1第四章第四章 控制元件控制元件液压传动液压传动Chapter 4 Chapter 4 控制元件控制元件本章主要内容：本章主要内容：4.1 阀阀的概述4.2 阀心阀心的结构和性能 4.3 常用液压控制阀液压控制阀 4.5 其它阀简介其它阀简介2第四章第四章 控制元件控制元件液压传动液压传动目的任务目的任务: : 重点难点重点难点: : 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。3第四章第四章 控制元件控制元件液压传动液压传动Part 4.1Part 4.1 阀的概述阀阀有三大类：方向阀方向阀、压力阀压力阀和流量阀流量阀 。uu压力阀压力阀和流量阀流量阀利用通流截面的节流作用控制系统的压力 和流量。 uu方向阀方向阀则利用通流通道的更换控制流体的流动方向。 在结构上，所有的阀都由阀体阀体、阀心阀心（座阀或滑阀）和驱驱 使阀心动作的元、部件使阀心动作的元、部件（如弹簧、电磁铁）组成。 在工作原理上，所有阀的开口大小，进、出口间的压差压差以 及流过阀的流量流量之间的关系都符合孔口流量公式孔口流量公式，仅是各种 阀控制的参数各不相同而已。阀阀是用来控制系统中流体的流动方向或调节其压力和流量的 4第四章第四章 控制元件控制元件液压传动液压传动Part 4.3 常用常用液压控制阀液压控制阀 常用的液压控制阀液压控制阀分为三大类方向控制阀方向控制阀、压力控压力控 制阀制阀和流量控制阀流量控制阀 。）常见的常见的方向控制阀方向控制阀分为分为单向阀单向阀和和换向阀换向阀。 ）常见的常见的压力控制阀压力控制阀按功用可分为按功用可分为溢流阀溢流阀、减压 减压 阀阀、顺序阀顺序阀、压力继电器压力继电器。 ）常用的常用的流量控制阀流量控制阀有有节流阀节流阀、调速阀调速阀、旁通式旁通式 调速阀调速阀（溢流节流阀）等。（溢流节流阀）等。 5第四章第四章 控制元件控制元件表4-1 阀的分类分类方法种 类详 细 分 类 按机能 分类压力控制阀常用的常用的压压压压力控制力控制阀为阀为阀为阀为 溢流阀、减压阀、顺序阀、压力继电 器、平衡阀、卸荷阀等； 比例压力控制阀、缓冲阀、仪表截止阀、限压切断阀、流量控制阀常用的流量控制常用的流量控制阀为阀为阀为阀为 节流阀、单向节流阀、调速阀； 分流阀、集流阀、比例流量控制阀、排气节流阀等方向控制阀常用的方向控制常用的方向控制阀为阀为阀为阀为 单向阀、液控单向阀、换向阀； 行程减速阀、比例方向控制阀、快速排气阀、脉冲阀等按结构分 类滑阀圆柱滑阀、旋转阀、平板滑阀座阀锥阀、球阀射流管阀喷嘴挡板阀单喷嘴挡板阀、双喷嘴挡板阀阀阀可按不同的特征进行分类! 液压传动液压传动6第四章第四章 控制元件控制元件分类方法种 类详 细 分 类按操纵 方法 分类手动阀手动阀手把及手轮、踏板、杠杆机动阀机动阀挡块及碰块、弹簧液液/ /气动阀气动阀液动阀、气动阀电液电液/ /气动阀气动阀电液动阀、电气动阀电动阀电动阀普通/比例电磁铁控制、力马达/力矩马达/步进电动 机/伺服电动机控制按连接 方法分类管式连接螺纹式连接、法兰式连接板式/叠加式连接单层连接板式、双层连接板式、整体连接板式、叠加 阀、多路阀插装式连接螺纹式插装（二、三、四通插装阀）、盖板式插装（ 二通插装阀）液压传动液压传动7第四章第四章 控制元件控制元件分类方法种 类详 细 分 类按控制 方法分类比例阀电液比例压力阀、电液比例流量阀、电液比例换向 阀、电液比例复合阀、电液比例多路阀；气动比例 压力阀、气动比例流量阀伺服阀单、两级（喷嘴挡板式、滑阀式）电液流量伺服阀 、三级电液流量伺服阀、电液压力伺服阀、气液伺 服阀、机液伺服阀、气动伺服阀数字控制阀数字控制压力阀、数字控制流量阀与方向阀按输出参 数可调节 性分类开关控制阀方向控制阀、顺序阀、限速切断阀、逻辑元件输出参数连 续可调的阀溢流阀、减压阀、节流阀、调速阀、各类电液控制 阀（比例阀、伺服阀）液压传动液压传动8第四章第四章 控制元件控制元件液压传动液压传动Part 4.1.1Part 4.1.1 阀性能阀性能的基本要求的基本要求uu 动作灵敏，使用可靠，工作时冲击和振动小，噪 声小，寿命长。 uu 流体流过时压力损失小。 uu 密封性能好。 uu 结构紧凑，安装、调整、使用、维护方便，通用 性大。 系统中所用的阀，应满足如下要求：系统中所用的阀，应满足如下要求：9第四章第四章 控制元件控制元件液压传动液压传动Part 4.2.1 液动力液动力 很多液压阀液压阀采用滑阀式滑阀式结构。滑阀的阀心阀心 移动、改变阀口的开口大小或启闭时控制 了液流，同时也产生着液动力液动力。 液动力液动力有稳态液动力稳态液动力和瞬态液动力瞬态液动力两种。液动力液动力对液压阀的性能性能起着重大的影响。10第四章第四章 控制元件控制元件液压传动液压传动稳态液动力图图4-14-1 滑阀的稳态液动力a）液流流出阀口 b）液流流入阀口稳态液动力稳态液动力是阀心移动完 毕，开口固定之后，液流 流过阀口时因动量变化动量变化而 作用在阀心作用在阀心上的力。图图4-14-1 所示为油液流过阀口的两 种情况。11第四章第四章 控制元件控制元件液压传动液压传动稳态液动力稳态液动力对滑阀性能的影响是加大了操纵滑阀所需的力加大了操纵滑阀所需的力。 在高压大流量情况下，这个力将会很大，使阀心的操纵成为 突出的问题。这时必须采取措施补偿或消除这个力。 稳态液动力稳态液动力要使阀口关闭，相当于一个复位力，故它对滑阀 性能的另一影响是使滑阀的工作趋于稳定使滑阀的工作趋于稳定。12第四章第四章 控制元件控制元件液压传动液压传动瞬态液动力瞬态液动力瞬态液动力瞬态液动力是滑阀在移动过程中（即开口大小发生 变化时）阀腔中液流因加速或减速加速或减速而作用在阀心作用在阀心上 的力 。瞬态液动力瞬态液动力只与阀心移动速度有关与阀心移动速度有关（即与阀口开度 的变化率有关），与阀口开度本身无关与阀口开度本身无关。 13第四章第四章 控制元件控制元件液压传动液压传动图图4-3a4-3a中油液流出阀腔，瞬 态液动力作用方向都与阀心的 移动方向相反，起着阻止阀心 移动的作用，相当于一个阻尼 力。反之，图图4-3b4-3b中油液流入阀 腔，瞬态液动力的作用方向与 阀心移动方向相同，起着帮助 阀心移动的作用。是造成滑阀造成滑阀 工作不稳定工作不稳定的原因之一。图图4-34-3 滑阀的瞬态液动力a）液流流出阀口 b）液流流入阀口14第四章第四章 控制元件控制元件液压传动液压传动Part 4.3.3 流量控制阀流量控制阀流量控制阀流量控制阀是通过改变可变节流口面积大小，从而控制 通过阀的流量，达到调节执行元件执行元件（缸或马达）运动速 度的阀类。 常用的液压流量控制阀液压流量控制阀有节流阀节流阀、调速阀调速阀、旁通式调速旁通式调速 阀阀（溢流节流阀），其他还有分流集流阀分流集流阀和限速切断阀限速切断阀等。 液压系统中使用的流量控制阀流量控制阀应满足如下要求要求：有足够 的调节范围；能保证稳定的最小流量；温度和压力变化 对流量的影响小；调节方便；泄漏小等。15流量控制阀流量控制阀是通过改变阀口大小来改变液阻实现流量 调节的阀。普通流量控制阀包括节流阀、调速阀、溢流节 流阀等。节流阀调速阀16第四章第四章 控制元件控制元件液压传动液压传动1.流量控制原理由第一章“流体力学基础”知，当流体流经细长孔时，液流作层流流动， 流过的流量流量q和细长孔两端的压差压差p成线性关系线性关系，如式（1-82）所示；而 当流体流经薄壁孔口时，流量q与孔口两端压差p的平方根成正比，如 式（1-92）所示。一般情况下，流经阀可变节流口（以下简称阀口）的 流量公式可写成：（4-204-20）式中: K 常数； A(x)可变节流孔的通流面积；x 开口量； m 指数，0.5m1。由式（4-20）可知，在一 定压差p下，改变阀心开 口x可改变阀口的通流面 积A(x)，从而可改变通过 阀的流量。这就是流量控流量控 制的基本原理制的基本原理。17第四章第四章 控制元件控制元件液压传动液压传动由式（4-20）还可以看出，通过阀口的流量通过阀口的流量，和阀口前后压阀口前后压 差差、油温油温及阀口形状阀口形状等因素密切相关。（1 1）压差）压差pp对流量稳定性的影响对流量稳定性的影响 在使用中，当阀口前后压差变化时 ，使流量不稳定。式（4-20）中的m越大，p的变化对流量的影响越大 ，因此阀口制成薄壁孔（m=0.5）比制成细长孔（m=1）的好。（2 2）温度对流量稳定性的影响）温度对流量稳定性的影响 油温的变化引起油液粘度的变化，从而 对流量发生影响。这在细长孔式阀口上是十分明显的。而对锐边或薄壁 型阀口来说，当雷诺数Re大于临界值时，流量系数不受油温影响；但当 压差小，通流面积小时，流量系数与Re有关，流量要受到油温变化的影 响。因而阀口应采用锐边或薄壁型的为好。（3 3）最小稳定流量和流量调节范围）最小稳定流量和流量调节范围 当阀口压差p一定，在阀口面积 调小到一定值时，流量将出现时断时续现象；进一步调小，则可能断流 。这种现象称为节流阀的阻塞现象节流阀的阻塞现象。每个节流阀都有一个能正常工作的 最小稳定流量，其值一般约在0.05L/min左右。18第四章第四章 控制元件控制元件液压传动液压传动节流阀口发生阻塞的主要原因节流阀口发生阻塞的主要原因是由于油液中的杂质 、油液高温氧化后析出的胶质等附在节流阀口表面 上所致。当阀口开度阀口开度很小，这些附着层达到一定厚 度时，就会使油液时断时续，甚至断流。为减小阻塞现象，可采用水力直径大的节流口节流口；另 外，选择化学稳定性化学稳定性和抗氧化稳定性抗氧化稳定性好的油液，精 细过滤，定期换油等都有助于防止阻塞，降低最小最小 稳定流量稳定流量。流量调节范围流量调节范围指通过阀的最大流量最大流量和最小流量最小流量之比 ，一般在50以上。高压流量阀高压流量阀则在10左右。19第四章第四章 控制元件控制元件液压传动液压传动2.节流阀图图4-364-36 节流阀1螺母 2阀体 3阀心图图4-364-36所示的节流阀节流阀，可通过旋转 阀心阀心3 3使之在螺母螺母1 1中上下移动，从 而改变阀心与阀体阀体2 2组成的节流口面 积大小。采用三角槽结构的阀口可提 高分辨率，即减小节流口面积对阀心 位移的变化率（又称面积梯度面积梯度），使 调节的精确性提高。节流阀节流阀在液压系统中主要与定量泵定量泵、 溢流阀溢流阀和执行元件执行元件等组成节流调速系节流调速系 统统。调节其开口，便可调节执行元件 运动速度的大小。节流阀也可于试验 系统中用作加载等。20第四章第四章 控制元件控制元件液压传动液压传动3.调速阀图图4-374-37 调速阀的工作原理a）结构 b）图形符号 c）简化的图形符号图图4-374-37所示为调速阀调速阀进行调速 的工作原理工作原理。液压泵出口（即 调速阀进口）压力p1由溢流阀溢流阀 调定，基本上保持恒定。调速 阀出口处的压力p2由活塞上的 负载F决定。所以当F增大时， 调速阀进出口压差p1-p2将减小 。如在系统中装的是普通节流普通节流 阀阀，则由于压差的变动，影响 通过节流阀的流量，从而使活 塞运动的速度不能保持恒定。调速阀调速阀是在节流阀节流阀的前面串 接了一个定差式减压阀定差式减压阀，使 油液先经减压阀产生一次压 力降，将压力降到pm。利用 减压阀阀心的自动调节作用自动调节作用 ，使节流阀前后压差p=pm- p2基本上保持不变。减压阀阀心减压阀阀心上端的油腔油腔b b通过孔道孔道 a a和节