系统回路计算与分析剖析

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1、 在液压系统中，液压阀控制和调节液流的压力 、流量和流向，保证执行元件按照要求进行工作， 属控制元件。 第五章 液压传动调节与控制元件 Hydraulic Transmission & Control Components 第一节节 概述 一. 调节控制元件分类 按用途分类 方向控制阀 用来控制和改变液压系统液流方向的 阀类，如普通单向阀、液控单向阀、换向阀等。 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。 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、分流集流阀等。 n按结构形式分类 n滑阀 滑阀为间隙密封，阀芯与阀口存在一定的密封

2、长度。 n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。 n球阀 性能与锥阀相同。 按操纵方式分类： 手动阀: 基本操纵方式，无论什么场合都可以使用。 机动阀：通过挡块等行程机构驱动阀芯。 电磁阀：依靠电磁铁的吸合力推动阀芯工作。 液动阀：用液压力驱动阀芯。 电液动阀：由电磁阀和液动阀组合而成。 按控制方式分类 定值或开关控制阀 将阀芯位置或阀芯上的弹簧 设定在某一工作状态，定值控制液体压力、流量 和流动方向，多用于普通控制阀。 比例控制阀 输出的流量，压力可以按照输入信 号的变化规律连续成比例的调节。 伺服控制阀 将微小的电信号转换成大的功率输 出，以控

3、制系统中液体的流动方向、压力和流量 。 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。 按安装连接形式不同分类 管式连接 阀体进出口由螺纹或法兰与油管连接，安装方便， 但是各个液压阀只能分散布置。 板式连接 阀体进出口通过连接板与油管连接。便于集成。 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。 叠加式 阀的上下面为连接接合面，各连接口分别在这两个面 上，通过螺钉将阀体叠装在一起构成回路。 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 是手动机构，也可以是弹簧或电磁铁，有时还 作用有液压力。

4、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及阀口的大小，实 现压力、流量和方向的控制。 二对调节控制元件的要求 动作灵敏，使用可靠，工作时冲击和振动要小。 阀口全开时，液流压力损失要小；阀口关闭时，密封 性能要好。 所控制的参数（压力或流量）要稳定，受外干扰时变 化量要小。 结构紧凑，安装、调试、维护方便，通用性要好。 三调节控制元件的参数 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。 额定压力 阀长期工作所允许的最高压力。 一一. . 单向阀单向阀 第二节 方向控制阀

5、Directional Control Valve 方向控制阀用在液压系统中控制液流的方向。它包 括单向阀和换向阀。 单向阀控制液体只能向一个方向流动、反向截止或可控制 的反向流动。按控制方式不同，单向阀可分为普通单向阀和 液控单向阀两类。 1.普通单向阀 普通单向阀是只允许液流一个方向流动，反向则被截 止的方向阀。要求正向液流通过时压力损失小，反向截止 时密封性能好。 普通单向阀图形符号： 工作原理：左端进油，压力油作用在阀芯左端，克服右端弹 簧力使阀芯右移，阀口开启，油液从右端流出；若右端进油 ，压力油与弹簧同向作用，将阀芯紧压在阀座孔上，阀口关 闭，油液被截止不能通过。 正向导通 反向截

6、止 普通单向阀的应用 常被安装在泵的出口，一方面防止压力冲击影响泵的正 常工作，另一方面防止泵不工作时系统油液倒流经泵回 油箱。 被用来分隔油路以防止高低压干扰。(单柱塞泵配油机构 ） 与其他的阀组成单向节流阀、单向减压阀、单向顺序阀 等，使油液一个方向流经单向阀，另一个方向流经节流 阀等。 安装在执行元件的回油路上，使回油具有一定背压。作 背压阀的单向阀应更换刚度较大的弹簧，其正向开启压 力为 0.30.5MPa。 2.液控单向阀 液控单向阀又称为液压锁，其作用是使液流有控制的 单向流动。液控单向阀分为普通型和卸荷型两类。 普通液控单向阀 当控制油口K不通压力油时，油液只能从p1p2；当控制

7、 油口通压力油时，正、反向的油液均可自由通过。 根据控制活塞上腔的泄油方式不同分为内泄式和外泄式 。下图为外泄式 Pk=0 正向 导通，反向截 止；Pk0 正反 向导通。 带卸荷功能的液控单向阀 单向阀芯内装有卸载小阀芯。控制活塞上行时先 顶开小阀芯使主油路卸压，再顶开单向阀阀芯，其控 制压力仅为工作压力的 4.5，没有卸载小阀芯的液控 单向阀的控制压力为工作压力的40 50 。 结构 P173P173 汽车起重机液压系统汽车起重机液压系统 1支腿收放 2转塔回转 3吊臂伸缩 4变幅 起重与下降 二二. . 换向阀换向阀 换向阀分为滑阀式和转阀式 换向阀是利用阀芯在阀体内作相对运动，使油路接

8、通或切断而改变油流方向的阀。 滑阀式换向阀 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。 阀芯台肩和阀体沉割槽可以是两台肩三沉割槽，也可 以是三台肩五沉割槽。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。 转阀式换向阀 工作原理及职能符号 n利用阀芯与阀体的相对转动换向 （一）滑阀式换向阀分类 1按通路可分为二通阀、三通阀、四通阀、五通阀等。所谓 的“通”即指进、出油口的数量。例如：三通阀即有三个油口；四通 阀即有四个油口。 2按工作位数可分为二位阀、三位阀和四位阀等。所谓的 “ 工作位数”即指阀芯在阀腔内可停留

9、的位数。如三位阀，阀芯在阀 腔内有左位、中位和右位可供选择。阀芯处在某一位置时，进出油 口就有对应的连通关系。 3. 按操纵方式可分为手动换向阀、机动换向阀、液动换向阀、 电磁换向阀和电液换向阀等。 换向阀的主体结构是由阀体、阀芯等组成。 主体的图形符号表示其工作位数及通路的不同组合。例如：二 位二通阀、三位四通阀等等。 （二）滑阀式换向阀结构原理及图形符号表示 换向阀的职能符号表示方法 方框表示“位”，方框数表示位数； “”表示连通，并不一定表示液体的实际流向。 “ T”表示闭死； 在一方框内“”的首尾 及“ T ”与方框交点数表示通数； A、B表示工作油口。P表示进油口，T表示回油 口（连

10、通邮箱）； 每一方框表达的内容，为该阀芯在此位工作时的 连通方式。 表表5-1 5-1 滑阀式换向阀主体结构简图及图形符号滑阀式换向阀主体结构简图及图形符号 （三）三位换向阀的中位机能（三）三位换向阀的中位机能 中位机能：三位换阀的阀芯停留在中位时，各油口的连通方式。 中位机能不相同的阀，组成的系统有不同的控制功能。 阀芯的定位方式 分为弹簧钢球 定位和弹簧 自动复位。 （四）换向阀典型结构介绍 1.手动换向阀 机动换向阀：以外加运动件的机动 力推动阀芯移动换向。 通过安装在运动部件 上的撞块或凸轮推动阀芯。 工作可靠，因为位置离不开运动部件， 安装布置有一定的局限性。 2. 机动换向阀 3.

11、 电磁换向阀 电磁换向阀：以电磁铁为动力实现换向的阀，阀芯运动借助于电 磁力和弹簧力的共同作用。 4. 电液换向阀 调节换向速度 防止换向冲击 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。 （五）换向阀完整图形符号（五）换向阀完整图形符号 三.多路换向阀 两个以上的六通换向阀组合在一起，也有包括溢流阀、 单向阀和补油阀在内的复合形式。特点是没有阀间接头和管 道，结构紧凑，压力损失小，可集中操控多个执行原件。 （思考） 517 同学们好 Welcome to the classroom 第三节 压

12、力控制阀 Pressure Control Valve 作用：用来调节控制液压系统中油液压力 或通过压力信号实现控制。 分类：溢流阀、减压阀、顺序阀和压力继电器。 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。 按结构形式分 直动式溢流阀 先导式溢流阀 一溢流阀relife valve （一）溢流阀的功用 调节、稳定和限定系统工作压力。 （二）溢流阀的种类及其工作原理 1.直动式溢流阀 直动式溢流阀工作原理 阀芯受力： 与Fs 当 时，无溢流 当 时， 称为开启压力，临界状态。 当

13、 时，有溢流，此时 因此阀的进口压力基本稳定。 直动式溢流阀的图形符号为 直动式溢流阀特点 对应调压弹簧一定的预压缩量 xo，阀的进口压力 p 基本为一定值。要提高油液进口压力，则需增大调 压弹簧力。 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。滑阀式直动式溢流阀只能用于低压系 统。 2先导式溢流阀 先导式溢流阀的图形符号为 1. 组成 先导阀：锥阀（A1），弹簧（Ft1） 主阀：锥阀（A），弹簧（Ft），远程控制口K 先导式溢流阀的原理演示 先导式溢流阀特点 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。阀的压力值主

14、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。 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。先导式溢流阀适用于高压大流量系统。 先导式溢流阀特点 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。 先导阀前腔有一控制口，用于卸荷和遥控。 在实际应用中，溢流阀除了作调压、稳压、限压之外，常 常用作安全阀起安全保护作用；用作卸荷阀使系统卸荷；用作背压 阀使执行元件运动更平稳。 （三）溢流

15、阀的实际应用 静特性主要指静特性主要指启闭特性启闭特性。 启闭特性指溢流阀稳定工作时溢流量与阀的进口压力之关系，或称 为qp特性。 （四）溢流阀特性分析 1. 1. 静特性分析静特性分析 启闭特性分析启闭特性分析 阀口通流 面积梯度d 阀芯位移量 出流速度角 阀芯受力平衡方程 调压弹簧力 当阀口未开启时，液动力=0 开启压力 当阀口开启 溢流时 带入薄壁孔流量公式 静态特性方程 溢流阀从开启溢流至全溢流，或从全溢流至关闭都要经历一个 过程。前者称开启过程a，后者称闭合过程b。由于摩擦力、自重和 稳态液动力的作用效果，开启和闭合过程是不重合的。开启压力po 大于闭合压力pc。且po和pc都小于调定压力pa。papo之差称为调压 偏差。理论上此差越小越好。po / pa称为开启比，其值不小于90%； pc / pa称为闭合比，其值不小于85%。 先导式溢流阀在稳定溢流时，进口压力p为 : 动态特性及其特性曲线 2.溢流阀动特性分析 （1）峰值压力pp，是指溢流 阀闭死瞬间出现的最高压力。 （2）压力超调量，是指压 力超差与调定值的百分比。即 应不大于20%。 （3）压力超调量建立时间，指压力从0.1（papu）开始到 0.9（papu）所需时间t1。表明了溢流阀响应的快速性。 （4）压力恢复时间（过渡过程时间），指压力从0.9（papu）开始 到1.05（pa pu