第5章 液压控制阀流量控制阀、逻辑阀、比例阀材料科学与工程学院陈柏金13007159130 chenbaijinmail.hust.edu.cn液压传动液压传动1 流量控制阀流量控制阀简称简称流量阀流量阀，它通过改变节流它通过改变节流口通流面积或通流通道的长短来改变局部阻力口通流面积或通流通道的长短来改变局部阻力的大小，从而实现对流量的控制，进而改变执的大小，从而实现对流量的控制，进而改变执行机构的运动速度。行机构的运动速度。 流量控制阀包括流量控制阀包括节流阀节流阀调速阀调速阀溢流节流阀溢流节流阀分流集流阀分流集流阀2对于节流孔口来说，可将流量公式写成下列形式:1 节流口的流量特性节流口的流量特性一、节流口流量公式一、节流口流量公式 式中:阀口通流面积；阀口前、后压差；由节流口形状和结构决定的指数，0.5ml ；节流系数。3在流体力学中，我们遇到过两大类节流口。在流体力学中，我们遇到过两大类节流口。 一类是一类是细长孔，细长孔，细长孔，细长孔，m=1m=1m=1m=1。在液压工程中，往往把这类节在液压工程中，往往把这类节流口当作固定流口当作固定( (不可调如阻尼孔等不可调如阻尼孔等) )节流器使用。节流器使用。 另一类是另一类是薄壁节流口薄壁节流口薄壁节流口薄壁节流口,m=0.5,m=0.5,m=0.5,m=0.5。常常把它们作为节流阀常常把它们作为节流阀阀口使用。阀口使用。qp细长孔细长孔m=1簿壁口簿壁口m=0.5流量与压差之间为二次抛物线关系，如图示。流量与压差之间为二次抛物线关系，如图示。4 液液压压系系统统在在工工作作时时，希希望望节节流流口口大大小小调调节节好好后后，流流量量 Q Q稳稳定定不不变变。但但实实际际上上流流量量总总会会有有变变化化，特特别别是是小小流流量量时时，节节流流口口形形状状、节节流流压压差差以以及及油油液液温温度度等等因因素素均均影影响响流流量量稳稳定性。定性。 1.2 1.2 流量刚度流量刚度 当节流口前后压差变化时，通过节流口的流量将随当节流口前后压差变化时，通过节流口的流量将随之改变，节流口的这种特性可用之改变，节流口的这种特性可用流量刚度流量刚度T T来表征。来表征。 5m=0.5Qp细长孔细长孔m=1123p1p2123簿壁口簿壁口流量刚度的物理意义如下流量刚度的物理意义如下： 当当p p有某一增量时，有某一增量时，Q Q值相值相应的也有某一增量，应的也有某一增量，Q Q的增的增量值越大，说明流量的变化量值越大，说明流量的变化也就越大，刚度就越小。反也就越大，刚度就越小。反之，则刚度大。之，则刚度大。流量的刚度反映了节流口流量的刚度反映了节流口在负载变化时保持流量稳在负载变化时保持流量稳定的能力。定的能力。6压压差差一一定定时时，刚刚度度与与流流量量成成反反比比，开开口口越越小小, ,流流量量越越小小，刚刚度度越大；越大；流量刚度与节流口压差成正比，压差越大，刚度越大；流量刚度与节流口压差成正比，压差越大，刚度越大；系系数数m m 越越小小，刚刚度度越越大大。薄薄壁壁孔孔（m m0.50.5）比比细细长长孔孔（m m1 1）的流量稳定性受的流量稳定性受PP变化的影响要小。变化的影响要小。节节流流口口为为细细长长孔孔时时，油油温温越越高高，动动力力黏黏度度越越小小，节节流流系系数数K K越越大大，刚刚度度就就越越小小。当当采采用用 m=0.5 m=0.5 的的薄薄壁壁小小孔孔时时，油油温温的的变变化化对流量稳定性没有影响。对流量稳定性没有影响。因因此此，为为了了获获得得较较好好的的流流量量调调节节性性能能，应应尽尽量量避避免免采采用用细细长长孔孔节节流流口口，应应使使节节流流口口形形式式接接近近于于薄薄壁壁孔孔口口，以以获获得得较较好好的的流流量量稳定性。稳定性。72 节节 流流 阀阀2.1 2.1 节流阀节流阀节流阀节流阀 液流从进油口流入经节流口后，从阀的出油口流出。本阀的阀芯3的锥台上开有三角形槽。转动调节手轮1，阀芯3产生轴向位移，节流口的开口量即发生变化。阀芯越上移开口量就越大。8 当节流阀的进出口压力差为定值时，改变节流口的开口量，即可改变流过节流阀的流量。 节流阀和其它阀，例如单向阀、定差减压阀、溢流阀，可构成组合节流阀。9 本节流阀具有螺旋曲线开口和薄刃式结构的精密节流阀。转动手轮和节流阀芯后，螺旋曲线相对套筒窗口升高或降低，改变节流面积，即可实现对流量的调节。 102.22.2单向节流阀单向节流阀单向节流阀单向节流阀 流体正向流动时，与节流阀一样，节流缝隙的大小可通过手柄进行调节；当流体反向流动时，靠油液的压力把阀芯4压下，下阀芯起单向阀作用，单向阀打开，可实现流体反向自由流动。 11 根据根据“流量负反馈流量负反馈”原理设计而成的流量阀统称为调原理设计而成的流量阀统称为调速阀。根据速阀。根据“串联减压式串联减压式”和和“并联分流式并联分流式”之差别，又之差别，又分为分为调速阀调速阀和和溢流节流阀溢流节流阀2 2种主要类型。种主要类型。 调速阀和节流阀在液压系统中的应用基本相同，主要调速阀和节流阀在液压系统中的应用基本相同，主要与定量泵、溢流阀组成节流调速系统。与定量泵、溢流阀组成节流调速系统。 节流阀适用于一般的系统，而调速阀适用于执行元件节流阀适用于一般的系统，而调速阀适用于执行元件负载变化大而运动速度要求稳定的系统中。负载变化大而运动速度要求稳定的系统中。 3 调调 速速 阀阀12 节流阀节流阀充当流量传感充当流量传感器，节流阀口不变时，器，节流阀口不变时，定定差减压阀差减压阀作为流量补偿阀作为流量补偿阀口，通过流量负反馈，自口，通过流量负反馈，自动稳定节流阀前后的压差动稳定节流阀前后的压差(P2-P3)(P2-P3)，保持其流量不，保持其流量不变。因节流阀（传感器）变。因节流阀（传感器）前后压差基本不变，调节前后压差基本不变，调节节流阀口面积时，又可以节流阀口面积时，又可以人为地改变流量的大小。人为地改变流量的大小。 3.1 3.1 串联减压式调速阀的工作原理串联减压式调速阀的工作原理串联减压式调速阀的工作原理串联减压式调速阀的工作原理 (调速阀调速阀) 串联减压式调速阀是由串联减压式调速阀是由定差减压阀定差减压阀和和节流阀节流阀串联而成的串联而成的组合阀。组合阀。1314p1p3(c) 简化符号简化符号(b)符号原理符号原理p1p3p21-减压阀芯；减压阀芯； 2-节流阀芯节流阀芯acd1A2eb2ghp1( a )p2A2结构原理结构原理p3153. 3. 溢流节流阀溢流节流阀溢流节流阀溢流节流阀( (旁通调速阀旁通调速阀旁通调速阀旁通调速阀) ) 溢流节流阀是由定差溢流阀和节流阀并联而成。定差溢流阀稳定节流阀前后的压差，消除负载变化对节流阀的影响。1617 分分流流阀阀的的作作用用是是使使液液压压系系统统中中由由同同一一个个油油源源向向两两个个以以上上执执行行元元件件供供应应相相同同的的流流量量( (等等量量分分流流) )，或或按按一一定定比比例例向向两两个个执执行行元元件件供供应应流流量量( (比比例例分分流流) )，以以实实现现两两个个执执行行元元件件的速度保持同步或定比关系。的速度保持同步或定比关系。 集集流流阀阀的的作作用用，则则是是从从两两个个执执行行元元件件收收集集等等流流量量或或按按比比例例的的回回油油量量，以以实实现现其其间间的的速速度度同同步步或或定定比比关关系系。分分流流集流阀则兼有分流阀和集流阀的功能。集流阀则兼有分流阀和集流阀的功能。4 分分流阀集流流阀集流 分分流流集集流流阀阀又又称称为为同同步步阀阀，它它是是分分流流阀阀、集集流流阀阀和和分分流流集流阀的总称。集流阀的总称。18(a)分流阀；(b)集流阀；(c)分流集流阀 19 代表两路负载流量Q1和Q2大小的压差值p1和p2同时反馈到公共的减压阀芯6上，相互比较后驱动减压阀芯来调节Q1和Q2大小，使之趋于相等。 分流阀可以看作是由两个串联减压式流量控制阀结合为一体构成的。4.1 4.1 分流阀分流阀分流阀分流阀 该阀采用“流量-压差-力”负反馈，用两个面积相等的固定节流孔1、2作为流量一次传感器，作用是将两路负载流量Q1、Q2分别转化为对应的压差值p1和p2。20采用不同采用不同节流边时节流边时的两种结的两种结构形式构形式214.2 4.2 集流阀集流阀集流阀集流阀 集流阀与分流阀的不同处集流阀与分流阀的不同处为：为：只能保证执行元件回油时只能保证执行元件回油时同步。同步。集流阀装在两执行元件的集流阀装在两执行元件的回油路上，将两路负载的回回油路上，将两路负载的回油流量汇集在一起回油；油流量汇集在一起回油；两流量传感器共出口两流量传感器共出口Q Q 流量传感器的通过流量流量传感器的通过流量Q Q1 1（或（或Q Q2 2）越大，其进口压越大，其进口压力力P P1 1（或（或P P2 2）则越高。因则越高。因此集流阀的压力反馈方向此集流阀的压力反馈方向正好与分流阀相反；正好与分流阀相反；224.34.3分流集流阀分流集流阀分流集流阀分流集流阀 分流集流阀又称同步阀，它同时具有分流阀和集流阀两者的功能，能保证执行元件进油、回油时均能同步。 挂钩式分流集流阀的结构原理图。23 分流时，因P0P1（或P0P2），此压力差将两挂钩阀芯推开，处于分流工况，此时的分流可变节流口是由挂钩阀芯的内棱边和阀套的外棱边组成；24 集流时，因P0P1（或P0P2），此压力差将挂钩阀芯合拢，处于集流工况，此时的集流可变节流口是由挂钩阀芯的外棱边和阀套的内棱边组成。只能保证执行元件回油时同步。 25 逻逻辑辑阀阀又又称称插插装装阀阀，是是一一种种较较新新型型的的液液压压元元件件，它它的的特特点点是是通通流流能能力力大大，密密封封性性能能好好，动动作作灵灵敏敏、结结构构简简单单，因因而而主主要要用用于于流流量量较较大大系系统统或或对密封性能要求较高的系统。对密封性能要求较高的系统。5.1 5.1 逻辑阀逻辑阀逻辑阀逻辑阀5 逻辑阀逻辑阀261先导控制阀；2控制盖板；3逻辑单元（主阀）、4，阀块体 逻辑阀由控制盖板、逻辑单元（由阀套、弹簧、阀芯及密封件组成）、阀体和先导控制阀（如先导阀为二位三通电磁换向阀）组成。由于插装单元在回路中主要起通、断作用，故又称二通插装阀。275.1 逻辑阀逻辑阀(插装阀插装阀)的工作原理的工作原理 图中图中A和和B为主油路仅有的两个工作油口，为控制油口（与先导为主油路仅有的两个工作油口，为控制油口（与先导阀相接）。当口回油时，阀芯开启，阀相接）。当口回油时，阀芯开启，A与与B相通；反之，当口进油相通；反之，当口进油时，时，A与与B之间关闭。之间关闭。 二通插装阀相当于一个液控单向阀。285.2 方向控制逻辑方向控制逻辑(插装插装)阀阀 逻辑单向阀逻辑单向阀二位二通逻辑换向阀二位二通逻辑换向阀29二位四通逻辑换向阀二位四通逻辑换向阀三位四通逻辑换向阀三位四通逻辑换向阀305. 3 压力控制逻辑压力控制逻辑(插装插装)阀阀 315. 4 流量控制逻辑流量控制逻辑(插装插装)阀阀 32 电电液比例液比例阀阀是一种按是一种按输输入的入的电电气信号气信号连续连续地、按比例地地、按比例地对对油液油液的的压压力、流量或方向力、流量或方向进进行行远远距离控制的距离控制的阀阀。与手。与手动调节动调节的普通液的普通液压压阀阀相比，相比，电电液比例控制液比例控制阀阀能能够够提高液提高液压压系系统统参数的控制水平；与参数的控制水平；与电电液伺服液伺服阀阀相比，相比，电电液比例控制液比例控制阀阀在某些性能方向稍差一些，但它在某些性能方向稍差一些，但它结结构构简单简单、成本低，所以它广泛、成本低，所以它广泛应应用于要求用于要求对对液液压压参数参数进进行行连续连续控制控制或程序控制，但或程序控制，但对对控制精度和控制精度和动态动态特性要求不太高的液特性要求不太高的液压压系系统统中。中。6 电液比例阀电液比例阀 电液比例控制阀的构成，从原理上讲相当于在普通液压阀上，装电液比例控制阀的构成，从原理上讲相当于在普通液压阀上，装上一个比例电磁铁以代替原有的控制（驱动）部分。根据用途和工作上一个比例电磁铁以代替原有的控制（驱动）部分。根据用途和工作特点的不同，电液比例控制阀可以分为电液比例压力阀、电液比例流特点的不同，电液比例控制阀可以分为电液比例压力阀、电液比例流量阀和电液比例方向阀三大类。下面对三类比例阀作简要介绍。量阀和电液比例方向阀三大类。下面对三类比例阀作简要介绍。 33 比例电磁铁是一种直流电磁铁，与普通换向阀用电磁铁的不同主要在于，比例电磁铁的输出推力与输入的线圈电流基本成比例。这一特性使比例电磁铁可作为液压阀中的信号给定元件。6.1 6.1 比例比例电电磁磁铁铁1一轭铁；2线圈；3一限位环；4隔磁环；5一壳体；6内盖；7一盖；8调节螺钉；9弹簧；10衔铁；11一支承环；12导向套34356.2 6.2 电液比例电液比例电液比例电液比例溢流阀溢流阀 阀下部与普通溢流阀阀下部与普通溢流阀的主阀相同，上部则为比的主阀相同，上部则为比例先导压力阀。该阀还附例先导压力阀。该阀还附有一个手动调整的安全阀有一个手动调整的安全阀（先导阀）（先导阀）9，用以限制，用以限制比例溢流阀的最高压力。比例溢流阀的最高压力。 366.2 电液比例电液比例溢流阀溢流阀用比例电磁铁取代先导型用比例电磁铁取代先导型溢流阀导阀的调压手柄，溢流阀导阀的调压手柄，便成为先导型比例溢流阀便成为先导型比例溢流阀 37安全阀安全阀先导比例阀先导比例阀386.3 比例方向节流比例方向节流阀阀396.4 电液比例调速电液比例调速阀阀405-3 分析比较溢流阀、减压阀和顺序阀的作用及差别。分析比较溢流阀、减压阀和顺序阀的作用及差别。5-6 若若减减压压阀阀调调压压弹弹簧簧预预调调为为5MPa而而减减压压阀阀前前的的一一次次压压力力为为4MPa。试问经减压后的二次压力是多少试问经减压后的二次压力是多少?为什么为什么?5-7 在在节节流流调调速速系系统统中中，如如果果调调速速阀阀的的进进、出出油油口口接接反反了了，将将会会出出现怎样的情况，试根据调速阀的工作原理进行分析。现怎样的情况，试根据调速阀的工作原理进行分析。5-9 溢流阀和节流阀都能做背压阀使用，其差别何在溢流阀和节流阀都能做背压阀使用，其差别何在?5-11 说明说明0型、型、M型、型、P型和型和H型三位四通换向阀在中间位置时的性型三位四通换向阀在中间位置时的性能特点。能特点。5-12 球式换向阀与滑阀式换向阀相比，具有哪些优点球式换向阀与滑阀式换向阀相比，具有哪些优点?5-13 电液比例阀与普通阀比较，有何特点电液比例阀与普通阀比较，有何特点?5-15 利用两个逻辑阀单元组合起来作主级，以适当的电磁换向阀作利用两个逻辑阀单元组合起来作主级，以适当的电磁换向阀作先导级，分别构成相当于二位三通、三位三通和四位三通电磁换向阀。先导级，分别构成相当于二位三通、三位三通和四位三通电磁换向阀。 5-16 利用四个逻辑阀单元组合起来作主级，以适当的电磁换向阀利用四个逻辑阀单元组合起来作主级，以适当的电磁换向阀作先导级，分别构成相当于二位四通、三位四通电液换向阀。作先导级，分别构成相当于二位四通、三位四通电液换向阀。 习习 题题