第5章 液压控制元件,5.1 液压控制元件的概述 5.2 方向控制阀 5.3 压力控制阀 5.4 流量控制阀 5.5 比例阀、插装阀和叠加阀,5.1 液压控制元件的概述,液压控制元件也叫液压控制阀（液压阀）。其作用是控制和调节液压系统中液体流动的方向、压力的高低、流量的大小，以满足执行元件的工作要求。 5.1.1对液压控制阀的基本要求 各类液压控制阀均属于不对外做功的元件，而是用来满足执行元件（结构）所提出的流量、速度、变向的需要，因此对液压控制阀的共同要求是： 动作灵敏、性能好、工作可靠、冲击振动和噪声小； 油液通过阀时的液压损失要小； 密封性能好； 结构简单、紧凑，体积小，重量轻，安装、维修、调整方便，成本低廉，通用性好，寿命长。,下一页,返回,5.1 液压控制元件的概述,5.1.2液压控制阀的分类 根据特征，液压控制阀可以进行如下分类： 1.按照用途分类 按用途，液压控制阀可分为方向控制阀（如单向阀、换向阀等）、压力控制阀（如溢流阀、减压阀、压力继电器等）和流量控制阀（如节流阀、调速阀等）。在实际应用中，这三类阀可以互相组合，成为满足多种控制需求的复合阀，以减少管路的连接，使结构更为紧凑，可靠性和效率更高，比如单向行程调速阀等。 2.按照操纵方法分类 按照不同的操纵方法液压控制阀分为手动式、机动式、电动式、滚动式和电液联合动作式等多种形式。 3.按照安装方式分类 按安装方式液压控制阀可分为管式（螺纹式）和板式两种。,上一页,返回,5.2 方向控制阀,方向控制阀（简称方向阀），用来控制液压系统的油流方向，接通或断开油路，从而控制执行机构的启动、停止或改变运动方向。 方向控制阀分为单向阀和换向阀两大类。 5.2.1单向阀 1.普通单向阀 (1)结构工作原理 普通单向阀（简称单向阀）亦称止回阀或逆止阀。这类阀的作用是使油液的流动只能从一个方向通过它，反向则不能通过。,下一页,返回,5.2 方向控制阀,单向阀按其结构的不同，有钢球密封式直通单向阀（如图5-1所示）、锥阀芯密封式直通单向阀（如图5-2所示）和直角式单向阀（如图5-3所示）三种形式。不管哪种形式，其工作原理都相同。 在图5-1、图5-2和图5-3中，当压力为p1的油液从阀体1的入口流入时，压力油克服压在钢球2（图5-1）或锥阀芯2（图5-2、图5-3）上的弹簧3的作用力以及阀芯与阀体之间的摩擦力，顶开钢球或阀芯，压力降为p2，从阀体的出口流出。而当油液从相反方向流入时，它和弹簧一起使钢球或锥阀芯紧紧的压在阀体1的阀座处，截断油路，使油液不能通过。单向阀的这种功能，就要求油液从p1p2正向流通时有较小的压力损失，工作时无异常的撞击和噪声；而当油液反向流通时，要求在所有工作压力范围内都能严格地截断油流，不许油渗漏。在这三种阀里，弹簧3的刚度都较小，其开启压力一般在0.030.05 MPa左右，以便降低油液正向流通时的压力损失。,上一页,下一页,返回,5.2 方向控制阀,钢球密封式直通单向阀一般用在流量较小的场合；对于高压大流量场合则采用密封性较好的锥阀密封式单向阀。 (2)职能符号 图5-4（a）为单向阀单独使用时的职能符号；图5-4（b）为单向阀与其他阀（如节流阀、顺序阀、减压阀、调速阀等）组合使用时的职能符号。 液控单向阀的结构如图5-5所示。它与普通单向阀相比，增加了一个控制油口K，控制活塞通过顶杆，打开单向阀的阀芯。当控制油口K处无压力油通入时，液控单向阀起普通单向阀的作用，主油路上的压力油经p1口输入，p2口输出，不能反向流通。当控制油口K通入压力油时，活塞的左侧受压力油的作用，右侧腔与泄油口相通，于是活塞向右移动，通过顶杆将阀芯打开，使进、出油口接通，油液可以反向流动，不起单向阀的作用，控制油口K处的油液与进、出油口并不相通。,上一页,下一页,返回,5.2 方向控制阀,液控单向阀具有良好的密封性能，常用于保压和锁紧回路。使用液控单向阀时应注意以下几点： 必须保证有足够的控制压力，否则不能打开液控单向阀。一般来讲，控制油口的油液压力最小不应低于主油路压力的3050。 当液控单向阀阀芯复位时，控制油腔中的油液必须流回油箱。 要防止空气侵入到液控单向阀控制油路，避免引起动作不可靠。 作充油阀使用时，应保证开启压力低、流量大。 如果采用内泄式液控单向阀，必须保证逆流出口侧不能产生影响控制活塞动作的高压，否则控制活塞容易反向误动作。如果不能避免这种高压，则应采用外泄式液控单向阀。,上一页,下一页,返回,5.2 方向控制阀,3.单向阀的应用 普通单向阀常与某些阀组合成一体，成为组合阀或复合阀，如单向顺序阀（平衡阀）、可调单向节流阀、单向调速阀等。为防止系统逆回液压力冲击液压泵，常在泵的出口处安置有普通单向阀，以保护泵。为提高液压缸的运动平稳性，在液压缸的回油路上设有普通单向阀，作备压阀使用，使回油产生备压，以减小液压缸的前冲和爬行现象。 液控单向阀未通控制油时具有良好的反向密封性能，常用于保压、锁紧和平衡回路，作立式液压缸的支承阀。一旦通入控制油，则可形成良好的油液通路。,上一页,下一页,返回,5.2 方向控制阀,5.2.2换向阀 换向阀的作用是利用阀芯和阀体相对位置的改变，来控制各油口的通断，从而控制执行元件的换向和启停。换向阀的种类很多，其分类见表5-1。 1.换向阀的工作原理 图5-6为换向阀的工作原理图。图示状态下，液压缸两腔不通压力油，活塞处于停止状态。若使阀芯1左移，阀体2的油口P和A连通。B和T连通，则压力油经P、A进入液压缸左腔，右腔油液经B、T流回油箱，活塞向右运动；反之，若使阀芯右移，则油口P和B连通、A和T连通，活塞便向左运动。,上一页,下一页,返回,5.2 方向控制阀,表5-2列出了几种常用换向阀的结构原理和图形符号。换向阀图形符号的含义如下： 方格数表示换向阀的阀芯相对于阀体所具有的工作位置数，二格即二位，三格即三位。 方格内的箭头表示两油口连通，但不表示流向，符号“”和“T”表示此油口不连通。箭头、箭尾及不连通符号与任何一方格的交点数表示油口通路数。 P表示压力油的进口，T表示与油箱相连的回油口，A和B表示连接其他油路的油口。 三位阀的中间方格和二位阀靠近弹簧的方格为阀的常态位置。在液压系统图中，换向阀的符号与油路的连接一般应画在常态位置上。,上一页,下一页,返回,5.2 方向控制阀,2.换向阀的滑阀机能 当换向阀处于常态位置时，阀的各油口的连通方式称为滑阀机能。由于三位换向阀的常态中间位置，因此，三位换向阀的滑阀机能又叫中位机能。不同机能的三位阀，阀体通用，仅阀芯台肩结构、尺寸及内部孔情况有区别。三位四通换向阀中位技能见表5-3。 3.几种常用的换向阀 (1)机动换向阀 机动换向阀又称行程换向阀。这类换向阀的工作原理是依靠安装在执行元件上的行程挡块（或凸轮）推动阀芯实现换向的。,上一页,下一页,返回,5.2 方向控制阀,图5-7（a）是二位四通机动换向阀的结构图。在图示位置上，阀芯2在弹簧4的推力作用下，处在最上端位置，进油口P与出油口A处于连通状态，进油口P与出油口B不连通。当行程挡块5将滚轮4压下时，P、A口通路被阀芯隔断，进油口P与出油口B则处于连通状态。当行程挡块脱开滚轮时，阀芯在其底部弹簧的作用下又恢复初始位置。改变挡块斜面的角度（或凸轮外廓曲线的升角或形状），便可改变阀芯被压下时的移动速度，因而可以调节换向过程的时间。图5-7（b）是该阀的职能图形符号。 由于机动换向阀是通过行程挡块（或凸轮）推动阀芯实现换向的，因此，机动换向阀基本都是二位的，除图5-7所示的二位四通的，还有二位二通、二位三通等形式。机动换向阀常用于要求换向性能好、布置方便的场合。,上一页,下一页,返回,5.2 方向控制阀,(2)电动换向阀 电动式换向阀一般采用电磁铁的吸力作为移动阀芯的动力，所以该类换向阀也叫电磁阀。 图5-8是二位三通电磁阀的结构图和职能符号图。该阀由电磁铁（左半部分）和滑阀（右半部分）两部分组成。当电磁铁断电时，阀芯2被弹簧3推向左端，使油口P和油口A接通；当电磁铁通电时，铁芯通过推杆1将阀芯2推向右端，油口P和A的通道被关闭，而油口P和B接通。,上一页,下一页,返回,5.2 方向控制阀,换向阀中电磁铁所用电源有直流和交流两种。采用直流电源，当阀芯被意外卡住时，通过电磁铁线圈的电流基本不变，因此不会烧毁电磁铁线圈，工作可靠，换向冲击小、噪声小、换向频率较高（允许达到120次/min以上）；但启动力小，反应速度较慢，换向时间长。交流电磁铁电源简单，启动力大，反应速度较快，换向时间短。在阀芯被意外卡住时，通过电磁铁线圈的电流会增大，容易使电磁铁线圈烧坏，换向冲击大，换向频率不能太高（30次/min左右），工作可靠性差。 (3)液动换向阀 电磁换向阀布置灵活，易实现程序控制，但受电磁铁吸力大小的限制，难以用于切换大流量（63 L/min以上）的油路。当阀的通径大于10 mm时，由于换向力大，常用压力油推动相应的活塞来操纵阀芯换位。这种利用控制油路的压力油推动阀芯改变位置的阀，即叫液动换向阀。,上一页,下一页,返回,5.2 方向控制阀,如图5-9（a）所示为三位四通液动换向阀。当其两端控制油口K1和K2均不通入压力油时，阀芯在两端弹簧的作用下处于中位（图示位置）；当K1进压力油，K2接油箱时，阀芯移至右端，阀左位工作，其油路状态为P通A，B通T。该三位四通液动换向阀的职能图形符号如图5-9（b）所示。 采用液动换向阀时，须有一个阀控制K1、K2的压力油流动的方向，这个阀亦称先导阀。先导阀可用手动滑阀（或转阀），也可在工作台上安装挡铁操纵行程滑阀，但较多的是采用电磁阀作先导阀。通常将电磁阀与液动阀组合在一起，称为电液换向阀。 (4)电液换向阀 电液换向阀既能实现换向平稳，又能用较小的电磁铁控制大流量的液流，从而方便实现自动控制，故在大流量液压系统中宜采用电液换向阀换向。,上一页,下一页,返回,5.2 方向控制阀,图5-10（a）所示为弹簧对中型三位四通电液换向阀的结构，图5-10（b）为该阀的详细职能符号图（表明了弹簧对中、内部压力控制、外部泄油的情况），图5-10（c）为简化职能符号图。 当先导电磁阀左边的电磁铁通电后使其阀芯向右边位置移动，来自主阀P口或外接油口的控制压力油可经先导电磁阀的A口和左单向阀进入主阀左端容腔，并推动主阀阀芯向右移动，这时主阀阀芯右端容腔中的控制油液可通过右边的节流阀经先导电磁阀的B口和T口，再从主阀的T口或外接油口流回油箱(主阀阀芯的移动速度可由右边的节流阀调节)，使主阀P与A、B和T的油路相通。,上一页,下一页,返回,5.2 方向控制阀,反之，由先导电磁阀右边的电磁铁通电，可使P与B、A与T的油路相通；当先导电磁阀的两个电磁铁均不带电时，先导电磁阀阀芯在其对中弹簧作用下回到中位，此时来自主阀P口或外接油口的控制压力油不再进入主阀芯的左、右两容腔，主阀芯左右两腔的油液通过先导电磁阀中间位置的A、B两油口与先导电磁阀T口相通，如图5-10（b）所示，再从主阀的T口或外接油口流回油箱。主阀阀芯在两端对中弹簧的预压力的推动下，依靠阀体定位，准确地回到中位，此时主阀的P、A、B和T油口均不通。 电液换向阀除上述弹簧对中的以外，还有采用液压对中的，或者内部泄油的，或者外部压力控制的等类型。,上一页,下一页,返回,5.2 方向控制阀,(5)手动换向阀 手动换向阀是采用人工扳动操纵杆的方法来改变阀芯位置实现换向的，图5-11所示为手动换向阀的结构和职能符号图。 图5-11（a）所示为自动复位式换向阀，放开手柄1，阀芯2在弹簧3的作用下自动回复中位，图5-11（c）是该阀的职能符号。它适用于动作频繁、工作持续时间短的场合，其操作比较安全，常用在工程机械的液压传动系统中。 若将阀芯右端弹簧3的部位改为图5-11（b）的形式，即成为可使该阀在三个不同工作位置定位的手动换向阀，图5-11（d）为其职能符号图。,上一页,下一页,返回,5.2 方向