第5章液壓控制元件

1、第五章第五章 液壓控制閥液壓控制閥液壓控制閥群圖本章重點(diǎn)內(nèi)容n 概述n 方向控制閥n 壓力控制閥n 流量控制閥 在液壓系統(tǒng)中，液壓控制閥用來控制油液的壓力、流量和流動(dòng)方向，從而控制液壓執(zhí)行元件的啟動(dòng)、停止、運(yùn)動(dòng)方向、速度、作用力等，滿足液壓設(shè)備對(duì)各工況的要求。 5.1液壓閥概述 5.1.15.1.1液壓閥的分類液壓閥的分類按用途 方向控制閥壓力控制閥流量控制閥按操縱方式手動(dòng)機(jī)動(dòng)電動(dòng)液動(dòng) 電液動(dòng)按控制方式定值或開關(guān)控制閥電液比例控制閥 電液伺服控制閥數(shù) 字 閥 按連接方式管 式板 式疊加式插裝式按結(jié)構(gòu)球閥滑閥錐閥5.1.25.1.2對(duì)液壓閥的要求對(duì)液壓閥的要求p動(dòng)作靈敏，工作可靠，工作時(shí)沖擊和振

2、動(dòng)??；p油液通過時(shí)壓力損失??；p密封性能好，內(nèi)泄露少，無外泄露；p結(jié)構(gòu)緊湊，安置、調(diào)試、維護(hù)方便，通用性好。5.2 5.2 方向控制閥方向控制閥功用：用以控制液流通斷或油液流動(dòng)方向。 分類：?jiǎn)蜗蜷y、換向閥。5.2.15.2.1單向閥單向閥1.普通單向閥控制油路通斷。正向?qū)?，反向截止?）分隔油路以防干擾（開啟壓力 0.030.05 M Pa ）；2）作背壓閥用（開啟壓力 0.30.6 M Pa）。應(yīng)用：1-閥心，2-閥體，3-彈簧作用：圖形符號(hào):單向閥單向閥普通單向閥2.2.液控單向閥液控單向閥1）控制口通油箱時(shí)（目的是使閥心可靠復(fù)位），同普通單向閥；2）控制口通壓力油時(shí)，液流可正反向自由通

3、過。多一個(gè)控制油口K圖形符號(hào):普通單向閥：正向流通普通單向閥：反向截止l液控單向閥：K口不通油普通單向閥一樣液控單向閥l液控單向閥：正向流通液控單向閥液控單向閥l液控單向閥：K口通油，反向可以流通l液控單向閥：K口通油，反向可以流通液控單向閥5.2.25.2.2換向閥換向閥 利用閥心與閥體相對(duì)位置的改變，控制相應(yīng)油路的通、斷或變換油液的方向，以實(shí)現(xiàn)對(duì)執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng)方向的控制。1.基本概念位：通：常態(tài)位：是指換向閥閥芯的工作位置。是指換向閥的油口數(shù)。僅在彈簧彈力作用下閥芯所處的工作位置。2.2.換向閥的分類換向閥的分類按工作位置分：二通、三通、四通、五通等。按操縱方式分：手動(dòng)、機(jī)動(dòng)、電動(dòng)、液動(dòng)、電

4、液動(dòng)。按通路數(shù)分：二位、三位、四位、五位等。按閥芯結(jié)構(gòu)分：滑閥、球閥、錐閥。按位、通分：二位二通、二位三通、三位三通、三位四通等。3.3.換向原理及圖形符號(hào)換向原理及圖形符號(hào)1)換向閥結(jié)構(gòu)及圖形符號(hào)二位二通閥二位四通閥二位五通閥二位三通閥圖形符號(hào)含義：p 用方格數(shù)表示閥的工作位置數(shù)。p一個(gè)方格內(nèi)，箭頭或“”與方格的交點(diǎn)數(shù)為油口通路數(shù)。箭頭表示油口相通，“”表示油口不通。三位四通閥三位五通閥p P進(jìn)油口，T回油口，A、B兩工作油口。p 控制方式和復(fù)位彈簧符號(hào)畫在方格兩側(cè)。p 三位閥的中位，二位閥靠有彈簧的那位為常態(tài)位。2）換向原理左位:右位:中位:PA ,B O ,活塞右移；P、A、B、O均不通

5、，活塞靜止；P B,A O,活塞左移。換向閥：滑閥式換向閥動(dòng)畫滑閥式換向閥動(dòng)畫ABPTPTAB換向閥換位ABPTPTAB4.三位閥的中位機(jī)能O型P型M型H型Y型K型5.5.幾種常用的換向閥幾種常用的換向閥手動(dòng)換向閥機(jī)動(dòng)換向閥（行程閥）電磁換向閥電磁換向閥液液動(dòng)動(dòng)換換向向閥閥電電液液動(dòng)動(dòng)換換向向閥閥換向閥的操作方式換向閥的操作方式5.25.2壓力控制閥壓力控制閥l定義：在液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中，控制液壓油壓力高低的液壓閥稱之為壓力控制閥，這類閥的共同點(diǎn)主要是利用在閥芯上的液壓力和彈簧力相平衡的原理來工作的。壓力控制閥的作用：1、用來控制液壓系統(tǒng)中油液壓力； 1) 溢流閥 2) 減壓閥 3) 順序閥 4)

6、 壓力繼電器2、通過壓力信號(hào)實(shí)現(xiàn)控制。5.3.15.3.1溢流閥（溢流閥（Relief valve）按結(jié)構(gòu)型式分：直動(dòng)式溢流閥 先導(dǎo)式溢流閥l1）直動(dòng)型溢流閥（Spring loaded type relief valve）結(jié)構(gòu)如右圖所示，壓力由彈簧設(shè)定，當(dāng)油的壓力超過設(shè)定值時(shí)，提動(dòng)頭上移，油液就從溢流口流回油箱，并使進(jìn)油壓力等于設(shè)定壓力。由于壓力為彈簧直接設(shè)定，一般當(dāng)安全閥使用。圖417c為直動(dòng)式溢流閥的職能符號(hào)。 PT符號(hào)符號(hào)PT 2） 先導(dǎo)型溢流閥（Pilot operated relief valve）：）：結(jié)構(gòu)如圖418所示，由主閥和先導(dǎo)閥兩部分組成，主要特點(diǎn)是利用主閥平衡活塞上下兩

7、腔油液壓力差和彈簧力相平衡。調(diào)節(jié)螺釘調(diào)節(jié)螺釘錐閥錐閥 錐閥座錐閥座調(diào)壓彈簧調(diào)壓彈簧閥體閥體主閥芯主閥芯主閥體主閥體主閥彈簧主閥彈簧遙控口遙控口K進(jìn)油口進(jìn)油口P出油口出油口TPT符號(hào)符號(hào)l 1）作溢流閥用：在定量泵的液壓系統(tǒng)中如圖（a）所示，常利用流量控制閥調(diào)節(jié)進(jìn)入液壓缸的流量，多余的壓力油可經(jīng)溢流閥流回油箱，這樣可使泵的工作壓力保持定值。l2）作安全閥用：（b）所示液壓系統(tǒng)，在正常工作狀態(tài)下，溢流閥是關(guān)閉的，只有在系統(tǒng)壓力大于其調(diào)整壓力時(shí)，溢流閥才被打開溢流，對(duì)系統(tǒng)起過載保護(hù)作用。 “溢流閥（Relief valve）”主要用途：3）遠(yuǎn)程壓力控制回路：從較遠(yuǎn)距離的地方來控制泵工作壓力的回路，圖

8、419所示回路壓力調(diào)定是由遙控溢流閥（remote control relief valves）所控制，回路壓力維持在3MPa。遙控溢流閥的調(diào)定壓力一定要低于主溢流閥調(diào)定壓力，否則等于將主溢流閥引壓口堵塞。l4）多級(jí)壓力切換回路：如圖利用電磁換向閥可調(diào)出三種回路壓力，注意最大壓力一定要在主溢流閥上設(shè)定。5.3.25.3.2減壓閥（減壓閥（Reducing valveReducing valve）l 當(dāng)回路內(nèi)有兩個(gè)以上液壓缸，其中之一需要較低的工作壓力，同時(shí)其它的液壓缸仍需高壓運(yùn)作時(shí)，此刻就得用減壓閥提供一較系統(tǒng)壓力為低的壓力給低壓缸。l減壓閥是利用液流流過縫隙產(chǎn)生壓力損失，使其出口壓力低于進(jìn)口

9、壓力的壓力控制閥。l按調(diào)節(jié)要求不同，有出口壓力為定值的定值減壓閥；進(jìn)出口壓力差不便的定差減壓閥；進(jìn)出口壓力成比例的定比減壓閥。其中定值減壓閥應(yīng)用最廣，又簡(jiǎn)稱減壓閥。 減壓閥有直動(dòng)型和先導(dǎo)型兩種，右圖所示，為先導(dǎo)型減壓閥，由主閥和先導(dǎo)閥組成，先導(dǎo)閥負(fù)責(zé)調(diào)定壓力，主閥負(fù)責(zé)減壓作用。 進(jìn)口壓力油經(jīng)主閥閥口流至出口，出口壓力油引至主閥芯下腔，然后進(jìn)入主閥芯上腔和先導(dǎo)閥前腔，當(dāng)出口壓力大于減壓閥的調(diào)定壓力時(shí)，先導(dǎo)閥閥口開啟，主閥芯上移，主閥閥口縫隙關(guān)小，減壓閥才起減壓作用且保證出口壓力為穩(wěn)定不變。1.減壓閥結(jié)構(gòu)及工作原理：l特點(diǎn)l減壓閥是出口壓力控制，保證出口壓力為定值；l減壓閥閥口常開，進(jìn)出油口相通；

10、l減壓閥有單獨(dú)的泄油口；l減壓閥的出口壓力又去工作，壓力不為零。l減壓閥與溢流閥一樣有遙控口。l2減壓閥的應(yīng)用 1）減壓回路：右圖為減壓回路，不管回路壓力多高，A缸壓力決不會(huì)超過3MPa。5.3.35.3.3順序閥順序閥（sequence valve）順序閥是一種利用壓力控制閥口通斷的壓力閥，因用于控制多個(gè)執(zhí)行元件的動(dòng)作順序而得名。按控制油來源不同分內(nèi)控和外控，按彈簧腔泄漏油引出方式不同分內(nèi)泄和外泄。所以，順序閥有內(nèi)控外泄、內(nèi)控內(nèi)泄、外控外泄、外控內(nèi)泄四種類型。內(nèi)控外泄型用于實(shí)現(xiàn)順序控制。內(nèi)控外泄順序閥與溢流閥相同之處：閥口常閉，進(jìn)口壓力控制閥口啟閉，但是該閥出口油液要去工作，所以有單獨(dú)的泄油

11、口。 內(nèi)控外泄順序閥用于多個(gè)執(zhí)行元件順序動(dòng)作。其進(jìn)口壓力先要達(dá)到閥的調(diào)定壓力，而出口壓力取決于負(fù)載。當(dāng)負(fù)載壓力高于閥的調(diào)定壓力時(shí)，進(jìn)口壓力等于出口壓力即負(fù)載壓力，閥口全開；當(dāng)負(fù)載壓力低于調(diào)定壓力時(shí)，進(jìn)口壓力等于調(diào)定壓力，閥的開口一定。2 2順序閥的應(yīng)用順序閥的應(yīng)用1）用于順序動(dòng)作回路：圖示為一定位與夾緊回路，其前進(jìn)的動(dòng)作順序是先定位后夾緊，后退是同時(shí)退后。l2）起平衡閥的作用：在大形壓床上由于壓柱及上模很重，為防止因自重而產(chǎn)生的自走現(xiàn)象，必須加裝平衡閥（順序閥），如右圖示。5.3.45.3.4壓力繼電器壓力繼電器定義：壓力繼電器是一種將液壓系統(tǒng)的壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出的元件。作用：通過壓力繼

12、電器內(nèi)的微動(dòng)開關(guān)，自動(dòng)接通或斷開電氣線路，實(shí)現(xiàn)執(zhí)行元件的順序控制或安全保護(hù)。類型：柱塞式、彈簧管式和膜片式。 單觸點(diǎn)柱塞式壓力繼電器，主要零件包括柱塞1、調(diào)節(jié)螺帽2和電氣微動(dòng)開關(guān)3。如圖所示,壓力油作用在柱塞的下端，液壓力直接與上端彈簧力相比較。當(dāng)液壓力大于或等于彈簧力時(shí)，柱塞向上移壓下微動(dòng)開關(guān)觸頭，接通或斷開電氣線路。當(dāng)液壓力小于彈簧力時(shí)，微動(dòng)開關(guān)觸頭復(fù)位。顯然,柱塞上移將引起彈簧的壓縮量增加，因此壓下微動(dòng)開關(guān)觸頭的壓力(開啟壓力與微動(dòng)開關(guān)復(fù)位的壓力(閉合壓力)存在一個(gè)差值，此差值對(duì)壓力繼電器的正常工作是必要的，但不易過大。 5.45.4流量控制閥流量控制閥流量控制閥是通過改變閥口大小來改變

13、液阻實(shí)現(xiàn)流量調(diào)節(jié)的閥。普通流量控制閥包括節(jié)流閥、調(diào)速閥、溢流節(jié)流閥和分流集流閥。流量控制原理：l通用節(jié)流方程為： q = KApml常用節(jié)流口結(jié)構(gòu)有錐形、三角槽形、矩形、三角形等。由節(jié)流方程知，當(dāng)壓力差一定時(shí)，改變開口面積即改變液阻就可改變流量。l5.4.2 5.4.2 節(jié)流閥：節(jié)流閥：l節(jié)流閥（Throttle valve）是根據(jù)第2章中孔口與阻流管原理所作出的，右圖為節(jié)流閥的結(jié)構(gòu)，油液由入口進(jìn)入，經(jīng)滑軸上的節(jié)流口后，由出口流出。調(diào)整手輪使滑軸軸向移動(dòng)，以改變節(jié)流口節(jié)流面積的大小，從而改變流量大小達(dá)到調(diào)速的目的。圖中油壓平衡用孔道在于減小作用于手輪上的力，使滑軸上下油壓平衡。l節(jié)流閥流量控制

14、閥l節(jié)流閥流量控制閥l節(jié)流閥入口、出口壓差入口、出口壓差Q = K A pmK節(jié)流系數(shù)節(jié)流系數(shù)A過流面積過流面積流量特性方程流量特性方程pm孔口形狀指數(shù)孔口形狀指數(shù)l5.45.43 3 調(diào)速閥：調(diào)速閥：能在負(fù)載變化的狀況下，保持進(jìn)口、出口壓力差恒定。l右圖調(diào)速閥的結(jié)構(gòu)， 其動(dòng)作原理說明如下： 壓力油Pl進(jìn)入調(diào)速閥后，先經(jīng)過定差減壓閥的閥口x(壓力由p1減至p2,然后經(jīng)過節(jié)流閥閥口y流出,出口壓力為p3。從圖中可以看到,節(jié)流閥進(jìn)出口壓力p2、p3經(jīng)過閥體上的流道被引到定差減壓閥閥芯的兩端(p3引到閥芯彈簧端,p2 引到閥芯無彈簧端),作用在定差減壓閥芯上的力包括液壓力、彈簧力。調(diào)速閥工作時(shí)的靜態(tài)

15、方程如下: 此時(shí)只要將彈簧力固定，則在油溫?zé)o什么變化時(shí)，輸出流量即可固定。另外，要使閥能在工作區(qū)正常動(dòng)作，進(jìn)、出口間壓力差要在0.5 1MPa以上。 以上講的調(diào)速閥是壓力補(bǔ)償調(diào)速閥，即不管負(fù)載如何變化，通過調(diào)速閥內(nèi)部具有一活塞和彈簧來使主節(jié)流口的前后壓差保持固定，從而控制通過的流量維持不變。另外還有溫度補(bǔ)償流量調(diào)整閥，能在油溫變化的情況下，保持通過閥的流量不變。作用：作用：控制流量，調(diào)節(jié)執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)速度。分類：分類：節(jié)流閥 調(diào)速閥一、普通節(jié)流閥一、普通節(jié)流閥 職能符號(hào)：職能符號(hào)： 結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：軸向三角槽軸向三角槽工作原理：工作原理： 靜態(tài)特性靜態(tài)特性1.流量特性薄壁孔薄壁孔細(xì)長(zhǎng)孔細(xì)長(zhǎng)孔pAC

16、qd2pCAqTlpdq1284 C 流量系數(shù)流量系數(shù) AT 節(jié)流口通流截面積節(jié)流口通流截面積 p 節(jié)流口前后壓差節(jié)流口前后壓差 壓差指數(shù)壓差指數(shù)15 . 0q AT ，p=c，AT ，q。影響流量穩(wěn)定的因素影響流量穩(wěn)定的因素1) 壓差對(duì)流量穩(wěn)定性的影響 AT 一定時(shí)一定時(shí) ，q變。變。BAppp即當(dāng)即當(dāng)F變時(shí)，變時(shí)， p變，變，q變。變。pA一定，當(dāng)一定，當(dāng)F變時(shí)，變時(shí)，pB變。變。pCAqT同樣同樣p下，對(duì)薄壁孔的流量影響小。下，對(duì)薄壁孔的流量影響小。ABF2) 溫度對(duì)流量穩(wěn)定性的影響溫度對(duì)流量穩(wěn)定性的影響 3) 節(jié)流口的阻塞阻塞現(xiàn)象： 當(dāng)p一定， AT 較小時(shí) ， 流量時(shí)大時(shí)小甚至斷流。

17、 措施：加大水利半徑、選擇穩(wěn)定性好的油液、 精心過濾。 薄壁孔不易附著、阻塞。 結(jié)論：薄壁式節(jié)流口流量特性好。結(jié)論：薄壁式節(jié)流口流量特性好。T變，變，變，變，q變。變。薄壁孔不受溫度變化影響。薄壁孔不受溫度變化影響。2. 最小穩(wěn)定流量和流量調(diào)節(jié)范圍最小穩(wěn)定流量和流量調(diào)節(jié)范圍最小穩(wěn)定流量 qmin= 0.05 L/min應(yīng)用：運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性要求不高的調(diào)速系統(tǒng)。應(yīng)用：運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性要求不高的調(diào)速系統(tǒng)。10050minmaxqqRT流量調(diào)節(jié)范圍：流量調(diào)節(jié)范圍：流量特性曲線：流量特性曲線：二、調(diào)速閥1.1.組成：組成： 節(jié)流閥差壓式減壓閥(串連)2. 2. 工作原理工作原理 p1一定， p2閥芯下移閥芯下移

18、xR pR pm， pT = pm- p2 =C ; p2閥芯上移閥芯上移 xR pR pm ， pT = pm- p2 =C。節(jié)流閥：節(jié)流閥：F變，變， p變，變， Q變。變。調(diào)速閥：調(diào)速閥： F變，變， pT不變，不變，Q不受負(fù)載變化的影響。不受負(fù)載變化的影響。特性曲線特性曲線應(yīng)用：負(fù)載變化，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性要求高的調(diào)速系統(tǒng)。應(yīng)用：負(fù)載變化，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性要求高的調(diào)速系統(tǒng)。p閥的進(jìn)出口壓差閥的進(jìn)出口壓差節(jié)流閥：節(jié)流閥：p=pT = p1 p2調(diào)速閥：調(diào)速閥：p= pT+ pR當(dāng)當(dāng)F變化時(shí)，調(diào)速閥進(jìn)出變化時(shí)，調(diào)速閥進(jìn)出口壓差口壓差p 變，不變的是變，不變的是 pT 。要求：調(diào)速閥正常工作時(shí)，需要要求：

19、調(diào)速閥正常工作時(shí)，需要p 0.40.5MPa（ p 0.4MPa時(shí)減壓閥不起作用，和普通節(jié)流閥時(shí)減壓閥不起作用，和普通節(jié)流閥一樣）一樣）職能符號(hào)：職能符號(hào)：l簡(jiǎn)化符號(hào)三、溢流節(jié)流閥三、溢流節(jié)流閥1.組成：節(jié)流閥差壓式溢流閥 (并聯(lián))2. 工作原理p1一定，p2閥芯下移 xR pR pm，pT = pm- p2 =C ; p2閥芯上移 xR pR , pm ，pT = pm- p2 =C。節(jié)流閥：節(jié)流閥：F變，變， p變，變， Q變。變。溢流閥：溢流閥： F變，變， pT不變，不變， Q不受負(fù)載變化的影響。不受負(fù)載變化的影響。特點(diǎn)特點(diǎn):液壓泵供油時(shí)系統(tǒng)壓力隨負(fù)載而變化液壓泵供油時(shí)系統(tǒng)壓力隨負(fù)載而

20、變化.系統(tǒng)功耗小系統(tǒng)功耗小,發(fā)熱發(fā)熱少少.但彈簧剛度較調(diào)速閥大但彈簧剛度較調(diào)速閥大,使節(jié)流閥的前后的壓差較大使節(jié)流閥的前后的壓差較大.適用于適用于:功率較大且對(duì)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性要求液壓系統(tǒng)中功率較大且對(duì)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性要求液壓系統(tǒng)中.職能符號(hào)：職能符號(hào)：l簡(jiǎn)化符號(hào)5-6 控制閥的安裝控制閥的安裝5- 6 控制閥的安裝控制閥的安裝滑閥上的液動(dòng)力滑閥上的液動(dòng)力 1穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力：穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力：閥芯移動(dòng)完畢，開口固定之后，液流流經(jīng)閥口時(shí)，因動(dòng)量變化而作用在閥芯上的力。 穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力可分解為軸向和徑向。徑向分力可以互相抵消。 穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力對(duì)滑閥性能的影響是加大了操縱滑閥所需的力。在高壓大流量場(chǎng)合，這個(gè)力將會(huì)很大，使閥芯的操

21、縱成為突出的問題。應(yīng)設(shè)法采取措施補(bǔ)償或消除這個(gè)力。軸向穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力：軸向穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力： cosQvFbspCXCQrvd222pCvv2pCXCCFrvdvbscos222消除穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力的方法：l 研制特種形狀的閥腔l 閥套上開徑向小孔l 改變閥芯某些區(qū)段的頸部尺寸。2瞬態(tài)液動(dòng)力：閥芯移動(dòng)過程中（即開口大小發(fā)生變化時(shí)），瞬態(tài)液動(dòng)力：閥芯移動(dòng)過程中（即開口大小發(fā)生變化時(shí)），閥腔中液流因加速或減速而作用在閥芯上的力。閥腔中液流因加速或減速而作用在閥芯上的力。瞬態(tài)液動(dòng)力只與閥芯移動(dòng)速度有關(guān)，即與閥口開度的變化率有瞬態(tài)液動(dòng)力只與閥芯移動(dòng)速度有關(guān)，即與閥口開度的變化率有關(guān)，而與閥口開度本身無關(guān)。關(guān)，而與閥口開度本身無關(guān)。 由于閥芯與閥孔的制造誤差，引起幾何形狀不正確以及它們之間在工作中不正確的相對(duì)位置，當(dāng)液流流經(jīng)閥芯凸臺(tái)與閥孔間隙時(shí)，壓力在間隙中分布不均勻，而產(chǎn)生徑向不平衡力，使閥芯在移動(dòng)時(shí)阻力增加，這種現(xiàn)象稱為液壓