液压与气动传动(课件PPT) 第五章 液压控制阀

液压与气压传动福州大学机械工程及自动化学院第5章液压控制阀第5章液压控制阀2章节目录5.1液压阀概述5.2方向控制阀5.3压力控制阀5.4流量控制阀5.5叠加阀和插装阀5.6电液伺服阀5.7电液比例阀5.8电液数字阀第5章液压控制阀35.1液压阀概述5.1.1液压阀的基本共同点液压控制阀的种类繁多，但他们在液压系统的作用主要有三个方面：控制液压油的压力(压力控制阀)、流量（流量控制阀）和流动方向（方向控制阀），保证执行元件按照负载的需求进行工作。尽管液压阀的种类繁多，且各种阀的功能和结构形式也有较大的差异，但都具有基本共同点：1.在结构上，所有液压阀均由阀体、阀芯（锥阀，滑阀或球阀）和驱动阀芯动作的元、部件组成。其中阀芯的结构如图5－1所示。第5章液压控制阀4图5-1阀的结构型式2.在工作原理上，所有液压阀的开口大小、进出口间的压差以及通过阀的流量之间的关系都符合孔口流量公式，只是各种阀控制的参数各不相同而已。第5章液压控制阀5表5-1液压控制阀的分类第5章液压控制阀65.1.3对液压阀的基本要求1.动作灵敏、使用可靠、工作时冲击和振动要小。2.阀口全开时，液流压力损失小；阀口关闭时，密封性能好。3.所控制的参量（压力或流量）稳定，受外干扰时变化量要小。4.结构紧凑，安装、调试、维护方便，通用性好。5.1.2液压阀的分类液压阀可按不同的特征进行分类，如表5-1所示。第5章液压控制阀75.2方向控制阀方向控制阀主要有单向阀和换向阀两类。5.2.1单向阀常用的单向阀有：普通单向阀和液控单向阀两种。1.普通单向阀（单向阀）普通单向阀的作用是只允许液流沿一个方向通过，不能反向流动。普通单向阀如图5-2所示。第5章液压控制阀8图5-2普通单向阀第5章液压控制阀92.液控单向阀1p2pcp液控单向阀除进出油口、外，还有一个控制油口（如下图5-3）。第5章液压控制阀10普通单向阀（正向）内泄式液控单向阀（控制油口不通压力油时）外泄式液控单向阀需要指出的是，控制压力油油口不工作时，应使其通回油箱，否则控制活塞难以复位，单向阀反向不能截止液流。第5章液压控制阀115.2.2换向阀1）功能：换向阀是利用阀芯在阀体中作相对运动，使油路接通、切断或改变流动方向，从而使执行元件启动、停止或变换运动方向。2）分类：（1）按结构类型可分为滑阀式、转阀式和球阀式。（2）按阀体连通的主油路数可分为二通、三通、四通等。（3）按阀芯在阀体内的工作位置可分为二位、三位，四位等。（4）按操作阀芯运动的方式可分为手动、机动、电磁动、液动和电液动等。第5章液压控制阀123．滑阀或换向阀的结构不同的通数和位数构成了不同类型的换向阀，所谓二位阀、三位阀是指换向阀的阀芯有两个或三个不同的工作位置；二通阀、三通阀、四通阀是指其阀体上有两个、三个、四个各不相通且与系统中不同油管连接的油路接口。换向阀的功能主要就是由其控制的通路数和工作位置所决定。换向阀都有两个或两个以上的工作位置，其中一个是常位，即阀芯未受外部操纵时所处的位置，绘制液压系统图时，油路一般应连接在常位上。4．滑阀式换向阀的操纵方式滑阀式换向阀的操纵方式包括：手动(机动)、电磁动、液动和电液联合驱动等，见图5-4、5-5、5-6。第5章液压控制阀13图5-4三位四通手动换向阀第5章液压控制阀14图5-5二位二通电磁换向阀（电磁铁得电时）第5章液压控制阀15图5-6三位四通电液换向阀(电磁铁不得电时）(电磁铁得电时）第5章液压控制阀16Graphicssymbol（图形符号）Simplifiedgraphics（简化图形）第5章液压控制阀175.滑阀的中位机能三位阀有三个工作位置，根据需要，执行元件可在左位或右位工作。三位换向阀的阀芯在中间位置时，各通口间有不同的连通方式，可满足不同的使用要求，这种连通方式称为换向阀的中位机能。不同的中位机能是在阀体的尺寸不变的情况下，通过改变阀芯的形状和尺寸得到的。常见的中位机能、符号及其特点如表5-3所列。第5章液压控制阀18表5-3三位四通滑阀的中位机能第5章液压控制阀19表5-3三位四通滑阀的中位机能(续）第5章液压控制阀205.3压力控制阀5.3.1溢流阀普通的压力控制阀包括溢流阀、减压阀、顺序阀和压力继电器，它们用来控制液压系统中的油液压力或通过压力信号实现控制。溢流阀按结构型式分：（1）直动型；（2）先导型。它旁接在液压泵的出口保证系统压力恒定或限制其最高压力，有时也旁接在执行元件的进口，对执行元件起安全保护作用。第5章液压控制阀211.结构及工作原理（1）直动型图5-7直动型溢流阀第5章液压控制阀22直动型溢流阀的结构及其图形符号如图5-7所示。压力油从进口P进入阀后，经孔和阻尼孔后作用在阀芯4的底面上。若弹簧刚度为K，预压缩量为，阀芯直径为D，阀口刚开启时的进口压力为，通过额定流量时的进口压力为，作用在阀芯上的稳态液动力为，则得：（a）阀口刚开启时的阀芯受力平衡关系式2k0DpK(xl)4（b）阀口开启溢流时阀芯受力平衡关系式20SDpK(xlx)F4（5-1）（5-2）0xkpspsqsF第5章液压控制阀23注意两点：（a）调节弹簧的预压缩量x0，可以改变阀口的开启压力pk，进而调节控制阀的进口压力p，此处弹簧称之为调压弹簧。（c）阀口开启溢流的压力流量方程d2qCDxp（5-3）联立求解式（5-7）和（5-8）可求得不同流量下的进口压力。第5章液压控制阀24（b）直动型溢流阀因液压力直接与弹簧力相平衡而工作的，若压力较高、流量较大，则要求调压弹簧具有很大的弹簧力，这不仅使调节性能变差，而且结构上也难以实现。所以滑阀式直动型溢流阀一般只用于低压小流量处。(2)先导型若系统压力和流量较大时，通常使用先导型溢流阀。其常见的结构如图5-8所示，它们由先导阀和主阀两部分组成。这种阀的工作原理是利用主阀上下两端油液压力差来使主阀阀芯移动的。第5章液压控制阀25图5-8先导溢流阀第5章液压控制阀26先导型溢流阀的静特性可用下列五个方程描述：pDyCyyKAppA2sin)(10111（a）主阀阀芯受力平衡方程（b）主阀阀口压力流量方程（c）先导阀阀芯受力平衡方程pDyCq21)(402211xxKdpApx（5-4）（5-5）（5-6）第5章液压控制阀27（d）先导阀阀口压力流量方程122sinpdxCqx（5-7）（e）流经阻尼孔的压力流量方程)(12814pplqqxl（5-8）第5章液压控制阀283.溢流阀的基本性能主要有：（1）调压范围在规定的范围内调节时，阀的输出压力能平稳地升降，无压力突跳或迟滞现象。（2）压力流量特性溢流阀的进口压力随流量变化而波动的性能称为压力流量特性或启闭特性，如图5-9所示。（3）压力超调量压力峰值与额定压力之差称为压力超调量，一般限制超调量不得大于额定值的30%。图5-10为溢流阀由零压、零流量过渡为额定压力、额定流量的动态过程曲线。第5章液压控制阀29图5-9溢流阀的压力流量特性曲线第5章液压控制阀30图5-10溢流阀的动态过程曲线第5章液压控制阀315.3.2减压阀减压阀是一种利用液流流过缝隙产生压力损失，使其出口压力低于进口压力的压力控制阀。按调节要求不同有：（1）用于保证出口压力为定值的定值减压阀；（2）用于保证进出口压力差不变的定差减压阀；（3）用于保证进出口压力成比例的定比减压阀。其中定值减压阀应用最广，又简称为减压阀。第5章液压控制阀321.减压阀结构及工作原理图5-11先导型减压阀第5章液压控制阀332.减压阀功用和特点比较减压阀与溢流阀的工作原理和结构，可以将二者的差别归纳为以下三点：（l）减压阀保持出口压力为定值；而溢流阀则保持进口压力恒定。（2）阀不工作时，减压阀进出油口相通；而溢流阀则进出油口不通。（3）减压阀进出油口都有压力，先导阀弹簧腔的泄漏油需单独引回油箱；而溢流阀的出口直接接回油箱，因此先导阀弹簧腔的泄漏油经阀体内流道内泄至出口。第5章液压控制阀345.3.3顺序阀1.顺序阀功能2.工作原理顺序阀是一种利用压力控制阀口通断的压力阀，因用于控制多个执行元件的动作顺序而得名。图5-12为直动式顺序阀的工作原理。第5章液压控制阀35图5-12直动型顺序阀第5章液压控制阀363.顺序阀的控制形式：依控制压力的不同，顺序阀可分为内控和外控式两种。见图5-14。图5-14顺序阀的四种控制形式第5章液压控制阀374.特点其中内控内泄用在系统中作平衡阀或背压阀；外控内泄用作卸载阀；外控外泄相当于一个液控二位二通阀。将其特点归纳如下：内控外泄顺序阀与溢流阀的相同之点是：阀口常闭，由进口压力控制阀口的开启。区别是内控外泄顺序阀调整压力油去工作，当因负载建立的出口压力高于阀的调定压力时，阀的进口压力等于出口压力，作用在阀芯上的液压力大于弹簧力和液动力，阀口全开；当负载所建立的出口压力低于阀的调定压力时，阀的进口压力等于调定压力，作用在阀芯上的液压力、弹簧力、液动力平衡，阀的开口一定，满足压力流量方程。第5章液压控制阀385.3.4压力继电器1.功能2.结构特点压力继电器是一种将液压系统的压力信号转换为电信号输出的元件。其作用是，根据液压系统压力的变化，通过压力继电器内的微动开关，自动接通或断开电气线路，实现执行元件的顺序控制或安全保护。压力继电器按结构特点可分为柱塞式、弹簧管式和膜片式等。图5-15为单触点柱塞式压力继电器。第5章液压控制阀39图5-15单触点柱塞式压力继电器第5章液压控制阀405.4流量控制阀5.4.1流量控制原理mLpAKq流量控制阀是通过改变阀口大小，改变液阻实现流量调节的阀。普通流量控制阀包括节流阀、调速阀、溢流节流阀和分流集流阀。(5-9)由流体力学知识知，流经孔口及缝隙的流量与其前后压力差和孔口、缝隙面积有关。它可以用通用节流方程表示常用的节流口结构形式如图5-16所示。第5章液压控制阀41图5-16几种节流口的结构型式第5章液压控制阀425.4.2节流阀1.结构与原理图5-17节流阀节流阀是一个最简单又最基本的流量控制阀，其实质相当于一个可变节流口，即一种借助于控制机构使阀芯相对于阀体孔运动改变阀口过流面积的阀。常用在定量泵节流调速回路实现调速。第5章液压控制阀432.流量特性与刚性AmKpqpTLm1(5-10)刚性T越大，节流阀的性能越好。因薄壁孔型的m＝0.5，故多作节流阀的阀口。另外，Δp大有利于提高节流阀的刚性，但Δp过大，不仅造成压力损失的增大，而且可能导致阀口因面积大小而堵塞，因此一般取Δp＝（0.15～0.4）MPa。一般定义节流阀开口面积A一定时，节流阀前后压力差的变化量与流经阀的流量变化量之比为节流阀的刚性T，即：p第5章液压控制阀445.4.3调速阀通过节流阀阀口的流量因阀口前后压力差变化而变化，刚性差，因此仅适用于执行元件工作负载变化不大且对速度稳定性要求不高的场合。为解决负载变化大的执行元件的速度稳定性问题，应采取措施保证负载变化时，使节流阀前后的压力差常量。这就是调速阀和溢流节流阀的基本原理。p1.调速阀图5-18为调速阀的工作原理图，它是在节流阀前面串联一个定差减压阀组合而成。3.应用节流阀在液压系统中，主要与定量泵、溢流阀组成节流调速系统。调节节流阀的开口，便可以实现调速。第5章液压控制阀45图5-18调速阀的工作原理第5章液压控制阀46调速阀工作时的静态方程为：)(22111ppdxCqd)(2)(3222ppyACqdqqq21stFFApAp32（5-11）（5-12）（5-13）（5-14）第5章液压控制阀47图5-19旁通型调速阀2.溢流节流阀（旁通型调速阀）溢流节流阀也是一种压力补偿型节流阀，图5-19为其工作原理图。第5章液压控制阀485.5插装阀和叠加阀5.5.1叠加阀叠加阀是以板式阀为基础，将各种液压阀的上下面都做成像板式阀底面那样的连接面，做成叠装式结构称为叠加阀，如图5-20a所示。单个叠加阀的工作原理与普通阀完全相同