第八章 液压系统控制元件.ppt

1、第八章 液压系统控制元件（Control Components in Hydraulic Systems） 8.1概述（INTRODUCTION） 在任何液压传动系统中最重要的条件之一是控制。如果控制元件选择不正确，整个系统起不到所需要的作用。液压传动主要是通过称为液压阀的控制元件来实现控制的。控制元件的选择不仅涉及到它的类型而且还要考虑其尺寸大小，操纵技术和远控能力。控制元件有三种基本类型： 方向控制阀； 压力控制阀； 流量控制阀。,方向控制阀在回路内部确定流动路线。例如，它们确定液压缸或液压马达的工作方向。控制流动路线的元件主要有单向阀、梭形阀和二位、三位、四位换向阀。 压力控制阀防止系统

2、超载，它可能是由于流体需要压缩而逐渐形成的可能是由于阀开启或关闭所产生的突然冲击。逐渐形成的压力是由溢流阀、减压阀、顺序阀、卸荷阀和平衡阀来控制的。当然，压力反馈的油泵也能用于防止超载。压力冲击能瞬时产生比正常系统压力高四倍的压力。吸震器是用来消除压力冲击和衰减液压震动的液压装置。 此外，对液压回路的各管道中的流量也必须进行控制。例如，控制决定于流量的执行元件的速度。这类控制是通过使用流量控制阀来实现的。变量泵也能用来控制执行元件的速度除非系统包含每一个都必须以不同的速度工作的几个执行元件。在这种情况下就需要独立式,的流量控制阀。不平衡的流量控制阀用于不需精确的速度控制，此时由于经过流量控制阀

3、的压降而使流量发生变化。压力平衡流量控制阀自动调节压降的大小以保持恒定的流量。 了解各种控制元件的主要功能和工作原理是很重要的。这类知识对于功能完善的系统是需要的，而且导致改进指定用途的流体传动系统革新方法的发现。这是面对流体传动系统设计者最大的挑战之一。,8.2 方向控制阀（DIRECTIONAL CONTROL VALVES） 一、单向阀（CHECK VALVE） 功用：使液体只能单向通过。 性能要求：压力损失小，反向截止密封性好。 分类：普通单向阀，液控单向阀。 1.普通单向阀（CHECK VALVE） 结构：由阀体、阀芯和复位弹簧等组成。 工作原理：,职能符号： 性能参数： 开启压力：

4、0.0350.05MPa； 压力损失：p0.10.3MPa； 作背压阀时，其背压力为0.20.6MPa调节。 2.液控单向阀（PILOT-OPERATED CHECK VALVE） 结构：由阀体、阀芯、控制活塞、顶杆和复位弹簧等组成。 工作原理： 职能符号：,性能参数 控制压力：pk3040p，p主油路压力。 应用： 双向液压锁。,二、换向阀（DIRECTIONAL CONTROL VALVE） 功用：利用阀芯和阀体的相对运动来改变油液的方向，接通或关闭油路。 性能要求：压力损失小；断开时，泄漏小；阀芯换位时，操纵力小和换位平稳。 分类,1.滑阀 通过阀芯在阀体内轴向移动来实现油路启、闭和换向

5、的方向阀，由主体和操纵定位机构两部分组成。 主体部分 结构：由阀体和滑动阀 芯组成。 阀体 P进油口（压力油口、,与油泵连接）；A、B工作 油口（与执行元件连接）； T回油口（与油箱连接）。 根据进、出油口的数目 可分为二通、三通、四通、 五通等。 阀芯 带凸肩的圆柱体，按阀 芯的可变位置可分为二位、 三位和多位。 工作原理与职能符号： 换向阀都有两个或两个 以上的工作位置，其中有一 个常态位，即阀芯未受到操 纵它的外部作用时所处的位,置，这是阀的原始位置。绘制液压系统图时，油路一般应连接在换向阀的常态位上。 滑阀式换向阀主体部分的结构原理与职能符号,滑阀机能： 在常态位置（原始位置）上各油口

6、的连通方式就是这个阀的滑阀机能。由于滑阀机能主要是针对三位换向阀，而三位阀的常态位往往是其中间位置，因此也称为滑阀的中位滑阀机能。采用不同滑阀机能的换向阀，会影响到阀在常态位时执行元件的工作状态：如停止还是运动，前进还是后退，快速还是慢速，卸荷还是保压等等。,三位四通换向阀中位滑阀机能,操纵定位机构 手动换向阀 利用手动来推动 阀芯实 现换向。,机动（行程）换向阀 它利用行程挡块或凸 轮推动阀芯实现换向。 电磁换向阀 电磁换向阀是借助于电磁铁吸力推动 阀芯动作以实现液流通、断或改变流向的 阀类。电磁阀操纵方便，布置灵活，易于 实现动作转换的自动化，因此应用最为广 泛。按电磁铁所用电源不同可分为

7、交流电磁铁和直流电磁铁式；按电磁铁是否浸在油里又分为湿式和干式等。,二位二通电磁阀 三位四通电磁阀,液动换向阀 液动换向阀利用控制油路的压力油来推动阀芯实现换向，它适用于流量较大的阀。 电液动换向阀,2.多路换向阀 多路换向阀是将两个以上手动换向阀组合在一起的阀组，用以操纵多个执行元件的运动。为了适应多个执行元件运动的配合或互锁要求，这种阀比通常的四通阀增加两个油口，所以多路阀往往由若干个三位六通手动换向阀组合而成。 并联油路：多路换向阀内各单阀可以独立操作，如果同时操纵两个或两个以上的阀时， 负载轻的先动作，此时分配到各执行 元件的油液仅为泵流量的一部分。,串联油路：各单阀之间的进油路串联，

8、上游换向阀的工作回油为下游换向阀的进油。该油路可以实现两个或两个以上工作机构的同步动作，泵的出口压力等于各工作机构负载压力的总和。 串并联油路：各单阀之间的进油路串联，回油路并联，操纵上游阀时下游阀不能工作。但上游阀在微调范围内操纵时，下游阀尚能控制该路工作机构的动作。,3.转阀 转阀是靠转动阀芯来实现油路的启、闭和换向的方向控制阀。其结构与工作原理如图所示。,8.3 压力控制阀（PRESSURE CONTROL VALVES） 功用：控制液压系统的压力或利用压力变化作为信号来控制其它元件动作。 类型：溢流阀、减压阀、顺序阀和压力继电器等。 一、溢流阀（PRESSURE RELIEF VALV

9、E） 1.功用 定压溢流：当液压系统的压力达到或超过调定压力值时，阀口自动开启（或自动调整开口大小），以实现油液溢流，使压力保持恒定。 保护系统不过载：在液压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调定压力时溢流阀才打开，使系统压力不再增加。 2.类型：直动式和先导式。,3.结构与工作原理 直动式 结构：由调压螺帽、调压 弹簧、阀芯与阀体组成。 工作原理： 设：阀芯底部承压面积为 A，作用在阀芯上的液压力为pA，调压弹簧力为Fs，弹簧刚度为 k，弹簧 预压缩量 为x0，若 忽略阀芯 的自重和 摩擦力， 则阀芯的,力平衡方程为 （81） 当进口压力p较小，即pAFs时，阀芯在弹簧力作

10、用下处于最下端位置，阀口关闭，油液不能经溢流阀流回油箱。 当压力随外载增加而上升，推动阀芯上移，移动量为阀口搭接量h0时，阀口处于临界状态，此时弹簧压缩量为x0 +h0， 其油压 称为开 启压力 p0，其 值为：,（82） 当压力继续上升到pAFs时，阀口开启，多余的油液经阀开口（溢流口）h流回油箱。当溢流口的开度经过一个过渡过程后，便稳定在某一开度h，使作用在阀芯底部的液压力pA与此开度下的弹簧力Fs相平衡，进口压力p 便保持 在某一 定值， 即：,（83） 特点：若p较大，F也要大，调节困难，而且当溢流量变化时，所调节的压力p的变化就较大。仅用于低压。 先导式 结构：由主阀（主阀体、主 阀

11、芯、主弹簧）和先导阀（先导 阀体、锥阀芯、调压螺帽、调压 弹簧）组成。,工作原理： 设：主阀芯底部承压面积为 A，主弹簧力为Fs，主弹簧刚度为 k，主弹簧预压缩量为x0，锥阀阀 芯承压面积为A，调压弹簧力为 Fs 。 当p较小时， pAFs， 先导阀关闭，在主阀芯两端有： pA pA + Fs， （84） 主阀处于最下端位置，阀口关闭。 如果p增大， pAFs时， 先导阀打开，此时主阀两端有： pA(pp）A+ Fs 主阀芯上移，移动量为阀口搭接量h0时，阀口处于临界状态，此时主弹簧压缩量为x0+h0，其油压为开启压力,p0，即： p0A（p0p）A+k（x0+h0）（85） 当压力继续上升，

12、阀口开启，多余的油液经阀开口（溢流口）h流回油箱。当溢流口的开度经过一个过渡过程后，便稳定在某一开度h，主阀芯两端的作用力相平衡，进口压力p便保持在某一定值，即： pA（pp）A+k（x0+h0+h）（86） 先导式溢流阀的先导阀用来 控制压力；主阀用来控制溢流。 两者相配合，能使性能改善。 4.职能符号：,5.特性 流量压力特性 在压力油作用下溢流阀刚开 始溢流时的流量为开启流量Q0， 其压力为开启压力p0（一般在试 验时规定，当溢流量为其额定流 量的1时为开启流量，所对应 的压力为开启压力）。 其流量压力特性曲线如图所示。从图中可得出以下结论： 不同的开启压力p0对应着不同的曲线。 p0的

13、大小可用改变调压弹簧的预压缩量来得到； 当开启压力p0一定时，溢流压力随着溢流量的增加而增加。当溢流量达到阀的额定流量Qn时，阀芯升到最高位置，这时的进口压力pn称为溢流阀的调定压力或全,流压力。pn与p0之差称为调压偏 差，其大小反映了调压精度的高 低。开启压力与全流压力之比称 为开启比（即p0/pn），其值越大 ，调压偏差就越小，所控制的系 统压力就越稳定。先导式溢流阀 的压力稳定性好于直动式。如右 下图所示。 以上分析忽略了阀芯移动时 摩擦力的影响，由于阀芯从闭合 到开启时压力和闭合压力不等， 开启压力大于闭合压力。 开启时：FFs+Ff； 关闭时：FFsFf。 其启闭特性如图所示。,其

14、启闭特性如图所示。 调压范围 溢流阀的最小调节压力到额 定压力之间的调节范围称为调压 范围。 中压阀：0.56.3MPa； 高压阀：0.57MPa、3.5 14MPa、721MPa、1435MPa。 压力损失与卸荷压力 压力损失：调压手柄全松状态下通过额定流量时的进出口压力之差。中低压阀0.5MPa。 卸荷压力：先导式溢流阀的远控口（卸荷口）接通油箱时，通过额定流量下该阀的进出口压力之差。中压阀为0.150.4MPa。,二、减压阀（PRESSURE REDUCING VALVE） 1.功用：降低液压系统某一支油路的压力，以便得到比系统供油压力较低的稳定压力（出口压力低于进口压力）。 2.类型：

15、定值减压阀、定差减压阀。 3.结构与工作原理 结构：由主阀（主阀体、主阀芯、主弹簧）和先导阀（先导阀体、锥阀芯、调压螺帽、 调压弹簧）组成。 工作原理： 设：主阀芯底 部承压面积为A， 主弹簧力为Fs， 主弹簧刚度为k，,主弹簧预压缩量为x0，锥阀阀芯承压 面积为A，调压弹簧力为Fs 。 当负载较小时， p2AFs， 先导阀关闭，在主阀芯两端有： p2Ap2A + Fs， （87） 主阀处于最下端位置，阀口全开。 当负载增大，p2AFs时， 先导阀打开，此时主阀两端有： p2A(p2p）A+ Fs 主阀芯上移，阀口减小，油液流经阀口h时的压力损失p增大，出口压力p2降低，直至达到新的平衡，阀口

16、h则保持一定开度，这时主阀芯的力平衡方程式为： p2A（p2p）A+ Fs （88） 4.职能符号：,三、顺序阀（SEQUENCE VALVE） 1.功用：控制液压系统中各执行元件的先后顺序动作。 2.类型：直控顺序阀（直动式和先导式）、液控顺序阀。 3.结构与工作原理 直控顺序阀：与溢流 阀相似。 液控顺序阀：,单向顺序阀（平衡阀）：,四、压力继电器（PRESSURE SENSING SWITCH） 1.功用：将油液压力信号转换为电信号用来控制系统中的电气元件。 2.结构与工作原理：,8.4 流量控制阀（FLOW CONTROL VALVES） 功用：调节液压系统中流量的大小，以调节执行元件的运动速度。 类型：节流阀、调速阀等。 要求：流量调节范围大；前后压差变化时，通过的流量变化要小；温度变化时流量变化要小；不易堵塞等。 一、节流阀 1.结构与工作原理 结构： 工作原理： 职能符号： 2.流量特性： 节流口的