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1、1 第第5 5章章 液压控制阀液压控制阀 2 第五章 液压控制阀 一、液压控制阀分类 液压控制阀是液压系统中，用来控制油液方向、压力及 流量的元件。借助与这些阀，能对执行机构的启动、停止、 方向、速度、动作顺序和负载能力进行控制与调节，使各类 液压机械能按要求协调工作。 液压传动系统对液压控制阀的基本要求为： (1) 动作灵敏、使用可靠，工作时冲击和振动要小，使用寿命长。 (2) 油液通过液压阀时压力损失要小，密封性能好，内泄要小，无外泄。 (3) 结构简单紧凑、安装、维护、调整方便，通用性好。 3 按用途 方向控制阀（单向阀、换向阀） 压力控制阀（溢流阀、减压阀） 流量控制阀（节流阀、调速阀
2、） 按控制方式 开关阀 伺服阀 比例阀 数字阀 按连接方式 管式及法兰式 板式及叠加式 插装式连接（由阀芯及阀套组成，无独立阀体。） 按操作方式 手动 机动 电动 按阀芯结构: 滑阀 锥阀 球阀 二、阀口特性与阀芯的运动阻力 对于各种滑阀、锥阀、球阀、节流孔口，通过阀口的流量均可用下式表示： 式中: 1阀口流量公式及流量系数 a.滑阀的流量公式 W 为阀口的周向长度。亦称面积梯度，它是阀口通流截面 积相对于阀口开度的变化率。对于孔口为全周边的圆柱滑阀， Wd。 流体的流量系数Cq的值由实验确定。在液流完全收缩的情 况下，薄壁小孔（锐边）计算时Cq取平均值0.600.65；若阀口 有不大的圆角或
3、很小的倒角，则Cq0.80.9。 6 b.锥阀的流量公式 具有半锥角且倒角宽度为s的锥阀阀口，其阀座 平均直径为dm(d1十d2)2，当阀口开度为x时，阀芯 与阀座间过流间隙高度为hxsin 。在平均直径dm 处，阀口的过流面积为: 一般，xdm，则 锥阀流量系数Cq取0.770.82 流经薄壁小孔的流量q与小孔前后的压差p平方根以及小 孔面积A成正比，而与粘度无关。 由于薄壁小孔具有沿程压力损失小、通过小孔的流量对工 作介质温度的变化不敏感等特性，所以常被用作调节流量的 器件。 在液压与气压传动中，常采用一些与薄壁小孔流动特性相 近的阀口作为可调节孔口，如锥阀、滑阀、喷嘴挡板阀等。 流体流过
4、这些阀口的流量公式仍满足，但其流量系数Cq则随着 孔口形式的不同而有较大的区别。 7 2阀芯驱动与阀芯运动阻力 液压阀在阀芯移动、改变阀口的启闭或开口大小时控制液体 流动，同时也产生着液动力和卡紧力。液动力和卡紧力对液压 阀的性能有着重大的影响。作用在阀芯上的液动力有稳态液动 力和瞬态液动力两种。 （1）稳态液动力 稳态液动力是指阀芯移动完毕，开口固定之后，恒定流 动的液体流过阀口时因动量变化而作用在阀芯上的力。 当阀口开度发生变化时，阀腔内油液的轴向速度亦发生 变化，也就是出现了加速或减速，阀芯将受到了一个轴向的 反作用力，这就是瞬态液动力。 8 取阀芯凸肩之间的容腔液体做控制体，列水平方向
5、动量方程： 轴向液动力： （方向向左） 由薄壁小孔流动可知： a.作用在滑阀上的稳态液动力 式中： 将v、q、A0 代入得： 9 当液体由右侧进左侧出，得出的结论与上述型式结论相同。 （方向向左） 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。在高压大 流量情况下，这个力将会很大，使阀芯的操纵成为突出的问题。 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。 液动力的方向：对带平衡活塞的完整阀腔而言，无论液流方向如何，其 方向总是力图使阀口趋于关闭。 稳态稳态 液动液动 力指力指 向阀向阀 口关口关 闭的闭的 方向方向 10 b.作用在锥阀上
6、的稳态液动力 外流式锥阀上作用的稳态轴向液动力（取红线内部液体为控制体） 内流式锥阀上作用的稳态轴向液动力 d 在上述两种情况下，液流对锥阀作用力的大小 都等于F，而作用方向各自与图示方向相反。 由上述两个F的计算式可以看出，其中作用在锥阀上的液动力 项，均为负值，即此力的作用方向应与图示方向一致。因此，外流 式情况下，液动力使锥阀有关闭的趋势；内流式情况下，液动力使 锥阀有打开的趋势。 11 如果阀芯与阀孔都是完全精确的圆柱形，间隙中不存在杂质，移动阀 芯只需克服粘性摩擦力即可，数值很小。 中、高压系统中，当阀芯停止运动一段时间后再次启动，这个阻力会 突然增大，使阀芯重新移动十分费力。这就是
7、所谓阀的液压卡紧现象。 引起液压卡紧的原因：污染物、油温、零件几何形状误差和同心度变 化所引起的径向不平衡力，即卡紧力造成的 当阀芯受到径向不平衡力作用而和阀孔相接触后，缝隙中的存留液体 被挤出，阀芯和阀孔间的摩擦变成半干摩擦乃至干摩擦，因而使阀芯重新 移动时所需的力就大大增加了。 （2）卡紧力 12 减小卡紧力的措施： 1)提高阀的加工和装配精度，避免出现偏心。（同心度、光洁度） 2)在阀芯台肩上加工平衡径向力的均压槽。（密封、润滑、平衡径向力） 均压槽宽0.30.5mm、深0.5lmm、间距25mm的环形沟槽 3)使阀心或阀套在轴向或圆周方向上产生高频小振幅的振动或摆动。 4)精细过滤油液
8、。 13 压力控制阀 控制油液压力高低或利用压力变化实现某种动作的阀 通称为压力控制阀，简称压力阀。 按功能： 溢流阀 减压阀 顺序阀 压力继电器 按阀芯结构： 滑阀 球阀 锥阀 按原理： 直动式 先导式 一、溢流阀一、溢流阀 溢流阀的主要用途有以下两点： 1）调压和稳压。如用在由定量泵构成的液压源中，用以调 节泵的出口压力，保持该压力恒定。 2）限压。如用作安全阀，当系统正常工作时，溢流阀处于 关闭状态，仅在系统压力大于其调定压力时才开启溢流，对 系统起过载保护作用。 溢流阀的特征是：阀与负载相并联，溢流口接回油箱， 采用进口压力负反馈， 不工作时阀口常闭。 根据结构不同，溢流阀可分为直动型
9、和先导型两类。 滑阀式溢流口，端面测压 1 直动型溢流阀 直动型溢流阀因阀口和 测压面结构型式不同，形成 了三种基本结构。无论何种 结构，均是由调压弹簧和调 压手柄、溢流阀口、测压面 等三个部分构成。 锥阀式溢流口 ，端面测压 锥阀式溢流口，锥面测压 直动式溢流阀是作用在阀 芯上的主油路液压力与调压弹 簧力直接相平衡的溢流阀。 16 17 溢流阀溢流阀的工作原理的工作原理 直动型溢流阀直动型溢流阀 P T 符号 P T 锥阀式直动型溢流阀 溢流阀的符号 直动型溢流阀结构简单，灵敏度高，但因压力直接与 调压弹簧力平衡，不适于在高压、大流量下工作。 锥阀芯 与面测压 调压手柄 调压弹簧 直动型溢流
10、阀 与符号的对应关系 溢流阀的符号 阀 口 阀口 比较： 测压面 测压孔 2 先导型溢流阀 先导型溢流阀的主要特点：由主阀芯负责控制系统的 压力，先导级负责向主阀提供指令力，作用在主阀芯上的 主油路液压力与先导级所输出的“指令压力”相平衡。 （1）三节同 心先导型溢 流阀 阀口处同心 活塞处同心 导向处同心 出油口P2 主阀芯 进油口P1 主阀口 先导阀芯 固定节流孔 调压手柄 调压弹簧 主阀弹簧 YF型先导式溢流阀原理图 阀 口 主级测压面 主级指令 先 导 阀 比 较 主阀比较： 23 溢流阀的原理溢流阀的原理 先导型溢流阀先导型溢流阀 阀体 主阀芯 主阀座 主阀弹簧 锥阀锥阀座调压弹簧
11、调节螺钉 遥控口K 进油口 P 出油口 T P T 符号 二节同芯先导式溢流阀 （2）二节同芯先导型溢流阀 阀口处同芯 导向处同芯 T 远程调压原理 先导式溢流阀部分 P 先导式溢 流阀部分 远程调压阀 远程调压阀 25MPa25MPa 32MPa 32MPa 输出25MPa 2 2 减压阀减压阀 减压阀主要用于降低并稳定系统中某一支路的油液压 力，常用于夹紧、控制、润滑等油路中。分为定压输出减 压阀、定差减压阀和定比减压阀 定压输出减压阀直动型和先导型之分，但直动型减压 阀较少单独使用。 在先导型减压阀中，根据先导级供油的引入方式不同 ，有“出口压力控制式”和“进口压力控制式”两种结构形式
12、。 减压阀的特征是： 阀与负载相串联，调压弹簧腔有外接泄油口，采用出 口压力负反馈，不工作时阀口常开。 （1）出口压力控制式先导型定压输出减压阀 泄油口L（在侧面，图中看不见） 泄油口L 出油口P2 出油口P2 进油口P1 进油口P1 主级测压面 主级指令 主阀比较： 导阀比较 （2）进口压力控制式先导型定压输出减压阀 泄油口L 出油口P2 进油口P1 主阀芯 主阀口 先导阀芯 先导级可 变节流口 先导级固 定节流孔 由于减压阀进口压力P1波动较大，会引起先导阀流量 Q波动，进而使主阀指令压力P3波动。先导级采用恒流器 后，Q基本不波动，因此先导级输出压力P3能够稳定。 Q 作为流量传感器作为
13、流量调节器 泄油口L 出油口P2 进油口P1 主阀芯 先导级可 变节流口 主阀口 先导阀芯 先导级固 定节流孔 减压阀与溢流阀的比较 1. 且 恒定 1. 恒定 减压阀 溢流阀 2. 控制入口压力 3. 工作时阀口才打开 4. 通油箱或专门的卸油口 3. 工作与否主阀常开 4. 有专门的卸油口 2. 控制出口压力 3 3 顺序阀顺序阀 顺序阀的作用是利用油液压力作为控制信号，控制 油路通断，使多个执行元件按顺序动作。 顺序阀也有直动型和先导型之分，根据控制压力来源 不同，它还有内控式和外控式之分。通过改变控制方式、 泄油方式以及二次油路的连接方式，顺序阀还可用作背压 阀、卸荷阀和平衡阀等。 顺
14、序阀的特征是： 阀的出口一般接负载（串联），调压弹簧腔有外接泄 油口，采用进口测压，不工作时阀口常闭。 先导型顺压阀 如果在直动型顺序阀在基础上，将主阀芯上腔的调压弹簧用先导调 压回路代替，且将先导阀调压弹簧腔引至外泄口L，就可以构成先导式顺 序阀。 先导式顺序阀原理图 主级测压面 开关指令 导阀比较 这种先导式顺序阀的原理与先导式溢流阀相似，所不同的是二次油路即出口不 接回油箱，泄漏油口L必须单独接回油箱。但这种顺序阀的缺点是外泄漏量过大。 先导式顺序阀 与符号的对应关系 先导式顺序阀符号 阀 口 阀口 测压孔 测压孔 测压面 测压面 开关指令 黑三角代表 先导型液压控制 泄油口L 泄油口L
15、 出油口P2 出油口P2 进油口P1 先导阀的测压面与主油路进口压力P1相通，由先导阀的调压弹簧直 接与P1相比较； 先导阀阀口回油接出口压力P2，这样可不致产生大量外泄流量； 先导阀弹簧腔接外泄口，使先导阀芯弹簧侧不形成背压； 先导级仍采用带进油固定节流口的回路，固定节流口的进油压力为 P1，先导阀阀口仍然作为先导级的回油阀口，但回油压力为P2。 D D Z Z 型型 先先 导导 式式 顺顺 序序 阀阀 调压弹簧 出油口P2 测压孔 外泄时此孔堵住 进油口P1 泄油口L 先导阀芯 主阀芯 测压面 调压螺丝 顺序阀的职能符号顺序阀的职能符号 外控顺序阀( 外控外泄) 顺序阀 (内控外泄) 背压
16、阀 (内控内泄) 卸荷阀 (外控内泄) 外控单向 顺序阀 内控平衡阀 外控平衡阀 内控单向 顺序阀 顺序阀与溢流阀的比较 1. 出油口通系统油路 1. 出油口接油箱 溢流阀 2. 阀体和阀芯的封油长度短 3. 阀口微开，溢流、安全 3. 动作时阀口不是微开而是全开，是液 压开关 2. 阀体和阀芯的封油长度长 顺序阀 4 4 压力继电器压力继电器 压力继电器是利用油液的压力来启闭电气触点的液压 电气转换元件。 压力继电器在压力达到调定值时，发出电信号，控制 电气元件动作。 压力继电器有柱塞式、膜片式、弹簧管式和波纹管 式四种结构形式。 柱塞式压力继电器的结构和图形符号如图所示，当 进油口P处油液压力达到压力继电器的调定压力时，作用 在柱塞1上的液压力通过顶杆2的推动，合上微动电器开关 4，发出电信号。图中，L为泄油口。改变弹簧的压缩量 ，可以调节继电器的动作压力。 进油口 调压弹簧 电器开关 调压螺丝 柱塞 电器开关原理 压力继电器符号 当压力超过弹簧力时，顶杆 推动
