第三講電液系統(tǒng)控制元件

1、第三講 電液系統(tǒng)的控制調(diào)節(jié)元件(方向壓力流量閥)3.1 概述 控制元件主要指各類液壓閥。它們的功用是控制和調(diào)節(jié)液流的方向，壓力和流量，以滿足執(zhí)行元件所需的運動方向，力（或力矩）和速度的要求，從而使系統(tǒng)按要求進(jìn)行工作。3.1.1電液控制元件分類1. 按用途分類 根據(jù)控制元件在系統(tǒng)中的作用，可分為以下幾類： (1) 方向控制閥 (2) 壓力控制閥 (3) 流量控制閥 2. 按控制方式分類 (1) 開關(guān)或定值控制閥：借助手輪，手柄，凸輪，電磁鐵，壓力液體等來 控制流體通路，定值控制流體的壓力，流量的閥類，統(tǒng)稱開關(guān)閥，多用于普通液 氣動系統(tǒng)。 (2) 比例控制閥：用與閥的輸入輸出成比例的電信號控制該閥

2、，使其實現(xiàn)按一定規(guī)律 比例地控制系統(tǒng)中流體的壓力，流量，多用于開環(huán)程序控制系統(tǒng)。(3) 伺服控制閥：將徽小的電氣信號轉(zhuǎn)換成大功率的流量和壓力輸出，以控制系統(tǒng)中 流體的壓力和流量。多用于高精度，快速響應(yīng)的閉環(huán)控制系統(tǒng) 。(4) 數(shù)字閥：用數(shù)字信息直接控制閥，以控制系統(tǒng)中流體的壓力和流量。3. 按結(jié)構(gòu)形式分類(1) 滑閥 (2) 錐閥(3) 球閥(4) 噴嘴擋板閥(5) 射流管閥4.按連接方式分類 (1) 螺絞連接閥 (2) 法蘭連接閥(3) 板式連接閥(4) 疊加式連接閥(5) 插裝式連接閥3.1.2液壓與氣壓傳動的控制元件的性能參數(shù)基本要求：動作靈敏，使用可靠；流經(jīng)閥口后的壓力損失?。幻芊庑阅?/p>

3、好；結(jié)構(gòu)緊湊；安裝調(diào)整，使用維護(hù)方便；通用性大等。1. 控制閥的性能參數(shù) 主要性能參數(shù): 額定壓力和額定流量。 額定壓力: 是指閥最大允許的工作壓力。 額定流量是指閥在額定壓降下，通過閥的最大流量。2. 控制閥的規(guī)格 閥的規(guī)格大小用通徑Dg表示。3. 控制閥的性能曲線 目前有些閥給出若干特性曲線，如壓力流量曲線，壓力損失流量曲線，進(jìn)口 壓力出口壓力曲線等，比較確切反映了閥的性能。3.2 方向控制閥 作用及工作原理：方向控制閥的主要作用是控制系統(tǒng)中流體流動的方向，其工作原理是利用閥芯和閥體間的相對位置的改變來實現(xiàn)通道的接通或斷開，以滿足系統(tǒng)對通道的不同要求。 分類：方向控制閥可分為單向閥和換向閥

4、兩類。3.2.1 單向閥a)管式連接1閥心（錐閥或球閥）；2閥體；3彈簧圖（a）為管式連接的液壓單向閥b)板式連接 c）圖形符號1閥心（錐閥或球閥）；2閥體；3彈簧圖（b）為板式連接的液壓單向閥，圖（c）為單向閥的職能符號。 圖3.1 單向閥單向閥的主要性能：正向最小開啟力，正向流動時的壓力損失及反向泄漏量。應(yīng)用：單向閥可裝在泵的出口處，防止系統(tǒng)中的流體沖擊影響泵工作；還可用來分隔通道，防止管路間的相互干擾等。 液控單向閥及其應(yīng)用功能： 液控單向閥是一種通入控制壓力流體后即允許流體雙向流動的單向閥。結(jié)構(gòu)： 圖（3.2）為液控單向閥的結(jié)構(gòu)（a）和職能符號（b）。主要性能： 液控單向閥具有良好的密

5、封性能，其反向泄漏量為零。反向開啟的最小控制壓力，當(dāng)P10時一般為（0.4-0.5）的P2。應(yīng)用： 液控單向閥可于用對液壓缸進(jìn)行鎖閉，保壓；也用于防止立式液壓缸停止時自動下滑。 液控單向閥的結(jié)構(gòu)圖a)工作原理圖 b)圖形符號圖3.2 液控單向閥 1活塞；2頂桿；3閥心3.2.2 換向閥 1. 換向閥的工作原理和分類 基本工作原理：換向閥是借助于閥芯與閥體之間的相對運動，使與閥體相連的各通路實現(xiàn)接通或斷開或改變流動方向的閥類。 分類：換向閥按其結(jié)構(gòu)可分為： (1) 滑閥式換向閥 (2) 球式換向閥 (3) 邏輯換向閥 (4) 截止式換向閥 (1) 工作原理及主體部分的結(jié)構(gòu)形式 工作原理: 借助于

6、滑閥閥芯在閥體內(nèi)作軸向運動，使 與閥體相連的各通路實現(xiàn)接通或斷開或改變流動方向的閥類。 結(jié)構(gòu): 主體是閥體和閥芯，它是一個具有多段環(huán)形槽的圓柱體。表3-1列舉了常用的幾種結(jié)構(gòu)形式。 按閥芯移動后可以停留的工作位置分有：二位閥；三位閥。 按滑閥的通道分有：二通閥；三通閥；四通閥；五通閥；多路閥等。 換向閥的名稱按其工作位置和通路統(tǒng)稱幾位幾通換向閥。如表3-1中名稱一欄所示的二位二通換向閥；二位三通換向閥等。 滑閥式換向閥的圖形如表3.1中所示。2. 滑閥式換向閥表3.1 常用滑閥式換向閥主體結(jié)構(gòu)形式和圖形符號 (2) 滑閥的中位機能 三位滑閥在中位時各通路的連接方式稱為滑閥的中位機能。不同的滑閥

7、的中位機能可滿足系統(tǒng)的不同要求。表3.2列舉了三位四通換向閥常用的十種中位機能。 表3.2 三位四通換向閥中位機能 在分析和選擇閥的中位機能時，通?？紤]以下幾點： 1) 系統(tǒng)保壓 選“O”，“Y”，“J”，“N”，“U”等中位機能。 2) 系統(tǒng)卸荷 選 “H”，“K”，“M”型等中位機能。 3) 執(zhí)行機構(gòu)換向精度與平穩(wěn)性 選O型，M型，換向過程易產(chǎn)生沖擊，換向不平穩(wěn)，但換向精度高； 選Y型，換向過程中工作部件不易制動，換向精度低，但換向平穩(wěn)。 4) 執(zhí)行機構(gòu)啟動的平穩(wěn)性 5) 執(zhí)行機構(gòu)需“浮動”，選閥在中位，A，B兩口互通（如U型），臥式缸呈“浮動”狀態(tài)，可利用其它機構(gòu)調(diào)整其位置。執(zhí)行機構(gòu)需在

8、任意位置上停止，選閥在中位，A，B兩口堵塞（如O型，M型），則執(zhí)行機構(gòu)可在任意位置上停止。 (3) 換向向閥的主要性能 換向向閥的主要性能包括以下幾項： 1) 工作可靠 2) 壓力損失 3) 內(nèi)泄量 4) 換向與復(fù)位時間 5) 使用壽命 (4) 操作方式 根據(jù)推動換向閥移動方式可分為：手動換向閥；電磁換向閥；液動換向閥；電液換向閥；氣控?fù)Q向閥等五種換向閥。 1) 手動換向閥 用手操縱杠桿推動滑閥閥芯相對閥體移動，從而改變工作位置，改變通道的通斷。 2) 機動換向閥 機動換向閥又稱行程閥。圖所示為二位二通機動換向閥的結(jié)構(gòu)圖和符號。3) 電磁換向閥 電磁換向閥是利用電磁鐵吸力推動閥芯來改變閥的工作

9、位置。圖為二位三通電磁換向閥的結(jié)構(gòu)圖及符號。圖所示為三位四通電磁換向閥的結(jié)構(gòu)圖及符號。 三位四通液動換向閥a)換向時間不可調(diào)式 b) 換向時間可調(diào)式 4) 液動換向閥液動換向閥是利用控制油路的壓力油來改變閥芯位置的換向閥。圖所示為三位四通液動換向閥的結(jié)構(gòu)及符號。 電液換向閥的結(jié)構(gòu)及符號5) 電液換向閥電液換向閥是由液動換向閥和電磁換向閥組合而成。其中電磁換向閥起先導(dǎo)作用，用來改變控制液流的方向，從而改變起主閥作用的液動換向閥的工作位置。圖所示為電液換向閥的結(jié)構(gòu)及符號。 3.方向閥的應(yīng)用 1) 方向控制回路2) 保壓回路 3.3 壓力控制閥 功能：用于實現(xiàn)系統(tǒng)壓力控制的閥類統(tǒng)稱壓力控制閥。 分類

10、：常用的壓力控制閥有溢流閥，減壓閥，順序閥和壓力繼電器等。它們都是利用流體的壓力與閥中的彈簧力相平衡的原理來工作的。3.3.1 溢流閥 溢流閥的基本功用主要有兩點：一是當(dāng)系統(tǒng)壓力超過或等于溢流閥的調(diào)定壓力時，系統(tǒng)的液體或氣體通過閥口溢出一部分，保證系統(tǒng)壓力恒定，作調(diào)壓用；二是在系統(tǒng)中作安全閥用，在系統(tǒng)正常工作時， 溢流閥處于關(guān)閉狀態(tài)，只有在系統(tǒng)壓力大于或等于其調(diào)定壓力時才開啟溢流，對系統(tǒng)起過載保護(hù)作用。 1. 溢流閥結(jié)構(gòu)和工作原理 (1) 直動式溢流閥結(jié)構(gòu)和工作原理：直動式溢流閥的閥芯有錐閥式，球閥式和滑閥式三種形式。.圖所示為用于油液的低壓直動式溢流閥。 特點：直動式溢流閥的特點是結(jié)構(gòu)簡單，

11、反應(yīng)靈敏。但工作時易產(chǎn)生振動和噪音，壓力波動大。一般用于小流量，壓力較低的場合。YF型三節(jié)同心先導(dǎo)式溢流閥（管式）1錐閥（先導(dǎo)閥）；2錐閥座；3閥蓋；4閥體；5阻尼孔；6主閥心；7主閥座；8主閥彈簧；9調(diào)壓（先導(dǎo)閥）彈簧；10調(diào)節(jié)螺釘；11調(diào)壓手輪 (2) 先導(dǎo)式溢流閥結(jié)構(gòu)和工作原理：先導(dǎo)式溢流閥是由先導(dǎo)調(diào)壓閥和溢流主閥兩部分組成。先導(dǎo)閥類似于直動式溢流閥，多為錐閥結(jié)構(gòu)。圖所示為先導(dǎo)式溢流閥。 特點：由于先導(dǎo)閥的溢流量僅為主閥額定流量的1左右，因此先導(dǎo)閥閥座孔的面積A開口量，調(diào)壓彈簧剛度都不需很大，所以，先導(dǎo)型溢流閥廣泛用于高壓大流量場合。2. 溢流閥的主要性能 (1) 靜態(tài)性能 1) 壓力調(diào)

12、節(jié)范圍 壓力調(diào)節(jié)范圍是指調(diào)壓彈簧在規(guī)定的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)時，系統(tǒng)壓力平穩(wěn)地上升或下降的最大和最小調(diào)定壓力。 2) 啟閉特性啟閉特性是指溢流閥從開啟到閉合過程中，被控壓力與通過溢流閥的溢流量之間的關(guān)系。它是衡量溢流閥定壓精度的一個重要指 標(biāo)。一般用溢流閥處于額定流量，額定壓力時，開始溢流的開啟壓力PK及停止溢流的閉合壓力PB分別與Ps的百分比來衡量。前者稱為開啟壓力比，后者稱為閉合壓力比。比值越大及二者越接近，其啟閉特性越好。一般規(guī)定開啟比應(yīng)不小于90%，閉合比不小于85%。 3) 卸荷壓力 卸荷壓力指當(dāng)溢流閥作卸荷閥用時，額定流量下，進(jìn)出口的壓力差。 4) 最大允許流量和最小穩(wěn)定流量 當(dāng)溢流閥在最大

13、允許流量（即額定流量）下工作時應(yīng)無噪聲。溢流閥的最小穩(wěn)定流量取決于對壓力平穩(wěn)性的要求。一般規(guī)定為額定流量的15%. (2) 動態(tài)性能 當(dāng)溢流閥從零壓不溢流，進(jìn)口壓力迅速升高并超過調(diào)定壓力，在額定流量穩(wěn)定溢流，然后逐步衰減到最終穩(wěn)態(tài)壓力，這需要經(jīng)過一個短暫的過渡過程，我們稱此過程為動態(tài)過渡過程。 1) 壓力超調(diào)量 最高瞬時壓力峰值與額定壓力調(diào)定值Pn的差值稱為壓力超調(diào)量P。衡量溢流閥動態(tài)調(diào)壓誤差的性能指標(biāo)是壓力超調(diào)率PP/Pn 100% ，一般要求P 10%-30%。 2) 響應(yīng)時間t1 從起始穩(wěn)態(tài)壓力P0與最終穩(wěn)態(tài)壓力Pn之差的10%上升到90%的時間，即圖5-21中A，B兩點間的時間間隔稱為

14、響應(yīng)時間。t1越小，溢流閥的響應(yīng)越快。 3)過渡過程時間 t2 從0.9（PnP0）的B點到瞬嚨過渡過程儒最終時刻C點之間的時間稱為過渡過程時間。C點以后的壓力波形應(yīng)落在圖中給定的（0.95-1.05）（PnP0）限制范圍內(nèi)，否則，C點應(yīng)后移，直至滿足要求為止。t2越小，溢流閥的動態(tài)過程越短。 4) 升壓時間t 流量階躍變化時，從0.1（PnP0）到0.9（PnP0）的這段時間，即圖中A和B兩點間的時間稱為升壓時間。t1越小，溢流閥的動態(tài)性能越好。 5) 卸荷時間t2 卸荷信號發(fā)出后從0.9（PnP0）到0.1（PnP0）的這段時間，即圖中C和D兩點間的時間稱為卸荷時間。t2越小，溢流閥的動態(tài)

15、性能越好。3. 溢流閥的應(yīng)用 (1) 作調(diào)壓閥用 在液壓定量泵節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)中如圖，泵輸出的壓力油只有一部分進(jìn)入油缸，多余的油經(jīng)溢流閥流回油箱。溢流閥是常開的，這樣使系統(tǒng)壓力穩(wěn)定在調(diào)定值，以保持系統(tǒng)壓力恒定。 (2) 可實現(xiàn)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程調(diào)壓 先導(dǎo)式溢流閥與直動式遠(yuǎn)程調(diào)壓溢流閥配合使用，可實現(xiàn)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程調(diào)壓。如圖中的閥3為先導(dǎo)溢流閥，閥4為遠(yuǎn)程調(diào)壓閥。 (3) 作安全閥用 系統(tǒng)中安裝作安全閥用的溢流閥，以限制系統(tǒng)的最高壓力。當(dāng)壓力超過調(diào)定值時，溢流閥打開溢流，保證系統(tǒng)安全工作。如圖液壓回路中的所示閥在回路中作安全閥用；在正常工作時，溢流閥是常閉的，故其調(diào)整值應(yīng)比系統(tǒng)的最高工作壓力高10-20%，以免

16、溢流閥打開溢流，影響系統(tǒng)正常工作。 (4) 作電磁溢流閥用 將先導(dǎo)溢流閥的遙控口與二位二通電磁換向閥連接，可使泵和系統(tǒng)卸荷。 3.3.2 減壓閥 功能：減壓閥是一種利用液流流過隙產(chǎn)生壓降的原理，使出口壓力低于進(jìn)口壓力的壓力控制閥。 種類：按調(diào)節(jié)要求的不同可分為定值減壓閥和定差減壓閥。 按結(jié)構(gòu)分有直動減壓閥和先導(dǎo)減壓閥。 1. 減壓閥結(jié)構(gòu)原理 (1) 定值減壓閥 定值減壓閥是使進(jìn)入流體的壓力減低后輸出，并保持所輸出的減壓值為恒定值。通常應(yīng)用的大多是這類減壓閥。 1) 直動式減壓閥2) 先導(dǎo)式減壓閥 圖為用于液壓油的先導(dǎo)式減壓閥的結(jié)構(gòu)。 (2) 定差減壓閥 定差減壓閥可使閥進(jìn)出口壓力差保持為恒定值

17、。圖5.29為定差減壓閥的結(jié)構(gòu)簡圖。2. 減壓閥的主要性能 (1) 調(diào)壓范圍 它是指減壓閥輸出壓力的可調(diào)范圍,在此范圍內(nèi)要求達(dá)到規(guī)定的精度. (2) 壓力特性 它是指流量為定值時,減壓閥輸入壓力波動而引起輸出壓力波動的特性. (3) 流量特性 它是指輸入壓力為定值時,輸出壓力隨輸出流量的變化而變化的特性小.3. 減壓閥的應(yīng)用 減壓閥一般用在需減壓或穩(wěn)壓的回路場合. 根據(jù)使用要求選定減壓閥的類型,調(diào)壓精度,再根據(jù)所通過的最大流量選擇通徑. 減壓回路： 3.3.3 順序閥 功能：順序閥的功用主要是以系統(tǒng)的壓力為信號,使多個執(zhí)行機構(gòu)自動地按先后順序動作. 1. 順序閥結(jié)構(gòu)原理 順序閥的結(jié)構(gòu)原理與溢流

18、閥基本相同.唯一不同的地方是順序閥的出口不是接通油箱,而是接到系統(tǒng)中繼續(xù)用油之處.因此, 順序閥的內(nèi)泄漏油不能用通道直接引導(dǎo)到順序閥的出油腔,而是由專門的泄油口經(jīng)閥外油管通到油箱. 順序閥根據(jù)結(jié)構(gòu)分,有先導(dǎo)式和直動式兩種.根據(jù)控制壓力的來源不同,有內(nèi)控式與外控式兩種.圖a所示為先導(dǎo)型順序閥。 圖b為內(nèi)控式先導(dǎo)型順序閥. 圖d為DZ型順序閥。 a)外控式 b)內(nèi)控式 c)圖形符號 d) DZ型順序閥 2. 順序閥的應(yīng)用 (1)作順序用： 使多個執(zhí)行機構(gòu)自動地按先后順序動作. (2) 作卸荷閥用： 把外控式順序閥的出油口接通油箱，將外泄改為內(nèi)泄，即可構(gòu)成卸荷閥。即當(dāng)系統(tǒng)壓力低于順序閥的調(diào)定壓力時，

19、順序閥不打開；當(dāng)系統(tǒng)壓力升高超過順序閥的調(diào)定壓力時，順序閥打開，系統(tǒng)壓力油通過順序閥卸荷。 (3) 單向順序閥： 把單向閥與順序閥并聯(lián)，便成為單向順序閥。其工作原理為：當(dāng)油液自入口P1進(jìn)人時，單向閥關(guān)閉，油液須頂開順序閥才能從出口P2流出；而油液從出口P2流進(jìn)時，順序閥關(guān)閉，但可頂開單向閥后從入口P1流出。 (4) 作平衡閥用： 將單向順序閥的進(jìn)油口接通垂直油缸的下腔，使腔內(nèi)的油液形成一個與活塞等運動部件質(zhì)量相平衡的背壓，防止活塞等因自重而下滑，即作為平衡閥用。 各種順序閥的職能符號如表所示。3.3.4 壓力繼電器 功能：壓力繼電器是將壓力信號轉(zhuǎn)換為電信逞的壓力傳感元件。當(dāng)系統(tǒng)的壓力達(dá)到壓力繼

20、電器預(yù)先調(diào)定的壓力值時，它發(fā)出電的信號，操縱電氣元件，使油路換向，卸壓，順序動作，關(guān)閉電機等作用。 分類：常用的壓力繼電器有柱塞式，膜片式，彈簧管式和波紋管式等結(jié)構(gòu)形式。 結(jié)構(gòu)和工作原理 圖為用于液壓系統(tǒng)中的柱塞式壓力繼電器的結(jié)構(gòu)圖。3.4 流量控制閥 功能：流量控制閥是通過改變節(jié)流口通流面積或通流通道的長短來改變局部阻力的大小，從而實現(xiàn)對流量的控制。 分類：常用的流量控制閥有節(jié)流閥，調(diào)束閥，分流節(jié)流閥等。3.4.1 節(jié)流閥 1. 節(jié)流閥的工作原理2. 節(jié)流閥的靜態(tài)流量特性通過節(jié)流閥的流量q及與其前后壓差P有關(guān)，其關(guān)系可表示為 qKA Pm式中K節(jié)流系數(shù)，它與節(jié)流孔的形狀，流體密度動力粘度有關(guān)。 A過流面積。m節(jié)流閥指數(shù)，由節(jié)流孔的形狀決定。上式為節(jié)流閥的流量特性方程，可用圖形來表示。 (1)節(jié)流閥的流量穩(wěn)定性 節(jié)流閥的流量特性決定于它的節(jié)流口的結(jié)構(gòu)形式，通過節(jié)流閥的