第5章液压控制阀学习资料

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1、第5章液压控制阀Stillwatersrundeep.流静水深流静水深,人静心深人静心深Wherethereislife,thereishope。有生命必有希望。有生命必有希望5.1 概述概述 液压系统中用来控制液流的方向、压力、流量，保证执行元件按照要求进行工作的元件。或液压系统中的控制调节装置。称为液压控制阀。 尽管液压阀存在各种各样的类型，共同点是：（1）结构上，所有的阀都由阀体、阀芯和驱使阀芯动作的元部件（如弹簧、电磁铁）组成。（2）工作原理上，所有阀的开口大小，阀进、出口间的压差以及流过阀的流量之间的关系都符合孔口流量公式，只是各种阀的控制参数不同而已。1.1.液压阀分类液压阀分类(

2、1) 按用途分类：方向控制阀、压力控制阀、流量控制阀液压阀的分类液压阀的分类(2/4) (2) 按工作原理分类 开关（通断）阀、伺服阀、比例阀。开关阀各阀口只有开和关两个工作状态，控制后只能在某一状态下工作。伺服阀和比例阀能根据输入信号连续地或按比例地控制阀口开度，进而控制执行元件的工作。 (3) 按阀芯结构形式分类 滑阀、锥阀、球阀和转阀等。 液压阀的分类液压阀的分类(3/4)(4) 按安装连接形式分类 （a）螺纹（管式）连接。适用于简单液压系统。 （b）板式安装连接。 （c）集成块式连接。把几个板式安装的阀用螺钉固定在一个带有内部孔道通道体的不同侧面上，构成一个油路单元集成块。 液压阀的分

3、类液压阀的分类(4/4) （d）叠加式连接。阀的上下面为连接结合面，各油口分别在这两个面上，同规格阀的油口连接尺寸相同。每个阀除自身的功能外，还起油路通道的作用，阀相互叠装构成回路，不用管道连接，结构紧凑，沿程损失很小。一般称该阀为叠加阀。 （e）法兰式连接。用于通径32 mm以上的大流量阀。强度高，连接可靠。 （f）插装式安装连接。没有单独的阀体，阀芯、阀套等插装在插装块的预制孔中，通过插装块内通道把各阀连通组成回路，插装块起阀体和管路的作用。2.液压阀的性能参数 液压阀的性能参数是评价和选用阀的依据。它反映了阀的规格大小和工作特性。在我国液压技术的发展过程中，开发了若干个不同压力等级和不同

4、连接方式的液压阀系列。它们不但性能各有差异，而且参数的表达方式也不相同。 阀的规格大小用通径Dg（单位mm）表示。 Dg是阀进、出油口的名义尺寸，它和油口的实际尺寸不一定相等，因后者还要受到油液流速等参数的影响。如通径同为10 mm，某电磁换向阀油口的实际直径为11.2 mm，而直角单向阀却是14.7 mm。过去有些系列阀的规格用额定流量来表示；也有的既用了通径，又给出了所对应的流量。但即使是在同一压力级别，对于不同的阀，同一通径所对应的流量也不一定相同。 液压阀的性能参数液压阀的性能参数(2/2) 液压阀主要有两个参数，即额定压力和额定流量。还有一些和具体阀有关的量，如通过额定流量时的额定压

5、力损失、最小稳定流量、开启压力等等。只要工作压力和流量不超过额定值，液压阀即可正常工作。目前对不同的阀也给出一些不同的数据，如最大工作压力、开启压力、允许背压、最大流量等等。同时给出若干条特性曲线，如压力流量曲线、压力损失流量曲线、进出口压力曲线等，供使用者确定不同状态下的参数数据。这既便于使用，又比较确切地反映了阀的性能。 3. 阀口流量公式及流量系数阀口流量公式及流量系数流量公式流量系数：圆柱滑阀：Re260 时， 锥阀：雷诺数很大时，4.4.液动力液动力 圆柱滑阀上的稳态液动力圆柱滑阀上的稳态液动力 完整阀腔 流出阀口时的稳态液动力： 指向阀口关闭方向。 完整阀腔 流入阀口时的稳态液动力

6、： 指向阀口关闭方向。 不完整阀腔 流出阀口时的稳态液动力： 指向阀口关闭方向。 不完整阀腔 流入阀口时的稳态液动力： 指向阀口开启方向。 所以，作用在圆柱滑阀上的稳态液动力可表示为： 压差一定时，稳态液动力与阀口开度x 成正比。此时液动力相当于刚度为 的液压弹簧的作用。因此，被称为液动力刚度。 方向（即式中的号）的判定：对于完整阀腔，无论液流方向如何， 的方向总是力图使阀口趋于关闭；对于不完整阀腔， 的方向总是与液流 的方向相反。 对于高压大流量阀，会因稳态液动力的数值很大使滑阀操纵困难。因此，通常要采取措施进行补偿。 圆柱滑阀上的瞬态液动力圆柱滑阀上的瞬态液动力 滑阀在移动过程中（阀口大小

7、发生变化时）阀腔中的阀腔中的液流因加、减速液流因加、减速作用而产生的力。此力只与阀芯移动速度有关（与阀口开度的变化率有关），与阀口开度本身无关。 设流过阀腔的瞬时流量为 ，阀腔的截面积为 ，阀腔内加速或减速油液的质量为 ，阀芯的速度为 ，则有 瞬态液动力与滑阀移动速度成正比，起粘性阻尼力的作用。方向视油液流入还是流出阀腔而定。流入时，阀口增大长度为 L的油液加速，开度减小时油液减速，两情况下瞬态液动力方向都与阀芯移动的方向相反，起阻止阀芯移动的作用，相当于一个正阻尼力，阻尼系数 取正值；油液流入阀腔，阀口开度变化时，瞬态液动力的方向均与阀芯移动方向相同，起帮助阀芯移动的作用，相当于一个负阻尼力

8、，阻尼系数 取负值。 在阀芯所受的各种作用力中，瞬态液动力所占比重不大，在一般液压阀中通常忽略不计。只当分析计算动态响应较高的阀（如伺服阀或高相应的比例阀）时，才予考虑。 锥阀上的液动力锥阀上的液动力 设锥阀入口流速为 、压力为 ，锥阀出口处的流速为 、压力为大气压，锥阀口的开口量为 ，半锥角为 ，阀座孔的断面积为 。考虑到锥阀开度 不大，则可认为液流射流角 ；一般倒角宽度取的很小，故有 在稳定流动时，利用动量定理可知，作用在锥阀上的稳态轴向推力为：5.2 方向控制阀方向控制阀1.单向阀 单向阀分为普通单向阀和液控单向阀两种。 (1) 普通单向阀 普通单向阀简称为单向阀，它是一种只允许油液正向

9、流动，不允许反向流动的阀，因此又可称为逆止阀或止回阀。油液流动方向的不同，可分为直通式（管式）和直角式（板式）单向阀两种结构。图5.1 单向阀1阀体；2阀芯；3弹簧单向阀单向阀(2/5) 它只有螺纹连接形式。当液流从进油口P1流入时，油液压力克服弹簧3的阻力和阀芯2与阀体1间的摩擦力，顶开带有锥端的阀芯2（小规格直通式单向阀也有用钢球作阀芯的），从出油口P2流出。液流反向流入时，由于油液压力使阀芯2紧密地压在阀座上，因此使油液不能反向流动。 单向阀中的弹簧仅用于使阀芯在阀座上就位。没有弹簧的单向阀必须垂直安放，而且P1口在下面，阀芯通过本身的质量停止在支座上。有弹簧的单向阀，其弹簧的刚度较小，

10、故开启压力很小。若更换硬弹簧，便可当背压阀使用。 开启压力：开启压力：Pk=0.0350.05MPa做背压阀：做背压阀：Pk=0.20.6 MPa单向阀单向阀(3/5) (2) 液控单向阀 液控单向阀是一种通入控制压力油后即允许油液双向流动的单向阀。它由单向阀和液控装置两部分组成。当控制口K没有通入压力油时，它的作用和普通单向阀一样，压力油只能由P1流向P2，反向截止。当控制口K通入控制压力油后，控制活塞1右侧a腔通泄油口（图中未画出），活塞1右移，推动顶杆2顶开阀芯3，使油口P1和P2沟通，这时的油液正反向均可自由流动。液控单向阀中的锥阀阀口应具有良好的反向密封性能，它通常用于保压、锁紧和平

11、衡等回路。 图5.2 液控单向阀图1控制活塞；2顶杆；3阀芯 2.换向阀 作用：作用：变换阀芯在阀体内的相对工作位置，使阀体各油口连通或断开，从而控制执行元件的换向或启停。 分类：分类：按结构形式分按结构形式分 滑阀式换向阀滑阀式换向阀 座阀式换向阀座阀式换向阀 锥阀式、球阀式等转阀式换向阀转阀式换向阀按工作位置数分类：二位、三位、四位等按工作位置数分类：二位、三位、四位等按通路数分类：二通、三通、四通按通路数分类：二通、三通、四通、五通等五通等 电磁换向阀电磁换向阀 液动换向阀液动换向阀 电液换向阀电液换向阀按控制方式分类按控制方式分类 机动换向阀机动换向阀 手动换向阀手动换向阀 气动换向阀

12、气动换向阀 分类分类 工作原理 液压缸3两腔不通压力油，处于停止状态。若使换向阀的阀芯1左移，阀体2上的油口P和A油口连通，B油口和O油口连通。压力油经P、A油口进入液压缸左腔，活塞右移；右腔油液经B、O油口流回油箱。反之，若使阀芯1右移，则P油口和B油口连通，A油口和O油口连通，活塞便左移。 滑动式换向阀的工作原理和分类滑动式换向阀的工作原理和分类 (1/2)图5.4 滑阀式换向阀的工作原理1阀芯；2阀体；3液压缸 滑阀式换向阀基本概念滑阀式换向阀基本概念滑阀式换向阀基本概念滑阀式换向阀基本概念位位: 阀芯相对于阀体的工作位置数。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

13、括控制油口和泄漏通：阀体对外连接的主要油口数（不包括控制油口和泄漏油口）。油口）。 图形符号含义图形符号含义图形符号含义图形符号含义1、 位用方格表示，几个方格即几位2 、通，不通 、。 箭头首尾和堵截符号与一个方格有几个交点即为几通。3 、p.A.B.T有固定方位，p进油口，T回油口， A.B与执行元件连接的工作油口。4 、弹簧W、M，画在方格两侧。5 、常态位置：二位阀，靠弹簧的一格。 (原理图中，油路应该连接在常态位置) 。 三位阀，中间一格。 位、通、位、通、图形符号含义图形符号含义图形符号含义图形符号含义 滑阀的中位机能 三位换向阀的阀芯在中间位置时，各通口间有不同的连接方式，可满足

14、不同的使用要求。这种连通方式称为换向阀的中位机能。中位机能不同，中位时阀对系统的控制性能也不同。不同中位机能的阀，阀体通用，仅阀芯台肩结构、尺寸及内部通孔情况有一定区别。 在分析和选择换向阀中位机能时，通常应从执行元件的换向平稳性要求、换向位置精度要求、重新启动时能否允许冲击、是否需要卸荷和保压等方面加以考虑。 换向阀的中位机能换向阀的中位机能(1/2)滑阀的中位机能 H H型型中位机能（三位四通）中位机能（三位四通）Y型型 中位机能（三位四通）中位机能（三位四通）M M 型型 中位机能（三位四通）中位机能（三位四通）P 型型中位机能（三位四通）中位机能（三位四通）保压：常态位时P口被封闭（如

15、O、Y型），液压泵保压，适用于多缸液压系统。泄荷：常态位时P口和O口相连（如H、M型），液压泵能泄荷。启动平稳：常态位时A和B两口都不与O口相通（O、M型），易实现稳定启动。换向平稳性和换向精度：常态位时A、B两口封闭（O、M型），换向过程中易产生液压冲击，换向平稳性差，换向精度高。 通常在分析和选择换向阀的中位机能时，应考虑以下几个问题： （5）几种常用的换向阀 （a）手动换向阀 手动换向阀是用手动杠杆操纵阀芯换位的方向控制阀。按换向定位方式的不同，手动换向阀有钢球定位式和弹簧复位式两种。当操纵手柄的外力取消后，前者因钢球卡在定位沟槽中，可保持阀芯处于换向位置；后者则在弹簧力作用下使阀芯自动

16、回复到初始位置。 手动换向阀的结构简单，动作可靠，有些阀还可人为地控制阀口的大小，从而控制执行元件的运动速度。但由于手动换向阀需要人力操纵，故只适用于间歇动作且要求人工控制的小流量场合。使用中须注意：定位装置或弹簧腔的泄漏油需单独用油管接入油箱，否则漏油积聚会产生阻力，以至于不能换向，甚至造成事故。其他换向阀也有同样问题，在使用换向阀必须予以注意。 手动换向阀手动换向阀(1/1) （b）机动换向阀 机动换向阀又称行程阀。图5.5所示为二位二通机动换向阀的结构简图和图形符号。这种阀必须安装在液压执行元件驱动的工作部件附近，在工作部件的运动过程中，安装在工作部件一侧的挡块或凸轮移动到预定位置时压下

17、阀芯2，使阀换位。 机动换向阀机动换向阀(1/1) 机动换向阀通常是弹簧复位式的二位阀。它的结构简单，动作可靠，换向位置精度高，改变挡块的迎角或凸轮外形，可使阀芯获得合适的移动速度，进而控制换向时间，减小液压执行元件的换向冲击。但这种阀只能安装在工作部件附近，因而连接管路较长，使整个液压装置不紧凑。 图5.5 二位二通机动换向阀1阀杆；2阀芯；3弹簧 （c）电磁换向阀 电磁换向阀是利用电磁铁吸力推动阀心来改变阀的工作位置。在二位电磁换向阀的一端有一个电磁铁，在另一端有一个复位弹簧；在三位电磁换向阀的两端各有一个电磁铁，在阀芯两端各有一个对中弹簧，阀芯在常态时处于中位。对三位电磁换向阀来说，当右

18、端电磁铁通电吸合时，衔铁通过推杆将阀芯推至左端，图形符号表示的换向阀就在右位工作；反之，左端电磁铁通电吸合时，换向阀就在左位工作。图5.7所示为二位三通电磁阀的结构简图和图形符号。 电磁换向阀电磁换向阀(1/3)图5.7 二位二通电磁阀换向阀1推杆；2阀芯；3弹簧 电磁铁按所接电源的不同，分交流和直流两种基本类型。交流电磁阀使用方便，启动力大，但换向时间短（约0.03 0.05 s），换向冲击大，噪声大，换向频率低，而且当阀芯被卡住或由于电压低等原因吸合不上时，线圈易烧坏。直流电磁阀需直流电源或整流装置，但换向时间长（约0.1 0.3 s），换向冲击小，换向频率允许较高，而且有恒电流特性，当电

19、磁铁吸合不上时，线圈不会被烧坏，故工作可靠性高。还有一种整型（本机整流型）电磁铁，其上附有二极管整流线路和冲击电压吸收装置，能把接入的交流电整流后自用，因而兼具了前述两者的优点。 电磁换向阀电磁换向阀(3/3) （d）液动换向阀 液动换向阀的阀芯是通过两端密封腔中油液的压差来移动的。图5.8所示为一种液动换向阀的结构简图和图形符号。当阀的控制口K1接通压力油，K2接通回油时，阀芯向右移动；当阀的控制口K2接通压力油，K1接通回油时，阀芯向左移动；当控制口K1和K2都接通回油时，阀芯在两端弹簧和定位套的作用下回到其中间位置。 液动换向阀对阀芯的操纵推力很大，因此适用于压力高、流量大、阀芯移动行程

20、长的场合。这种阀通过一些简单的装置可使阀芯的运动速度得到调节。 液动换向阀液动换向阀(1/1)图5.8 三位四通液动换向阀 （e）电液换向阀 电磁换向阀布置灵活，易于实现自动化，但电磁吸力有限，在高压、大流量的液压传动系统中难于切换。因此，当阀的通径大于10 mm时，常用压力油控制操纵阀芯换位，这就是液动阀。但因液动阀的阀芯换位首先要用另一个小换向阀来改变控制油的流向，因此较少单独使用。小换向阀可以是手动阀、机动阀或电磁阀。标准元件通常采用灵活方便的电磁阀，并将大小两个阀组合在一起，这就是电液换向阀。在电液换向阀中，电磁阀先为控制油换向，从而控制液动阀换向。 电液换向阀电液换向阀(1/5) 图

21、5.9（a）为电液换向阀的结构简图和图形符号。其工作原理可结合图5.9（b）所示带双点划线方框的组合阀图形符号加以说明，图5.9（c）所示为简化符号。常态时，两个电磁铁都不通电，电磁阀（先导阀）阀芯处于中位，液动阀（主阀）的两端都接通油箱，这时由于对中弹簧的作用，使主阀芯也处于中位。 电液换向阀电液换向阀(2/5)图5.9 三位四通电液换向阀1、7单向阀；2、5节流阀；3、5电磁铁；4电磁阀阀芯；8液动阀阀芯 当左电磁铁通电时，电磁阀左位工作，控制油经单向阀接通主阀的左端，主阀也左位工作，其右端的油液则经节流阀和电磁阀接通油箱，主阀阀芯的运动速度由右端节流阀的开口大小决定。同理，当左电磁铁断电

22、、右电磁铁通电时，电磁阀处于右位工作，控制油经单向阀接通主阀阀芯的右端，主阀切换到右位工作，其左端的油液则经节流阀和电磁阀而接通油箱，主阀阀芯的运动速度由左端节流阀的开口大小决定。 在电液换向阀中，控制主油路的主阀芯不是靠电磁铁的吸力直接推动的，而是靠电磁铁操纵控制油路上的压力油液推动的，因此推力可以很大，操纵也很方便。此外，主阀芯向左或向右的运动速度可分别由左节流阀2或右节流阀5来调节，这使系统中的执行元件能够得到平稳无冲击的换向。所以，这种操纵形式的换向性能比较好，它适用于高压、大流量的液压传动系统。 电液换向阀电液换向阀(3/5) 在电液换向阀中，如果进入先导电磁阀的压力油（即控制油）来

23、自于主阀的P油口，这种控制油的进油方式称为内部控制，即电磁阀的进油口与主阀的P油口是连通的。其优点是油路简单，但因液压泵的工作压力通常较高，所以控制部分能耗大，只适用于电液换向阀较少的系统；图5.9（a）中的电液换向阀是内部控制方式。如果进入先导电磁阀的压力油引自于主阀P油口以外的油路，如专用的低压泵或系统的某一部分，这种控制油进油方式称为外部控制。 如果先导电磁阀的回油口单独接油箱，这种控制油回油方式称为外部回油；如果先导电磁阀的回油口与主阀的O油口相通，则称为内部回油。内回式的优点是无需单设回油管路，但先导阀回油允许背压较小，主回油背压必须小于它才能采用，而外部回油式不受此限制。 电液换向

24、阀电液换向阀(4/5) 先导阀的进油和回油可以有外控外回、外控内回、内控外回、内控内回四种方式。图5.9（b）和图5.9（c）中所示的换向阀图形符号为外控外回符号。 图5.9（a）和图5.9（b）中的单向节流阀是换向时间调节器，也被称为阻尼调节器。它可叠放在先导阀与主阀之间。调节节流阀开口，即可调节主阀换向时间，从而消除或减小执行元件的换向冲击。 在电液换向阀上还可以设置主阀芯行程调节机构，它可在主阀两端盖加限位螺钉来实现。这样主阀芯换位移动的行程和各阀口的开度即可改变，通过主阀的流量也随之变化，因而可对执行元件起粗略的速度调节作用。 如果电液换向阀采用内控方式供油，并且在常态位使液压泵卸荷（

25、换向阀具有M、H、K等中位机能），为克服阀在通电后因无控制油而使主阀不能动作的缺点，可在主阀的进油孔中插装一个预压阀（即一具有硬弹簧的单向阀），使在卸荷状态下仍有一定的控制油压，足以操纵主阀芯换向。 电液换向阀电液换向阀(5/5)5.3 5.3 压力控制阀压力控制阀 1 概述概述 在液压系统中，凡是用来控制最高压力，或保持某一部分的压力值，以及利用油液的压力来控制油路的通断等等的阀通称为压力阀。这类阀的共同特点是利用油液压力和弹簧力相共同特点是利用油液压力和弹簧力相平衡的原理进行工作。平衡的原理进行工作。 按功能和用途可分为溢流阀、减压阀、顺序阀、平衡阀和压力继电器等。 2 溢流阀溢流阀 溢流

26、阀的用途溢流阀的用途 定压溢流作用定压溢流作用在定量泵节流调节系统中，定量泵提供的是恒定流量。当系统压力增大时，会使流量需求减小。此时溢流阀开启，使多余流量溢回油箱，保证溢流阀进口压力，即泵出口压力恒定（阀口常随压力波动开启）。 溢流阀的用途溢流阀的用途 安全保护作用安全保护作用系统正常工作时，阀门关闭。只有负载超过规定的极限（系统压力超过调定压力）时开启溢流，进行过载保护，使系统压力不再增加（通常使溢流阀的调定压力比系统最高工作压力高1020）。 作卸荷阀用作卸荷阀用 作远程调压阀作远程调压阀 作高低压多级控制阀作高低压多级控制阀 作顺序阀作顺序阀 用于产生背压用于产生背压（串在回油路上）。

27、 (1) 结构原理 （a）直动式溢流阀 图5.14所示为直动式溢流阀的结构简图。通常阀的P油口与系统连通，O油口与油箱连通。压力油从P油口进入阀内，经阻尼孔1作用于阀芯3的下端面上。当P油口的压力较低，阀芯3下端面上的液压推力小于上端的弹簧7的作用力时，阀芯3处下端位置，阀芯3将P油口与O油口间的通道关闭。此时阀不溢流，称为溢流阀的非溢流状态，或称为常态。 直动式溢流阀直动式溢流阀(2/4) 在正常工作时，压力油从P油口流向O油口。当作用在阀芯3下端的液压推力大于阀芯上端的弹簧7所产生的弹簧力时，阀芯3向上移动打开阀口，在P油口与O油口之间形成小的过流通道，使油液从O油口流回油箱。油液流经阀口

28、时产生压力损失，在阀前P油口处便形成了压力。此压力作用在阀芯3下端面上所产生的力与弹簧7所产生的力相平衡。因此，调节弹簧7的推力，便可调节阀溢流时的P油口压力。通过溢流阀的流量变化时，阀芯位置也变化，但因阀芯移动距离很小，因此作用在阀芯上的弹簧力变化不大，所以可认为，只要阀口打开，有油液流经溢流阀，溢流阀入口处的压力就基本上恒定。调节弹簧7的预压缩量，便可调整溢流压力。改变弹簧7的刚度，便可改变调压范围。阻尼孔1的作用是减小阀芯扰动。 这种溢流阀因压力油直接作用于阀芯，故称为直动式溢流阀。直动式溢流阀一般只能用于低压小流量工况，因控制较高压力或较大流量时，需要刚度较大的硬弹簧，不但手动调节困难

29、，而且阀口开度（弹簧压缩量）略有变化，便引起较大的压力波动。系统压力较高时就需要采用先导式溢流阀。 直动式溢流阀直动式溢流阀(4/4) （b）先导式溢流阀 图5.15是先导式溢流阀的工作原理简图和图形符号。它由先导阀和主阀两部分组成。从P油口引入的系统的压力作用于主阀芯1及先导阀芯3上。当系统压力较小，先导阀未打开时，阀中液体没有流动，作用在主阀左右两侧的液压力平衡，主阀芯1被弹簧2压在右端位置，阀口关闭。 先导式溢流阀先导式溢流阀(1/5) 图5.15 先导式溢流阀工作原理 1主阀；2主阀弹簧；3先导阀； 4调压弹簧；5阻尼孔 当系统压力增大到使先导阀3芯打开时，液流通过阻尼孔5、先导阀芯3

30、流回油箱。由于阻尼孔5的阻尼作用，使主阀芯1右端的压力大于左端的压力，主阀芯1在压差的作用下向左移动，打开阀口，使P油口和O油口之间形成有阻尼的溢流通道，实现溢流作用。调节先导阀的调压弹簧4，便可调节溢流压力。阀体上有一个远程控制油口K，当将此口通过二位二通阀接通油箱时，主阀左端的压力接近于零，主阀在很小的压力下便可移到左端，阀口开得最大，这时系统的油液在很低的压力下通过阀口流回油箱，实现卸荷作用。如果将控制油口K接到一个远程调压阀上（其结构和先导阀一样），并使打开远程调压阀的压力小于先导阀3的压力时，则溢流阀的溢流压力就由远程调压阀来决定。使用远程调压阀后，便可对系统的溢流压力实行远程调节。

31、 先导式溢流阀先导式溢流阀(2/5) 图5.17所示的是某一型号先导式溢流阀的结构图，在此先导式溢流阀中，先导阀就是一个小规格的直动式溢流阀，而主阀阀芯4是一个具有锥形端部、上面开有阻尼小孔的圆柱筒。 图5.17 先导式溢流阀结构图1阀体；2主阀套；3主阀弹簧；4主阀芯； 5导阀阀体；5调节螺钉；7调节手轮；8调压弹簧；9导阀阀芯；10导阀阀座；11柱塞；12导套；13消振垫先导式溢流阀先导式溢流阀(3/5) 当油液从进油口P进入，经阻尼孔到达主阀弹簧腔，并作用在先导阀阀芯9上（一般情况下，外控口K是堵塞的）。当进油压力不高时，液压力不能克服先导阀弹簧8的阻力，先导阀口关闭，阀内无油液流动。这

32、时，主阀芯4因上、下腔油压相同，故被主阀弹簧3压在阀座上，主阀口也关闭。当进油压力升高到先导阀弹簧8的预调压力时，先导阀口打开，主阀弹簧腔的油液流过先导阀口并经阀体1上的通道和回油口O流回油箱。这时，油液流过阻尼小孔产生压力损失，使主阀芯4两端形成压力差。主阀芯在此压力差作用下，克服弹簧阻力向上移动，使进、回油口连通，达到溢流稳压的目的。调节先导阀手轮7便能调整溢流压力。更换不同刚度的调压弹簧8，便能得到不同的调压范围。 先导式溢流阀先导式溢流阀(4/5) 根据液流连续性原理可知，流经阻尼孔的流量即为流出先导阀的流量。这一部分流量通常称泄油量。因为阻尼孔直径很小，泄油量只占全溢流量（额定流量）

33、中的极小一部分，绝大部分油液均经主阀口溢回油箱。在先导式溢流阀中，先导阀的作用是控制和调节溢流压力，主阀的功能则在于溢流。先导阀因为只通过少量的泄油，其阀口直径较小，即使在较高压力的情况下，作用在锥阀芯上的液压推力也不很大，因此调压弹簧的刚度不必很大，压力调整也就比较轻便。主阀芯因两端均受油压作用，主阀弹簧只需很小的刚度，当溢流量变化引起弹簧压缩量变化时，进油口的压力变化不大，故先导式溢流阀恒定压力的性能优于直动式溢流阀。但先导式溢流阀是二级阀，其反应不如直动式溢流阀灵敏。先导式溢流阀先导式溢流阀(5/5)溢流阀的静态特性溢流阀的静态特性(1/7) (2) 溢流阀的静态特性 （a）压力流量特性

34、（pq特性） 压力流量特性又称溢流特性。它表征溢流量变化时溢流阀进口压力的变化情况，即稳压性能。理想的溢流特性曲线应是一条平行于流量坐标的直线，即进油压力在达到调定的压力后，立即溢流，且不管溢流量多少，压力始终保持恒定。但实际的溢流阀，因溢流量的变化引起阀口开度变化，即弹簧压缩量的变化，进口压力不可能完全恒定。为便于分析问题，下面推导直动式溢流阀的pq特性方程式。 溢流阀的静态特性溢流阀的静态特性(2/7) 设阀芯直径为d；阀稳定溢流时的阀口开度为x，阀口前后腔压力分别为p和p2。由于回油通油箱，则p2=0，故压差p=p。若忽略阀芯自重和稳态液动力这些次要因素，阀芯受力平衡方程式为 （5.1）

35、 式中：k 调压弹簧的弹簧刚度； x0 阀口开度为零时调压弹簧的预压缩量。 溢流阀开始溢流时阀口处于将开未开状态，x = 0，这时的进口压力称为开启压力，以p0表示，则有： （5.2） 溢流阀的静态特性溢流阀的静态特性(3/7) 将式（5.1）和（5.2）相减，可得阀口开度x的表达式为 （5.3） 当忽略阀芯与阀体孔的配合间隙时，阀口通流截面面积AT=dx，将式（5.3）代入，则有 （5.4） 再将式（5.4）代入阀口流量计算公式，并注意到p=p ，便得 （5.5） 即直动式溢流阀的pq特性方程，给一适当的x0值，可得一对应的开启压力p0值，进而可画出pq特性曲线。 当溢流流量q（或阀口开度x

36、）变化时，溢流阀所控制的压力p即随之变化，不可能绝对恒定。溢流阀的静态特性溢流阀的静态特性(4/7) 先导式溢流阀的pq特性曲线由两段组成。AB段由先导阀的pq特性决定，这时先导阀刚开启而主阀芯仍封闭；BC段主要由主阀的pq特性决定。即点A对应压力是先导阀的开启压力，拐点B对应压力为主阀的开启压力。从图中看出，先导式和直动式相比，它的pq曲线要平缓的多。图5.18 溢流阀静态特性溢流阀的静态特性溢流阀的静态特性(5/7) 其原因可解释如下：以图5.15所示的主阀芯为研究对象，主阀弹簧腔压力p2主要取决于先导阀弹簧调整时的预压缩量，工作中基本为一定值。若主阀芯直径为d，则受力平衡方程式为 （5.

37、5） 式中 k和x0主阀弹簧的弹簧刚度和预压缩量。 由于主阀弹簧较软， k值较小，因此当溢流量q（或开度x）变化时，p值变化很小，故pq（BC段）曲线变化平缓。 溢流阀的静态特性溢流阀的静态特性(5/7) pq曲线表明，阀的进出口压力随溢流量的增减而增减。溢流量为额定值（全溢流量）时所对应的压力称为调定压力，以pn表示。调定压力pn与开启压力p0之差称为调压偏差，即溢流量变化时溢流阀控制压力的变化范围。开启压力p0与调定压力之pn比称为开启比。先导式溢流阀的特性曲线较平缓，调压偏差小，开启比大，故稳压性能优于直动式溢流阀。因此，先导式溢流阀宜用于系统溢流稳压，直动式溢流阀因灵敏度高宜用作安全阀

38、。 图5.18（a）中的曲线是调压弹簧在任一预压缩量x0下得到的。通过调节手轮将x0由松往紧调节，便可得到一组溢流特性曲线，如图5.18（b）所示。最小调定压力到最大调定压力之间的范围称为溢流阀的调压范围，在此范围内调节时，压力要能平稳地升降，无突跳及延滞现象。溢流阀的静态特性溢流阀的静态特性(7/7) （b）启闭特性 溢流阀开启和闭合全过程中的pq特性称为启闭特性。由于摩擦力的存在，开启和闭合时的pq曲线将不重合。在图5.15中，主阀芯开启时所受摩擦力和阀芯移动方向相反，而闭合时相同。因此在相同的溢流量下，开启压力大于闭合压力。如图5.18（b）所示的中间一对曲线，实线为开启曲线，虚线为闭合

39、曲线。阀口完全关闭时的压力称为闭合压力，以pk表示， pk与pn之比称为闭合比。在某溢流量下，两曲线压力坐标的差值（如pnpn或p0pk）称为不灵敏区，因压力在此范围内升降时，阀口开度无变化。它的存在相当于加大了调压偏差，并加剧了压力波动。 为保证溢流阀具有良好的静态特性，一般规定开启比应不小于90%，闭合比不小于85%。 例：建立先导式溢流阀数学模型 先导式溢流阀结构简图如图示。忽略摩擦力、泄漏和流量系数变化等因素。 设：Cd 为流量系 数；Cv 为速度系数；为弹簧刚度；下标1、2、r 分别表示先导阀、主 阀和阻尼 孔 R1; Fk1 、 Fk2为先导阀、主阀弹簧力； x0 、y0为 先导阀

40、、主阀弹簧预压缩量；x、y为先导阀、主阀阀芯位移；D r、D1、Ds、Dx 分别为阻尼孔R1、先导阀座孔、主阀阀芯上、下端直径；Ar、Ad、As、Ax 分别为阻尼孔R1、先 导阀座孔、主阀阀芯上、下端面积；A1、A2分别为先导阀、主阀通流面积；F1 、F 2 分别为先导阀阀芯、主阀阀芯所受液动力 ; 、 、 、 分别为流过阻尼孔 R1 、先导阀、主阀、泵的流量；p 1 、 p 2 为主阀下、上腔压力 ; 为先导阀阀芯、主 阀阀座半锥角。 为介质密度。先导阀阀芯所受弹性力方程 : 先导阀流量方程 : 先导阀通流面积方程 : 先导阀阀芯所受液动力方程 : 先导阀阀芯力平衡方程 :先导阀流量连续方程

41、 :阻尼孔流量方程 :通常，先导阀流通面积 : 主阀阀芯所受液动力方程 :主阀阀芯力平衡方程 :流量连续方程 :阻尼孔流量方程 :主阀通流面积方程 :主阀阀芯所受弹性力方程 :主阀流量方程 :直动式溢流阀的动态特性不计阀芯自重 ，阀芯力平衡方程 :拉氏变换 :式中 : 包括稳态液动力和弹簧在内的等效弹簧刚度； 包括阀芯、弹簧、液柱在内的等效质量； 包括瞬态液动力在内的等效阻尼系数。拉氏变换 :消去令传递函数溢流阀在液压传动系统中的应用溢流阀在液压传动系统中的应用(1/5) (3) 溢流阀在液压传动系统中的应用 （a）溢流定压。在定量泵节流阀式节流调速系统中，溢流阀通常就近与液压泵并联，如图8.

42、1所示。液压泵的供油只有一部分经节流阀进入液压缸，多余油液由溢流阀流回油箱，而在溢流的同时稳定了液压泵的供油压力。 （b）过载保护。在图8.10系统中，执行元件的速度由变量泵自身调节，不需溢流，变量泵的工作压力随负载变化，变量泵后并联有溢流阀，其调定压力约为最大工作压力的1.1倍。一旦过载，溢流阀立即打开，系统压力不再升高，保障系统安全。故此系统中的溢流阀又称为安全阀。 （c）形成背压。将溢流阀安装在系统的回油路上，可对回油产生阻力，即形成执行元件的背压。回油路存在一定的背压，可以提高液压执行元件的运动稳定性。 （d）实现远程调压 液压传动系统中的液压泵、液压阀通常都组装在液压站上，为使操作人

43、员就近调压方便，可按图5.19所示，在控制工作台上安装一远程调压阀（实际就是一个小溢流量的直动式溢流阀），并将其进油口与安装在液压站上的先导式溢流阀的外控口K相连。这相当于给先导式溢流阀除自身的先导阀外，又加接了一个先导阀（远程调压阀）。调节远程调压阀便可对先导式溢流阀实现远程调压。显然，远程调压阀所能调节的最高压力不能超过溢流阀自身先导阀的调定压力。另外，为了获得较好的远程控制效果，还需注意二阀之间的油管不宜太长（最好在3 m之内），要尽量减小管内的压力损失，并防止管道振动。 图5.19 溢流阀的远程调压作用1远程调压阀；2先导式溢流阀溢流阀在液压传动系统中的应用溢流阀在液压传动系统中的应用

44、(2/5) （e）使液压泵卸荷 在图5.20中，先导式溢流阀对液压泵起溢流稳压作用。当二位二通阀的电磁铁通电后，溢流阀的外控口K即接油箱，液压泵输出的油液便在极低压力下经溢流阀回油箱，这时，液压泵接近于空载运转，功耗很小，即处于卸载状态。这种卸荷方法所用的二位二通阀可以是通径很小的换向阀。 图5.20 溢流阀使泵卸荷溢流阀在液压传动系统中的应用溢流阀在液压传动系统中的应用(3/5) 此外溢流阀可以和其他阀一起构成组合阀。如可将图5.20中两个阀组成为一个电磁溢流阀。其中的电磁阀可以是二位二通、二位四通或三位四通换向阀，并可具有不同的机能，由此形成了电磁溢流阀的多种结构与功能，如图5.21所示的

45、电磁溢流阀则兼具使液压泵卸荷和二级调压的作用，将P油口与液压泵出口相接，A油口和B油口分别与两个远程调压阀（各自调节不同的压力数值）相接，当三位四通换向阀两端的电磁铁分别通电时，即可实现二级调压；当两电磁铁皆不通电时，则液压泵卸荷。如果采用O型中位机能的三位四通换向阀，则可实现三级调压功能，但不再有卸荷作用，这时先导式溢流阀本身的调定压力要高于两个外接的远程调压阀的调定压力。 图5.21 电磁溢流阀图形符号 溢流阀在液压传动系统中的应用溢流阀在液压传动系统中的应用(4/5) 如溢流阀和单向阀构成卸荷溢流阀，其图形符号见图5.22所示。它常用于使液压系统卸荷。在具体应用中，将P油口接液压泵，P1

46、油口接液压系统，当P1油口的压力低于图中溢流阀的调定压力时，溢流阀关闭，液压泵向液压系统供油；当P1油口的压力达到溢流阀的调定压力时，在控制油的压力作用下，溢流阀阀口打开，液压泵即可卸荷。图中单向阀的作用是隔开高低压油路。 图5.22卸荷溢流阀图形符号溢流阀在液压传动系统中的应用溢流阀在液压传动系统中的应用(5/5)2.顺序阀 (1) 结构原理 顺序阀在液压系统中犹如自动开关，用来控制多个液压执行元件的顺序动作。它以进口压力油（内控式）或外来压力油（外控式）的压力为信号，当信号压力达到调定值时，阀口开启，使所在油路自动接通。顺序阀的结构和溢流阀类同，也有直动式和先导式之分。它和溢流阀的主要区别

47、在于：溢流阀的泄漏油和先导阀的溢流油与出口（溢流口）相通，而顺序阀的泄漏油和先导阀的溢流油要单独接油箱；溢流阀的出口通回油箱，而顺序阀出口通二次压力油路（卸荷阀除外）。结构原理结构原理(2/5) 图5.23（a）所示为直动式内控顺序阀的结构简图。由于顺序阀的出口处不接油箱，而是通向二次油路，因此它的泄油口L必须单独接回油箱。为了减小调压弹簧的刚度，顺序阀底部设置了控制柱塞。外控口K用螺塞堵住，外泄油口L通油箱。 图5.23 直动式顺序阀结构原理结构原理(3/5) 压力油自进油口P1通入，经阀体上的孔道和下盖上的孔流到控制活塞的底部，当其推力能克服阀芯上的调压弹簧阻力时，阀芯上升，使进、出油口P

48、1和P2连通，压力油便从阀口流过。调节弹簧的预压缩量可以调节顺序阀的开启压力。经阀芯与阀体间的缝隙进入弹簧腔的泄漏油从外泄口L泄回油箱。这样油口连通情况的顺序阀，称内控外泄顺序阀，其图形符号见图5.23（b）。内控式顺序阀在进油路压力达到阀的设定压力之前，阀口一直是关闭的，达到阀的设定压力之后，使压力油进入二次油路，驱动其他液压执行元件。 将图5.23（a）中的下盖旋转90或180安装，切断进油流往控制活塞下腔的通路，并去除外控口K的螺塞，接入引自其他处的压力油（称控制油），便成为外控或称液控外泄顺序阀，符号见图5.23（c）。这时外控式顺序阀阀口的开启与一次油路进口压力没有关系，只决定于控制

49、压力的大小。 结构原理结构原理(4/5) 若在结构可能的情况下将上端盖旋转180安装，还可使弹簧腔与出油口P2相连（在阀体上开有沟通孔道），并将外泄口L堵塞，便成为外控内泄顺序阀，符号见图5.23（d）。外控内泄顺序阀只用于出口接油箱的场合，常用以使液压泵卸荷，故又称为卸荷阀。 直动式顺序阀设置控制活塞的目的是缩小进口压力油的作用面积，以便采用较软的弹簧来提高阀的pq性能。顺序阀的主要性能与溢流阀相似。另外，顺序阀为使液压执行元件准确地实现顺序动作，要求阀的调压偏差小，因此调压弹簧的刚度要小，阀在关闭状态下的内泄漏量也要小。直动式顺序阀的工作压力和通过阀的流量都有一定的限制，最高控制压力也不太

50、高。对性能要求较高的高压大流量系统，需采用先导式顺序阀。结构原理结构原理(5/5) 先导式顺序阀与先导式溢流阀的结构大体相似（如图5.24），其工作原理也基本相同，这里不再详述。先导式顺序阀同样也有内控外泄、外控外泄和外控内泄等几种不同的控制方式，以备选用。 图5.24 先导式顺序阀顺序阀在液压传动系统中的应用顺序阀在液压传动系统中的应用(1/3) (2) 顺序阀在液压传动系统中的应用 （a）顺序动作回路。为了使多缸液压传动系统中各个液压缸严格地按规定的顺序动作，可设置图5.25所示由顺序阀组成的顺序动作回路。 图5.25 顺序动作回路1溢流阀；2换向阀；3、5（单向）顺序阀；4、5液压缸 在

51、这个回路中，当换向阀2左位接入回路且右顺序阀5的调定压力大于左液压缸4的最大工作压力时，压力油先进入左液压缸4的左腔，实现缸4的右向动作。当这个动作完成后，系统中压力升高，压力油打开右顺序阀5进入右液压缸5的左腔，实现缸5的右向动作。同样地，当换向阀2右位接入回路且左顺序阀3的调定压力大于右液压缸5的最大返回工作压力时，两液压缸按与上述相反的顺序返回。这种顺序动作回路的可靠性，取决于顺序阀的性能及压力调定值，后一个动作的压力必须比前一个动作的压力高出0.8 1 MPa。顺序阀打开和关闭的压力差值不能过大，否则顺序阀会在系统压力波动时造成误动作，引起事故。因此，这种回路只适用于系统中液压缸数目不

52、多、负载变化不大的场合。 顺序阀在液压传动系统中的应用顺序阀在液压传动系统中的应用(2/3) （b）平衡回路。为了防止立式液压缸及其工作部件在悬空停止期间因自重而自行下滑，可设置由顺序阀组成的平衡回路。图5.25（a）所示为采用单向顺序阀组成的平衡回路。顺序阀的开启压力要足以支承运动部件的自重。当换向阀处于中位时，液压缸即可悬停。但活塞下行时有较大的功率损失。为此可采用外控单向顺序阀。如图5.25（b）所示，下行时控制压力油打开顺序阀，背压较小，提高了回路的效率。但由于顺序阀的泄漏，悬停时运动部件总要缓缓下降。 图5.25 平衡回路顺序阀在液压传动系统中的应用顺序阀在液压传动系统中的应用(3/

53、3)3.减压阀 减减压压阀阀是一种利用液流流过阀口产生压力损失，使其出口压力低于进口压力的压力控制阀。减压阀可分为定定压压输输出出减减压压阀阀、定定差差减减压压阀阀和定定比比减减压压阀阀三种。定压输出减压阀有直动型和先导型两种结构形式。先导式减压阀因为性能较直动式好，最为常用。 减压阀主要用于降低系统某一支路的油液压力，使同一系统能有两个或多个不同压力的回路。油液流经减压阀后能使压力降低，并保持恒定。只要液压阀的输入压力（一次压力）超过调定的数值，二次压力就不受一次压力的影响而保持不变。例如，当系统中的夹紧支路或润滑支路需要稳定的低压时，只需在该支路上串联一个减压阀即可。 工作原理和结构工作原

54、理和结构( 2/4) 图示为直动式减压阀的结构简图。当阀芯在原始位置时，阀口是打开的，进、出油口相通。阀芯由出口处的压力p2控制，当出口压力达到调定压力时，阀芯上移，阀口关小，使整个阀处于工作状态。如忽略其他阻力，仅考虑阀芯上的液压力和弹簧力相平衡，则可认为减压阀出口压力基本上维持在某一调定值上。这时如果出口压力减小，阀芯下移，阀口开大，阻力减小，压降减小，出口压力回升到调定值上。反之，如果减压阀出口压力增大，则阀芯上移，阀口关小，阀口阻力加大，使减压阀出口压力下降到调定值上。调节弹簧预压缩量，可以调节减压阀出口压力p2值的大小，它能使出口压力降低并保持恒定，故称定值输出减压阀，通常简称减压阀

55、。 图5.27 直动式减压阀工作原理 定差减压阀（演示5-23） 定差减压阀可使进出口压力保持为定值。高压油 经节流口减压后以低压 流出，同时低压油 经阀芯中心孔将压力传至阀芯上腔，其进出油压在阀芯有效作用面积上的压力差与弹簧力相平衡： 由上式可知，只要尽量减小弹簧刚度并使xpB时，锥阀关闭，A油口和B油口不通；当压力pApB时，锥阀关闭，A油口和B油口切断。图5.40（c）用作二位三通换向阀，在图示状态下，A油口和O油口连通，A油口和P油口断开；当二位四通电磁换向阀通电时，A油口和P油口连通，A油口和O油口断开。图5.40（d）用作二位四通阀，在图示状态下，A油口和O油口、P油口和B油口连通

56、；当二位四通电磁换向阀通电时，A油口和P油口、B油口和O油口连通。用多个先导阀（如上述各电磁阀）和多个主阀相配，可构成复杂的组合二通插装换向阀，这是普通换向阀做不到的。 二通插装阀二通插装阀(4/7) (3) 二通插装压力控制阀 对K腔采用压力控制可构成各种压力控制阀，其结构原理如图5.41（a）所示。用直动式溢流阀作为先导阀来控制插装主阀，在不同的油路连接下便构成不同的压力阀。图5.41（b）表示B油口通油箱，可用作溢流阀。当A油口油压升高到先导阀调定的压力时，先导阀打开，油液流过主阀芯阻尼孔时造成两端压差，使主阀芯克服弹簧阻力开启，A油口压力油便通过打开的阀口经B油口溢回油箱，实现溢流稳压

57、。当二位二通电磁换向阀通电时，便可作为卸荷阀使用。图5.41（c）表示B油口接一有载油路，则构成顺序阀。图5.41 二通插装压力控制阀1先导阀；2主阀芯；3阻尼孔二通插装阀二通插装阀(5/7) (4) 二通插装流量控制阀 在二通插装阀的盖板上增加阀芯行程调节器，以调节阀芯的开度（图5.42），就构成了节流阀。在阀芯上开有三角槽，以便于调节开口大小。若用比例电磁铁取代节流阀的手调装置，则可组成二通插装电液比例节流阀。若在二通插装节流阀前串联一个定差减压阀，就可组成二通插装调速阀。 图5.42 二通插装节流阀二通插装阀二通插装阀(5/7) (5) 二通插装阀及其集成系统的特点 （a）插装阀结构简单

58、，通流能力大，故用通径很小的先导阀与之配合，便可构成通径很大的各种二通插装阀，最大流量可达10 000 L/min。 （b）不同的阀有相同的插装主阀，一阀多能，便于实现标准化。 （c）泄漏小，先导阀功率小，具有明显的节能效果。 二通插装阀目前广泛用于冶金、船舶、塑料机械等大流量系统中。 二通插装阀二通插装阀(7/7) 用计算机对电液系统进行控制是今后技术发展的必然趋向。但电液比例阀或伺服阀能接收的是连续变化的电压或电流模拟信号，而计算机的指令是“开” 或“关” 的数字信息，要用计算机控制，必须进行“数模”转换，结果使设备复杂、成本提高、可靠性降低。在这种技术要求下，20世纪80年代初期出现了数

59、字阀，解决了上述问题。 接收计算机数字控制的方法有多种，当今技术较成熟的是增量式数字阀，即用步进电机驱动液压阀。已有数字流量阀、数字压力阀和数字方向流量阀等系列产品。步进电机能接受计算机发出的经驱动电源放大的脉冲信号，每接收一个脉冲便转动一定角度。步进电机的转动又通过凸轮或丝杠等机构转换成直线位移量，从而推动阀芯，实现液压阀对系统方向、流量或压力的控制。 3.电液数字控制阀电液数字控制阀电液数字控制阀(2/2) 图5.43所示为增量式数字流量阀。计算机发出信号后，步进电机1转动，通过滚珠丝杠2转化为轴向位移，带动节流阀阀芯3移动。该阀有两个节流口，阀芯移动时，首先打开右边的非全周节流口，流量较小；继续移动，则打开左边的第二个全周节流口，流量较大，可达3500 L/min。该阀的流量由阀芯3、阀套4及连杆5的相对热膨胀取得温度补偿，维持流量恒定。 这种阀无反馈功能，但装有零位移传感器5，在每个控制周期终了时，阀芯都可在它控制下回到零位。这样就保证每个工作周期都在相同的位置开始，使阀有较高的重复精度。 5.43 数字式流量阀1步进电机；2滚珠丝杠；3阀芯；4阀套；5连杆；5传感器