液压控制元件

§4.1概述液压控制元件用来控制液流的流动方向、压力大小以及流量大小，以满足负载的工作要求。液压控制阀的分类见表4-1分类方法种类详细分类按用途分压力控制阀溢流、减压、顺序、比例压力控制阀、压力继电器流量控制阀节流阀、调速阀、分流阀、比例流量控制阀方向控制阀单向阀、液控单向阀、换向阀、比例方向控制阀按操纵方式分人力操纵阀手把及手轮、踏板、杠杆机械操纵阀挡块、弹簧、液压、气动电动操纵阀电磁铁控制、电—液联合控制按连接方式分管式连接螺纹式连接、法兰式连接板式及叠加连接单（双）层连接板式、集成块连接、叠加阀插装式连接螺纹式插装、法兰式插装液压传动系统对液压控制阀的基本要求：（1）动作灵敏、使用可靠，工作时冲击和振动要小，寿命长。（2）油液通过液压阀时压力损失要小，密封性好，内泄漏小，无外泄。（3）结构简单紧凑、安装、维护、调整方便、通用性好。§4.2方向控制阀作用：通、断油路或改变油液流动方向。种类：单向阀、换向阀。一、单向阀作用：控制油液的只能单向流动。主要性能要求：正向流动阻力损失小，反向时密封性能好动作灵敏。•单向阀普通单向阀单向阀中弹簧的作用：克服阀芯的摩擦力、惯性力，使单向阀工作灵敏可靠，其刚度一般选得较小，以免油液流动时产生较大的压力降。若换成刚度较大的弹簧，可将其置于回油路中作背压阀使用。液控单向阀•液控单向阀：除普通单向阀外，还有液控单向阀。如图4-2a。普通单向阀相同，油液只能从p1→p2。控制口K通压力油（压力最小为主回路的30~50%）时，油液就能从p2→p1（反向也导通）。液控单向阀二、换向阀（一）换向阀的工作原理利用阀芯对阀体的相对运动，使油路接通、关断或变换油流的方向，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。换向阀的主要性能要求：（1）油液流经换向阀时压力损失要小；（2）互不相通的油液间的泄漏要小；（3）换向要平稳，迅速且可靠。•换向阀的种类很多，其分类方式也很多：（1）按阀芯与阀体的运动方式分：滑阀和转阀；（2）按操作方式分：手动、机动、电磁动、液动和电液动等；（3）按阀芯工作时于阀体的位置分：二位和三位等；（4）按换向阀所控制的通路数分：二通、三通、四通和五通等。图4-3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→A口输向液压缸左腔。液压缸右腔的油经B口流向油箱，液压缸活塞向右运动；反之，若阀芯向右移动某一距离时，液流反向，活塞向左运动。方向控制回路PTABABPT溢流阀液压泵方向控制回路PTABABPT溢流阀液压泵方向控制回路ABPT溢流阀液压泵PTAB换向阀：滑阀式换向阀ABPT溢流阀液压泵PTAB换向阀：滑阀式换向阀ABPTPTAB换向阀ABPTPTAB•常用的二位和三位换向阀的位和通路符号：•常用的二位和三位换向阀的位和通路符号：(续)（二）换向阀的结构广泛采用滑阀式换向阀。1、手动换向阀利用手动杠杆来改变阀芯位置实现换向，如图4-7。b为自动复位式；a为另一形式，可在三个位置定位。阀芯相对阀体的运动需外力操纵实现。常用的操纵方式有：手动、机动（行程）、电磁动、液动和电液动，符号如图。2、机动换向阀（图4-8）机动换向阀又称行程阀，用来控制机械运动部件的行程。工作原理：安装在工作台上的挡铁或凸轮迫使阀芯移动，从而控制油液的流动方向。它通常为二位的，有2、3、4、5通等。其中二位二通又分为常开和常闭两种。图4-8a为常闭机动换向阀。3、电磁换向阀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。•按使用电源分：“交流”和“直流”；•按衔铁工作腔是否有油液分：“干式”和“湿式”。4、液动换向阀（类似于液控单向阀）利用控制油路的压力油（两腔油液的压力差）来改变阀芯位置。如图4-11的三位四通液动阀，通过K1，K2接不同的控制油路来实现阀芯的移动。5、电液换向阀当阀的流量较大时，通常将电磁阀和液动阀组合得到电液换向阀。电磁阀起先导作用，改变控制液流的方向，从而改变液动滑阀阀芯的位置。工作原理：先导阀（电磁阀）左（右）移，使主回路油液经P口进入右（左）腔，通过节流阀、单向阀流向液动阀的右（左）腔，推动液动阀阀芯左（右）移，达到换向目的。（三）换向阀的性能和特点1、中位机能中位机能:对各种三位的换向滑阀，阀芯在中间位置时各油口的连通情况称换向阀的中位机能。不同的中位机能，有不同用途。在分析和选择中位机能时，通常考虑以下：（1）系统保压当P口（进油口）被堵塞时，系统保压，液压泵能用于多缸系统（如：O型）；当P口（进油口）不太通畅地与T口（进油箱）相通时（如：X型），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口相通时，系统卸荷（如：M型）。（3）换向平稳性和精度当通液压缸的A、B两口都堵塞时，换向时易产生液压冲击，换向不平稳，但换向精度高；（如：O型）反之，A、B两口都通T口时，换向时工作部件不易制动，换向精度低，但液压冲击小。（如：Y型）（4）启动平稳性中位时，液压缸某腔通油箱时，启动时，该腔内无足够油液起缓冲作用，则启动不平稳。（如：Y、J型）（5）液压缸“浮动”和在任意位置上的停止阀在中位时，当A、B两油口互通时，卧式液压缸呈“浮动”状态，可利用其它机构移动工作台，调整其位置。（如：U型）2、滑阀的液压卡紧现象一般情况下，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须克服粘性摩擦力，数值是相当小的。但在实际应用中，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，使阀芯重新移动十分费力，这就是所谓的液压卡紧现象。•产生液压卡紧的原因：赃物进入缝隙；缝隙过小，油温升高使阀芯膨胀。•最主要原因：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。§4.3压力控制阀在液压系统中，控制油液压力高低的液压阀称压力控制阀（简称压力阀）。•共同点：利用阀芯上的液压力和弹簧力相互平衡原理。•种类：（1）恒定系统压力的溢流阀、减压阀；（2）限制系统压力的安全阀等。一、溢流阀的基本结构及其工作原理溢流阀的作用：对液压系统（1）定压（2）安全保压（此时称安全阀）。几乎在所有的液压系统中都用到它，其性能的好坏对整个液压系统的正常工作有很大的作用。（一）溢流阀的作用和性能要求1、溢流阀的作用作用一：维持定压常用于节流调速系统中，和流量控制阀配合使用，调节进入系统的流量，并保持系统的压力基本恒定。图4-16a）中，定量泵流量大于液压缸所需流量时（因节流阀调节造成），油压升高，多余的油液经溢流阀流到油箱。作用二：过载保护（此时称溢流阀为安全阀）图4-16b）为变量泵调速系统。正常工作时，安全阀2关闭，不溢流，当系统发生故障压力升高达到安全阀调整值时，阀口才打开，使变量泵排出的油液经阀2流回油箱，保证系统安全。2、液压系统对溢流阀的性能要求（1）定压精度高当流过溢流阀的流量发生变化时，系统中的压力变化要小，即静态压力超调要小。（2）灵敏度要高如灵敏度不高，定量泵输出的油液将不能及时排出而使系统压力突然升高，并超过溢流阀的调定压力，称为动态压力超调，使系统中各元件及辅助件受力增加，影响寿命。灵敏度越高，动态压力超调要越小。（3）工作要平稳且无振动和噪声。（4）当阀关闭时密封要好，泄漏要小。•对于经常开启的溢流阀，主要要求前三项性能；•对于安全阀，主要要求第2和第4两项性能。•溢流阀和安全阀结构相同，但使用要求不同，作用不同。（二）溢流阀的结构和工作原理1、直动式溢流阀（常断）依靠系统中的压力油直接作用在阀芯上与弹簧力等相平衡，以控制阀芯的启闭动作。P为进油口，T为出油口，进口压力油经过阀芯中间的阻尼孔a作用在阀芯的底部端面上，p较小时，P、T断开。p较大时，作用在阀芯下端的液压力大于弹簧的压紧力Fs，阀芯上升，阀口打开，多余油液排到油箱。阻尼孔a作用：使阀芯动作产生阻尼，提高阀的工作平衡性。螺帽作用：改变弹簧的压紧力，调整溢流阀进口处的油液压力p。当溢流阀稳定工作时，作用阀芯上的油压力p、弹簧压紧力Fs、稳态轴向液动力Fbs、阀芯的自重G和摩擦力Ff是平衡的，即：RsAFpfbssRFGFFpA（4-1）式中：p—进油口压力；AR—阀芯承受油液压力的面积。若忽略液动力、阀芯的自重和摩擦力，则（4-2）由上式知，溢流阀是利用被控制压力作为信号来改变弹簧的压缩量，从而改变阀口的通流面积和系统的溢流量来达到定压目的的。当系统压力升高时，阀芯上升，阀口通流面积增加，溢流量增大，使系统压力下降。2、先导式溢流阀（可远控）图4-19为先导式溢流阀示意图。进油口P进入的压力油，经阻尼孔3，流向先导阀4。若进油压力较小时，顶不开先导阀弹簧5，则无溢流（P、T断开）。（K为远程控口，可接到另一个远程调压阀）阻尼孔3作用：使主阀芯上下腔形成压力差，使阀芯能上下运动。阻尼孔能否加大或不开？先导式溢流阀装配动画若进油口压力p较大，则顶开弹簧5，压力油→阻尼孔导阀→主阀芯孔→油箱。由于阻尼孔的作用，主阀芯上端p2下端p1，当此压力差作用在AR面积的主阀芯上的液压力大于或等于主阀弹簧力Fs、稳态轴向液动力Fbs、阀芯的自重G和摩擦力Ff时，主阀芯开启，从P→T流到油箱，实现溢流。即有：RfbssAFGFFppp21先导式溢流阀有一远程控制口K，如果将K口用接到另一远程调压阀，当调节远程调压阀的弹簧力，可立即调节溢流阀主阀芯上端的液压力，从而对溢流阀的溢流压力实现远程调压。由于主阀弹簧较软，溢流阀P口处压力很低，系统的油液在低压下通过溢流阀流回油箱，实现卸荷。(三)溢流阀的性能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，系统压力能平稳地上升或下降，且压力无突跳及迟滞现象时的最大和最小调定压力。（2）卸荷压力当溢流阀的远程控制K与油箱相连时，额定流量下的压力损失称为卸荷压力。（3）启闭特性—在稳态情况下从开启到闭合过程中，被控压力与溢流量之间的关系曲线（如图4-20）。它是衡量定压精度的一个重要指标，即开启比和闭合比。分别是在额定流量、调定压力时，开始溢流的开启压力、停止溢流的闭合压力与调定压力的比值（比值越大，启闭特性越好）。图4-20溢流阀启闭曲线图4-21进口压力响应曲线（t1为响应时间，t2过渡时间）kpBp式中：ps——调定压力；pk——开启压力；pB——闭合压力。%100skkppp%100sBBppp2、动态性能（图4-21）当溢流阀在溢流量发生由零至额定流量的阶跃变化时，它的进口压力（它所控制的系统压力），如图所示那样迅速升高并超过额定压力的调定值，然后逐步衰减到最终稳定压力，从而完成其动态过渡过程。定义最高瞬时压力峰值与额定压力调定值ps的差值为压力超调量∆p。则压力超调率为：%100sppp%30~%10p◎◎压力超调率是衡量溢流阀动态定压误差的一个性能指标，性能良好的溢流阀的压力超调率应：二、减压阀减压阀是使出口压力（二次压力）低于进口压力（一次压力）的一种压力控制阀。作用：降低系统某一回路的压力，使同一油源供给几个压力输出。分类：根据减压阀控制压力不同有三类，定值输出减压阀、定差减压阀、定比减压阀。（一）定值输出减压阀（常通）1、工作原理P1、P2各为进、出油口。阀不工作时，阀芯在弹簧作用下处于最下端，进出油口相通，阀常通。若出口压力加大，则阀芯上移，关小阀口。当液压力与弹簧力平衡时，压力基本维持在一调定值。若出口压力减小，阀芯就下移，开大阀口，阀口处阻力减小，压降减小，使出口压力回升到调定值。图4-22(a)直动式减压阀先导式减压阀原理同先导式溢流阀。将先导式减压阀与先导式溢流阀进行比较，其不同点为：（1）减压阀保持出口压力基本不变，而溢流阀保持进口压力基本不变；（2）不工作时，减压阀进、出口互通，而溢流阀则不通；（3）为保证减压阀的出口压力调定值恒定，导阀弹簧腔需通过泄油口单独外接油箱；而溢流阀直接通油箱，导阀的弹簧腔和泄漏油可通过阀体上的通道和出油口相通，不必单独外接油箱。图4-22(