壓力閥和壓力控制回路

關(guān)于壓力閥和壓力控制回路第1頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三

溢流閥主要作用有兩個：一是定量泵節(jié)流調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，用來保持液壓泵出口壓力恒定，并將液壓泵多余的油液溢流回油箱。這時溢流閥起定壓溢流作用；二是在系統(tǒng)中起安全作用?！?-1溢流閥和調(diào)壓閥一、溢流閥的結(jié)構(gòu)和工作原理二、溢流閥的主要性能三、溢流閥的應(yīng)用和調(diào)壓回路第2頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三

根據(jù)結(jié)構(gòu)不同，溢流閥可分為直動式和先導(dǎo)式兩類。1、直動式溢流閥直動式溢流閥按其閥芯形式不同可分為球閥式、錐閥式、滑閥式等?，F(xiàn)以力士樂DBD直動式溢流閥來說明直動式溢流閥的結(jié)構(gòu)和工作原理。其結(jié)構(gòu)如圖。一、溢流閥的結(jié)構(gòu)和工作原理第3頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三圖為溢流閥實物第4頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三溢流閥的開啟壓力為PR，即

Pk.A=PR=KX0

或Pk=KX0/A

當(dāng)閥芯處于某一位置時，閥芯的受力平衡為：

P.A=K(X0+x)式中，x為彈簧附加壓縮量。由上式可知，當(dāng)閥芯處于不同位置時，溢流壓力是變化的。然而由于彈簧的附加壓縮量x相對于預(yù)壓縮量x0來說是較小的，所以可認(rèn)為溢流壓力P基本保持恒定，這就是溢流閥起定壓溢流作用的工作原理。直動式溢流閥是利用閥芯上端的彈簧力直接與下端面的液壓力相平衡來控制溢流壓力的。一般直動式閥只做成低壓、流量不大的溢流閥。第5頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三2、先導(dǎo)式溢流閥

先導(dǎo)式溢流閥由主閥和先導(dǎo)閥兩部分組成。先導(dǎo)閥的結(jié)構(gòu)原理與直動式溢流閥相同，但一般采用錐形坐閥式結(jié)構(gòu)。主閥可分為：滑閥式(一級同心)結(jié)構(gòu)、二級同心結(jié)構(gòu)和三級同心結(jié)構(gòu)。圖為一級同心溢流閥的工作原理圖。第6頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三

現(xiàn)在來研究主閥芯處于某一平衡位置時的狀態(tài)。忽略閥芯自重和摩擦力,主閥受力平衡為:PA=P1A+Fa=P1A+K(x0+x)或P=P1+K(x0+x)/AP-溢流閥所控制的主閥下腔壓力,即進油口壓力;P1-主閥芯上腔的壓力;A-主閥芯上端面面積;K-主閥芯平衡彈簧的剛度;x0-平衡彈簧的預(yù)壓縮量;x-主閥開啟后,平衡彈簧增加的壓縮量;Fa-平衡彈簧對主閥芯的作用力.

由上式可知,先導(dǎo)式溢流閥所控制的壓力由P1和Fa/A兩項組成。由于有主閥上腔P1的存在。即使被控壓力P較大,主閥上平衡彈簧力也只需很小,只要能克服摩擦力使主閥芯復(fù)位即可。第7頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三

圖示為二級同心式高壓溢流閥的結(jié)構(gòu)原理圖.該閥由先導(dǎo)閥和主閥兩部分組成。其主閥芯導(dǎo)向面和錐面與閥套配合良好，兩處同心度要求較高，二級同心由此得名.當(dāng)系統(tǒng)壓力低于調(diào)壓彈簧調(diào)定值時，主閥芯下壓在閥座上，進油口和溢流口不通。當(dāng)系統(tǒng)壓力超過調(diào)壓彈簧的調(diào)定值時，先導(dǎo)閥打開，油液回油腔。這樣，主閥芯向上抬起，使P腔和O腔接通，壓力油從P腔溢流至O腔。阻尼孔對閥芯的運動產(chǎn)生阻尼，以提高溢流閥工作的穩(wěn)定性。這種閥的密封性好,通油能力大,壓力損失小,結(jié)構(gòu)緊湊。第8頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三二、溢流閥的主要性能1、壓力-流量特性

當(dāng)溢流量變化時,閥口開度也相應(yīng)地變化,其溢流壓力也有所變化,這就是溢流閥的壓力-流量特性.圖示為直動式溢流閥的兩個工作位置.a圖為關(guān)閉狀態(tài),b圖為開啟狀態(tài).第9頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三當(dāng)系統(tǒng)壓力Pk為時,液壓力與彈簧預(yù)緊力相平衡,閥口處于將開的臨界狀態(tài)。此時,閥芯的受力平衡方程為:

Pk.d2/4=KX0式中Pk—開啟壓力；d—滑閥直徑；k—彈簧剛度；x0—彈簧頂壓縮量。當(dāng)油壓增加到P時，閥口開度為x，閥芯的受力平衡方程為：Pk.d2/4=K(x0+x)兩式相減得x=(d2/4K)(p-pk)通過閥口的流量可按薄壁小孔流量公式計算：即Q=Cq.a.(2/)1/2p=Cq.dx(2/)1/2p將兩式整理得：Q=(Cq2d3/4K)(2/)1/2(p3/2-pk.p1/2)

上式即為溢流閥的壓力—流量特性方程，相應(yīng)的特性曲線如下圖所示。第10頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三溢流閥的壓力—流量特性曲線第11頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三從上式可以得到以下幾點結(jié)論：（1）不同的開啟壓力pk對應(yīng)不同的曲線。Pk的大小可用改變彈簧的預(yù)壓縮量x0來調(diào)節(jié)；（2）當(dāng)開啟壓力pk一定時，溢流壓力隨溢流量的增加而增加。當(dāng)溢流量達到閥的額定流量QT時，與此相對應(yīng)的壓力值稱為溢流閥的全流量溢流壓力PT。從上式看出，彈簧剛度K越小，曲線就越陡，溢流量變化所引起的壓力變化量就越小，定壓性能就好。反之，調(diào)壓性能就差。常用調(diào)壓偏差(Pk-Pk)和開啟比Pk/PT來衡量定壓性能的好壞。調(diào)壓偏差越小則該閥的定壓性能越好。且進一步開啟比來衡量定壓性能的優(yōu)劣，其值越高越好。第12頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三

溢流閥的結(jié)構(gòu)不同,其定壓性能也不同.下圖分別畫出了調(diào)定壓力壓力相同的直動式和先導(dǎo)式溢流閥的曲線,以便比較。由圖可以看出先導(dǎo)式溢流閥的定壓性能優(yōu)于直動式溢流閥。第13頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三

以上的分析忽略了閥芯移動時摩擦力的影響，如果考慮摩擦力，則當(dāng)閥閉合到開啟時，閥芯的受力平衡方程式為：P’k.d2/4=KX0+Ff

因此

P’k=4(KX0+Ff)/d2而當(dāng)閥由開啟到閉和時，閥芯的受力平衡方程式為

P”k.d2/4=KX0-Ff即

P”k=4(KX0-Ff)/d2

從上兩式可看出，由于存在摩擦阻力，溢流閥的開啟壓力和閉和壓力不等。閉和壓力小于開啟壓力，且開啟過程與閉和過程的壓力—流量曲線不重合，見下圖。第14頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三

圖中虛線2為無摩擦阻力時的理想曲線，由于要克服摩擦阻力Ff，實際壓力損失須大于Pk并升高到P’k后閥才開啟。當(dāng)溢流量增加，壓力沿曲線1上升。溢流量為QT時，壓力為P’T。同樣要等壓力降低到P”T時，壓力沿曲線3下降。完全閉和時壓力為P”k。第15頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三2、壓力穩(wěn)定性

溢流閥工作壓力穩(wěn)定性有兩種涵義。一是指閥的調(diào)整裝置保持不變的情況下，調(diào)整壓力的變動值。另一種涵義是指溢流閥工作時系統(tǒng)壓力的波動或振擺值，它和泵源的流量脈動以及閥和管路的動態(tài)特性有關(guān)，是一種綜合的指標(biāo)。3、壓力損失

當(dāng)調(diào)壓彈簧全部放松，閥通過額定流量時，進油腔壓力與回油腔壓力的差值為閥的壓力損失。它主要和閥中主油路的阻尼有關(guān)，但在測試先導(dǎo)式溢流閥的壓力損失時，還受平衡彈簧預(yù)緊力的影響。第16頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三4、卸荷壓力

將先導(dǎo)式溢流閥的遠程控制口直接油箱，當(dāng)閥通過額定流量時，閥的進油腔壓力和回油腔壓力的差值稱為卸荷壓力。顯然，它和通道阻力和平衡彈簧預(yù)緊力有關(guān)。第17頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三1、作溢流閥用

在采用定量泵節(jié)流調(diào)速中，調(diào)節(jié)節(jié)流閥的開口大小可調(diào)節(jié)進入執(zhí)行元件的流量，而定量泵多余的油液則從溢流閥溢回油箱。在工作過程中閥是常開的，液壓泵的工作壓力決定于溢流閥的調(diào)整壓力且基本保持恒定。見下圖。三、溢流閥的應(yīng)用和調(diào)壓回路第18頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三

此時閥是常閉的。只有當(dāng)系統(tǒng)壓力超過溢流閥調(diào)整壓力時，閥才打開，油液經(jīng)閥流回油箱，系統(tǒng)壓力不再增高，因而可以防止系統(tǒng)過載，起安全作用。見右圖。2、作安全閥用第19頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三3、作背壓閥用

將溢流閥裝在回油路上，調(diào)節(jié)溢流閥的調(diào)壓彈簧即能調(diào)節(jié)背壓力的大小。見下圖。第20頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三4、遠程調(diào)壓回路

將先導(dǎo)式溢流閥的遠程控制口K接遠程調(diào)壓閥進油口，而遠程調(diào)壓閥出油口接油箱，即構(gòu)成了遠程調(diào)壓回路。見右圖。遠程調(diào)壓閥結(jié)構(gòu)見左圖，其結(jié)構(gòu)類似溢流閥中的先導(dǎo)閥。調(diào)節(jié)遠程調(diào)壓閥的調(diào)壓彈簧即可實現(xiàn)遠程調(diào)壓。第21頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三5、二級調(diào)壓回路

圖7-15所為二級調(diào)壓回路的一例?；钊陆禐楣ぷ餍谐?，高壓溢流閥4限制系統(tǒng)最高壓力?；钊仙秊榉枪ぷ餍谐?，低壓溢流閥3的調(diào)節(jié)壓力只需克服運動部件自重和摩擦阻力即可。此回路常用于壓力機的液壓系統(tǒng)中。圖7-16為二級調(diào)壓回路另一例。活塞下降壓力由高壓溢流閥3調(diào)節(jié)?；钊仙到y(tǒng)壓力由遠程調(diào)壓閥5調(diào)節(jié)。結(jié)束第22頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三§7-2減壓閥和減壓回路

一、減壓閥的結(jié)構(gòu)和工作原理

二、減壓回路

第23頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三

一、減壓閥的結(jié)構(gòu)和工作原理

減壓閥是一種利用液流流過隙縫產(chǎn)生壓降的原理，使出口壓力低于進口壓力的壓力控制閥。減壓閥又可分為定壓減壓閥、定比減壓閥和定差減壓閥三種。其中定壓減壓閥應(yīng)用最廣，簡稱為減壓閥。減壓閥也分為直動式和先導(dǎo)式兩種。圖為先導(dǎo)式減壓閥工作原理圖。它分為兩部分，由先導(dǎo)閥調(diào)壓，主閥減壓。壓力油從進油口流入，再從出油口流出。出油口的壓力低于進油口。第24頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三主閥芯上力平衡方程式為：

P2.A=P3A+Fa=P3A+K(x0+x)

既P2=P3+K(x0+x)/A式中A—主閥芯受力面積；

P3—主閥芯上腔的壓力，調(diào)壓彈簧一旦調(diào)定后，基本為一定值；

x0—主閥彈簧的預(yù)壓縮量；

x—主閥上升后彈簧增加的壓縮量；

K—主閥彈簧剛度。由于主閥彈簧只需克服閥芯運動是的摩擦力，彈簧預(yù)緊力小，且其剛度也較小，而設(shè)計時x0>>x，故上式可近似表達為：

P2=P3+KX0/A=常數(shù)第25頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三

圖示為一級同心式減壓閥的結(jié)構(gòu)和圖形符號。與一級同心式溢流閥相比，結(jié)構(gòu)非常相似，但兩者的閥芯形狀及油口連通情況有明顯的差別。其區(qū)別為：在原始狀態(tài)時，溢流閥的進出油口完全不通，而減壓閥進出油口是通暢的；進出油口位置兩者恰好相反；溢流閥利用進油口壓力來控制閥芯移動，保持進口壓力恒定，而減壓閥則利用出口壓力來控制閥芯移動，保持出口壓力恒定；溢流閥調(diào)壓彈簧腔的內(nèi)部通道通出油口，而減壓閥調(diào)壓彈簧腔的油液單獨接油箱。第26頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三

下圖表示了高壓減壓閥結(jié)構(gòu)。其原理與一級同心式減壓閥基本相同。第27頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三二、減壓回路

在夾緊系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和潤滑系統(tǒng)中常需要減壓回路。圖為常見的一種減壓回路。液壓泵排出油液的最大壓力由溢流閥根據(jù)主系統(tǒng)的需要來調(diào)節(jié)。當(dāng)液壓缸A需要得到比泵的供油壓力低的壓力時，可在油路中串聯(lián)一減壓閥，減壓閥可保持減壓后壓力恒定，但至少應(yīng)比溢流閥調(diào)定壓力低0.5MPa。當(dāng)執(zhí)行元件的速度需要調(diào)節(jié)時，節(jié)流元件應(yīng)裝在減壓閥的出口。第28頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三

下圖為二級調(diào)壓回路，將減壓閥的遠程控制口通過二位二通電磁閥與遠程調(diào)壓相連便可獲得兩種預(yù)調(diào)的壓力。第29頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三

在圖示的操縱回路中，液壓操縱泵2的控制油進入減壓閥式先導(dǎo)操縱閥3,然后扳動該閥操作手柄就可以時主回路中液動換向閥4換向，從而使液壓閥工作。其中具有兩個小閥的先導(dǎo)閥組，由手柄操縱。手柄繞球鉸可以把操縱力作用在任何一個小閥上，由于每個小閥控制一個單向動作，因此這種閥可以操縱主回路的主換向回路之間左右換向動作。第30頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三

圖為減壓閥式先導(dǎo)操縱閥的結(jié)構(gòu)。當(dāng)扳動手柄時，推桿9、調(diào)壓彈簧10和閥芯13向下移動，下移一段距離后，閥芯13上的開口對著p口，使液壓操縱泵輸出的液壓油減壓成PA后再經(jīng)A口流至換向閥液動控制端面，推動主換向閥工作，從而實現(xiàn)對液壓馬達的正、反旋轉(zhuǎn)調(diào)速操縱。結(jié)束第31頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三

順序閥是以壓力為控制信號，在一定的控制壓力作用下能自動接通或斷開某一油路的壓力閥。根據(jù)控制方式的不同可分為兩類：一是直接利用閥進油口的壓力來控制閥口啟閉的內(nèi)控順序閥，簡稱順序閥;二是獨立于閥進口的外來壓力控制閥口啟閉的外控順序閥，亦稱順序閥。按結(jié)構(gòu)不同可分為直動式和先導(dǎo)式順序閥兩類?！?-3順序閥一、順序閥的結(jié)構(gòu)和原理二、順序閥的應(yīng)用第32頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三一、順序閥的結(jié)構(gòu)和原理

如圖所示，上圖為直動式順序閥，下圖為先導(dǎo)式順序閥。從圖中可看出他們跟溢流閥很相似。其主要差別在于溢流閥的出油口接油箱，而順序閥的出油口與系統(tǒng)其它油路相連，因此它的泄油口要單獨接油箱，另外順序閥有很好的密封性能，因此閥芯和閥體間的封油長度較長。第33頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三

下圖為單向順序閥的結(jié)構(gòu)原理圖和圖形符號。它由順序閥和單向閥并聯(lián)而成.當(dāng)油液從P1口進入時,單向閥關(guān)閉;進油口壓力超過調(diào)壓彈簧的調(diào)定值時,順序閥打開,油液從P2流出。當(dāng)油液從P2口進入時，油液經(jīng)單向閥從P1口流出。第34頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三

圖中為液控順序閥的結(jié)構(gòu)，它和順序閥的主要差別在于閥芯是實心的，從P1口進入的壓力油不能進入滑閥底部，滑閥底部的控制壓力油由控制口K引入。當(dāng)控制油壓超過彈簧的調(diào)定壓力時閥口打開，P1口和P2口接通。閥口的開啟和閉合與閥主油路進油口壓力無關(guān)，而決定于控制口K引入的控制油壓的高低。第35頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三1、用來使兩個或兩個以上執(zhí)行元件按一定的順序動作。下圖所示為一定位夾緊回路，要求先定位后夾緊。如圖示液壓泵供油，一路至主系統(tǒng)，另一路經(jīng)減壓閥、單向閥、換向閥至定位缸的上腔，推動活塞下行進行定位。定位后缸的活塞停止運動，順序閥打開，壓力油進入夾緊液壓缸的上腔，推動活塞下行，進行夾緊。二、順序閥的應(yīng)用第36頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三3、單向順序閥可作為平衡閥用，以防止垂直運動部件在泵不工作時，因自重下滑。5、保證油路的最低壓力如圖所示，當(dāng)液壓缸I的活塞開始上升后，在壓力超過順序閥A的調(diào)整壓力時液壓缸II才動作；這樣在液壓缸II動作時，不致因壓力過低，而使液壓缸I的活塞在自重作用下下落。2、作背壓閥用4、液控順序閥可作卸荷閥用結(jié)束第37頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三

§7-4壓力繼電器一、壓力繼電器的結(jié)構(gòu)和工作原理二、壓力繼電器的應(yīng)用舉例

壓力繼電器是將液壓系統(tǒng)中的壓力信號轉(zhuǎn)換為電信號的轉(zhuǎn)換裝置。它的作用是，根據(jù)液壓系統(tǒng)壓力的變化，通過壓力繼電器內(nèi)的微動開關(guān)，自動接通或切斷有關(guān)電路，以實現(xiàn)順序動作或安全保護等。第38頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三一、壓力繼電器的結(jié)構(gòu)和工作原理

右圖為薄膜式壓力繼電器結(jié)構(gòu)。其工作原理是控制油口K接到需要取得液壓信號的油路上，而后壓力油使柱塞3上升，使得兩邊彈簧座與外套筒臺肩相碰；同時鋼球水平移動使杠桿繞軸轉(zhuǎn)動，杠桿另一端壓下微動開關(guān)的觸頭，發(fā)出電信號。第39頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三二、壓力繼電器的應(yīng)用舉例

壓力繼電器按左圖的接法安裝在節(jié)流閥和液壓缸之間，稱為升壓發(fā)信。按右圖安裝在回油路上，位于液壓缸和節(jié)流閥之間，稱為零壓發(fā)信。結(jié)束第40頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三§7-5平衡回路

為了防止立式液壓缸及其聯(lián)在一起的工作部件因自重而下滑，常采用平衡回路。一、用單向順序閥的平衡回路二、用液控順序閥的平衡回路第41頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三一、用單向順序閥的平衡回路

圖中是用單向順序閥組成的平衡回路。單向順序閥的調(diào)定壓力應(yīng)調(diào)整到能平衡運動部件自重為度。理論應(yīng)力P=W/A

式中P—順序閥的調(diào)定壓力；W—運動部件的總重量；A—液壓缸回油腔的有效面積。由于順序閥的存在，運動部件不會因自重而下滑。只有當(dāng)電磁鐵1DT通電時，液壓力使缸下腔的壓力超過順序閥的調(diào)定壓力，活塞才向下運動。第42頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三

又如圖所示,我們在單向順序閥和液壓缸之間增加一液控單向閥.因液控單向閥關(guān)閉時密性好,所以在三位四通電磁換向閥處于執(zhí)行元件停止運動的狀態(tài)下,可以防止運動部件因順序閥泄漏而緩慢下滑。第43頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三二、用液控順序閥的平衡回路

右圖是采用液控順序閥的起重平衡回路。此回路適用于在平衡重量有變化的情況。當(dāng)換向閥切換至右位時，液壓缸舉起重物。當(dāng)換向閥切換至左位時，活塞下行放下重物。將換向閥切換至中位，活塞停止運動。這一回路的特點是液控順序閥的啟閉取決于控制口的油壓，而與負(fù)載大小無關(guān)。第44頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三

但上圖的平衡回路是不完善的。當(dāng)壓力油使液控順序閥打開，活塞開始向下運動時，液壓缸上腔的壓力將迅速降低，這可能導(dǎo)致液控順序閥關(guān)閉，活塞停止運動。緊接著壓力升高，液控順序閥又打開，活塞又開始運動。所以活塞繼續(xù)下降，產(chǎn)生所謂“點頭”現(xiàn)象。為了解決這一問題，可在控制油路中裝一節(jié)流閥，使液控順序閥的啟閉動作減慢。如圖所示結(jié)束第45頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三

§7-6卸荷回路

工程機械在工作循環(huán)中為保持大量作用力，會造成功率損失和油液發(fā)熱。為減少損失，應(yīng)使泵在空載的工況下運動，這種工況稱為卸荷。在實際系統(tǒng)中卸荷有兩種方法：一種是使泵的輸出直接回油箱，泵在壓力為零的情況下工作，稱為流量卸荷；另一種是使泵的流量為零而壓力仍然維持原來情況，稱為流量卸荷。以下介紹幾種典型的卸荷回路。一、執(zhí)行元件不需要保壓的卸荷回路二、執(zhí)行元件需要保壓的卸荷回路第46頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三1、用三位換向閥卸菏的回路一、執(zhí)行元件不需要保壓的卸荷回路

當(dāng)滑閥中位機能為“H”、”K”、或”M”型的三位換向閥處于中位時，泵輸出的油液直接回油箱。如圖所示。這種方法比較簡單，但不適用于一泵驅(qū)動兩個或兩個以上執(zhí)行元件的系統(tǒng)。第47頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三

當(dāng)流量較大時，可采用電液換向閥，如圖所示。圖中采用內(nèi)控內(nèi)回油