第五章液壓控制元件四五節(jié)

液壓與氣壓傳動(dòng)Part5.4方向控制閥表5-3方向控制閥的類型

常用的方向控制閥的類型如表5-3所示。液壓與氣壓傳動(dòng)1.單向閥液壓系統(tǒng)中常用的單向閥有普通單向閥和液控單向閥兩種。普通單向閥的作用，是使油液只能沿一個(gè)方向流動(dòng)，不許它反向倒流。圖5-25

單向閥a）結(jié)構(gòu)圖b）圖形符號(hào)圖1—閥體2—閥心3—彈簧普通單向閥圖5-25所示為一種管式普通單向閥的結(jié)構(gòu)。壓力油從閥體左端的通口P1流入時(shí)，克服彈簧3作用在閥心2上的力，使閥心向右移動(dòng)，打開(kāi)閥口，并通過(guò)閥心上的徑向孔a、軸向孔b從閥體右端的通口P2流出。但是壓力油從閥體右端的通口P2流入時(shí)，它和彈簧力一起使閥心錐面壓緊在閥座上，使閥口關(guān)閉，油液無(wú)法從P2口流向P1口。圖5-25b所示是單向閥的圖形符號(hào)圖（后同）。單向閥的閥心也可以用鋼球式的結(jié)構(gòu)，其制造方便，但密封性較差，只適用于小流量的場(chǎng)合。液壓與氣壓傳動(dòng)在普通單向閥中，通油方向的阻力應(yīng)盡可能小，而不通油方向應(yīng)有良好的密封。另外，單向閥的動(dòng)作應(yīng)靈敏，工作時(shí)不應(yīng)有撞擊的噪聲。單向閥彈簧的剛度一般都選得較小，使閥的正向開(kāi)啟壓力僅需0.03~0.05MPa。如采用剛度較大的彈簧，使其開(kāi)啟壓力達(dá)0.2~0.6MPa。單向閥的性能參數(shù)主要有：正向最小開(kāi)啟壓力、正向流動(dòng)時(shí)的壓力損失以及反向泄漏量等。這些參數(shù)都和閥的結(jié)構(gòu)和制造質(zhì)量有關(guān)。單向閥常被安裝在泵的出口，可防止系統(tǒng)壓力沖擊對(duì)泵的影響，另外泵不工作時(shí)可防止系統(tǒng)油液經(jīng)泵倒流回油箱。單向閥還可用來(lái)分隔油路防止干擾。單向閥和其他閥組合，便可組成復(fù)合閥。液壓與氣壓傳動(dòng)液控單向閥圖5-26所示為普通型外泄式液控單向閥。當(dāng)控制口K處無(wú)控制壓力通入時(shí)，其作用和普通單向閥一樣，壓力油只能從通口P1流向通口P2，不能反向倒流。當(dāng)控制口K有控制壓力油，且其作用在控制活塞1上的液壓力超過(guò)P2腔壓力和彈簧4作用在閥心3上的合力時(shí)（控制活塞上腔通泄油口），控制活塞推動(dòng)推桿2使閥心上移開(kāi)啟，通油口P1和P2接通，油液便可在兩個(gè)方向自由通流。液控單向閥有普通型和帶卸荷閥心型兩種，每種又按其控制活塞的泄油腔的連接方式分為內(nèi)泄式和外泄式兩種。

圖5-26中，如沒(méi)有外泄油口，而進(jìn)油腔P1和控制活塞的上腔直接相通的話，則是內(nèi)泄式液控單向閥。這種結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，在反向開(kāi)啟時(shí)，K腔的壓力必須高于P1腔的壓力，故控制壓力較高，僅適用于P1腔壓力較低場(chǎng)合。圖5-26普通型液控單向閥1—控制活塞2—推桿3—閥心4—彈簧液壓與氣壓傳動(dòng)在高壓系統(tǒng)中，液控單向閥反向開(kāi)啟前P2口的壓力很高，所以使之反向開(kāi)啟的控制壓力也較高，且當(dāng)控制活塞推開(kāi)單向閥心時(shí)，高壓封閉回路內(nèi)油液的壓力突然釋放，會(huì)產(chǎn)生很大的沖擊，為了避免這種現(xiàn)象且減小控制壓力，可采用如圖5-10所示的帶卸荷閥心的液控單向閥。作用在控制活塞1上的控制壓力推動(dòng)控制活塞上移，先將卸荷閥心6頂開(kāi)，P2和P1腔之間產(chǎn)生微小的縫隙，使P2腔壓力降低到一定程度，然后再頂開(kāi)單向閥心實(shí)現(xiàn)P2到P1的反向通流。圖5-10帶卸荷閥心的液控單向閥（內(nèi)泄）1—控制活塞2—推桿3—閥心4—彈簧座5—彈簧6—卸荷閥心液壓與氣壓傳動(dòng)２.換向閥換向閥是利用閥心在閥體中的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使液流的通路接通、關(guān)斷，或變換流動(dòng)方向，從而使執(zhí)行元件啟動(dòng)、停止或變換運(yùn)動(dòng)方向。1）流體流經(jīng)閥時(shí)的壓力損失要小。2）互不相通的通口間的泄漏要小。3）換向要平穩(wěn)、迅速且可靠。對(duì)換向閥的主要要求：換向閥應(yīng)滿足：液壓與氣壓傳動(dòng)換向閥的工作原理：圖5-11所示為滑閥式換向閥的工作原理。閥心在中間位置時(shí)，流體的全部通路均被切斷，活塞不運(yùn)動(dòng)。當(dāng)閥心移到左端時(shí)，泵的流量流向A口，使活塞向右運(yùn)動(dòng)，活塞右腔的油液流經(jīng)B口和閥流回油箱；反之，當(dāng)閥心移到右端時(shí)，活塞便向左運(yùn)動(dòng)。因而通過(guò)閥心移動(dòng)可實(shí)現(xiàn)執(zhí)行元件的正、反向運(yùn)動(dòng)或停止。

圖5-11

滑閥式換向閥工作原理和圖形符號(hào)a）示意圖b）圖形符號(hào)液壓與氣壓傳動(dòng)換向閥的結(jié)構(gòu)形式：換向閥的功能主要由其控制的通路數(shù)及工作位置所決定。圖5-11所示的換向閥有三個(gè)工作位置和四條通路（P、A、B、T），稱為三位四通閥。閥體和滑閥閥心是滑閥式換向閥的結(jié)構(gòu)主體。表5-4列出了常見(jiàn)滑閥式換向閥主體部分的結(jié)構(gòu)原理、圖形符號(hào)和使用場(chǎng)合。以表中末行的三位五通閥為例，閥體上有P、A、B、T1、T2五個(gè)通口，閥心有左、中、右三個(gè)工作位置。當(dāng)閥心處在圖示中間位置時(shí)，五個(gè)通口都關(guān)閉；當(dāng)閥心移向左端時(shí)，通口T2關(guān)閉，通口P和B相通，通口A和T1相通；當(dāng)閥心移向右端時(shí)，通口T1關(guān)閉，通口P和A相通，通口B和T2相通。這種結(jié)構(gòu)型式由于具有使五個(gè)通口都關(guān)閉的工作狀態(tài)，故可使受它控制的執(zhí)行元件在任意位置上停止運(yùn)動(dòng)。結(jié)構(gòu)主體液壓與氣壓傳動(dòng)表5-4滑閥式換向閥主體部分的結(jié)構(gòu)形式名稱結(jié)構(gòu)原理圖圖形符號(hào)使用場(chǎng)合二位二通閥控制油路的接通與切斷（相當(dāng)于一個(gè)開(kāi)關(guān)）二位三通閥控制液流方向（從一個(gè)方向變換成另一個(gè)方向）二位四通閥控制執(zhí)行元件換向不能使執(zhí)行元件在任一位置上停止運(yùn)動(dòng)執(zhí)行元件正反向運(yùn)動(dòng)時(shí)回油方式相同三位四通閥能使執(zhí)行元件在任一位置上停止運(yùn)動(dòng)二位五通閥不能使執(zhí)行元件在任一位置上停止運(yùn)動(dòng)執(zhí)行元件正反向運(yùn)動(dòng)時(shí)可以得到不同的回油方式三位五通閥能使執(zhí)行元件在任一位置上停止運(yùn)動(dòng)液壓與氣壓傳動(dòng)滑閥機(jī)能

換向閥的滑閥機(jī)能分為工作位置機(jī)能和過(guò)渡狀態(tài)機(jī)能，前者是指滑閥處于某個(gè)工作位置時(shí)，其各個(gè)油口的連通關(guān)系；后者則指滑閥從一個(gè)工作位置變換到另一個(gè)工作位置的過(guò)渡過(guò)程中，它的各個(gè)油口的瞬時(shí)連通關(guān)系。不同的滑閥機(jī)能對(duì)應(yīng)有不同的功能?；y機(jī)能對(duì)換向閥的換向性能和系統(tǒng)的工作特性有著重要的影響。液壓與氣壓傳動(dòng)幾種常用換向閥的滑閥機(jī)能見(jiàn)表4-7~表4-9。表4-7二位換向閥滑閥工作位置機(jī)能通路數(shù)滑閥機(jī)能代號(hào)圖形符號(hào)通路數(shù)滑閥機(jī)能代號(hào)圖形符號(hào)二通O四通HH三通OY四通I1KI2PI3J液壓與氣壓傳動(dòng)表4-8三位換向閥滑閥工作位置機(jī)能滑閥性能代號(hào)滑閥中位狀態(tài)圖形符號(hào)中位特點(diǎn)O各油口全封閉，系統(tǒng)不卸載，缸封閉H各油口全連通，系統(tǒng)卸載Y系統(tǒng)不卸載，缸兩腔與回油連通J系統(tǒng)不卸載，缸一腔封閉，另一腔與回油連通C壓力油與缸一腔連通，另一腔及回油皆封閉液壓與氣壓傳動(dòng)P壓力油與缸兩腔連通，回油封閉K壓力油與缸一腔及回油連通，另一腔封閉，系統(tǒng)可卸載X壓力油與各油口半開(kāi)啟連通，系統(tǒng)保持一定壓力M系統(tǒng)卸載，缸兩腔封閉U系統(tǒng)不卸載，缸兩腔連通，回油封閉N系統(tǒng)不卸載，缸一腔與回油連通，另一腔封閉注：閥心兩端工作位置的接通形式，除常用的交叉通油外，也可設(shè)計(jì)成特殊的OP型或MP型。液壓與氣壓傳動(dòng)在分析和選擇三位換向閥中位工作機(jī)能時(shí)，通?？紤]以下因素：1）系統(tǒng)保壓

當(dāng)P口被堵塞，系統(tǒng)保壓，液壓泵能用于多缸系統(tǒng)。當(dāng)P口不太通暢地與T口接通時(shí)（如X型），系統(tǒng)能保持一定的壓力供控制油路使用。2）系統(tǒng)卸荷

P口通暢地與T口接通，系統(tǒng)卸荷，既節(jié)約能量，又防止油液發(fā)熱。3）換向平穩(wěn)性和精度

當(dāng)液壓缸的A、B兩口都封閉時(shí)，換向過(guò)程不平穩(wěn)，易產(chǎn)生液壓沖擊，但換向精度高。反之，A、B兩口都通T口時(shí)，換向過(guò)程中工作部件不易制動(dòng)，換向精度低，但液壓沖擊小。4）起動(dòng)平穩(wěn)性閥在中位時(shí)，液壓缸某腔若通油箱，則起動(dòng)時(shí)該腔因無(wú)油液起緩沖作用，起動(dòng)不太平穩(wěn)。5）液壓缸“浮動(dòng)”和在任意位置上的停止閥在中位，當(dāng)A、B兩口互通時(shí)，臥式液壓缸呈“浮動(dòng)”狀態(tài)，可利用其他機(jī)構(gòu)移動(dòng)，調(diào)整位置。當(dāng)A、B兩口封閉或與P口連接（非差動(dòng)情況），則可使液壓缸在任意位置停下來(lái)。液壓與氣壓傳動(dòng)換向閥都有兩個(gè)或兩個(gè)以上的工作位置，其中一個(gè)是常位，即閥心未受外部操縱時(shí)所處的位置。繪制液壓系統(tǒng)圖時(shí)，油路一般應(yīng)連接在常位上?；y的操縱方式1）手動(dòng)換向閥

圖5-27所示為手動(dòng)換向閥及其圖形符號(hào)。圖5-27a所示為彈簧自動(dòng)復(fù)位結(jié)構(gòu)的閥，松開(kāi)手柄，閥心靠彈簧力恢復(fù)至中位（常位），適用于動(dòng)作頻繁、持續(xù)工作時(shí)間較短的場(chǎng)合，操作比較安全，常用于工程機(jī)械。圖5-27b所示為彈簧鋼球定位結(jié)構(gòu)的閥，當(dāng)松開(kāi)手柄后，閥仍然保持在所需的工作位置上，適用于機(jī)床、液壓機(jī)、船舶等需保持工作狀態(tài)時(shí)間較長(zhǎng)的情況。這種閥也可用腳踏操縱。將多個(gè)手動(dòng)換向閥組合在一起，用以操縱多個(gè)執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)，便構(gòu)成多路閥。液壓與氣壓傳動(dòng)圖5-27手動(dòng)換向閥（三位四通）a）彈簧自動(dòng)復(fù)位結(jié)構(gòu)b）彈簧鋼球定位結(jié)構(gòu)液壓與氣壓傳動(dòng)2）機(jī)動(dòng)換向閥

圖5-28所示為機(jī)動(dòng)換向閥及其圖形符號(hào)，它依靠擋鐵或凸輪來(lái)壓迫閥心移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)液流通、斷或改變流向。圖5-28機(jī)動(dòng)換向閥1—滾輪2—閥心3—彈簧3）電磁換向閥電磁換向閥借助于電磁鐵吸力推動(dòng)閥心動(dòng)作來(lái)改變液流流向。這類閥操縱方便，布置靈活，易實(shí)現(xiàn)動(dòng)作轉(zhuǎn)換的自動(dòng)化，因此應(yīng)用最廣泛。圖5-29和圖5-30所示為電磁換向閥的結(jié)構(gòu)及圖形符號(hào)。電磁閥的電磁鐵按所用電源的不同，分為交流型、直流型兩種；液壓與氣壓傳動(dòng)圖5-29

交流二位三通電磁換向閥及其干式電磁鐵結(jié)構(gòu)圖1—銜鐵2—線圈3—密封圈4—推桿5—閥心6—彈簧7—閥體液壓與氣壓傳動(dòng)圖5-30直流三位四通電磁換向閥及其濕式電磁鐵結(jié)構(gòu)圖1—閥體2—閥心3—彈簧座4—彈簧5—擋塊6—導(dǎo)磁套7—推桿8—街鐵9—線圈液壓與氣壓傳動(dòng)交流電磁鐵使用方便，起動(dòng)力大，吸合、釋放快，動(dòng)作時(shí)間最快約為10ms；但工作時(shí)沖擊和噪聲較大，為避免線圈過(guò)熱，換向頻率不能超過(guò)60次/min；起動(dòng)電流大，在閥心被卡時(shí)會(huì)燒毀線圈；工作壽命僅數(shù)百萬(wàn)次至一千萬(wàn)次以內(nèi)。直流電磁鐵體積小，工作可靠；沖擊小，允許換向頻率為120次/min，最高可達(dá)300次/min；使用壽命可高達(dá)兩千萬(wàn)次以上；但起動(dòng)力比交流電磁鐵要小，且需有直流電源。液壓與氣壓傳動(dòng)換向閥的主要性能：

（1）工作可靠性

工作可靠性指電磁鐵通電以后能否可靠地?fù)Q向，而斷電后能否可靠地復(fù)位。工作可靠性主要取決于設(shè)計(jì)和制造，和使用也有關(guān)系。液動(dòng)力和液壓卡緊力的大小對(duì)工作可靠性影響很大，而這兩個(gè)力與通過(guò)閥的流量和壓力有關(guān)。所以電磁閥也只有在一定的流量和壓力范圍內(nèi)才能正常工作。這個(gè)工作范圍的極限稱為換向界限，如圖5-31所示。（2）壓力損失由于電磁閥的開(kāi)口很小，故液流流過(guò)閥口時(shí)產(chǎn)生較大的壓力損失。圖5-32所示為某電磁閥的壓力損失曲線。一般地說(shuō)，閥體鑄造流道中的壓力損失比機(jī)械加工流道中的損失小。（3）內(nèi)泄漏量

在各個(gè)不同工作位置，在規(guī)定的工作壓力下，從高壓腔漏到低壓腔的泄漏量為內(nèi)泄漏量。過(guò)大的內(nèi)泄漏量不僅會(huì)降低系統(tǒng)的效率，引起過(guò)熱，而且還會(huì)影響執(zhí)行元件的正常工作。液壓與氣壓傳動(dòng)圖5-31

電磁閥的換向界限圖5-32

電磁閥的壓力損失液壓與氣壓傳動(dòng)（4）換向和復(fù)位時(shí)間

換向時(shí)間指從電磁鐵通電到閥心換向終止的時(shí)間；復(fù)位時(shí)間指從電磁鐵斷電到閥心回復(fù)到初始位置的時(shí)間。減小換向和復(fù)位時(shí)間可提高機(jī)構(gòu)的工作效率，但會(huì)引起液壓沖擊