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1、液压与气压传动液压与气压传动第五章第五章 液压控制阀液压控制阀教学内容：教学内容：l液压阀概述l方向控制阀（重点）l压力控制阀（重点）l流量控制阀（重点）机电工程学院液压与气压传动 液压控制阀是在液压系统中控制液体流动方向、流量大小和压力的高低，以满足执行元件的工作要求的元件。5.1 5.1 液压阀概述液压阀概述机电工程学院液压与气压传动5.1 5.1 液压阀概述液压阀概述1、液压阀的基本结构及工作原理基本结构：阀芯、阀体、操纵装置基本原理：阀口流量公式 机电工程学院液压与气压传动5.1 5.1 液压阀概述液压阀概述2 2、液压控制阀的分类、液压控制阀的分类1、按用途分类、按用途分类按用途分类
2、有：压力控制阀；如溢流阀，减压阀等 流量控制阀；如节流阀，调速阀等 方向控制阀。如单向阀，换向阀等2、按控制方式分类、按控制方式分类 (1)开关（或定值控制）阀；(2)伺服控制阀；(闭环系统多用,控制精度高)(3)比例控制阀；(开环系统多用)(4)数字控制阀。机电工程学院液压与气压传动2、液压控制阀的分类3、按结构形式分类、按结构形式分类 按结构形式分类有：滑阀（或转阀）；锥阀；球阀；喷嘴挡板阀；射流管阀。4、按连接方式分类、按连接方式分类管式、板式、叠加式、插装式机电工程学院液压与气压传动 方向控制阀是用来改变液压系统中各油路之间液流通断关系的阀类，如单向阀、换向阀及压力表开关等。5.4.1
3、 单向阀单向阀使油只能在一个方向流动，反方向则堵塞。液控单向阀，在普通单向阀的基础上多了一个控制口，当控制口空接时，该阀相当于一个普通单向阀；若控制口接压力油，则油液可双向流动。为减少压力损失，单向阀的弹簧刚度很小，但若置于回油路作背压阀使用时，则应换成较大刚度的弹簧。5.2方向控制阀（方向控制阀（direction control valves）机电工程学院液压与气压传动方向控制阀l单向阀（正向流通）普通单向阀机电工程学院液压与气压传动方向控制阀l单向阀（反向截止）普通单向阀机电工程学院液压与气压传动方向控制阀l液控单向阀（正向）液控单向阀机电工程学院液压与气压传动方向控制阀l液控单向阀（正
4、向）液控单向阀机电工程学院液压与气压传动方向控制阀液控单向阀l液控单向阀（反向）机电工程学院液压与气压传动方向控制阀l液控单向阀（反向）液控单向阀机电工程学院液压与气压传动l锁紧回路机电工程学院液压与气压传动l卸荷式液控单向阀机电工程学院液压与气压传动5.4.2 5.4.2 换换向向阀阀：换向阀是利用阀芯对阀体的相对位置改变来控制油路接通、切断或改变油液流动方向的阀类。一般以下述方法分类。5.4 方向控制阀方向控制阀分类方法类型按阀的结构形式分滑阀式、转阀式、球阀式、锥阀式按阀的操纵方式分手动、机动、电磁、液动、电液阀、气动按阀的工作位置数和控制的通道数来分二位二通、二位三通、二位四通、三位四
5、通、三位五通等机电工程学院液压与气压传动换向阀：滑阀式换向阀滑阀式换向阀ABPTPTAB换向阀的“位”：用方框表示阀的工作位置，方框数为工作位数。“通”：方框外部连接的接口数。接口表示：P进油口，T回油口，A、B与执行元件连接的油口。机电工程学院液压与气压传动换向阀：滑阀式换向阀滑阀式换向阀ABPTPTAB方框内的箭头表示油路处于接通状态，而用“”或“”表示该油路不通。换向阀一般有两个以上工作位，其中有一个常态位，即阀芯不受任何外力时的位置，绘制系统图时，油路一般连接在常态位上。机电工程学院液压与气压传动5.4 方向控制阀方向控制阀l常用滑阀式换向阀图形符号机电工程学院液压与气压传动换向阀AB
6、二位二通换向阀的结构和工作原理机电工程学院液压与气压传动换向阀二位三通机电工程学院液压与气压传动换向阀二位四通机电工程学院液压与气压传动换向阀二位五通机电工程学院液压与气压传动换向阀三位四通机电工程学院液压与气压传动换向阀三位五通机电工程学院液压与气压传动5.4 方向控制阀方向控制阀l换向阀的滑阀机能：三位四通和三位五通换向阀，滑阀在中位时各油口的连通方式称为滑阀机能。不同的滑阀机能可满足系统不同要求。由表5-5可以看出，不同的机能滑阀，阀体是通用件，区别在于阀芯台肩结构、轴向尺寸及阀芯上径向通孔的个数。机电工程学院液压与气压传动5.4 方向控制阀方向控制阀机电工程学院液压与气压传动5.4 方
7、向控制阀方向控制阀机电工程学院液压与气压传动换向阀ABPPAB（O型）型）T1T2T1T2（T）PABT三位四通三位四通三位五通三位五通机电工程学院液压与气压传动换向阀ABPPAB（H型）型）T1T2T1T2AB（T）PT三位四通三位四通三位五通三位五通机电工程学院液压与气压传动ABPPAB（Y型）型）T1T2T1T2AB（T）PT三位四通三位四通三位五通三位五通换向阀机电工程学院液压与气压传动ABPPAB（J型）型）T1T2T1T2（T）PABT三位四通三位四通三位五通三位五通换向阀机电工程学院液压与气压传动ABPPAB（C型）型）T1T2T1T2AB（T）PT三位四通三位四通三位五通三位五
8、通换向阀机电工程学院液压与气压传动ABPPAB（P型）型）T1T2T1T2（T）PABT三位四通三位四通三位五通三位五通换向阀机电工程学院液压与气压传动ABPPAB（K型）型）T1T2T1T2AB（T）PT三位四通三位四通三位五通三位五通换向阀机电工程学院液压与气压传动ABPPAB（X型）型）T1T2T1T2B（T）PAT三位四通三位四通三位五通三位五通换向阀机电工程学院液压与气压传动ABPPAB（M型）型）T1T2T1T2AB（T）PT三位四通三位四通三位五通三位五通换向阀机电工程学院液压与气压传动换向阀ABPPAB（U型）型）T1T2T1T2AB（T）PT三位四通三位四通三位五通三位五通机
9、电工程学院液压与气压传动换向阀的操纵方式推动阀内阀芯移动的动力有手动、机动、液动、电磁等方法，如图所示。阀上如装弹簧，则当外加压力消失时，阀芯会回到原位。5.4 方向控制阀方向控制阀机电工程学院液压与气压传动1)手动换向阀：手动换向阀是利用手动杠杆来改变阀芯位置实现换向的,图所示为手动换向阀的图形符号。5.4 方向控制方向控制阀阀机电工程学院液压与气压传动机电工程学院液压与气压传动2）机动换向阀：又称行程阀,它主要用来控制液压机械运动部件的行程，它是借助于安装在工作台上的挡铁或凸轮来迫使阀芯移动，从而控制油液的流动方向，机动换向阀通常是二位的,有二通、三通、四通和五通几种,其中二位二通机动阀又
10、分常闭和常开两种。图4-8a为滚轮式二位二通常闭式机动换向阀，若滚轮未压住则油口P和A不通，当挡铁或凸轮压住滚轮时，阀芯右移,则油口P和A接通。图4-8b为其图形符号。5.4 方向控制阀方向控制阀机电工程学院液压与气压传动机电工程学院液压与气压传动3）电磁换向阀：利用电磁铁的通、断电而直接推动阀芯来控制油口的连通状态。图49所示为三位五通电磁换向阀，当左边电磁铁通电，右边电磁铁断电时，阀油口的连接状态为P和A通，B和T2通，T1堵死；当右边电磁铁通电，左边电磁铁断电时，P和B通，A和T1通，T2堵死；当左右电磁铁全断电时，五个油口全堵死。5.4 方向控制阀方向控制阀机电工程学院液压与气压传动机
11、电工程学院液压与气压传动5.4 方向控制阀方向控制阀4）液动换向阀 图410所示为三位四通液动换向阀，当K1通压力油，K2回油时，P与A接通，B与T接通；当K2通压力油，K1回油时，P与B接通，A与T接通；当K1、K2都未通压力油时，P、T、A、B四个油口全堵死。可分为换向时间可调式和换向时间不可调式机电工程学院液压与气压传动机电工程学院液压与气压传动5）电液动换向阀：由电磁换向阀和液动换向阀组合而成。电磁换向阀起先导作用，它可以改变控制液流的方向，从而改变液动换向阀的位置。由于操纵液动换向阀的液压推力可以很大，所以主阀可以做得很大，允许有较大的流量通过。这样用较小的电磁铁就能控制较大的液流。
12、图411所示三位四通电液换向阀。该阀的工作状态（不考虑内部结构）和普通电磁阀一样，但工作位置的变换速度可通过阀上的节流阀调节。5.4 方向控制阀方向控制阀机电工程学院液压与气压传动5）电液换向阀5.4 方向控制阀方向控制阀机电工程学院液压与气压传动机电工程学院液压与气压传动方向控制回路PTABABPT溢流阀溢流阀液压泵液压泵机电工程学院液压与气压传动方向控制回路ABPT溢流阀溢流阀液压泵液压泵PTAB机电工程学院液压与气压传动方向控制回路ABPT溢流阀溢流阀液压泵液压泵PTAB机电工程学院液压与气压传动在液压传动系统中，控制液压油压力高低的液压阀称之为压力控制阀，这类阀的共同点主要是利用在阀芯
13、上的液压力和弹簧力相平衡的原理来工作的。主要包括溢流阀、减压阀、顺序阀和压力继电器等。5.2.15.2.1溢流阀及其应用溢流阀及其应用 当液压执行元件不动时，由于泵排出的油无处可去而成一密闭系统，理论上压力将一直增至无限大，实际上压力将增至液压元件破裂为止，此时电机为维持定转速运转，输出电流将无限增大至电机烧掉为止；前者使液压系统破坏，液压油四溅；后者会引起火灾；因此要绝对避免，防止方法就是在执行元件不动时，提供一条旁路使液压油能经此路回到油箱，它就是“溢流阀（Reliefvalve）”.5.3 压力控制阀压力控制阀机电工程学院液压与气压传动1溢流阀结构及分类1）直 动 型 溢 流 阀（Spr
14、ingloadedtypereliefvalve）结构如图b所示，压力由弹簧设定，当油的压力超过设定值时，锥阀上移，油液就从溢流口流回油箱，并使进油压力等于设定压力。由于压力为弹簧直接设定，一般当安全阀使用。图c为直动式溢流阀的职能符号。5.3 压力控制阀压力控制阀机电工程学院液压与气压传动5.3 压力控制阀压力控制阀l l直动型溢流阀直动型溢流阀l l调压原理调压原理：机电工程学院液压与气压传动l l直动型溢流阀直动型溢流阀PT符号符号PT5.3 压力控制阀压力控制阀偏流盘偏流盘1：阻尼活塞阻尼活塞3：锥面锥面由于以上结构变化，该结构的直动式溢流阀可用于高压大流高压大流量量场合。机电工程学院
15、液压与气压传动 2）先导型溢流阀（Pilotoperated relief valve）：结构如图所示，由主阀和先导阀两部分组成，主要特点是利用主阀平衡活塞上下两腔油液压力差和弹簧力相平衡。5.3 压力控制阀压力控制阀机电工程学院液压与气压传动l l先导型溢流阀先导型溢流阀调节螺钉调节螺钉锥阀锥阀 锥阀座锥阀座调压弹簧调压弹簧阀体阀体主阀芯主阀芯主阀体主阀体主阀弹簧主阀弹簧遥控口遥控口K进油口进油口P出油口出油口TPT符号符号5.3 压力控制阀压力控制阀机电工程学院液压与气压传动l l先导型溢流阀工作原理先导型溢流阀工作原理5.3 压力控制阀压力控制阀机电工程学院液压与气压传动l l先导型溢流
16、阀工作原理先导型溢流阀工作原理5.3 压力控制阀压力控制阀机电工程学院液压与气压传动l l先导型溢流阀工作原理先导型溢流阀工作原理5.3 压力控制阀压力控制阀机电工程学院液压与气压传动5.3 压力控制阀压力控制阀 主阀芯和先导阀的力平衡方程分别为 联立上述两式，得溢流阀进口压力为 (5-24)机电工程学院液压与气压传动5.3 压力控制阀压力控制阀先导式溢流阀 由先导阀和主阀构成;先导阀调压,主阀溢流.主阀的开启是在压差力的作用下进行,主阀弹簧只用来克服阀口关闭时的摩擦力.所以主阀弹簧很软,刚度kx小,这样当流量增加时,尽管开度增大,但弹簧力(F=kxx)变化很小.先导弹簧调压,但因为通过先导阀
17、的溢流量只有主阀的1%左右,所以先导阀阀座孔的面积和先导阀的开度,以及调压弹簧刚度(在调定压力较大时)都不必很大.这样当流量增大时,由于阻尼孔作用,先导阀流量变化引起的位移变化和被控压力变化都很小(kyy=pA).机电工程学院液压与气压传动l下面简单介绍二节同心式溢流阀结构二节同心式溢流阀结构特点特点：l二节同心，所以结构简单，加工和装配方便。l主阀芯和阀套通用化程度好，便于批量生产。l通流面积大，在相同开启情况下，其通流能力大。机电工程学院液压与气压传动2溢流阀的应用（遥控口的作用）：除了作溢流阀用在回路中起调压作用、作安全阀用外，还有下列用途（调压溢流、安全保护、卸荷、远程或多级调压、形成
18、背压）：5.3 压力控制阀压力控制阀机电工程学院液压与气压传动4）远程压力控制回路：从较远距离的地方来控制泵工作压力的回路，如图所示回路压力调定是由遥控溢流阀（remotecontrolreliefvalves）所控制，回路压力维持在3MPa。遥控溢流阀的调定压力一定要低于主溢流阀调定压力，否则等于将主溢流阀遥控口堵塞。机电工程学院液压与气压传动4）多级压力切换回路：如图利用电磁换向阀可调出三种回路压力，注意最大压力一定要在主溢流阀上设定。5.3 压力控制阀压力控制阀机电工程学院液压与气压传动l5）卸荷回路机电工程学院液压与气压传动5.3 压力控制阀压力控制阀压力-流量特性；启闭特性：机电工程
19、学院液压与气压传动5.3 压力控制阀压力控制阀卸荷压力。当溢流阀的远程控制口K与油箱相连时，额定流量下的压力损失(进出油口的压力差)称为卸荷压力。压力稳定性；机电工程学院液压与气压传动5 52 22 2 减压阀及其应用减压阀及其应用当回路内有两个以上液压缸，其中之一需要较低的工作压力，同时其它的液压缸仍需高压运作 时，此 刻 就 得 用 减 压 阀（Reducingvalve）提供一较系统压力为低的压力给低压缸。1定压输出减压阀结构及工作原理：定压输出减压阀有直动型和先导型两种，如图所示，为先导型减压阀，由主阀和先导阀组成，先导阀负责调定压力，主阀负责减压作用。53 压力控制阀压力控制阀机电工
20、程学院液压与气压传动l l先导型减压阀先导型减压阀5.3 压力控制阀压力控制阀机电工程学院液压与气压传动2减压阀的应用1）减压回路：如图为减压回路，不管回路压力多高，A缸压力决不会超过3MPa。5.3 压力控制阀压力控制阀机电工程学院液压与气压传动例题1：如图所示，溢流阀调定压力ps1=4.5MPa，减压阀的调定压力ps2=3MPa，活塞前进时，负荷F=1000N，活塞面积A=2010-4m2，减压阀全开时的压力损失及管路损失忽略不计，求：（1）活塞在运动时和到达尽头时，A、B两点的压力。（2）当负载F=7000N时，A、B两点的压力是多少？5.3 压力控制阀压力控制阀机电工程学院液压与气压传
21、动5.3 压力控制阀压力控制阀l l定差减压阀定差减压阀定差减压阀（见图5-23）可使进出口压力差保持为定值。其进出油压在阀芯有效作用于面积上的压力差与弹簧力相平衡：式中，K、x0分别为弹簧刚度（N/m）和预压缩量（m）；p1、p2、x、D和d的含意如图5-23所示。机电工程学院液压与气压传动5.3 压力控制阀压力控制阀l l定比减压阀定比减压阀定比减压阀（见图5-24）可使进出口压力间保持一定的比例。如果忽略刚度很小的弹簧力，则可近似列出阀芯平衡关系式：p1/p2=D2/d2机电工程学院液压与气压传动5 52 23 3 顺序阀及其应用顺序阀及其应用1顺序阀的结构及动作原理：顺序阀（seque
22、ncevalve）是使用在一个液压泵要供给两个以上液压缸依一定顺序动作场合的一种压力阀。顺序阀的构造及其动作原理类似溢流阀，有直动式和先导式两种，目前较常用直动式。顺序阀与溢流不同的是：出口直接接执行元件，另外有专门的泄油口。5.3 压力控制阀压力控制阀（该类型在先导阀处泄漏量较大，不易在小流量场合使用不易在小流量场合使用）机电工程学院液压与气压传动 顺序阀顺序阀作用：控制多个执行元件动作顺序。1.内控顺序阀职能符号：结构：出油口接二次油路，有单独泄油口。工作原理：p ps,接通。特点：内部控制，外部泄油。机电工程学院液压与气压传动l应用：控制液压缸动作顺序机电工程学院液压与气压传动外控顺序阀
23、外控顺序阀结构：控制油口。工作原理：pK ps,进出口接通。特点：外部控制，外部泄油。职能符号：机电工程学院液压与气压传动平衡阀平衡阀与顺序阀区别：没有单独的泄油口，弹簧较硬。职能符号：1.内控平衡阀特点：内部控制，内部泄油。作用：放在执行元件的回油路上，平衡重物。机电工程学院液压与气压传动外控平衡阀外控平衡阀职能符号：特点：外部控制，内部泄油。机电工程学院液压与气压传动卸荷阀卸荷阀职能符号：工作原理：pK ps,阀口打开，使泵卸荷。作用：使油泵卸荷，减小功率消耗。区别：出口接油箱，K口接卸荷油压。特点：外部控制，内部泄油。低压大流量泵高压小流量泵机电工程学院液压与气压传动2顺序阀的应用用于顺
24、序动作回路：如图所示为一定位与夹紧回路，其前进的动作顺序是先定位后夹紧，后退是同时退后。5.3 压力控制阀压力控制阀机电工程学院液压与气压传动5 52 24 4 压压力力继继电电器器：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，根据液压系统压力的变化，通过压力继电器内的微动开关，自动接通或断开电气线路，实现执行元件的顺序控制或安全保护。5.3 压力控制阀压力控制阀机电工程学院液压与气压传动 5.3 压力控制阀压力控制阀工作原理：工作原理：p ps,微动开关闭合，发出电信号。p ps,微动开关断开，电信号撤销。职能符号：机电工程学院液压与气压传动5.3 压力控制阀压力控制阀项目溢
25、流阀减压阀顺序阀控制油路进油口压力出油口压力控制油路引入出油口连接情况接油箱减压回路，至执行元件工作油路泄漏方式内泄外泄外泄进出油口状态及压力值常态常闭常开常闭工作状态进出油口通，进油口压力为调整压力出口压力低于进口压力，稳定在调定值上进出油口通，允许进油口压力升高系统中的联结方式并联串联串联功用限压、稳压减压、稳压利用压力变化控制油路的通断结构结构大体相同，只是泄油路不同阀类机电工程学院液压与气压传动 液压系统在工作时，常需随工作状态的不同而以不同的速度工作，只要控制流量就控制了速度；无论哪一种流量控制阀，内部一定有节流阀的构造，因此节流阀可说是最基本的流量控制阀了。5 53 31 1 速度
26、控制的概念速度控制的概念 1、对液压执行元件而言，控制“流入执行元件的流量”或“流出执行元件的流量”都可控制执行元件的速度。5.3 流量控制阀流量控制阀机电工程学院液压与气压传动2、控制原理：液体流动时，改变流通截面面积或通流流道长短，可改变局部阻力大小，据此可实现对流量的控制。1）孔口（通流面积）如图19所示，当 l/d=4时称为阻流管，流量q等于式中：运动粘度 5.3 流量控制阀流量控制阀机电工程学院液压与气压传动5 53 32 2 节节流流阀阀（Throttle valve）：1 1、结结构构和和工工作作原原理理：如如图为节流阀的结构，油液由入口进入，经滑轴上的节流口后，由出口流出。调整
27、手轮使滑轴轴向移动，以改变节流口节流面积的大小，从而改变流量大小达到调速的目的。图中油压平衡用孔道在于减小作用于手轮上的力，使滑轴上下油压平衡。5.3 流量控制阀流量控制阀机电工程学院液压与气压传动l节流阀流量控制阀机电工程学院液压与气压传动流量控制阀l节流阀机电工程学院液压与气压传动l节流阀流量控制阀机电工程学院液压与气压传动2节流阀流量特性：通过节流口的流量可用下式表示：由上式可知，当k、p、m不变时，改变节流阀的节流面积A可改变通过的流量大小，又当k、A、m不变时，节流阀进出口压力差p有变化，通过的流量也会有变化。当液压缸所推动的负载变化时，使得节流阀进出口压力差变化，通过的流量也有变化
28、，从而活塞的速度不稳定。5.3 流量控制阀流量控制阀K节流系数节流系数A过流面积过流面积pm孔口形状指数孔口形状指数入口、出口压差入口、出口压差机电工程学院液压与气压传动5.3 流量控制阀流量控制阀3、节流阀的刚度T节流阀的刚度反映了它在负载压力变动时保持流量稳定的能力。它定义为节流阀前后压差p的变化与流量q的波动值的比值kT=p1-m/(KAm)(5-48)机电工程学院液压与气压传动5.3 流量控制阀流量控制阀结合图5-29和式（5-48）可得以下结论：(1)p相同，节流开口A小时，刚度大。(2)A 一定时，前后压差p越小，刚度越低。(3)减小m值，可提高刚度。(4)当节流口为细长孔时，油温
29、越高，液体动力粘度越小，节流系数K越大，阀的刚度就越小，流量的增量越大。4、节流阀的应用 单独的节流阀刚度小，故只适用于执行元件负载变化很小和速度稳定性要求不高的场合。机电工程学院液压与气压传动5 53 33 3 调速阀：调速阀：1 1、调速阀是进行了压力补偿的节流阀，能在负载变化的状况下，保持进口、出口压力差恒定。如图所示调速阀的结构，由定差减压阀和节流阀串联而成。5.3 流量控制阀流量控制阀机电工程学院液压与气压传动2 2、温温度度补补偿偿调调速速阀阀：能在油温变化的情况下，保持通过阀的流量不变。5.3 流量控制阀流量控制阀机电工程学院液压与气压传动5.3 流量控制阀流量控制阀3、旁通调速
30、阀机电工程学院液压与气压传动机电工程学院液压与气压传动机电工程学院液压与气压传动总 结流量控制阀压力控制阀方向控制阀机电工程学院液压与气压传动51如果将先导式溢流阀平衡活塞上的阻尼孔堵塞或开为通孔，对液压系统会有什么影响？52将先导式溢流阀的遥控口直接接油箱，会如何？53为何顺序阀和减压阀不能采用内部排泄型，而溢流阀可以？54何谓换向阀的“位”与“通”？画出三位四通电磁换向阀、二位三通机动换向阀及三位五通电液换向阀的职能符号。55何谓滑阀机能？画出“O”型、“M”型、“P”、”H”、”Y”型滑阀机能并说明各适用何种场合？5-6如何从外观辨别溢流阀、减压阀?思考题与习题机电工程学院液压与气压传动Take a Break机电工程学院液压与气压传动