讲解经典液压控制元件

液压传动第五章液压控制元件液压控制元件第一节液压阀概述第二节方向控制阀第三节压力控制阀第四节流量控制阀第五节二通插装阀和叠加阀液压传动第五章液压控制元件液压传动第五章液压控制元件液压阀的基本结构和原理液压控制阀在液压系统中被用来控制液流的压力、流量和方向，保证执行元件按照要求进行工作。属控制元件。液压阀基本结构：包括阀芯、阀体和驱动阀芯在阀体内作相对运动的装置。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。液压阀基本工作原理：利用阀芯在阀体内作相对运动来控制阀口的通断或阀口开度的大小，实现对压力、流量和方向的控制。流经阀口的流量q与阀口前后压力差Δp和阀口过流面积A有关，但始终满足压力流量方程；mdpAcq)2(液压传动第五章液压控制元件液压阀的分类a)滑阀滑阀为间隙密封，阀芯与阀口存在一定的密封长度，因此滑阀运动存在一个死区。b)锥阀锥阀阀芯半锥角一般为12°～20°，阀口关闭时为线密封，密封性能好且动作灵敏。c)球阀性能与锥阀相同。1根据机构形式不同可分为：液压传动第五章液压控制元件a)压力控制阀用来控制和调节液压系统液流压力的阀类，如溢流阀、减压阀、顺序阀等。b)流量控制阀用来控制和调节液压系统液流流量的阀类，如节流阀、调速阀、分流集流阀、比例流量阀等。c)方向控制阀用来控制和改变液压系统液流方向的阀类，如单向阀、液控单向阀、换向阀等。2根据用途不同可分为：液压传动第五章液压控制元件3根据控制方式不同可分为：a)定值或开关控制阀被控制量为定值的阀类，包括普通控制阀、插装阀、叠加阀。b)比例控制阀被控制量与输入信号成比例连续变化的阀类，包括普通比例阀和带内反馈的电液比例阀。c)伺服控制阀被控制量与（输出与输入之间的）偏差信号成比例连续变化的阀类，包括机液伺服阀和电液伺服阀。d)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，可直接与计算机接口，不需要D/A转换器。液压传动第五章液压控制元件4根据安装连接形式不同可分为：a)管式连接阀体进出口由螺纹或法兰与油管连接。安装方便。b)板式连接阀体进出口通过连接板与油管连接。便于集成。c)插装式将阀芯、阀套组成的组件插入专门设计的阀块内实现不同功能。结构紧凑。d)叠加式是板式连接阀的一种发展形式。液压传动第五章液压控制元件液压阀的性能参数公称通径代表阀的通流能力的大小，对应于阀的额定流量。与阀的进出油口连接的油管应与阀的通径相一致。阀工作时的实际流量应小于或等于它的额定流量，最大不得大于额定流量的1.1倍。额定压力阀长期工作所允许的最高压力。对压力控制阀，实际最高压力有时还与阀的调压范围有关；对换向阀，实际最高压力还可能受它的功率极限的限制。液压传动第五章液压控制元件对液压阀的基本要求a)动作灵敏，使用可靠，工作时冲击和振动要小。b)阀口全开时，液流压力损失要小；阀口关闭时，密封性能要好。c)所控制的参数（压力或流量）要稳定，受外干扰时变化量要小。d)结构紧凑，安装、调试、维护方便，通用性要好。液压传动第五章液压控制元件4.1方向控制阀4.1.1单向阀作用：控制油液的单向流动（单向导通，反向截止）分类：普通单向阀、液控单向阀要求：正向流动阻力损失小，反向密封性好，动作灵敏功用：控制油液流动方向或通断分类：单向阀、换向阀液压传动第五章液压控制元件在系统中的主要作用:装在泵的出口，防止系统压力冲击影响泵。分隔油路以防止干扰，开启压力为：0.03-0.05MPa装在回油路提供背压，开启压力为：0.3-0.5MPa与其他的阀组成单向节流阀、单向减压阀、单向顺序阀等。1.普通单向阀演示液压传动第五章液压控制元件2.液控单向阀演示当控制油口不通压力油时，油液只能从p1→p2；当控制油口通压力油时，p2→p1的反向油液也可自由通过。根据控制活塞上腔的泄油方式不同分为内泄式和外泄式。注意：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。液压传动第五章液压控制元件4.1.2换向阀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。换向阀的分类按结构形式可分：滑阀式、转阀式、球阀式。按阀体连通的主油路数可分：两通、三通、四通…等。按阀芯在阀体内的工作位置可分：两位、三位、四位等。按操作阀芯运动的方式可分：手动、机动、电磁动、液动、电液动等。(a)手动式(b)机动式(c)电磁动(d)弹簧控制(e)液动(f)液压先导控制(g)电液控制液压传动第五章液压控制元件阀芯与阀体孔配合处为台肩，阀体孔内沟通油液的环形槽为沉割槽。阀体在沉割槽处有对外连接油口。当阀芯运动时，通过阀芯台肩开启或封闭阀体沉割槽，接通或关闭与沉割槽相通的油口。液压传动第五章液压控制元件位:阀芯相对于阀体的工作位置数通：阀体对外连接的主要油口数(不包括控制油口和泄漏油口）1.滑阀的位、通、中位机能中位机能：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液压传动第五章液压控制元件不同滑阀机能的滑阀，阀体是通用的，仅阀芯台肩的尺寸和形状不同。液压传动第五章液压控制元件2.手动换向阀阀芯运动是藉助于机械外力实现的。其中，手动换向阀又分为手动和脚踏两种；液压传动第五章液压控制元件3.电磁换向阀阀芯运动是藉助于电磁力和弹簧力的共同作用。电磁铁不得电，阀芯在右端弹簧的作用下，处于左极端位置（右位），油口p与A通，B不通；电磁铁得电产生一个电磁吸力，通过推杆推动阀芯右移，则阀左位工作，油口p与B通，A不通。电磁铁可以是直流、交流或交本整流的。液压传动第五章液压控制元件如果将两端电磁铁与弹簧对中机构组合，又可组成三位的电磁换向阀，电磁铁得电分别为左右位，不得电为中位（常位）。电磁吸力有限，电磁换向阀最大通流量小于100L/min。对液动力较大的大流量阀则应选用液动换向阀或电液换向阀。液压传动第五章液压控制元件电液换向阀是由电磁换向阀与液动换向阀组合而成，液动换向阀实现主油路的换向，称为主阀；电磁换向阀改变液动阀控制油路的方向，称为先导阀。控制油可以取自主油路的p口（内控），也可以另设独立油源（外控）。采用内控时，主油路必须保证最低控制压力（0.3～0.5MPa)；采用外控时，独立油源的流量不得小于主阀最大通流量的15％，以保证换向时间要求。电磁阀的回油可以单独引出（外排），也可以在阀体内与主阀回油口沟通，一起排回油箱（内排）。液压传动第五章液压控制元件4.换向阀的性能要求换向可靠性：换向信号发出后阀芯能灵敏地移到工作位置；换向信号撤除后阀芯能自动复位。同一通径的电磁阀，机能不同，可靠换向的压力流量范围不同，一般用工作极限曲线表示。压力损失：包括阀口压力损失和流道压力损失。换向阀的压力损失除与通流量有关，还与阀的机能、阀口流动方向有关，一般不超过1MPa。内泄漏量：滑阀式换向阀为环形间隙密封，工作压力越高，内泄漏越大。泄漏不仅带来功率损失，而且引起油液发热。因此阀芯与阀体要同心，并要有足够的封油长度。换向平稳性：就是要求换向时压力冲击要小。手动换向阀和电液换向阀可以控制换向时间来减小换向冲击。换向时间和换向频率：交流电磁铁的换向时间约为0.03~0.15s，直流电磁铁的换向时间约为0.1~0.3s；直流电磁铁换向频率为60~240次/min。液压传动第五章液压控制元件4.2压力控制阀压力控制阀是用来控制液压系统中油液压力或通过压力信号实现控制的阀类。它包括溢流阀、减压阀、顺序阀、压力继电器。压力控制阀的基本工作原理通过液压作用力与弹簧力进行比较来实现对油液压力的控制。调节弹簧的预压缩量即调节了阀芯的动作压力，该弹簧是压力控制阀的重要调节零件，称为调压弹簧。要掌握各种压力阀的结构原理及其应用。液压传动第五章液压控制元件4.2.1溢流阀结构原理直动型溢流阀由阀芯、阀体、弹簧、上盖、调节杆、调节螺母等零件组成。阀体上进油口旁接在泵的出口，出口接油箱。原始状态，阀芯在弹簧力的作用下处于最下端位置，进出油口隔断。进口油液经阀芯径向孔、轴向孔作用在阀芯底端面，当液压力等于或大于弹簧力时，阀芯上移，阀口开启，进口压力油经阀口溢回油箱。此时阀芯受力平衡，阀口溢流满足压力流量方程。1.直动式溢流阀液压传动第五章液压控制元件阀口刚开启时阀芯受力平衡方程pkπD2/4=K（xo+L）阀口开启后阀芯受力平衡方程pπD2/4=K（xo+L+x）+Fs阀口开启后溢流的压力流量方程q=CπDx（2p/ρ）1/2直动式溢流阀的工作原理要点对应调压弹簧一定的预压缩量xo。由于阀开口大小x和稳态液动力Fs的影响，阀的进口压力随流经阀口流量的增大而增大。当流量为额定流量时的阀的进口压力ps最大，ps称为阀的调定压力。弹簧腔的泄漏油经阀内泄油通道至阀的出口引回油箱，若阀的出口压力不为零，则背压将作用在阀芯上端，使阀的进口压力增大。对于高压大流量的压力阀，要求调压弹簧具有很大的弹簧力，这样不仅使阀的调节性能变差，结构上也难以实现。液压传动第五章液压控制元件2.先导式溢流阀341先导阀阀体2主阀阀体3主阀阀芯4先导阀阀芯符号图演示液压传动第五章液压控制元件先导式溢流阀的工作原理要点先导阀和主阀阀芯分别处于受力平衡，其阀口都满足压力流量方程。阀的进口压力由两次比较得到，压力值主要由先导阀调压弹簧的预压缩量确定，主阀弹簧起复位作用。通过先导阀的流量很小，是主阀额定流量的1％，因此其尺寸很小，即使是高压阀，其弹簧刚度也不大。这样一来阀的调节性能有很大改善。主阀芯开启是利用液流流经阻力孔形成的压力差。阻力孔一般为细长孔，孔径很小φ=0.8~1.2mm，孔长l=8~12mm，因此工作时易堵塞，一旦堵塞则导致主阀口常开无法调压。先导阀前腔有一控制口，用于卸荷和遥控。液压传动第五章液压控制元件先导式溢流阀遥控口接法先导阀前腔有一遥控口，在该控制口接远程调压阀可实现远程控制，接电磁阀通回油箱可实现卸载。远程调压阀实际上是一个独立的压力先导阀，旁接在先导型溢流阀遥控口起远程调压作用，其调定压力必须低于先导阀的调定压力。无论哪个起作用，泵的溢流量始终经主阀阀口回油箱。液压传动第五章液压控制元件溢流阀的功用溢流阀旁接在泵的出口，用来保证系统压力恒定，称为溢流阀。溢流阀旁接在泵的出口，用来限制系统压力的最大值，对系统起保护作用，称为安全阀。电磁溢流阀还可以在执行机构不工作时使泵卸载。液压传动第五章液压控制元件溢流阀的基本性能调压范围：在规定的范围内调节时，阀的输出压力能平稳的升降，无突跳或迟滞现象。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；又称为启闭特性。液压传动第五章液压控制元件减压阀是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，使同一系统有两个或多个不同压力。按调节要求不同，有定值减压阀，定差减压阀，定比减压阀。其中定值减压阀应用最广，又简称减压阀。4.2.2减压阀必须说明，减压阀出口压力还与出口负载有关，若负载压力低于调定压力时，出口压力由负载决定，此时减压阀不起减压作用。液压传动第五章液压控制元件定值减压阀的结构原理及符号减压阀由压力先导阀和主阀组成。出口压力油引至主阀芯上腔和先导阀前腔，当出口压力大于减压阀的调定压力时，先导阀开启，主阀芯上移，减压缝隙关小，减压阀才起减压作用且保证出口压力为定值。液压传动第五章液压控制元件减压阀和溢流阀比较：减压阀是出口压力控制，保证出口压力为定值；溢流阀是进口压力控制，保证进口压力为定值。减压阀阀口常开；溢流阀阀口常闭。减压阀有单独的泄油口；溢流阀弹簧腔的泄漏油经阀体內流道內泄至出口。液压传动第五章液压控制元件4.2.3顺序阀作用:控制液压系统中各执行元件的顺序动作。分类：依控制压力的不同分为内控式和外控式。前者用阀的进口压力控制阀芯的启闭，后者用外来的控制压力油控制阀芯的启闭(液控顺序阀)。液压传动第五章液压控制元件先导式顺序阀结构和工作原理液压传动第五章液压控制元件顺序阀图形符号先导式顺序阀