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1第四章控制元件液压传动Chapter4控制元件本章主要内容：4.1阀的概述4.2阀心的结构和性能4.3常用液压控制阀4.5其它阀简介2第四章控制元件液压传动目的任务:重点难点:了解液压传动中各种控制元件的功用、工作原理、结构形式和性能特点；掌握主要控制元件的控制机制及其特性分析方法。换向阀的位、通、滑阀机能的概念；先导式溢流阀的结构、工作原理、特性；减压阀、溢流阀的区别；调速阀的结构、工作原理、特性；各种控制阀符号的含义。4第四章控制元件液压传动Part4.3常用液压控制阀常用的液压控制阀分为三大类方向控制阀、压力控制阀和流量控制阀。１）常见的方向控制阀分为单向阀和换向阀。２）常见的压力控制阀按功用可分为溢流阀、减压阀、顺序阀、压力继电器。３）常用的流量控制阀有节流阀、调速阀、旁通式调速阀（溢流节流阀）等。5第四章控制元件液压传动Part4.3.2压力控制阀表4-10压力控制阀的分类常用的压力控制阀的类型如表4-10所示。•溢流阀•减压阀•顺序阀•平衡阀•压力继电器61.溢流阀1）直动式溢流阀•滑阀型•锥阀型•球阀型2）先导式溢流阀7第四章控制元件液压传动1.溢流阀溢流阀是通过阀口的溢流，使被控制系统或回路的压力维持恒定，实现稳压、调压或限压作用。工作原理和结构形式功用和要求图4-22直动式滑阀型溢流阀1－调节螺母2－弹簧3－上盖4－阀心5－阀体（1）直动式溢流阀图4-22所示为直动式滑阀型溢流阀的结构及其图形符号。压力油从进口P进入阀后，经孔f和阻尼孔g后作用在阀心4的底面c上。当进口压力较低时，阀心在弹簧2预调力作用下处于最下端，由底端螺母限位。由阀心与阀体5构成的节流口有重叠量l将P与T口隔断，阀处于关闭状态。当进口P处压力升高至作用在阀心底面上液压力大于弹簧预调力时，阀心开始向上运动。当阀心上移重叠量l时，阀口处于开启的临界状态。若压力继续升高至阀口打开，油液从P口经T口溢流回油箱。此时，由于溢流阀的作用，在流量变化时，进口压力能基本保持恒定。图4-22中L为泄漏油口。图示回油口T与泄漏油流经的弹簧腔相通，L口堵塞，称为内泄。内泄时回油口T的背压将作用在阀心上端面，这时与弹簧力相平衡的将是进出油口压差。若将泄漏油腔与T口的连接通道e堵塞，将L口打开，直接将泄漏油引回油箱，这种连接方式称外泄。8第四章控制元件液压传动直动式滑阀型溢流阀当压力较高、流量较大时，要求调压弹簧有很大的力，这不仅使调节性能变差，弹簧设计和结构上也难以实现而且阀口虽有重叠量，滑阀仍存在泄漏因而难以实现很高的压力控制，因而这种阀一般用于低压小流量场合，目前已较少应用。直动式溢流阀10先导式溢流阀结构由先导阀和主阀组成。先导阀实际上是一个小流量直动型溢流阀，其阀芯为锥阀。主阀芯上有一阻尼孔，且上腔作用面积略大于下腔作用面积，其弹簧只在阀口关闭时起复位作用。图形符号11第四章控制元件液压传动（2）先导式溢流阀先导式溢流阀按其主阀心不同有三种典型结构形式，即一级、二级和三级同心式。二级同心式先导溢流阀如图4-24所示，主阀心1上部受压面积略大于下部，当阀P口压力较低先导阀心4未开启时，作用在主阀心上液压力合力方向与弹簧3作用力相同，使阀关闭。图4-24二级同心式先导溢流阀1—主阀心2—阻尼孔3—主阀弹簧4—先导阀心5—先导阀弹簧6—调压手轮7—螺堵阀有两个阻尼孔2和8，一个在主阀心上，另一个在先导阀座上。当阀P口的压力增加时，使阻尼孔2，流道a、动态阻尼孔8及先导阀心前容腔的压力相应增加，而能克服先导阀弹簧预调力使先导阀开启，就有液流从P口经阻尼孔2、流道a、阻尼孔8、开启的先导阀和通道b流到T口。此流量将在阻尼孔2两端产生压差。压差作用在主阀心上下面积上的合力正好与主阀弹簧力平衡时，主阀心处于开启的临界状态。当P口的压力再稍稍增加，而使流经阻尼孔的流量再稍稍增大，阻尼孔2两端压力之差克服主阀弹簧力使主阀打开，这时从P口输入流量将分成两部分，少量流量经先导阀后流向出油口T，大部分则经主阀节流口流向T口。经主阀节流口的流量便在进油口P建立压力。因流经先导阀的流量极小，所以主阀心上腔的压力基本上和由先导阀弹簧预调力所确定的先导阀心前容腔压力相等，而主阀上阻尼孔2两端用以打开主阀心的压差，仅须克服主阀弹簧的作用力、主阀心重力及液动力等，也并不很大，所以可以认为溢流阀进口处压力基本上也由先导阀弹簧预调力所确定。在溢流阀的主阀心升起且有溢流作用时，溢流阀进口处的压力便可维持由先导阀弹簧所调定的定值。先导式溢流阀中流经先导阀的油液可内泄（如图4-24所示），也可外泄。外泄时，可将先导阀口油单独引回油箱，而将先导阀回油口与主阀回油口T的连接通道b堵住。12第四章控制元件液压传动图4-24二级同心式先导溢流阀1—主阀心2—阻尼孔3—主阀弹簧4—先导阀心5—先导阀弹簧6—调压手轮7—螺堵阀体上有一个远程控制口K，当将此口通过二位二通阀接通油箱时，主阀心上腔的压力接近于零，主阀心在很小的压力下即可向上移动且阀口开得最大，这时泵输出的油液在很低的压力下通过阀口流回油箱，实现卸荷作用。如果将K口接到另一个远程调压阀上（其结构和溢流阀的先导阀一样）并使打开远程调压阀的压力小于打开溢流阀先导阀心4的压力，则主阀心上腔的压力（从而溢流阀的溢流压力）就由远程调压阀来决定。使用远程调压阀后，便可对系统的溢流压力实行远程调节。13先导式溢流阀原理：（三级同心式）基本不变主阀芯开启，此时时，时，且当时关闭，但主阀芯先导阀开启，—时当作用下关闭在—主阀芯先导阀关闭，—时当PAxxkAPPFAPPAFAPFAPPAPPFAPFPPFAPxxsxsx)(101'1'2''1''1''1'1''2''1'xxFAPFAPPA向右向左先导阀芯受力向上向下主阀芯受力16第四章控制元件液压传动当溢流阀开始溢流时（即阀口将开未开时），xR=0，这时进口处的压力pc称为溢流阀的开启压力，其值为cscxAkp（4-11）当溢流量增加时，阀心上升，阀口开度加大，p值亦加大。当溢流阀通过额定流量qn时，阀心上升到相应位置，这时进口处的压力pT称为溢流阀的调定压力或全流压力。全流压力与开启压力之差称为静态调压偏差；开启压力与全流压力之比称为开启比（1）。溢流阀的开启比越大，所控制的系统压力便越稳定。18第四章控制元件液压传动直动式溢流阀的“压力一流量”特性方程图4-25溢流阀的特性曲线根据特性方程画出来的曲线称为溢流特性曲线，如图4-25所示。溢流阀的理想溢流特性曲线最好是一条在pT处平行于流量坐标的直线，即仅在p达到pT时才溢流，且不管溢流量多少，压力始终保持在pT值上。实际溢流阀的特性不可能是这样的。而只能要求它的特性曲线尽可能接近这条理想曲线。21第四章控制元件液压传动当溢流阀的溢流量由零到额定流量发生阶跃变化时，其进口压力将如图4-26所示迅速升高并超过其调定压力值，然后逐步衰减并稳定在调定压力值上。这过程即为溢流阀的动态特性。图4-26溢流阀的动态特性溢流阀的动态特性23第四章控制元件液压传动评价溢流阀阶跃响应指标主要有：1）压力超调量系最大峰值压力和调定压力之差Δp与阀的调定压力pT比的百分值，即Δp/pT×100%。性能良好的溢流阀的压力超调量一般应小于30%。`2）压力上升时间压力开始上升第一次达到调定压力值所需时间Δt1，它反映阀的快速性。3）过渡过程时间压力开始上升到最后稳定在调定压力pT±5%pT所需时间Δt2。4）压力卸荷时间压力由调定压力降到卸荷压力所需的时间Δt3。24第四章控制元件液压传动溢流阀的主要用途有：1）作溢流阀，溢流阀有溢流时，可维持阀进口亦即系统压力恒定。2）作安全阀，系统超载时，溢流阀才打开，对系统起过载保护作用，而平时溢流阀是关闭的。3）作背压阀，溢流阀（一般为直动式的）装在系统的回油路上，产生一定的回油阻力，以改善执行元件的运动平稳性。4）用先导式溢流阀对系统实现远程调压或使系统卸荷。25溢流阀的应用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。溢流阀旁接在泵的出口，用来保证系统压力恒定，称为调压阀。溢流阀接在执行元件的出口，用来保证系统运动平稳性，称为背压阀26第四章控制元件液压传动2.减压阀减压阀分定值、定差和定比减压阀三种，其中最常用的是定值减压阀。如不指明，通常所称的减压阀即为定值减压阀。功用和要求在同一系统中，往往有一个泵要向几个执行元件供油，而各执行元件所需的工作压力不尽相同的情况。若某执行元件所需的工作压力较泵的供油压力低时，可在该分支油路中串联一减压阀。油液流经减压阀后，压力降低，且使其出口处相接的某一回路的压力保持恒定。这种减压阀称为定值减压阀。对减压阀的要求是：出口压力维持恒定，不受进口压力、通过流量大小的影响。27第四章控制元件液压传动工作原理和结构减压阀也有直动式和先导式两种，每种各有二通和三通两种型式。当阀心处在原始位置上时，它的阀口a是打开的，阀的进、出口沟通。这个阀的阀心由出口处的压力控制，出口压力未达到调定压力时阀口全开，阀心不动。当出口压力达到调定压力时，阀心上移，阀口开度xR关小。如忽略其他阻力，仅考虑阀心上的液压力和弹簧力相平衡的条件，则可以认为出口压力基本上维持在某一定值（调定值）上。图4-27直动式减压阀工作原理28第四章控制元件液压传动工作原理和结构减压阀也有直动式和先导式两种，每种各有二通和三通两种型式。这时如出口压力减小，阀心下移，阀口开度xR开大，阀口处阻力减小，压降减小，使出口压力回升，达到调定值。反之，如出口压力增大，则阀心上移，阀口开度xR关小，阀口处阻力加大，压降增大，使出口压力下降，达到调定值。图4-27直动式减压阀工作原理32第四章控制元件液压传动图4-29先导式减压阀图4-29所示为先导式减压阀，它的工作原理可仿照图4-27以及先导式溢流阀来进行分析。33第四章控制元件液压传动1）减压阀保持出口处压力基本不变，而溢流阀保持进口处压力基本不变。2）在不工作时，减压阀进出口互通，而溢流阀进出口不通。3）为保证减压阀出口压力调定值恒定，它的先导阀弹簧腔需通过泄油口单独外接油箱；而溢流阀的出油口是通油箱的，所以它的先导阀弹簧腔和泄漏油可通过阀体上的通道和出油口接通，不必单独外接油箱（当然也可外泄）。先导式减压阀和先导式溢流阀有以下几点不同之处：36第四章控制元件液压传动应用减压阀主要用在系统的夹紧、电液换向阀的控制压力油、润滑等回路中。而三通减压阀还可用在有反向冲击流量的场合。必须指出，应用减压阀必有压力损失，这将增加功耗和使油液发热。当分支油路压力比主油路压力低很多，且流量又很大时，常采用高、低压泵分别供油，而不宜采用减压阀。37减压回路减压阀的应用减压阀用在液压系统中获得压力低于系统压力或使出口压力稳定的二次油路上，如夹紧回路、润滑回路和控制回路。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。稳压回路41第四章控制元件液压传动3.顺序阀顺序阀用来控制多个执行元件的顺序动作。通过改变控制方式、泄油方式和二次油路的接法，顺序阀还可具有其他功能，如作背压阀、平衡阀或卸荷阀用。工作原理和结构顺序阀也有直动式和先导式之分，根据控制压力来源的不同，它有内控式和外控式之分；根据泄油方式，它有内泄式和外泄式两种。42第四章控制元件液压传动直动式内控外泄顺序阀的工作原理图4-32顺序阀的工作原理a）结构b）内控外泄式顺序阀符号c）外控外泄式顺序阀符号图4-32所示为直动式内控外泄顺序阀的工作原理。泵起动后，油源压力p1克服负载使液压缸Ⅰ运动。当p1口压力升高至作用在柱塞A下端面积上的液压力超过弹簧预调力时，阀心便向上运动，使p1口和p2口接通。油源压力经顺序阀口后克服液压缸Ⅱ的负载使活塞运动。这样利用顺序阀实现了液压缸Ⅰ和Ⅱ的顺序动作。43第四章控制元件液压传动顺