《气液传动回路与元件安装》-第7章

7.1锁紧回路分析

7.1.1项目引入为了使工作部件能在任意位置上停留，以及在停止工作时，防止在受力的情况下发生移动，可以采用锁紧回路。图2-3-1所示是防止立式液压缸停止运动时因自重而下滑的回路。图2-3-2所示是液压缸活塞可以在行程的任何位置锁紧的回路。上一页下一页返回7.1锁紧回路分析

7.1.2项目分析过程一、锁紧回路的工作过程及应用

图2-3-1和图2-3-2都是采用液控单向阀的锁紧回路。在图2-3-1回路中，当液压缸上升过程中突然断电，或要求重物在任意位置停留时，液控单向阀可以保证液压缸活塞不自行下滑。图2-3-2所示是在液压缸的进、回油路中都串接液控单向阀，液压缸活塞可以在行程的任何位置锁紧。其锁紧精度只受液压缸内少量的内泄漏影响，因此锁紧精度较高。这种回路被广泛用于工程机械、起重运输机械等有锁紧要求的场合。上一页下一页返回7.1锁紧回路分析二、单向阀的工作原理及结构

1.普通单向阀普通单向阀的作用是控制油液只能向一个方向流动，不允许它反向流动。图2-3-3(a)所示为一种管式普通单向阀的结构。压力油从阀体左端的通口P1流入时，克服弹簧3作用在阀芯2上的力，使阀芯向右移动，打开阀口，并通过阀芯2上的径向孔a,轴向孔从阀体右端的通口流出。但是压力油从阀体右端的通口P2流入时，它和弹簧力一起使阀芯锥面压紧在阀座上，使阀口关闭，油液无法通过。图2-3-3(b)所示为普通单向阀的图形符号。上一页下一页返回7.1锁紧回路分析

2.液控单向阀

图2-3-4(a)所示为液控单向阀的结构，它在结构上增加了控制油腔K及控制活塞1。当控制口K处无压力油通入时，其功能与普通单向阀相同，压力油只能从通口P1流向通口P2，不能反向流动。当控制油口K通入压力油时，活塞1推动顶杆2，顶开阀芯3，使通口P1和P2接通，正反方向均可通过油液。这种用来控制液压阀工作的油液称为控制油液，一般从主油路上单独引出。图2-3-4(b)所示为液控单向阀的图形符号。上一页下一页返回7.1锁紧回路分析7.1.3拓展知识一、单向阀的应用液控单向阀控制油的压力不应低于主油路压力的30%-50%。为了使活塞无背压阻力，另设一外泄油口五，与油箱接通。单向阀的开启压力仅有0.035-0.1MPa，在回路中用来阻止油液逆向流动。若将弹簧换为硬弹簧，使其开启压力达到0.2-0.6MPa，则可将其作为背压阀用，使回油保持一定压力。液控单向阀单向密封性好，常用于执行元件需要长时间保压、锁紧的系统。也常用于防止立式液压缸停止运动时因自重而下滑的回路中。上一页下一页返回7.1锁紧回路分析二、单向阀安装使用注意事项注意认清进、出油口的方向，保证安装正确，否则会影响液压系统的正常工作。特别是单向阀用在泵的出口，如反向安装可能损坏泵或烧坏电机。单向阀安装位置不当，会造成自吸能力弱的液压泵的吸空故障，尤以小排量的液压泵为甚。故应避免将单向阀直接安装于液压泵的出口，尤其是液压泵为高压叶片泵、高压柱塞泵以及螺杆泵时，应尽量避免。如迫不得已，单向阀必须直接安装于液压泵出口时，应采取必要措施，防止液压泵产生吸空故障。如采取在连接液压泵和单向阀的接头或法兰上开一排气口。当液压泵产生吸空故障时，可以松开排气螺塞，使泵内的空气直接排出，若还不够，可自排气口向泵内灌油解决。或者使液压泵的吸油口低于油箱的最低液面，以便油液靠自重能自动充满泵体;或者选用开启压力较小的单向阀等措施。上一页下一页返回7.1锁紧回路分析单向阀闭锁状态下泄漏量是非常小的甚至为零。但是经过一段时期的使用，因阀座和阀芯的磨损就会引起泄漏。而且有时泄漏量非常大，会导致单向阀的失效。故磨损后应注意研磨修复。7.1.4项目思考普通单向阀和液控单向阀在液压系统中有哪些应用?请根据图2-3-5，试分析带有卸荷阀芯的液控单向阀的工作原理。上一页返回7.2换向回路分析7.2.1项目引入换向回路是利用换向阀来通断油路或改变油液流动方向，从而实现液压执行元件及其驱动机构的启动、停止或变换运动方向。图2-3-6所示为用机动换向阀作先导阀实现连续的往复运动。图2-3-7所示为用电磁换向阀实现完整工作循环。下一页返回7.2换向回路分析7.2.2项目分析过程一、换向回路的工作过程及应用

图2-3-6回路所示，在图示位置，压力油经换向阀C进入液压缸的右腔，液压缸的左腔回油经换向阀C流回油箱，活塞左移。当挡铁压动机动换向阀A后，控制油液经阀A进入阀C左端，C右端油液经机动换向阀召流回油箱，阀C变为左位工作。这时压力油经阀C进入液压缸左腔，活塞右移，释放阀A。当挡铁压动阀召后，控制油液进入阀C右端，阀C变为右位工作，活塞左移。实现连续往复运动。上一页下一页返回7.2换向回路分析如图2-3-7所示，当1YA,3YA通电时，压力油经换向阀A左位进入液压缸左腔，液压缸右腔回油经换向阀月左位也进入液压缸左腔，实现液压缸的差动连接，这时活塞快速右移，为“快进”;3YA断电时，液压缸右腔经阀月中位回油，活塞仍右移，为“工进”;当1YA断电，2YA,4YA通电时，压力油经阀A右位、阀月右位进入液压缸右腔，液压缸左腔经阀A,B右位回油，活塞左移，为“快退”;2YA,4YA断电，活塞停止，压力油经阀A中位卸荷，为“停止”。实现完整工作循环。上一页下一页返回7.2换向回路分析二、换向阀的工作原理及结构

1.换向阀的工作原理换向阀按阀芯相对于阀体的运动方式分为滑阀式和转阀式。

(1)滑阀式换向阀

图2-3-8(a)所示为滑阀式换向阀的工作原理图，当阀芯向右移动一定的距离时，由液压泵输出的压力油从阀的P口经A口输向液压缸左腔，液压缸右腔的油经召口流回油箱，液压缸活塞向右运动;反之，若阀芯向左移动某一距离时，液流反向，活塞向左运动。图2-3-8(b)为其图形符号。上一页下一页返回7.2换向回路分析

(2)转阀

图2-3-9(a)所示为转动式换向阀(简称转阀)的工作原理图。该阀由阀体1、阀芯2和使阀芯转动的操作手柄3组成，在图示位置，通口P和A相通、召和，T相通;当操作手柄转换到“止”位置时，通口P,A,B和，T均不相通，当操作手柄转换到另一位置时，则通口P和召相通，A和T相通。图2-3-9(b)所示为转阀的图形符号。上一页下一页返回7.2换向回路分析2.换向阀的结构

(1)机动换向阀机动换向阀又称行程阀，主要用来控制机械运动部件的行程。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，从而控制油液的流动方向。

图2-3-10(a)为滚轮式二位三通常闭式机动换向阀，在图示位置阀芯2被弹簧1压向上端，油腔P和A通，B口关闭。当挡铁或凸轮压住滚轮4，使阀芯2移动到下端时，就使油腔P和A断开，P和召接通，A口关闭。图2-3-10(b)所示为其图形符号。

(2)电磁换向阀电磁换向阀是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。它是电气系统和液压系统之间的信号转换元件。上一页下一页返回7.2换向回路分析

图2-3-11(a)所示为二位三通交流电磁阀结构。在图示位置，油口P和A相通，油口B断开;当电磁铁通电吸合时，推杆2将阀芯3推向右端，这时油口P和A断开，而与召相通。当电磁铁断电释放时，弹簧4推动阀芯复位。图2-3-11(b)为其图形符号。

图2-3-12所示为三位五通电磁换向阀结构，当左边电磁铁通电，右边电磁铁断电时，阀油口的连接状态为P和A通，B和T2通，T1堵死;当右边电磁铁通电，左边电磁铁断电时，P和B通，A和T1通，T2堵死;当左右电磁铁全断电时，五个油口全堵死。上一页下一页返回7.2换向回路分析(3)液动换向阀液动换向阀是利用控制油路的压力油来改变阀芯位置的换向阀。阀芯是由其两端密封腔中油液的压差来移动的。

图2-3-13所示，当压力油从K2进入滑阀右腔时，K1接通回油，阀芯向左移动，使P和P相通，A和，T相通;当K1接通压力油，K2接通回油，阀芯向右移动，使P和A相通，P和，T相通;当K1和K2都未接通压力油时，阀芯回到中间位置，P,T,A,B四个油口全堵死。上一页下一页返回7.2换向回路分析(4)电液换向阀电液换向阀由电磁换向阀和液动换向阀组合而成。电磁换向阀起先导作用，它可以改变控制液流的方向，从而改变液动换向阀的位置。液动换向阀是主阀，用来切换系统主油路。这样用较小的电磁铁就能控制较大的液流。

图2-3-14所示为三位四通电液换向阀。该阀的工作状态(不考虑内部结构)和普通电磁阀一样，但工作位置的变换速度可通过阀上的节流阀调节。当电磁换向阀芯处于中位，液动换向阀芯在弹簧作用下也处于中位，主阀上的P,T,A,B四个油口全堵死。当左端电磁铁通电时，控制油液经电磁换向阀和左端单向阀进入主阀左腔，推动主阀芯右移，此时主阀芯右端的回油经右面的节流口及电磁回油箱，使P和A相通，B和T相通。反之，当右端电磁铁通电时，主阀芯左移，使P和B相通，A和T相通。上一页下一页返回7.2换向回路分析(5)手动换向阀手动换向阀是利用手动杠杆来改变阀芯位置实现换向的。

图2-3-15(a)为自动复位式手动换向阀，手柄左扳则阀芯右移，阀的油口P和A通，B和T通;手柄右扳则阀芯左移，阀的油口P和B通，A和T通;放开手柄，阀芯2在弹簧3的作用下自动回复中位(四个油口互不相通)。图2-3-15(c)为其图形符号。如果将该阀阀芯右端弹簧3的部位改为图2-3-15(b)的形式，即成为可在三个位置定位的手动换向阀，图2-3-15(d)为其图形符号图。上一页下一页返回7.2换向回路分析7.2.3拓展知识一、换向阀的操纵方式、符号与中位机能

1.换向阀的操纵方式按操作方式不同，换向阀可分为手动、机动、电磁动、液动和电液动换向阀等。其符号如图2-3-16所示。

2.图形符号的意义

(1)位数位数是图形符号中的方格数，表示阀内阀芯可移动的位置数，有几个方格就表示有几个工作位置。可分为二位、三位、多位换向阀。其符号如图2-3-17所示。上一页下一页返回7.2换向回路分析

(2)通数通数是指阀上各种接油管的进、出口，进油口通常标为P，回油口则标为，T出油口则以A来表示。箭头表示两油口连通，但不表示流向。“⊥”表示油口被堵。在每个方格内，箭头两端或“⊥”符号与方格的交点数为油口的通路数。几通就表示有几根主油管与阀相通。可分为二通、三通、四通、五通等。其符号如图2-3-17所示。(3)常态位三位换向阀的中间一格及二位换向阀侧面画有弹簧的那一格为常态位，也是阀芯在原始状态下的通路状况。其余方格为经控制操纵后达到的位置。在画液压系统图时，油路与换向阀的连接一般应画在常态位方格上。上一页下一页返回7.2换向回路分析3.换向阀的中位机能各种操纵方式的三位四通和三位五通式换向阀，阀芯在中间位置时，各油口的连通情况称为换向阀的中位机能。其常用的有O形、H形、P形、K形、M形等。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。当P口被堵塞，系统保压，液压泵能用于多缸系统。当P口不太通畅地与，T口接通时(如X形)，系统能保持一定的压力供控制油路使用。②系统卸荷。P口通畅地与，T口接通时，系统卸荷。③启动平稳性。阀在中位时，液压缸某腔如通油箱，则启动时该腔内因无油液起缓冲作用，启动不太平稳。上一页下一页返回7.2换向回路分析④液压缸“浮动”和在任意位置上的停止。阀在中位，当A,B两口互通时，卧式液压缸呈“浮动”状态，可利用其他机构移动工作台，调整其位置。当A,B两口堵塞或与P口连接(在非差动情况下)，则可使液压缸在任意位置处停下来。三位五通换向阀的机能与上述相仿。二、换向阀的主要性能以电磁阀的项目为最多，它主要包括下面几项:1.工作可靠性工作可靠性指电磁铁通电后能否可靠地换向，而断电后能否可靠地复位。工作可靠性主要取决于设计和制造，且和使用也有关系。液动力和液压卡紧力的大小对工作可靠性影响很大，而这两个力与通过阀的流量和压力有关。所以电磁阀也只有在一定的流量和压力范围内才能正常工作。这个工作范围的极限称为换向界限。如图2-3-18所示。上一页下一页返回7.2换向回路分析2.压力损失由于电磁阀的开口很小，故液流流过阀口时产生较大的压力损失。图2-3-19所示为某电磁阀的压力损失曲线。一般阀体铸造流道中的压力损失比机械加工流道中的损失小。3.内泄漏量在各个不同的工作位置，在规定的工作压力下，从高压腔漏到低压腔的泄漏量为内泄漏量。过大的内泄漏量不仅会降低系统的效率，引起过热，而且还会影响执行机构的正常工作。4.换向和复位时间换向时间指从电磁铁通电到阀芯换向终止的时间;复位时间指从电磁铁断电到阀芯回复到初始位置的时间。减小换向和复位时间可提高机构的工作效率，但会引起液压冲击。交流电磁阀的换向时间一般为0.03-0.05s，换向冲击较大;而直流电磁阀的换向时间为0.1-0.3s，换向冲击较小。通常复位时间比换向时间稍长。上一页下一页返回7.2换向回路分析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。目前单电磁铁的电磁阀的换向频率一般为60次/min。6.使用寿命使用寿命指使用到电磁阀某一零件损坏，不能进行正常的换向或复位动作，或使用到电磁阀的主要性能指标超过规定指标时所经历的换向次数。电磁阀的使用寿命主要决定于电磁铁。湿式电磁铁的寿命比干式的长，直流电磁铁的寿命比交流的长。上一页下一页返回7.2换向回路分析7.滑阀的液压卡紧现象一般滑阀的阀孔和阀芯之间有很小的间隙，当缝隙均匀且缝隙中有油液时，移动阀芯所需的力只需克服砧性摩擦力，数值是相当小的。但在实际使用中，特别是在中、高压系统中，当阀芯停止运动一段时间后(一般约5min以后)，这个阻力可以大到几百牛顿，使阀芯很难重新移动。这就是所谓的液压卡紧现象。上一页下一页返回7.2换向回路分析引起液压卡紧的原因，有的是由于脏物进入缝隙而使阀芯移动困难，有的是由于缝隙过小在油温升高时阀芯膨胀而卡死，但是主要原因是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。如图2-3-20(a)所示，当阀芯和阀体孔之间无几何形状误差，且轴心线平行但不重合时，阀芯周围间隙内的压力分布是线性的，且各向相等，阀芯上不会出现不平衡的径向力。当阀芯因加工误差而带有倒锥(锥部大端朝向高压腔)且轴心线平行而不重合时，阀芯周围间隙内的压力分布如图2-3-20(b)中曲线A1和A2所示，这时阀芯将受到径向不平衡力(图中阴影部分)的作用而使偏心距越来越大，直到两者表面接触为止，这时径向不平衡力达到最大值。但是，如阀芯带有顺锥时，产生的径向不平衡力将使阀芯和阀孔间的偏心距减小。图2-3-20(c)所示为阀芯表面有局部凸起。上一页下一页返回7.2换向回路分析当阀芯受到径向不平衡力作用而和阀孔相接触后，缝隙中存留液体被挤出，阀芯和阀孔间的摩擦变成半干摩擦乃至干摩擦，因而使阀芯重新移动时所需的力增大了许多。滑阀的液压卡紧现象不仅在换向阀中有，其他的液压阀也普遍存在，在高压系统中更为突出，特别是滑阀的停留时间越长，液压卡紧力越大，以致造成移动滑阀的推力(如电磁铁推力)不能克服卡紧阻力，使滑阀不能复位。为了减小径向不平衡力，应严格控制阀芯和阀孔的制造精度，在装配时，尽可能使其成为顺锥形式，另一方面在阀芯上开环形均压槽，也可以大大减小径向不平衡力。上一页下一页返回7.2换向回路分析三、换向阀安装使用维修注意事项①应根据所需控制的流量选择合适的换向阀通径。如果阀的通径大于10mm，则应选用液动换向阀或电液动换向阀。使用时不能超过制造厂样本中所规定的额定压力以及流量极限，以免造成动作不良。②根据整个液压系统各种液压阀的连接安装方式协调一致的原则，选用合适的安装连接方式。③根自动化程度的要求和主机工作环境情况选用适当的换向阀操纵控制方式。如工业设备液压系统，由于工作场地固定，且有稳定电源供应，故通常要选用电磁换向阀或电液动换向阀;而野外工作的液压设备系统，主机经常需要更换工作场地且没有电力供应，故需考虑选用手动换向阀;再如在环境恶劣(如潮湿、高温、高压、有腐蚀气体等)下工作的液压设备系统，为了保证人身设备的安全，则可考虑选用气控液压换向阀。上一页下一页返回7.2换向回路分析④根据液压系统的工作要求，选用合适的滑阀机能与对中方式。⑤对电磁换向阀，要根据所用的电源、使用寿命、切换频率、安全特性等选用合适的电磁铁。⑥回油口的压力不能超过规定的允许值。⑦双电磁铁电磁阀的两个电磁铁不能同时通电，在设计液压设备的电控系统时应使两个电磁铁的动作互锁。⑧液动换向阀和电液动换向阀应根据系统的需要，选择合适的先导控制供油和排油方式，并根据主机与液压系统的工作性能要求决定所选择的阀是否带有阻尼调节器或行程调节装置等。上一页下一页返回7.2换向回路分析7.2.4项目思考

1.单向阀和液控单向阀在液压系统中有哪些应用?2.根据图2-3-14说明电液换向阀的组成特点、使用特点。如何调节其换向时间?3.将手动换向阀进行适当组合，集中布置，就成为多路换向阀。试