液壓與氣動技術(shù)控制閥及應(yīng)用

控制液體的通斷和流動方向的閥類，以實現(xiàn)執(zhí)行元件啟?；蜻\動方向變換的要求。（2）壓力控制閥限制和調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)工作壓力的閥類，以實現(xiàn)執(zhí)行元件提出的作用力或轉(zhuǎn)矩的要求。（3）流量控制閥控制和調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)中流量大小的閥類，以實現(xiàn)執(zhí)行元件運動速度變化的要求。對各種閥的共同要求是：①閥的工作可靠、動作靈敏、沖擊和振動?。虎诿芊庑院?、通流能力強；③當(dāng)油液流過時，壓力損失?。虎芙Y(jié)構(gòu)緊湊，使用維護方便，通用性好。5.1方向控制閥及應(yīng)用5.1.1單向閥及液控單向閥

（1）單向閥的結(jié)構(gòu)特點及工作原理單向閥只允許液流在管道內(nèi)沿一個方向流動，反向流動時不通。圖5.1單向閥圖5.1單向閥（2）單向閥的應(yīng)用1）用于雙泵系統(tǒng)2）作背壓閥用（3）液控單向閥的結(jié)構(gòu)特點及工作原理（4）液控單向閥的應(yīng)用圖5.2單向閥用于雙泵系統(tǒng)1—液壓泵；2—單向閥；3—溢流閥；4—過濾器圖5.3單向閥用作背壓閥

1—背壓閥圖5.4液控單向閥1—單向閥；2—卸載閥芯；3—控制活塞圖5.5液控單向閥用于液壓缸的鎖緊1—液壓泵；2—溢流閥；3—手動換向閥；4、5—液控換向閥；6—液壓缸5.1.2換向閥

換向閥是利用閥芯和閥體的相對運動來改變液體的流動方向，接通或關(guān)閉油路使執(zhí)行元件換向或停止運動。換向閥的種類較多，按其結(jié)構(gòu)可分為滑閥式和轉(zhuǎn)閥式；按閥芯工作位置可分為二位閥、三位閥、多位閥；根據(jù)閥的進出口通道數(shù)目可分為二

通閥、三通閥、四通閥；根據(jù)操縱方式不同可分為電磁換向閥、液動換向閥、電液換向閥、手動換向閥、機動換向閥等。（1）電磁換向閥這種閥操縱閥芯換向的動力是由電磁鐵產(chǎn)生的推力來推動閥芯移動，從而實現(xiàn)控制液流的通斷及改變方向。電氣信號的控制與傳遞都較方便，便于自動化和遠距離控制。1）電磁換向閥的結(jié)構(gòu)及工作原理圖5.6三位四通電磁換向閥1—銜鐵；2—線圈；3—閥體；4—閥芯；5—定位套（彈簧座）；6—彈簧；7—推桿2）換向閥的位、通及滑閥機能“位”是指閥芯的工作位置。閥芯有兩種位置的換向閥簡稱二位閥，閥芯有三種位置的閥簡稱三位閥。圖5.7工作位置表示法圖5.8封閉油路表示法圖5.9內(nèi)部通道及液流方向表示法圖5.10通路性質(zhì)表示法三位閥的機能指閥芯處于中位時，閥各油口的通斷情況。中間位置的工作機能不同就有不同的用途。①O型機能②M型機能③H型機能④P型機能圖5.11O型機能換向閥回路圖5.12M型機能換向閥回路圖5.13H型機能換向閥回路圖5.14P型機能換向閥回路⑤Y型機能圖5.15Y型機能換向閥回路3）其他電磁換向閥的結(jié)構(gòu)及應(yīng)用圖5.1623D—25B型電磁換向閥1—推桿；2—閥芯；3—彈簧圖5.1623D—25B型電磁換向閥1—推桿；2—閥芯；3—彈簧圖5.17二位三通閥的應(yīng)用圖5.18二位二通電磁閥工作原理圖5.19二位二通電磁閥圖形符號圖5.20二位二通閥卸荷回路（2）液動換向閥從換向閥的工作原理可知，油路的換向過程實際上就是要一股高速流動的液流突然停住，隨即又馬上改變方向再高速流動。（3）電液換向閥電液換向閥是電磁換向閥和液動閥的組合閥，既可以通過大流量，也能實現(xiàn)自動化控制。圖5.2134Y-25B型液動換向閥圖5.22電液換向閥1、3—電磁換向閥；2—閥芯；4、8—節(jié)流閥；5、7—單向閥；6—主閥芯圖5.22電液換向閥1、3—電磁換向閥；2—閥芯；4、8—節(jié)流閥；5、7—單向閥；6—主閥芯圖5.23用背壓閥提高控制油源壓力圖5.24手動換向閥1—手柄；2—閥芯；3—彈簧圖5.24手動換向閥1—手柄；2—閥芯；3—彈簧圖5.24手動換向閥1—手柄；2—閥芯；3—彈簧（4）手動換向閥手動換向閥用手動杠桿來推動閥芯在閥體里移動，以實現(xiàn)液流的換向。（5）機動換向閥機動換向閥又稱行程換向閥。它是用擋鐵或凸輪推動閥芯移動來控制油液流動方向的。圖5.25多路換向閥原理圖圖5.26多路換向閥內(nèi)部線路圖圖5.27機動換向閥1—滾輪；2—閥芯；3—彈簧（6）換向閥的選擇及應(yīng)用1）換向閥的選擇因A1＞A2，故q＞q1；當(dāng)換向閥在右位工作時：圖5.28換向閥選用圖5.29二位三通閥控制的差動回路因A1＞A2，所以，q2＞q；當(dāng)A1=2A2時，q2=2q。2）換向閥的應(yīng)用圖5.30電磁閥控制的順序動作回路5.2壓力控制閥及應(yīng)用在液壓系統(tǒng)中，用來實現(xiàn)其壓力的控制和調(diào)節(jié)，或以液壓力作為控制信號的閥類統(tǒng)稱為壓力控制閥。它們共同的特點都是利用油液的壓力與閥中的彈簧力相平衡這一原理來工作的。5.2.1溢流閥（1）直動式溢流閥當(dāng)溢流閥穩(wěn)定工作時，作用在滑閥上的力是平衡的，閥芯受力的平衡方程式為：一般閥芯的自重和摩擦力較小，可以忽略不計，則式（5.1）簡化為：（5.1）（5.2）圖5.31直動式溢流閥1—閥體；2—閥芯；3—調(diào)壓彈簧；4—調(diào)壓螺帽；5—上蓋圖5.32溢流閥流量對壓力的影響圖5.33先導(dǎo)式溢流閥（2）先導(dǎo)式溢流閥當(dāng)溢流閥穩(wěn)定工作時，作用在主閥芯上的力（不計閥芯自重和摩擦力）是平衡的，其力的平衡方程為：（5.3）或圖5.34先導(dǎo)式高壓溢流閥圖5.35定量泵系統(tǒng)溢流調(diào)壓（3）溢流閥的應(yīng)用圖5.36多級調(diào)壓回路圖5.37先導(dǎo)式溢流閥卸荷回路5.2.2減壓閥

減壓閥一般分為兩類：定值減壓閥和定差減壓閥。定差減壓閥保持閥的出口壓力和進口壓力之差為一定值，這種閥通常與節(jié)流閥組合構(gòu)成調(diào)速閥。定值減壓閥簡稱為減壓閥，除特別聲明外，指的都是定值輸出減壓閥。（1）減壓閥的結(jié)構(gòu)和工作原理圖5.38減壓閥結(jié)構(gòu)原理圖1—主閥芯；2—閥體；3—先導(dǎo)閥芯；4—主閥彈簧；5—閥蓋；6—調(diào)壓螺帽；7—調(diào)壓彈簧；8—閥座圖5.39單向減壓閥（2）單向減壓閥將單向閥和減壓閥組合在一起即成為單向減壓閥。（3）減壓閥的應(yīng)用圖5.40減壓閥應(yīng)用之一圖5.41減壓閥應(yīng)用之二5.2.3順序閥

順序閥是用在具有兩個或兩個以上執(zhí)行元件的液壓系統(tǒng)中，使各執(zhí)行元件按預(yù)先確定的先后動作順序工作。順序閥的結(jié)構(gòu)也有直動式和先導(dǎo)式兩種，一般先導(dǎo)式用于壓力較高的液壓系統(tǒng)中。（1）結(jié)構(gòu)特點及工作原理圖5.42直動式順序閥圖5.43先導(dǎo)式順序閥1—主閥芯；2—阻尼孔；4—孔道；6—滑閥；7—先導(dǎo)閥（2）單向順序閥單向順序閥是將順序閥與單向閥并聯(lián)起來所形成的，兩閥常裝在一個閥體內(nèi)，其結(jié)構(gòu)和圖形符號如圖5.44所示。這種閥的特點是：當(dāng)壓力油反向流動時，可以不經(jīng)過順序閥，而從單向閥自由通過，不受順序閥的限制。圖5.44單向順序閥（3）順序閥的應(yīng)用圖5.45順序動作回路圖5.46單向順序閥作平衡閥使用5.2.4壓力繼電器常用的壓力繼電器有柱塞式和薄膜式兩種。（1）結(jié)構(gòu)特點及工作原理（2）壓力繼電器的應(yīng)用圖5.47柱塞式壓力繼電器1—柱塞；2—頂桿；3—調(diào)節(jié)螺帽；4—微動開關(guān)圖5.48薄膜式壓力繼電器1、8—調(diào)節(jié)螺釘；2、9—彈簧；3—套筒；4—彈簧座；5、6、7—鋼球；10—柱塞；11—膜片；12—銷軸；13—杠桿；14—微動開關(guān)圖5.48薄膜式壓力繼電器1、8—調(diào)節(jié)螺釘；2、9—彈簧；3—套筒；4—彈簧座；5、6、7—鋼球；10—柱塞；11—膜片；12—銷軸；13—杠桿；14—微動開關(guān)圖5.49壓力繼電器的保壓回路圖5.50壓力繼電器控制的順序動作回路5.2.5壓力閥的比較

溢流閥、減壓閥和順序閥在結(jié)構(gòu)、工作原理和特點上有相似的地方，也有不同之處。①溢流閥排出的油不做功，直接回油箱；減壓閥和順序閥（作卸荷閥、平衡閥時除外）排出的油液通向下一級執(zhí)行元件，輸出的油液有一定壓力做功。②溢流閥的泄漏油是通過閥體內(nèi)部與回油口接通的；減壓閥、順序閥的泄油口單獨引回油箱。③溢流閥和內(nèi)控順序閥是用進口液壓力和彈簧力相平衡進行控制的。溢流閥保持進口油壓基本不變，順序閥達到調(diào)定壓力后開啟，其進、出口油液壓力可以高于其調(diào)

定壓力，順序閥的閥芯不需隨時浮動，只有“開”或“關(guān)”兩種位置；減壓閥是用出口油壓進行控制，其閥芯要不斷浮動，以保持出口壓力基本為恒定。④溢流閥和順序閥的閥口在常態(tài)下是關(guān)閉的，而減壓閥的閥口在常態(tài)下是開啟的。但溢流閥和減壓閥處于工作狀態(tài)時，溢流口和減壓口都是開啟的。順序閥的開啟和

關(guān)閉位置都是工作位置，因為順序閥在關(guān)閉位置仍需維持一定的進口壓力，以免影響其他回路的工作。因此，對順序閥的閥芯和閥體之間的密封性有一定要求。⑤溢流口和減壓口上的壓力降都比較大，希望流過順序閥的液流在閥中形成的壓力損失越小越好，一般在0.2～0.4MPa。⑥在溢流口和減壓口上形成的壓力降是需要的，它們的開口量較小。需要順序閥有較小的壓力降，故它的開口量也較大。5.2.6壓力閥的選擇和調(diào)節(jié)與液壓泵出口并聯(lián)的溢流閥的調(diào)定壓力就是液壓泵的供油壓力pb：（5.4）5.3流量控制閥及應(yīng)用5.3.1節(jié)流口的形式及特點（1）節(jié)流口的形式任何一個流量控制閥都有一個節(jié)流部分，稱為節(jié)流口。（2）節(jié)流口的流量特性公式圖5.51節(jié)流口的結(jié)構(gòu)形式實際使用中的節(jié)流口介于薄壁孔和細長孔之間，故其流量特性常用下式來描述：（3）影響節(jié)流口流量穩(wěn)定的因素1）壓力差2）油溫的變化3）節(jié)流口的堵塞（5.6）5.3.2節(jié)流閥的結(jié)構(gòu)和工作原理（1）普通節(jié)流閥普通節(jié)流閥是流量閥中使用最普遍的一種型式，它的結(jié)構(gòu)和圖形符號如圖5.52所示。（2）單向節(jié)流閥圖5.53所示為單向節(jié)流閥的結(jié)構(gòu)和圖形符號。油液正向流動時，從進油口3進入，經(jīng)閥芯2和閥體4之間的節(jié)流縫隙從出油口5流出，此時單向閥不起作用。圖5.52普通節(jié)流閥1—閥芯；2—閥體；3—調(diào)節(jié)手輪；4—頂桿；5—彈簧圖5.53單向節(jié)流閥1—彈簧；2—閥芯；4—閥體；6—活塞；7—頂桿；9—調(diào)節(jié)手柄圖5.53單向節(jié)流閥1—彈簧；2—閥芯；4—閥體；6—活塞；7—頂桿；9—調(diào)節(jié)手柄5.3.3調(diào)速閥

對于節(jié)流閥，在工作過程中，雖然閥前的液壓力由溢流閥保持恒定，但隨著執(zhí)行元件的負載變化，節(jié)流閥出口的液壓力就產(chǎn)生變化，節(jié)流閥前后的壓力差也就發(fā)生了變化，因此，進入執(zhí)行元件的流量就時大時小，造成運動速度不穩(wěn)定。圖5.54調(diào)速閥的工作原理1—定差減壓閥閥芯；2—節(jié)流閥p1是由溢流閥調(diào)定的壓力，基本上維持恒定值。p3是由外負載所決定的調(diào)速閥出口壓力，其值為：調(diào)速閥兩端的壓力差為Δp=p1-p3，將式（5.7）代入，則得：（5.7）（5.8）減壓閥穩(wěn)定工作時其閥芯上所受力的平衡方程式為：如果略去G

和Ff的影響，可得：（5.9）（5.10）圖5.55節(jié)流閥和調(diào)速閥的特性曲線5.3.4流量閥的選擇及應(yīng)用

流量閥的規(guī)格仍根據(jù)通過該閥的最高壓力和最大流量來選取，同時，要考慮其最小穩(wěn)定流量是否滿足該執(zhí)行元件最低運動速度的要求和調(diào)速性能的要求。在使用中，節(jié)流閥的進出油口可以反接，但調(diào)速閥當(dāng)油路反向流動時將不起作用。圖5.56調(diào)速閥的速度換接回路5.4電液比例控制閥及應(yīng)用

5.4.1電液比例控制閥的特點電液比例控制閥簡稱比例閥。其結(jié)構(gòu)特點是由比例電磁鐵與液壓控制閥兩部分組成。圖5.57比例電磁鐵原理1—磁軛；2—線圈；3—銜鐵；4—導(dǎo)磁套；5—調(diào)整彈簧；6—調(diào)整螺釘5.4.2電液比例控制閥的結(jié)構(gòu)和工作原理（1）電液比例壓力閥比例壓力閥的關(guān)鍵部件是比例先導(dǎo)閥。比例先導(dǎo)閥可以和溢流閥、減壓閥、順序閥組合成先導(dǎo)式比例溢流閥、先導(dǎo)式比例減壓閥和先導(dǎo)式比例順序閥。圖5.58比例先導(dǎo)閥原理1—錐閥；2—彈簧；3—帶球頭的導(dǎo)桿；4—比例電磁鐵本體；5—線圈；6—推桿；7—銜鐵；8—手動調(diào)節(jié)螺釘；9—軸承；10—空氣排出閥（2）電液比例流量閥當(dāng)比例電磁鐵5的線圈上通有控制電流時，電磁力通過推桿4作用于節(jié)流閥閥芯的右端，節(jié)流閥芯3左移壓縮彈簧，彈簧反力作用于閥的左端。當(dāng)電磁力和彈簧力平衡時，閥芯處于平衡位置，形成的節(jié)流口開口度為h。圖5.59比例調(diào)速閥1—減壓閥芯；2—節(jié)流閥彈簧；3—節(jié)流閥芯；4—推桿；5—比例電磁鐵（3）電液比例方向閥它是由液動換向閥、減壓閥和比例電磁鐵三部分組成。一般用電液比例減壓閥作為先導(dǎo)閥，利用比例減壓閥的出口壓力來控制液動換向閥的正反開口量，從而控制液壓系統(tǒng)的流量大小和液流方向。圖5.60電液比例方向閥1—減壓閥芯；2、3—油道；4、7—比例電磁鐵；5—液動閥芯；6、8—節(jié)流閥；9—連接板5.4.3電液比例閥的應(yīng)用

（1）用于壓力控制圖5.61電液比例溢流閥的應(yīng)用圖5.62電液比例節(jié)流閥的應(yīng)用圖5.62電液比例節(jié)流閥的應(yīng)用（2）用于流量控制5.5二通插裝閥及應(yīng)用二通插裝閥（又稱插裝式錐閥或邏輯閥）簡稱插裝閥。它是20世紀(jì)70年代初出現(xiàn)在高壓、大流量液壓系統(tǒng)中的一種新型開關(guān)式閥類。由于其獨特的優(yōu)越性，使插裝閥在塑料成型機械、壓力機械及重型機械等方面得到了廣泛的應(yīng)用。5.5.1插裝閥的結(jié)構(gòu)和工作原理作用在閥芯上的平衡關(guān)系式為：圖5.63二通插裝閥的組成1—先導(dǎo)閥；2—控制蓋板；3—插裝組件；4—插裝塊體圖5.64插裝組件1—彈簧；2—閥套；3—閥芯5.5.2插裝方向控制閥（1）插裝式單向閥（2）插裝式二位換向閥（3）插裝式三位換向閥（5.11）圖5.65插裝方向閥結(jié)構(gòu)原理1—先導(dǎo)閥；2—控制蓋板；3—插裝組件圖5.66插裝式單向閥圖5.67插裝式液控單向閥圖5.68插裝式二位二通換向閥圖5.69插裝式三位四通換向閥5.5.3插裝式壓力控制閥

插裝式壓力控制閥由插裝組件和先導(dǎo)閥（壓力閥）組成，其結(jié)構(gòu)原理如圖5.70所示。（1）插裝式溢流閥（2）插裝式減壓閥（3）插裝式順序閥圖5.70插裝式壓力閥結(jié)構(gòu)原理1—先導(dǎo)閥；2—控制蓋板；3—插裝組件圖5.71插裝式溢流閥1—插裝組件；2—塊體；3—控制蓋板圖5.72插裝式溢流閥圖形符號1—先導(dǎo)閥；2—壓力閥插裝組件圖5.73插裝式電磁溢流閥圖5.74插裝式減壓閥圖5.75插裝式順序閥5.5.4插裝式流量控制閥

（1）插裝式節(jié)流閥（2）插裝式調(diào)速閥5.5.5二通插裝閥的應(yīng)用圖5.76插裝式節(jié)流閥1—調(diào)節(jié)螺桿；2—控制蓋板；3—塊體圖5.77插裝式調(diào)速閥圖5.78插裝閥組成的節(jié)流調(diào)速回路1—方向插裝組件；2、3—節(jié)流插裝組件；4—壓力插裝組件；5—先導(dǎo)換向閥；6—先導(dǎo)順序閥；7—液壓缸圖5.79普通液壓閥組成的節(jié)流調(diào)速回路1—換向閥；2、5、7—單向閥；3、8—節(jié)流閥；4—液壓缸；6—背壓閥5.5.6插裝閥的特點插裝閥具有以下一些特點：1）能實現(xiàn)一閥多能的控制2）液體流動阻力小、通流能力大3）結(jié)構(gòu)簡單、便于制造和集成化4）動態(tài)性能好、換向速度快5）密封性能好、內(nèi)泄漏很小6）工作可靠、對工作介質(zhì)適應(yīng)性強5.6疊加式液壓閥

疊加式液壓閥簡稱疊加閥，它是近10年發(fā)展起來的集成式液壓元件。采用這種閥組成液壓系統(tǒng)時，不需要另外的連接塊，它以自身的閥體作為連接體直接疊合組成所需要的液壓傳動系統(tǒng)。疊加閥的工作原理與一般液壓閥基本相同，但在具體結(jié)構(gòu)和連接尺寸上則不相同。它自成系列，每個疊加閥既有一般液壓元件的控制功能，又起到通道體的作用。每一種通徑系列的疊加閥其主油路通道和螺栓連接孔的位置都與所選用的相應(yīng)通徑的換向閥相同，因此，同一通徑的疊加閥都能按要求疊加起來組成各種不同控制功能的系統(tǒng)。5.6.1疊加式溢流閥圖5.80疊加式溢流閥1—推桿；2、5—彈簧；3—錐閥；4—閥座；6—主閥芯圖5.80疊加式溢流閥1—推桿；2、5—彈簧；3—錐閥；4—閥座；6—主閥芯5.6.2疊加式流量閥圖5.81疊加式調(diào)速閥1—單向閥；2、4—彈簧；3—節(jié)流閥；5—減壓閥圖5.81疊加式調(diào)速閥1—單向閥；2、4—彈簧；3—節(jié)流閥；5—減壓閥5.6.3疊加閥的特點用疊加式液壓閥組成的液壓系統(tǒng)具有以下特點：①用疊加閥組成的液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，重量輕。②疊加閥液壓系統(tǒng)安裝簡便，裝配周期短。③液壓系統(tǒng)如有變化、改變工況需要增減元件時，組裝方便、迅速。④元件之間實現(xiàn)無管連接，消除了因油管、管接頭等引起的泄漏、振動和噪聲。⑤整個系統(tǒng)配置靈活，維護保養(yǎng)容易。⑥標(biāo)準(zhǔn)化、通用化和集成化程度較高。5.7閥的集成

一個液壓系統(tǒng)是由多個控制閥和其他元件組成的。各個控制閥之間如果用管子進行連接，則使得設(shè)備占用的空間大，而且安裝、維修都不方便，復(fù)雜的液壓系統(tǒng)尤其是這樣。采用板式閥安裝在連接板（控制板）上，可以實現(xiàn)無管連接，但連接板需要專門設(shè)計，制造也不方便。所謂閥的集成，就是在構(gòu)造上使多個不同作用的控制閥可以簡便、緊湊地集中在一起，不必采用管路連接。5.7.1集成塊式這種方式使用一般的板式閥，將板式閥安裝在方形的集成塊上，在集成塊內(nèi)部構(gòu)成閥與閥連接的通路，因此，集成塊就是一種代替管路把元件連接起來的六面連接體。圖5.82集成塊式1—螺母；2—墊圈；3—頂板；4—連接螺栓；5—集成塊；6—底板5.7.2疊加閥式這種集成方式是由疊加閥相互直接連接而成，不經(jīng)過任何中間連接體。5.7.3錐閥式集成

錐閥集成液壓系統(tǒng)是由油路塊體、插裝組件、先導(dǎo)閥與控制蓋板組成的先導(dǎo)控制部分組合而成的。圖5.83疊加閥式圖5.84錐閥式集成小結(jié)

單向閥分成兩類：普通單向閥和液控單向閥。普通單向閥（簡稱單向閥）只允許液流向一個方向通過，液控單向閥既具有普通單向閥的功能，并且只要在控制口通以一定壓力的控制油液，液流反向也能通過。換向閥既可用來使執(zhí)行元件換向，也可用來切換油路。在換向閥的各種結(jié)構(gòu)形式中，滑閥式用得較多；而在各種操縱形式的換向閥中，電磁閥和電液換向閥用得較多。換向閥的“位”、“通”和滑閥“機能”是十分重要的概念，它們對各種形式的換向閥均有相同的意義。一般說來，換向閥哪邊有動力就在哪個位置工作。例如，對于電

磁閥當(dāng)左邊得電時，換向閥在左位工作；當(dāng)右邊得電時，換向閥在右位工作。在常態(tài)下，對于三位閥