液压传动第五章 液压控制元件液压控制元件第一节第一节 液压阀概述液压阀概述第二节第二节 方向控制阀方向控制阀第三节第三节 压力控制阀压力控制阀第四节第四节 流量控制阀流量控制阀第五节第五节 二通插装阀和叠加阀二通插装阀和叠加阀液压传动第五章 液压控制元件液压传动第五章 液压控制元件l液压阀的基本结构和原理 液压控制阀在液压系统中被用来控制液流的压力、流量和方向，保证执行元件按照要求进行工作。属控制元件。液压阀基本结构：包括阀芯、阀体和驱动阀芯在阀体内作相对运动的装置。驱动装置可以是手调机构，也可以是弹簧或电磁铁，有时还作用有液压力。液压阀基本工作原理：利用阀芯在阀体内作相对运动来控制阀口的通断或阀口开度的大小，实现对压力、流量和方向的控制。流经阀口的流量q与阀口前后压力差p和阀口过流面积 A 有关，但始终满足压力流量方程；液压传动第五章 液压控制元件l液压阀的分类a)滑阀 滑阀为间隙密封，阀芯与阀口存在一定的密封长度，因此滑阀运动存在一个死区。b)锥阀 锥阀阀芯半锥角一般为12 20 ，阀口关闭时为线密封，密封性能好且动作灵敏。c)球阀 性能与锥阀相同。1根据机构形式不同可分为：液压传动第五章 液压控制元件a)压力控制阀 用来控制和调节液压系统液流压力的阀类，如溢流阀、减压阀、顺序阀等。b)流量控制阀 用来控制和调节液压系统液流流量的阀类，如节流阀、调速阀、分流集流阀、比例流量阀等。c)方向控制阀 用来控制和改变液压系统液流方向的阀类，如单向阀、液控单向阀、换向阀等。2根据用途不同可分为：液压传动第五章 液压控制元件3根据控制方式不同可分为：a)定值或开关控制阀 被控制量为定值的阀类，包括普通控制阀、插装阀、叠加阀。b)比例控制阀 被控制量与输入信号成比例连续变化的阀类，包括普通比例阀和带内反馈的电液比例阀。c)伺服控制阀 被控制量与（输出与输入之间的）偏差信号成比例连续变化的阀类，包括机液伺服阀和电液伺服阀。d)数字控制阀 用数字信息直接控制阀口的启闭，来控制液流的压力、流量、方向的阀类，可直接与计算机接口，不需要D/A转换器。液压传动第五章 液压控制元件4根据安装连接形式不同可分为：a)管式连接 阀体进出口由螺纹或法兰与油管连接。安装方便。b)板式连接 阀体进出口通过连接板与油管连接。便于集成。c)插装式 将阀芯、阀套组成的组件插入专门设计的阀块内实现不同功能。结构紧凑。d)叠加式 是板式连接阀的一种发展形式。 液压传动第五章 液压控制元件l液压阀的性能参数公称通径 代表阀的通流能力的大小，对应于阀的额定流量。与阀的进出油口连接的油管应与阀的通径相一致。阀工作时的实际流量应小于或等于它的额定流量，最大不得大于额定流量的1.1倍。额定压力 阀长期工作所允许的最高压力。对压力控制阀，实际最高压力有时还与阀的调压范围有关；对换向阀，实际最高压力还可能受它的功率极限的限制。液压传动第五章 液压控制元件l对液压阀的基本要求a)动作灵敏，使用可靠，工作时冲击和振动要小。b)阀口全开时，液流压力损失要小；阀口关闭时，密封性能要好。c)所控制的参数（压力或流量）要稳定，受外干扰时变化量要小。d)结构紧凑，安装、调试、维护方便，通用性要好。液压传动第五章 液压控制元件4.1方向控制阀4.1.1单向阀作用：控制油液的单向流动（单向导通，反向截止）分类：普通单向阀、液控单向阀要求：正向流动阻力损失小，反向密封性好，动作灵敏功用：控制油液流动方向或通断 分类：单向阀、换向阀液压传动第五章 液压控制元件在系统中的主要作用:l装在泵的出口，防止系统压力冲击影响泵。l分隔油路以防止干扰，开启压力为：0.03-0.05MPal装在回油路提供背压，开启压力为：0.3-0.5MPal与其他的阀组成单向节流阀、单向减压阀、单向顺序阀等。1.普通单向阀液压传动第五章 液压控制元件2.液控单向阀 当控制油口不通压力油时，油液只能从p1p2；当控制油口通压力油时， p2 p1的反向油液也可自由通过。 根据控制活塞上腔的泄油方式不同分为内泄式和外泄式。注意：控制压力油油口不工作时，应使其通回油箱，否则控制活塞难以复位，单向阀反向不能截止液流。液压传动第五章 液压控制元件4.1.2换向阀 换向阀是利用阀芯在阀体孔内作相对运动，使油路接通或切断而改变油流方向的阀。 换向阀的分类l 按结构形式可分：滑阀式、转阀式、球阀式。l 按阀体连通的主油路数可分：两通、三通、四通等。l 按阀芯在阀体内的工作位置可分：两位、三位、四位等。l 按操作阀芯运动的方式可分：手动、机动、电磁动、液动、 电液动等。(a)手动式(b)机动式(c)电磁动(d)弹簧控制(e)液动(f)液压先导控制(g)电液控制液压传动第五章 液压控制元件 阀芯与阀体孔配合处为台肩，阀体孔内沟通油液的环形槽为沉割槽。阀体在沉割槽处有对外连接油口。当阀芯运动时，通过阀芯台肩开启或封闭阀体沉割槽，接通或关闭与沉割槽相通的油口。液压传动第五章 液压控制元件位: 阀芯相对于阀体的工作位置数通：阀体对外连接的主要油口数 (不包括控制油口和泄漏油口） 1.滑阀的位、通、中位机能 中位机能：三位换向阀的阀芯在中间位置时，各通口间有不同的连通方式，可满足不同的使用要求。这种连通方式称为换向阀的中位机能 液压传动第五章 液压控制元件 不同滑阀机能的滑阀，阀体是通用的，仅阀芯台肩的尺寸和形状不同。液压传动第五章 液压控制元件2.手动换向阀 阀芯运动是藉助于机械外力实现的。其中，手动换向阀又分为手动和脚踏两种；液压传动第五章 液压控制元件3.电磁换向阀 阀芯运动是藉助于电磁力和弹簧力的共同作用。电磁铁不得电，阀芯在右端弹簧的作用下，处于左极端位置（右位），油口p与A通，B不通；电磁铁得电产生一个电磁吸力，通过推杆推动阀芯右移，则阀左位工作，油口p与B通，A不通。 电磁铁可以是直流、交流或交本整流的。液压传动第五章 液压控制元件 如果将两端电磁铁与弹簧对中机构组合，又可组成三位的电磁换向阀，电磁铁得电分别为左右位，不得电为中位（常位）。 电磁吸力有限，电磁换向阀最大通流量小于100 L/min。对液动力较大的大流量阀则应选用液动换向阀或电液换向阀。液压传动第五章 液压控制元件 电液换向阀是由电磁换向阀与液动换向阀组合而成，液动换向阀实现主油路的换向，称为主阀；电磁换向阀改变液动阀控制油路的方向，称为先导阀。 控制油可以取自主油路的p口（内控），也可以另设独立油源（外控）。采用内控时，主油路必须保证最低控制压力（0.30.5MPa)；采用外控时，独立油源的流量不得小于主阀最大通流量的15 ，以保证换向时间要求。 电磁阀的回油可以单独引出（外排），也可以在阀体内与主阀回油口沟通，一起排回油箱（内排）。液压传动第五章 液压控制元件4. 换向阀的性能要求l换向可靠性：换向信号发出后阀芯能灵敏地移到工作位置； 换向信号撤除后阀芯能自动复位。同一通径的电磁阀，机能不同，可靠换向的压力流量范围不同，一般用工作极限曲线表示。l压力损失：包括阀口压力损失和流道压力损失。换向阀的压力损失除与通流量有关，还与阀的机能、阀口流动方向有关，一般不超过1MPa。l内泄漏量：滑阀式换向阀为环形间隙密封，工作压力越高， 内泄漏越大。泄漏不仅带来功率损失，而且引起油液发热。因此阀芯与阀体要同心，并要有足够的封油长度。l换向平稳性：就是要求换向时压力 冲击要小。手动换向阀和电液换向阀可以控制换向时间来减小换向冲击。l 换向时间和换向频率：交流电磁铁的换向时间约为0.030.15s，直流电磁铁的换向时间约为0.10.3s；直流电磁铁换向频率为60240次/min。液压传动第五章 液压控制元件4.2压力控制阀 压力控制阀是用来控制液压系统中油液压力或通过压力信号实现控制的阀类。它包括溢流阀、减压阀、顺序阀、压力继电器。 压力控制阀的基本工作原理 通过液压作用力与弹簧力进行比较来实现对油液压力的控制。 调节弹簧的预压缩量即调节了阀芯的动作压力，该弹簧是压力控制阀的重要调节零件，称为调压弹簧。 要掌握各种压力阀的结构原理及其应用。液压传动第五章 液压控制元件4.2.1溢流阀 结构原理 直动型溢流阀由阀芯、阀体、弹簧、上盖、调节杆、调节螺母等零件组成。阀体上进油口旁接在泵的出口，出口接油箱。原始状态，阀芯在弹簧力的作用下处于最下端位置，进出油口隔断。进口油液经阀芯径向孔、轴向孔作用在阀芯底端面，当液压力等于或大于弹簧力时，阀芯上移，阀口开启，进口压力油经阀口溢回油箱。此时阀芯受力平衡，阀口溢流满足压力流量方程。1.直动式溢流阀液压传动第五章 液压控制元件阀口刚开启时阀芯受力平衡方程 pkD 2/4 = K（xo+ L）阀口开启后阀芯受力平衡方程 pD 2/4 = K（xo+ L+ x）+Fs阀口开启后溢流的压力流量方程 q =CD x（2p/）1/2直动式溢流阀的工作原理要点l对应调压弹簧一定的预压缩量 xo。l由于阀开口大小 x 和 稳态液动力Fs的影响，阀的进口压力随流经阀口流量的增大而增大。当流量为额定流量时的阀的进口压力 ps 最大，ps称为阀的调定压力。l弹簧腔的泄漏油经阀内泄油通道至阀的出口引回油箱，若阀的出口压力不为零，则背压将作用在阀芯上端，使阀的进口压力增大。l对于高压大流量的压力阀，要求调压弹簧具有很大的弹簧力，这样不仅使阀的调节性能变差，结构上也难以实现。液压传动第五章 液压控制元件2.先导式溢流阀341先导阀阀体2主阀阀体3主阀阀芯4先导阀阀芯符号图液压传动第五章 液压控制元件先导式溢流阀的工作原理要点l先导阀和主阀阀芯分别处于受力平衡，其阀口都满足压力流量方程。阀的进口压力由两次比较得到，压力值主要由先导阀调压弹簧的预压缩量确定，主阀弹簧起复位作用。l通过先导阀的流量很小，是主阀额定流量的1，因此其尺寸很小，即使是高压阀，其弹簧刚度也不大。这样一来阀的调节性能有很大改善。l主阀芯开启是利用液流流经阻力孔形成的压力差。阻力孔一般为细长孔，孔径很小=0.81.2mm，孔长l = 812mm，因此工作时易堵塞，一旦堵塞则导致主阀口常开无法调压。l先导阀前腔有一控制口，用于卸荷和遥控。液压传动第五章 液压控制元件先导式溢流阀遥控口接法 先导阀前腔有一遥控口，在该控制口接远程调压阀可实现远程控制，接电磁阀通回油箱可实现卸载。 远程调压阀实际上是一个独立的压力先导阀，旁接在先导型溢流阀遥控口起远程调压作用，其调定压力必须低于先导阀的调定压力。无论哪个起作用，泵的溢流量始终经主阀阀口回油箱。液压传动第五章 液压控制元件溢流阀的功用 溢流阀旁接在泵的出口，用来保证系统压力恒定，称为溢流阀。 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。液压传动第五章 液压控制元件溢流阀的基本性能l调压范围 ： 在规定的范围内调节时，阀的输出压力能平稳的升降，无突跳或迟滞现象。l压力流量特性： 溢流阀的进口压力随流量变化而波动的性能；又称为启闭特性。液压传动第五章 液压控制元件 减压阀是利用液流流过缝隙产生压力损失，使其出口压力低于进口压力的压力控制阀，使同一系统有两个或多个不同压力。 按调节要求不同，有定值减压阀，定差减压阀，定比减压阀。其中定值减压阀应用最广，又简称减压阀。4.2.2减压阀 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。液压传动第五章 液压控制元件定值减压阀的结构原理及符号 减压阀由压力先导阀和主阀组成。出口压力油引至主阀芯上腔和先导阀前腔，当出口压力大于减压阀的调定压力时，先导阀开启，主阀芯上移，减压缝隙关小，减压阀才起减压作用且保证出口压力为定值。液压传动第五章 液压控制元件 减压阀和溢流阀比较： l减压阀是出口压力控制，保证出口压力为定值；溢流阀是进口压力控制，保证进口压力为定值。l减压阀阀口常开；溢流阀阀口常闭。l减压阀有单独的泄油口；溢流阀弹簧腔的泄漏油经阀体內流道內泄至出口。液压传动第五章 液压控制元件4.2.3顺序阀作用:控制液压系统中各执行元件的顺序动作。分类：依控制压力的不同分为内控式和外控式。前者用阀的进口压力控制阀芯的启闭，后者用外来的控制压力油控制阀芯的启闭(液控顺序阀)。 液压传动第五章 液压控制元件先导式顺序阀结构和工作原理 液压传动第五章 液压控制元件顺序阀图形符号 先导式顺序阀和先导式溢流阀比较 l溢流阀的进口压力在通流状态下基本不变。顺序阀在通流状态下其进口压力由工况而定l溢流阀为内泄漏，而顺序阀需单独引出泄漏通道，为外泄漏l溢流阀的出口必须回油箱，顺序阀出口可接负载液压传动第五章 液压控制元件4.2.4压力继电器 压力继电器是一种将液压系统的压力信号转换为电信号输出的元件。 其作用是实现执行元件的顺序控制或安全保护。 柱塞式压力继电器的结构图和符号 1柱塞柱塞2杠杆杠杆3弹簧弹簧 液压传动第五章 液压控制元件4.3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、调速阀和分流集流阀。节流阀调速阀分流集流阀液压传动第五章 液压控制元件流量控制原理流经节流口的流量 节流元件的节流口结构有锥形、三角槽形、矩形、三角形等。由节流方程知，当压力差一定时，改变开口面积即改变液阻就可改变流量。液压传动第五章 液压控制元件4.3.1节流阀结构及工作原理液压传动第五章 液压控制元件流量特性及刚性：在节流阀用在系统中起调速作用时会因外负载的波动引起阀前后压力差p的变化，此时即使阀开口面积不变也会导致流经阀口的流量发生变化。刚性：表示抵抗负载变化保持流量稳定的能力。节流阀的刚度T：l节流开口一定时, p越小,刚度越低。但提高p将引起压力损失的增加，一般：p=（0.150.4)MPal取小的指数m可提高刚度,因此在使用中多采用薄壁孔式节流口,即m=0.5lp相同,节流开口小时刚度大阀前后压力差p的变化,引起通过节流阀的流量变化越小, 刚性越大,反之,其刚性则小。液压传动第五章 液压控制元件最小稳定流量:节流阀在很小开口下工作时，流经阀的流量会出现周期性脉动，甚至间歇式断流，这种现象称为节流阀的堵塞现象。为此对节流阀有一个能正常工作的最小流量的限制。 节流阀的应用：l当q 一定时，改变A 可改变阀前后压力差p起负载阻尼作用，如阀1。l当q0 时，安装节流元件可延缓压力突变的影响起压力缓冲作用，如阀2。l当节流阀前后p 一定时，改变A 可改变流经阀的流量起节流调速作用，如阀3。液压传动第五章 液压控制元件4.3.2调速阀 调速阀是由定差减压阀与节流阀串连而成。 压力油p1先经定差减压阀，然后经节流阀流出。节流阀进、出口压力油p2、p3经阀体流道被引至定差减压阀阀芯的两端，(p2-p3)与定差减压阀的弹簧力进行比较，因定差减压阀阀口的压力补偿作用，使得(p2-p3)基本不变。(b)液压传动第五章 液压控制元件4.3.3分流集流阀 分流集流阀是用来保证多个执行元件速度同步的流量控制阀，又称为同步阀。它包括分流阀、集流阀和分流集流阀三种控制类型。 结构原理：它由两个固定节流孔1、2、阀体、阀芯和两个对中弹簧等组成。阀芯两端台肩与阀体沉割槽组成两个可变节流口3、4。固定节流孔起检测流量的作用，可变节流口起压力补偿作用，其过流面积通过压力p1和p2 的反馈作用进行控制。无论负载压力p3、p4如何变化，都能保证q1q2 。液压传动第五章 液压控制元件4.3.4插装阀 二通插装阀是插装阀基本组件（阀芯、阀套、弹簧和密封圈）插到特别设计加工的阀体内，配以盖板、先导阀组成的一种多功能的复合阀。因每个插装阀基本组件有且只有两个油口，故被称为二通插装阀，早期又称为逻辑阀。特点：l阀芯为锥阀，密封性能好，且动作灵敏；l通流能力大，抗污染；l一阀多用，易组成各式系统，结构紧凑。l特别对大流量及非矿物油介质的场合，优点更为突出液压传动第五章 液压控制元件 插装阀组件由阀芯、阀套、弹簧和密封圈组成。根据用途不同分为方向阀组件、压力阀组件和流量阀组件。同一通径的三种组件安装尺寸相同，但阀芯的结构形式和阀套座直径不同。三种组件均有两个主油口A 和B、一个控制口x 。插装阀基本组件及符号插装阀的应用1.单向阀 将方向阀组件的控制口通过阀块和盖板上的通道与油口A或B直接沟通，可组成单向阀。液压传动第五章 液压控制元件2.二通阀 由一个二位三通电磁滑阀控制方向插装阀组件，可组成二位二通阀。3.三通阀 由一个两位四通电磁换向阀控制两个方向插装阀组件,可组成一个二位三通换向阀。4.四通阀 先导阀是一个三位四通换向阀组成的三位四通换向阀。 先导阀是两个二位四通换向阀或四个二位三通换向阀组成的四位四通换向阀。 四通插装阀的工作状态数取决于先导换向阀的工作位置数。液压传动第五章 液压控制元件4.3.5叠加阀 叠加阀以板式阀为基础，每个叠加阀不仅起到单个阀的功能，而且还沟通阀与阀的流道。换向阀安装在最上方，对外连接油口开在最下边的底板上，其他的阀通过螺栓连接在换向阀和底板之间。左图为叠加阀装置图，右图为其系统图。 由叠加阀组成的系统结构紧凑，配置灵活，设计制造周期短。液压传动第五章 液压控制元件习题1、溢流阀在液压系统中有何功用？ 2、如图所示是利用先导式溢流阀进行卸荷的回路。溢流阀调定压力。1、要求考虑阀芯阻尼孔的压力损失，回答下列问题：1）在溢流阀开启或关闭时，控制油路E，F段与泵出口处B点的油路是否始终是连通的？2）在电磁铁DT断电时，若泵的工作压力，B点和E点压力哪个大？为什么？若泵的工作压力，B点和E点压力哪个大？为什么？3）在电磁铁DT吸合时，泵的流量是经哪条油路流回油箱的？