、流量控制，多用于开环程序控制系统。3、按结构形式分类

1)滑阀

2)锥阀

3)球阀

4)喷嘴挡板阀

5)射流管阀4、按连接方式分类

1)螺绞连接阀

2)法兰连接阀

3)板式连接阀

4)

叠加式连接阀

5)插装式连接阀

1、基本要求动作灵敏，使用可靠；流经阀口后的压力损失小；密封性能好；结构紧凑；安装调整，使用维护方便；通用性大等。

2、控制阀的性能参数

主要性能参数:额定压力和额定流量。

额定压力:是指阀最大允许的工作压力。

额定流量是指阀在额定压降下，通过阀的最大流量。5.2液压与气压传动的控制元件的性能参数3、控制阀的规格

阀的规格大小用通径Dg表示。

4、控制阀的性能

目前有些阀给出若干特性曲线，如压力－流量曲线，压力损失－流量曲线，进口压力－出口压力曲线等，比较确切反映了阀的性能。

5.2方向控制阀作用及工作原理：方向控制阀的主要作用是控制系统中流体流动的方向，其工作原理是利用阀芯和阀体间的相对位置的改变来实现通道的接通或断开，以满足系统对通道的不同要求。分类：方向控制阀可分为单向阀和换向阀两类。5.2.1单向阀1——阀心（锥阀或球阀）；2——阀体；3——弹簧图（a）为管式连接的液压单向阀

a)板式连接b）图形符号1——阀心（锥阀或球阀）；2——阀体；3——弹簧图5.1单向阀单向阀的主要性能：

正向最小开启力，正向流动时的压力损失及反向泄漏量。应用：

单向阀可装在泵的出口处，防止系统中的流体冲击影响泵工作；还可用来分隔通道，防止管路间的相互干扰等。

液控单向阀及其应用

功能:液控单向阀是一种通入控制压力流体后即允许流体双向流动的单向阀。

结构:图（5.2）为液控单向阀的结构（a）和职能符号（b）。

主要性能:液控单向阀具有良好的密封性能，其反向泄漏量为零。反向开启的最小控制压力，当P1＝0时一般为（0.4-0.5）的P2。

应用:液控单向阀可于用对液压缸进行锁闭，保压；也用于防止立式液压缸停止时自动下滑。

液控单向阀的结构图

图5.2液控单向阀1——活塞；2——顶杆；3——阀心

板式连接的液控单向阀职能符号

4.梭阀，双压阀等其它阀及其应用

1)梭阀

梭阀相当于两个单向阀的组合，其作用相当于“或门”。梭阀常用于气动回路上，将控制信号有次序地输入控制执行元件。

(2)双压阀

双压阀两个单向阀的组合结构形式，其作用相当于“与门”。双压阀常用于气动回路中，当于门使用。

a)A无输出b)A有输出d）结构图

c）图形符号图5.4双压阀(3)快速排气阀快速排气阀通常用于气动回路中。

5.2.2换向阀

1.换向阀的工作原理和分类基本工作原理：换向阀是借助于阀芯与阀体之间的相对运动，使与阀体相连的各通路实现接通或断开或改变流动方向的阀类。分类：换向阀按其结构可分为：(1)滑阀式换向阀(2)球式换向阀(3)逻辑换向阀(4)截止式换向阀(1)工作原理及主体部分的结构形式工作原理:借助于滑阀阀芯在阀体内作轴向运动，使与阀体相连的各通路实现接通或断开或改变流动方向的阀类。2.滑阀式换向阀结构:主体是阀体和阀芯，它是一个具有多段环形槽的圆柱体。表5-1列举了常用的几种结构形式。按阀芯移动后可以停留的工作位置分有：二位阀；三位阀。按滑阀的通道分有：二通阀；三通阀；四通阀；五通阀；多路阀等。滑阀式换向阀的图形如表5.1中所示。换向阀的名称按其工作位置和通路统称几位几通换向阀。如表5-1中名称一栏所示的二位二通换向阀；二位三通换向阀等。表5.1常用滑阀式换向阀主体结构形式和图形符号(2)滑阀的中位机能三位滑阀在中位时各通路的连接方式称为滑阀的中位机能。不同的滑阀的中位机能可满足系统的不同要求。表5.2列举了三位四通换向阀常用的十种中位机能。

表5.2三位四通换向阀中位机能在分析和选择阀的中位机能时，通常考虑以下几点：1)系统保压选“O”，“Y”，“J”，“N”，“U”等中位机能。2)系统卸荷选“H”，“K”，“M”型等中位机能。3)执行机构换向精度与平稳性选O型，M型，换向过程易产生冲击，换向不平稳，但换向精度高；选Y型，换向过程中工作部件不易制动，换向精度低，但换向平稳。5)执行机构需“浮动”，选阀在中位，A，B两口互通（如U型），卧式缸呈“浮动”状态，可利用其它机构调整其位置。执行机构需在任意位置上停止，选阀在中位，A，B两口堵塞（如O型，M型），则执行机构可在任意位置上停止。4)执行机构启动的平稳性(3)换向向阀的主要性能换向向阀的主要性能包括以下几项：

1)工作可靠2)压力损失

3)内泄量4)换向与复位时间

5)使用寿命

根据推动换向阀移动方式可分为：手动换向阀；电磁换向阀；液动换向阀；电液换向阀；气控换向阀等五种换向阀。(4)操作方式1)手动换向阀用手操纵杠杆推动滑阀阀芯相对阀体移动，从而改变工作位置，改变通道的通断。北京科技大学2)机动换向阀机动换向阀又称行程阀。图5.9所示为二位二通机动换向阀的结构图和符号。3)电磁换向阀电磁换向阀是利用电磁铁吸力推动阀芯来改变阀的工作位置。图5.10为二位三通电磁换向阀的结构图及符号。图5.11所示为三位四通电磁换向阀的结构图及符号。动画图5.12三位四通液动换向阀

a)换向时间不可调式b)换向时间可调式4)液动换向阀液动换向阀利用控制油路的压力油改变阀芯位置。5)电液换向阀电液换向阀:液动换向阀和电磁换向阀组合而成。电磁换向阀起先导作用，控制主阀芯方向，改变液动换向阀的工作位置。动画6)气控换向阀气控换向阀是利用气体压力来改变阀芯位置的换向阀。通常用于气动系统。3.球式换向阀球式换向阀：球体为阀芯；优点：不会产生液压卡紧，动作可靠性高；密封性能好；对油污染不敏感；比换时间短；使用介质粘度范围大；阀芯可直接从轴承厂获得，精度高，价格便宜。球式换向阀有手动，机动，电磁，液动和电液动等多种形式。a为常开型二位三通电磁球式换向阀b为其图形符号5.截止式气动换向阀结构和工作原理：截止式气动换向阀的开启和关闭是用大于管道直径的圆盘从端面进行控制的。图5.17所示为二位三通单气控截止式换向阀的工作原理图。截止式换向阀和滑阀式换向阀一样，可组成二位三通，二位四通，三位五通等多种形式。它的特点是：阀芯行程短，开启时间短，通流能力强，流量特性好，结构紧凑，适用于大流量场合；采用软密封，且阀芯始终有背压，关闭时密封性好，泄漏量小，但换向力和换向时冲击较大，不宜用在灵敏度要求高的场合；抗粉尘和污染力强。6.方向阀的应用1)方向控制回路2)保压回路3)气动往复回路5.3压力控制阀功能：用于实现系统压力控制的阀类统称压力控制阀。分类：1）溢流阀2）减压阀3）顺序阀4）压力继电器等。它们都是利用流体的压力与阀中的弹簧力相平衡的原理来工作的。一、溢流阀

溢流阀的基本功用主要有两点：1）作调压用当系统压力超过或等于溢流阀的调定压力时，系统的液体或气体通过阀口溢出一部分，保证系统压力恒定；2）过载保护在系统中作安全阀用，在系统正常工作时，溢流阀处于关闭状态，只有在系统压力大于或等于其调定压力时才开启溢流，对系统起过载保护作用。1、溢流阀结构和工作原理1)直动式溢流阀图5.18所示为用于油液的低压直动式溢流阀。结构：主要由阀体和阀芯等八个元件组成.其阀芯是滑阀形式.直动式溢流阀的阀芯有锥阀式，球阀式和滑阀式三种形式。工作原理：作用在阀芯上的液压力与弹簧预紧力相平衡；液压力小于弹簧预紧力，阀关闭；液压力大于弹簧预紧力，阀开启；特点：直动式溢流阀的特点是结构简单，反应灵敏。但工作时易产生振动和噪音，压力波动大。一般用于小流量，压力较低的场合。北京科技大学图5.19所示为先导式溢流阀。结构:先导式溢流阀是由先导调压阀和溢流主阀两部分组成。先导阀类似于直动式溢流阀，多为锥阀结构。工作原理:先导阀工作原理与直动式溢流阀相同；先导阀关闭，主阀芯的上下液压力相等；先导阀打开，主阀芯的上液压力小于下液压力；下液压力小于上液压力、弹簧预紧力，主阀芯关闭；下液压力大于上液压力、弹簧预紧力，主阀芯开启；特点：由于先导阀的溢流量仅为主阀额定流量的1％左右，因此先导阀阀座孔的面积A开口量，调压弹簧刚度都不需很大，所以，先导型溢流阀广泛用于高压大流量场合。

2）

先导式溢流阀

北京科技大学YF型三节同心先导式溢流阀（管式）

1——锥阀（先导阀）；2——锥阀座；3——阀盖；4——阀体；5——阻尼孔；6——主阀心；7——主阀座；8——主阀弹簧；9——调压（先导阀）弹簧；10——调节螺钉；11——调压手轮a)为活塞式b)为球阀式

结构和工作原理：(3)气动溢流阀北京科技大学c)为膜片式d)为先导式二、溢流阀的主要性能

1、静态性能1)压力调节范围调压弹簧在规定的范围内调节时，系统压力平稳地上升或下降的最大和最小调定压力。2)启闭特性溢流阀从开启到闭合过程中，被控压力与通过溢流阀的溢流量之间的关系，它是衡量溢流阀定压精度的一个重要指标。溢流阀处于额定流量，额定压力时：开启压力比：开始溢流的开启压力PK与供油压力PS的百分比；闭合压力比：停止溢流的闭合压力PB与供油压力PS的百分比。比值越大及二者越接近，其启闭特性越好。一般规定开启比应不小于90%，闭合比不小于85%.。

3)卸荷压力当溢流阀作卸荷阀用时，额定流量下，进出口的压力差。

4)最大允许流量和最小稳定流量当溢流阀在最大允许流量（即额定流量）下工作时应无噪声。溢流阀的最小稳定流量取决于对压力平稳性的要求。一般规定为额定流量的15%.

(2)动态性能动态过渡过程：当溢流阀从零压不溢流，进口压力迅速升高并超过调定压力，在额定流量稳定溢流，然后逐步衰减到最终稳态压力，这需要经过一个短暂的过渡过程；1)压力超调量最高瞬时压力峰值与额定压力调定值Pn的差值称为压力超调量△P。衡量溢流阀动态调压误差的性能指标是压力超调率

△P＝△P/Pn×100%

一般要求△P为10%-30%。

2)响应时间t1

从起始稳态压力P0与最终稳态压力Pn之差的10%上升到90%的时间，即图5-21中A，B两点间的时间间隔称为响应时间。t1越小，溢流阀的响应越快。3)过渡过程时间t2

从0.9（Pn－P0）的B点到瞬咙过渡过程儒最终时刻C点之间的时间称为过渡过程时间。C点以后的压力波形应落在图中给定的（0.95-1.05）（Pn－P0）限制范围内，否则，C点应后移，直至满足要求为止。t2越小，溢流阀的动态过程越短。

4)升压时间△t

流量阶跃变化时，从0.1（Pn－P0）到0.9（Pn－P0）的这段时间，即图中A和B两点间的时间称为升压时间。△t1越小，溢流阀的动态性能越好。

5)卸荷时间△t2

卸荷信号发出后从0.9（Pn－P0）到0.1（Pn－P0）的这段时间，即图中C和D两点间的时间称为卸荷时间。△t2越小，溢流阀的动态性能越好。3.溢流阀的应用(1)作调压阀用在液压定量泵节流调速系统中，泵输出的压力油只有一部分进入油缸，多余的油经溢流阀流回油箱。溢流阀是常开的，这样使系统压力稳定在调定值，以保持系统压力恒定。(2)可实现系统的远程调压先导式溢流阀与直动式远程调压溢流阀配合使用，可实现系统的远程调压。图5.23中的阀3为先导溢流阀，阀4为远程调压阀。(3)作安全阀用系统中安装作安全阀用的溢流阀，以限制系统的最高压力。当压力超过调定值时，溢流阀打开溢流，保证系统安全工作。如图5.24液压回路中的所示阀在回路中作安全阀用；北京科技大学图5.25气动回路中的阀1在回路中起安全阀作用。在正常工作时，溢流阀是常闭的，故其调整值应比系统的最高工作压力高10-20%，以免溢流阀打开溢流，影响系统正常工作。(4)作电磁溢流阀用将先导溢流阀的遥控口与二位二通电磁换向阀连接，可使泵和系统卸荷。5.3.2减压阀功能：减压阀是一种利用液流流过缝隙产生压降的原理，使出口压力低于进口压力的压力控制阀。种类：按调节要求的不同可分为定值减压阀和定差减压阀。按结构分有直动减压阀和先导减压阀。1.减压阀结构原理(1)定值减压阀定值减压阀是使进入流体的压力减低后输出，并保持所输出的减压值为恒定值。通常应用的大多是这类减压阀。1)直动式减压阀图5.26所示为用于气体的直动式减压阀。这种阀是靠阀口的节流作用减压，靠膜片上力的平衡作用来稳定输出压力，调节旋钮可调节输出压力。图5.26QTY型直动式减压阀图5.27液压油的先导式减压阀2)先导式减压阀图5.27为用于液压油的先导式减压阀的结构。动画3)定值器定值器是气动系统的一种高精度的减压阀。图5.28a是其结构图，图5.28b是其工作原理图。从原理图中可看出，它由三部分组成：Ⅰ是直动式减压阀的主阀部分；Ⅱ是恒压降装置，相当于一个定差减压阀；主要作用是使喷嘴得到稳定的气源流量；Ⅲ是喷嘴挡板装置和调压部分，起调压和压力放大作用。北京科技大学图5.28a定值器结构图，

图5.28b定值器工作原理图北京科技大学图5.28b定值器工作原理图(2)定差减压阀定差减压阀可使阀进出口压力差保持为恒定值。图5.29为定差减压阀的结构简图。2.减压阀的主要性能

(1)调压范围它是指减压阀输出压力的可调范围,在此范围内要求达到规定的精度.(2)压力特性它是指流量为定值时,减压阀输入压力波动而引起输出压力波动的特性..(3)流量特性它是指输入压力为定值时,输出压力随输出流量的变化而变化的特性小.3.减压阀的应用

减压阀一般用在需减压或稳压的回路场合.根据使用要求选定减压阀的类型,调压精度,再根据所通过的最大流量选择通径.减压回路：见下章.5.3.3顺序阀

功能：顺序阀的功用主要是以系统的压力为信号,使多个执行机构自动地按先后顺序动作.

顺序阀的结构原理与溢流阀基本相同.唯一不同的地方是顺序阀的出口不是接通油箱,而是接到系统中继续用油之处.因此,顺序阀的内泄漏油不能用通道直接引导到顺序阀的出油腔,而是由专门的泄油口经阀外油管通到油箱.分类:顺序阀根据结构分,有先导式和直动式两种.

根据控制压力的来源不同,有内控式与外控式两种.

图5.30a所示为先导型顺序阀。图5.30b为内控式先导型顺序阀.

图5.30d为DZ型顺序阀。1.顺序阀结构原理

d)图形符号a)外控式b)内控式

图5.30顺序阀动画2.顺序阀的应用作顺序阀用：使多个执行机构自动地按先后顺序动作(图5.31a).(2)作卸荷阀用：把外控式顺序阀的出油口接通油箱，将外泄改为内泄，即可构成卸荷阀。即当系统压力低于顺序阀的调定压力时，顺序阀不打开；当系统压力升高超过顺序阀的调定压力时，顺序阀打开，系统压力油通过顺序阀卸荷(图5.31b)。(3)单向顺序阀：把单向阀与顺序阀并联，便成为单向顺序阀。其工作原理为：当油液自入口P1进人时，单向阀关闭，油液须顶开顺序阀才能从出口P2流出；而油液从出口P2流进时，顺序阀关闭，但可顶开单向阀后从入口P1流出(图5.32a)。(4)作平衡阀用：将单向顺序阀的进油口接通垂直油缸的下腔，使腔内的油液形成一个与活塞等运动部件质量相平衡的背压，防止活塞等因自重而下滑，即作为平衡阀用(图5.32b)。各种顺序阀的职能符号如表5-1所示。北京科技大学5.3.4压力继电器

功能：压力继电器是将压力信号转换为电信号的压力传感元件。当系统的压力达到压力继电器预先调定的压力值时，它发出电的信号，操纵电气元件，使油（或气）路换向，卸压，顺序动作，关闭电机等作用。分类：常用的压力继电器有柱塞式，膜片式，弹簧管式和波纹管式等结构形式。1.结构和工作原理图5.33为用于液压系统中的柱塞式压力继电器的结构图。图5.34气压膜片式压力机电器

1、4——微动开关；2——顶杆；

3——弹簧；5——膜片图5.34为用于气压系统中的膜片式压力继电器的结构图。2.性能指标

(1)调压范围(2)通断返回区间

5.4流量阀

功能：流量控制阀是通过改变节流口通流面积或通流通道的长短来改变局部阻力的大小，从而实现对流量的控制。分类：常用的流量控制阀有节流阀，调束阀，分流节流阀等。5.4.1节流阀1.节流阀的工作原理2.节流阀的静态流量特性通过节流阀的流量q及与其前后压差△P有关，其关系可表示为

q＝KA△Pm式中K－节流系数，它与节流孔的形状，流体密度动力粘度有关。

A－过流面积。m－节流阀指数，由节流孔的形状决定。上式为节流阀的流量特性方程，可用图形来表示，见图5-35b。(1)节流阀的流量稳定性节流阀的流量特性决定于它的节流口的结构形式，通过节流阀的流量是否稳定，根据上式可知它与下面的因素有关：

1)压差△P2)温度的变化

3)节流口堵塞2)节流阀的最小稳定流量由于节流阀的堵塞现象，使每个节流阀都有一个能正常工作的最小流量限制，这个最小流量限制值称节流阀的最小稳定流量。最小稳定流量与节流孔的形状有很大关系。轴向三角槽式节流口的最小稳定流量为30-50cm/min,而薄壁孔式节流口的最小稳定流量为10-15cm/min.3.节流阀典型结构1)节流阀图5.36所示为简式节流阀。都是通过旋动手轮改变节流口开度的大小，从而调节通过的流量，只是节流口的方式有所差别。这类阀受阀前后压差的影响较大，故用于流量调节要求不高的场合。图5.37单向节流阀结构图

图形符号2)单向节流阀图5.37所示为单向节流阀的一种结构。动画3)排气消声节流阀图5.38所示为气动系统的排气消声节流阀的结构图。它不仅能调节速度，还可起消声减少排气噪声的作用。4.节流阀的应用

节流阀的流量不仅取决于节流口面积的大小，还与节流口前后压差有关，故只适用于执行元件负载变化很小和速度稳定性要求不高的场合。5.4.2调速阀

1.调速阀的工作原理它是由节流阀和定差减压阀串联而成的复合阀。节流阀用于调节输出的流量，定差减压阀能自动保持节流阀前后的压力差不变。这样就使调速阀的流量不受负载影响，流量恒定不变图5.39a所示为调速阀的结构图。2.调速阀的静态流量特性对比调速阀和节流阀的流量特性曲线（参见图5.39d）可看出，当压差△P很小时，调速阀和节流阀的性能相同。这是因为当压差很小时，减压阀在弹簧力的作用下，始终处于最右端位置，阀口全开，不起减压作用。所以调速阀正常工作时，至少要有0.4-0.5Mpa的压差以上。北京科技大学3.调速阀的应用

调速阀能使流量不随负载变化，故适用于执行元件负载有变化和速度稳定性要求较高的场合。北京科技大学5.5插装阀5.5.1.插装阀的组成插装阀又称逻辑阀，它是以逻辑阀单元为主阀，配以适当的盖板和不同的先导控制阀组合而成的具有一定控制功能的组件。它可以组成压力阀，方向阀，流量阀。北京科技大学二通插装阀是插装阀基本组件（阀芯、阀套、弹簧和密封圈）插到特别设计加工的阀体内，配以盖板、先导阀组成的一种多功能的复合阀。因每个插装阀基本组件有且只有两个油口，故被称为二通插装阀，早期又称为逻辑阀。特点：阀芯为锥阀，密封性能好，且动作灵敏；通流能力大，抗污染；一阀多用，易组成各式系统，结构紧凑。特别对大流量及非矿物油介质的场合，优点更为突出。北京科技大学组件由阀芯、阀套、弹簧和密封圈组成。根据用途不同分为方向阀组件、压力阀组件和流量阀组件。同一通径的三种组件安装尺寸相同，但阀芯的结构形式和阀套座直径不同。三种组件均有两个主油口A

和B、一个控制口x。北京科技大学北京科技大学插装阀单元的工作状态

记油口A、B、x的压力分别为pA、pB、px，

作用面积分别为AA、AB、Ax，

阀芯上端复位弹簧力为Ft，

当pxAx+Ft＞pAAA+pBAB时阀口关闭；当pxAx+Ft≤pAAA+pBAB时阀口开启。实际工作时，阀芯的受力状况是通过油口x的通油方式控制的。X通回油箱，阀口开启；x与进油口相通，阀口关闭。改变油口通油方式的阀称为先导阀。北京科技大学2.逻辑阀单元（插装件）逻辑阀单元为插装式结构，它插装于逻辑阀体中，用来控制主油路的液流方向，压力和流量。其具体结构参看图5.44图5.44插装阀单元北京科技大学5.5.2插装（逻辑）方向阀

1.插装（逻辑）单向阀如图5.45所示，将逻辑单元的控制口X与A或B连通，即成为普通单向阀；在其控制盖板上接一个二位三通换向阀作先导阀，便可成为液控单向阀。图5.45插装单向阀北京科技大学2.插装（逻辑）换向阀每个逻辑单元具有通断两种状态，若将几个逻辑单元组合起来，用电磁换向阀作先导阀，便可组成n位n通换向阀。图5.46a为二位三通逻辑换向阀；图b为三位三通逻辑换向阀；图c为四位三通逻辑换向阀等。北京科技大学5.5.3插装（逻辑）压力阀

若将逻辑单元的盖板装上不同的压力阀，便可组成逻辑压力阀。图5.47a所示为逻辑溢流阀：当B口通油箱，A口的压力油经节流小孔进入控制腔X，并与先导压力阀通，便成为溢流阀；若B口不通油箱而接负载，便为顺序阀。图5.47b为逻辑卸荷阀：在逻辑溢流阀的控制腔X再接一个二位二8通电磁换向阀，当电磁铁断电时，具有溢流阀功能；当电磁铁通电时，即为卸荷阀。图5.47c为逻辑减压阀。北京科技大学图5.47插装压力阀北京科技大学5.5.4逻辑流量阀将逻辑单元的锥阀尾部带节流窗口，锥阀的开启高度由行程调节器（或螺杆）来控制，从而控制流量，成为逻辑节流阀。将逻辑定差减压阀阀芯分别与逻辑节流阀进出口相通，从而保证节流阀出口压差不随负载变化，便成为逻辑调速阀。图5.48插装流量阀北京科技大学图5.43插装阀的组成北京科技大学5.6比例阀

比例阀是一种输出量与输入信号成比例的液压阀，它可按给定的输入信号连续地按比例地控制液流的方向，压力和流量。5.6.1比例阀的结构在普通液压阀上用电－机械转换器取代原有的控制部分，即成比例阀。按其用途与工作特点的不同，比例阀可分为比例压力阀，比例流量阀和比例方向阀。

1.电－机械转换器电－机械转换器是比例阀的控制部分，目前常用的形式有比例电磁铁，动圈式力马达，力矩马达，伺服电机和步进电机等五种。北京科技大学1)比例电磁铁比例电磁铁是一种直流电磁铁，但和普通电磁阀用的电磁铁不同，它要求吸力（或位移）和输入电流成比例，并在衔铁的全部工作位置上，磁路中保持一定的气隙。按其输出位移的形式分有单向移动式和双向移动式两种。图5.54所示为单向移动式比例电磁铁。北京科技大学动圈式力马达图5.56所示为动圈式力马达。动圈式力马达的线性行程范围大（±2-4mm），滞环小，可动质量小，工作频率较宽，结构简单，但如采用湿式方案，动圈受油的阻尼较大，影响频宽，因此适合作为气动比例元件。图5.56北京科技大学3)力矩马达图5.57所示为动圈式永磁力矩马达。力矩马达输出力矩较小，适合控制喷嘴挡板类的先导级阀。其自振频率高，功率重量比大，抗加速度零漂性能好，但工作行程很小（小于0.2mm）,制造精度要求高，抗干扰能力差些。图5.57北京科技大学2.主阀比例主阀为普通液（气）压阀。

3.比例压力阀比例压力阀按用途不同，有比例溢流阀，比例减压阀，比例顺序阀之分。按结构特点分有直动型和先导型比例压力阀。图5.58所示为直动式比例压力阀结构图。图5.58北京科技大学

图5.59所示为先导式比例溢流阀结构图。如将比例先导压力阀的回油及先导阀9的回油都与主阀回油分开，则可作比例顺序阀使用。北京科技大学图5.60所示为先导式比例减压阀北京科技大学3.比例流量阀

比例流量阀有比例节流阀和比例调速阀两大类。它们是由电－机械比例转换器匙与流量阀组合而成。比例节流阀是在普通节流阀的基础上，利用电－机械比例转换器对节流阀口进行控制即成比例节流阀。比例调速阀如图5.61所示。北京科技大学4.比例方向控制阀比例方向控制阀不仅用来改变液流方向，还可控制流量的大小。它和普通换向阀的外形相似，但阀芯的结构是特殊的。可以实现不同的中位机能。图5.62所示为先导式比例方向控制阀的结构图。北京科技大学5.6.2比例阀的选用

比例阀是介于普通阀与伺服阀之间的控制阀，与普通阀比，它能提高系统参数的控制水平，虽不如伺服阀的性能好，但成本低，对系统的污染要求比伺服系统低。为此，广泛应用于要求对液压参数进行连续远距控制或程序控制，但对控制精度和动态特性要求不太高的系统。如系统的液压参数的设定值超过三个，使用比例阀对其进行控制是最恰当的。此外，利用斜波信号作用在比例方向阀上，可以对机构的加速和减速实现有效的控制；利用比例方向阀和压力补偿器实现负载补偿，便可精确地控制机构的运动速度而不受负载影响。北京科技大学5.7伺服阀伺服阀是一种将小功率电信号转换成大功率的液压能输出，以实现对流量和压力控制的装置。它接受一种模拟量电控信号，输出液压模拟量随电控信号的大小及极性变化。按其用途分有流量伺服阀和压力伺服阀两类。一．伺服阀的工作原理与典型结构

1.伺服阀的组成伺服阀通常由电－机械转换器（力矩马达或力马达）和，液压放大器和反馈或平衡机构等三部分组成。

1)力矩马达或力马达力矩马达是一种具有旋转运动的电－机械转换器，而力马达是一种具有直线运动的电－机械转换器。它们在阀中的作用是将电控信号转换成转角（力矩马达）或直线位移（力马达），用来作为液压放大器的输入信号。力矩马达或力马达都是利用电磁原理工作的。永久磁铁或激磁线圈产生固定磁通，直流电信号通过控制线圈产生控制磁通，两个磁通在工作气隙处相互作用，使转换器的运动部分－衔铁或控制线圈产生一个与电控信号成比例并能反应其极性的力矩或力，该力矩或力与弹性支承的恢复力矩或力平衡，产生转角或直线位移。北京科技大学

2)液压放大器液压放大器以力矩马达或力马达输出的转角或直线位移信号作为输入，对液压油流进行调节和分配，实现控制功率的转换及放大作用。常用的液压放大器有滑阀式，喷嘴挡板式和射流管滑阀式液压放大器：根据滑阀上的控制边数的不同，可分为单边，双边和四边滑阀三种类型。图5.63所示为四边滑阀式液压放大器原理图。图5.63四边滑阀式液压放大器原理图北京科技大学喷嘴挡板式液压放大器：喷嘴挡板阀有单喷嘴挡板和双喷嘴挡板两种。图5-64所示为双喷嘴挡板阀液压放大器原理图。图5-64双喷嘴挡板阀液压放大器原理图北京科技大学3)反馈或平衡机构伺服阀的输出级所采用的反馈或平衡机构是为使伺服阀的输出流量或压力获得与输入电控信号成比例的特性。平衡机构通常圆柱螺旋弹簧或片弹簧等。反馈常采用力反馈，位置反馈，电反馈和压力反馈等型式。具体结构原理在典型伺服阀的结构中阐述。北京科技大学2.典型伺服阀的结构与工作原理1)滑阀式伺服阀滑阀式伺服阀又称动圈伺服阀。图5.所示为DY系列伺服阀。这种阀的优点是：采用动圈式力马达，结构简单，功率放大系数较大，磁环小和工作行程大；固定节流口尺寸大，不易被污物堵塞；主滑阀两端控制油压作用面积大，从而加大了驱动力，使滑阀不易卡死，工作可靠。北京科技大学2)喷嘴挡板式伺服阀喷嘴挡板式二级四通力反馈伺服阀结构示意图。喷嘴6间的间隙，一个间隙减小，另一个间隙增大。这种伺服阀，由于力反馈的存在，使得力矩马达在其零点附近工作，即衔铁偏转角θ很小，故线性度好。此外，改变反馈弹簧杆11的刚度，就能在相同输入电流时改变滑阀的位移。这种伺服阀结构紧凑，外形尺寸小，响应快。但喷嘴挡板的工作间隙较小，对油液的清洁度要求较高。北京科技大学1——永久磁铁；2、4——导磁体；3——衔铁；5——挡板；6——喷嘴；7——固定节流口；8——滤油器；9——滑阀；10——阀体；11——反馈弹簧杆；12——弹簧管；13——线圈北京科技大学3)射流管式伺服阀图5.65所示为射流管式伺服阀结构示意图。图5.65射流管式伺服阀1——板簧北京科技大学二．伺服阀的应用

伺服阀的控制精度高，响应速度快，所以在航空，冶金，机械，船舶和化工等工业部门得到广泛的应用。它常用于实现位置，速度，加速度和力的控制。北京科技大学伺服阀的选用应考虑：1.伺服阀对油液的清洁度要求较高，要考虑工作环境，采取较好的过滤措施。2.为了改善伺服系统的动态性能，一般要尽量缩短阀和执行