液壓傳動與控制實(shí)用技術(shù)課件：液壓控制與輔助元件 -

液壓控制與輔助元件【學(xué)習(xí)目標(biāo)】明確各類液壓控制閥的基本結(jié)構(gòu)原理和應(yīng)用特點(diǎn)，了解液壓蓄能器等輔助元件的結(jié)構(gòu)及應(yīng)用，會運(yùn)用本章知識對液壓傳動與控制系統(tǒng)中各類液壓控制閥進(jìn)行功能分析和參數(shù)計(jì)算，為液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算和輔助元件選型校核打下基礎(chǔ)?！緦W(xué)習(xí)要求】掌握液壓控制閥的基本概念、性能參數(shù)及各種液壓控制閥的結(jié)構(gòu)、工作原理、性能特點(diǎn)；掌握蓄能器、過濾器等元件類型、結(jié)構(gòu)、工作原理、性能特點(diǎn)及應(yīng)用；重點(diǎn)掌握各類液壓控制閥的結(jié)構(gòu)原理、工作性能及應(yīng)用領(lǐng)域；了解液壓輔助元件的工作原理及選用依據(jù)；了解液壓集成設(shè)計(jì)原理和方法。3.1液壓控制閥3.1.1液壓閥概述1.液壓閥的作用液壓閥是用來控制液壓系統(tǒng)中油液的流動方向或調(diào)節(jié)其壓力和流量的，因此它可分為方向閥、壓力閥和流量閥三大類。一個形狀相同的閥，可以因?yàn)樽饔脵C(jī)制的不同，而具有不同的功能。壓力閥和流量閥利用通流截面的節(jié)流作用控制著系統(tǒng)的壓力和流量，而方向閥則利用通流通道的更換控制著油液的流動方向。這就是說，盡管液壓閥存在著各種各樣不同的類型，它們之間還是保持著一些基本共同之點(diǎn)的。例如：在結(jié)構(gòu)上，所有的閥都有閥體、閥芯（轉(zhuǎn)閥或滑閥）和驅(qū)使閥芯動作的元、部件（如彈簧、電磁鐵）組成；在工作原理上，所有閥的開口大小，閥進(jìn)、出口間壓差以及流過閥的流量之間的關(guān)系都符合孔口流量公式，僅是各種閥控制的參數(shù)各不相同而已。2.液壓閥的分類在液壓系統(tǒng)中，用于控制或調(diào)節(jié)液體的流動方向、壓力高低、流量大小的元件統(tǒng)稱為液壓控制閥。液壓閥性能的優(yōu)、劣、工作是否可靠，對整個液壓系統(tǒng)能否正常工作將產(chǎn)生直接影響。本章將重點(diǎn)介紹常用液壓閥的典型結(jié)構(gòu)、工作原理、性能特點(diǎn)及應(yīng)用范圍。在液壓系統(tǒng)中，用于控制系統(tǒng)中液流壓力、流量和液流方向的元件總稱為液壓控制閥。液壓控制閥的種類繁多，除了不同品種、規(guī)格的通用閥外，還有許多專用閥和復(fù)合閥。就液壓閥的基本類型來說，通常按以下方式進(jìn)行分類。1）按用途分(1)壓力控制閥(2)流量控制閥(3)方向控制閥2）按控制方式(1)開關(guān)或定值控制閥(2)伺服控制閥(3)電液比例控制閥(4)數(shù)字控制閥3）根據(jù)結(jié)構(gòu)形式分類

(1)滑閥類(2)提升閥類(3)噴嘴擋板閥類4）根據(jù)連接和安裝方式分類

(1)管式閥(2)板式閥(3)插裝閥(4)疊加閥4．對液壓閥的基本要求各種液壓閥，由于不是對外作功的元件，而是用來實(shí)現(xiàn)執(zhí)行元件(機(jī)構(gòu))所提出的力(力矩)、速度、變向的要求的，因此對液壓控制閥的共同要求是：（1）動作靈敏、性能好，工作可靠且沖擊振動?。唬?）油液通過閥時的液壓損失要??；（3）密封性能好；（4）結(jié)構(gòu)簡單緊湊、體積小，安裝、調(diào)整、維護(hù)、保養(yǎng)方便，成本低廉，通用性大，壽命長。5．液壓控制閥的性能參數(shù)液壓閥的規(guī)格大小用通徑Dg（單位mm）表示。Dg是閥進(jìn)、出油口的名義尺寸，它和實(shí)際尺寸不一定相等。對于不同類型的各種閥，也有使用其它參數(shù)表征其工作性能的。一般有額定壓力、流量，以及壓力損失、開啟壓力、允許背壓、最小穩(wěn)定流量等。同時在產(chǎn)品樣本中給出若干條特性曲線，供使用者確定不同狀態(tài)下的性能參數(shù)值。3.1.2方向控制閥方向控制閥是用來改變液壓系統(tǒng)中各油路之間液流通斷關(guān)系的閥類，如單向閥、換向閥及壓力表開關(guān)等。1．單向閥單向閥有普通單向閥和液控單向閥等。1）普通單向閥如圖3.1a和3.1b，分別是管式連接的直通式單向閥和板式連接的直角式單向閥。。圖3.1c為單向閥的圖形符號。2）液控單向閥除普通單向閥外，還有液控單向閥，它是液壓系統(tǒng)經(jīng)常使用的液壓元件。如圖3.2，液控單向閥由閥體2、閥芯5、彈簧6、控制活塞3、推桿4等組成。閥芯為一般錐芯，彈簧的剛度較小。液控單向閥按控制活塞背壓腔的泄油方式不同，分為內(nèi)泄式和外泄式。內(nèi)泄式如圖3.2，控制活塞的背壓腔通過內(nèi)泄油孔a連通單向閥的P1口；外泄式如圖3.3，控制活塞的背壓腔通過外泄油孔a直接通油箱。一般情況下在反向出油口的壓力P1較低時采用內(nèi)泄式，較高時采用外泄式，以減小所需控制壓力。如圖3.4，卸載式液控單向閥帶有卸載閥，當(dāng)控制活塞向右運(yùn)動時首先頂開卸載閥的小閥芯，使主油路油壓P2卸壓，繼續(xù)運(yùn)動再頂開單向閥芯，反向?qū)ㄓ吐?。這樣可大大減小控制壓力，實(shí)際應(yīng)用這種結(jié)構(gòu)的液控單向閥可以使控制壓力與工作壓力之比降低到4.5％左右，常用于高壓系統(tǒng)。如圖3.5，兩個液控單向閥共用一個閥體和控制活塞，這樣組合的結(jié)構(gòu)稱為液壓鎖。當(dāng)從A1通入壓力油時，在導(dǎo)通A1與A2油路的同時推動活塞右移，頂開右側(cè)的單向閥，解除B2到B1的反向截止作用；當(dāng)B1通入壓力油時，在導(dǎo)通B1與B2油路的同時推動活塞左移，頂開左側(cè)的單向閥，解除A2到A1的反向截止作用；而當(dāng)A1與B1口沒有壓力油作用時，兩個液控單向閥都為關(guān)閉狀態(tài)，鎖緊油路?！纠?.1】圖3.6所示液壓缸，A1=30cm2，A2=12cm2，F(xiàn)=3*104N，液控單向閥用作閉鎖以防止液壓缸下滑，閥內(nèi)控制活塞面積Ak是閥芯承壓面積A的三倍，若摩擦力、彈簧力均忽略不計(jì)，試計(jì)算需要多大的控制壓力才能開啟液控單向閥？開啟前液壓缸中最高壓力為多少？解：(1)由圖可知，液控單向閥反向流動時背壓為零，控制活塞頂開單向閥閥芯最小控制壓力2．換向閥換向閥是借助于閥芯與閥體之間的相對運(yùn)動，控制與閥體相連的各油路實(shí)現(xiàn)通、斷或改變液流方向的元件。對換向閥的基本要求是：①液流通過閥時壓力損失?。虎诨ゲ幌嗤ǖ挠涂陂g的泄漏?。虎蹞Q向可靠、迅速且平穩(wěn)無沖擊。1）換向閥的工作原理圖3.7為滑閥式三位五通換向閥的工作原理。2）換向閥的分類換向閥的應(yīng)用十分廣泛，種類很多，分類方法也不同，一般可以按下表分類：3）滑閥式換向閥(1)閥體和閥芯的幾種配合型式(2)位置數(shù)、通路數(shù)及中位機(jī)能①換向閥的位置數(shù)②換向閥的通路數(shù)③換向閥的中位機(jī)能4）幾種常用的換向閥

(1)手動換向閥手動換向閥是用手動杠桿操縱閥芯換位的換向閥。按換向定位方式不同，分為彈簧復(fù)位式3.9a和鋼球定位圖3.9b。(2)電磁動換向閥電磁動換向閥簡稱電磁換向閥。是靠通電線圈對銜鐵的吸引轉(zhuǎn)化而來的推力操縱閥芯換位的換向閥。如圖3.10為閥芯為二臺肩結(jié)構(gòu)的三位四通O型中位機(jī)能的電磁換向閥。(3)液動換向閥電磁換向閥動作靈敏，易于實(shí)現(xiàn)自動控制，但電磁鐵吸力有限。當(dāng)液壓閥規(guī)格較大，通過的流量大時，產(chǎn)生的液動力就很大，這時電磁力很難滿足換向要求。實(shí)際上，當(dāng)換向閥的通徑大于10mm時，常采用液壓力來操縱閥芯換位。采用液壓力操縱閥芯換位的液壓閥稱為液動閥，如圖3.11為三位四通液動換向閥的結(jié)構(gòu)原理圖和圖形符號，K1、K2為液控口。(4)電液動換向閥 驅(qū)動液動換向閥的液壓油可以采用機(jī)動閥、手動閥或電磁換向閥來進(jìn)行控制。采用電磁換向閥控制液動換向閥的組合稱為電液動換向閥，簡稱電液換向閥，它集中了電磁換向閥和液動換向閥的優(yōu)點(diǎn)。液動換向主閥主要采用彈簧對中方式（也有采用液壓對中方式的，應(yīng)用較少，這里不介紹），如圖3.12，作為先導(dǎo)閥的電磁換向閥的中位需采用Y型機(jī)能，保證在電磁鐵不通電時，液動換向閥的左、右控制腔連通油箱，消除液壓力影響，保證彈簧力可靠對中。在電液換向閥的先導(dǎo)閥和主閥之間，常設(shè)一對阻尼調(diào)節(jié)器，它們可以是疊加式單向節(jié)流閥，如圖3.12。當(dāng)控制油進(jìn)入主閥芯的控制腔時經(jīng)過單向閥，控制油流出時經(jīng)過節(jié)流閥（出油節(jié)流調(diào)速），通過調(diào)節(jié)節(jié)流閥的開口，控制閥芯的換位速度?！纠?.2】電液動換向閥的先導(dǎo)閥，為何選用Y型中位機(jī)能？改用其他型中位機(jī)能是否可以？為什么？答：不行，使液控閥兩邊在先導(dǎo)閥斷電時無壓力處于中位狀態(tài)，改用其它中位機(jī)能不行，不能達(dá)到上述要求。這樣可以保證主閥芯在中位時，油液能回油。3.1.3壓力控制閥在液壓系統(tǒng)中控制油液壓力高低或利用壓力變化實(shí)現(xiàn)某種動作的閥通稱為壓力控制閥。常見的壓力控制閥按功用分為溢流閥、減壓閥、順序閥、壓力繼電器等。1．溢流閥溢流閥有多種用途，主要是運(yùn)用溢流的方法使液壓泵的供油壓力得到調(diào)整并保持基本恒定。溢流閥按其結(jié)構(gòu)原理可分為直動型和先導(dǎo)型兩種。對溢流閥的要求主要是：①調(diào)壓范圍大，調(diào)壓偏差小，動作靈敏；②過流能力強(qiáng)；③工作時噪聲小等。1）直動式溢流閥圖3.14為錐閥式和滑閥式普通直動型溢流閥的結(jié)構(gòu)原理。對于錐閥式溢流閥，圖3.14a，當(dāng)進(jìn)油口P的油液壓力不高時，錐閥芯2被彈簧3壓緊在閥座上，閥口關(guān)閉。當(dāng)進(jìn)口油壓P升高到能克服彈簧阻力時，便推開錐閥芯使閥口打開，油液就從回油口T流回油箱（溢流），進(jìn)油壓力P也就不會繼續(xù)升高。對于滑閥式直動溢流閥圖3.14b，其工作原理與錐閥式類似，進(jìn)口的壓力油通過閥體內(nèi)的通道a引入閥芯下端，直接與上端的彈簧相互作用，彈簧腔的泄漏油與出油口相連。2）先導(dǎo)式溢流閥圖3.15為某先導(dǎo)式溢流閥的結(jié)構(gòu)原理。3）溢流閥的性能溢流閥的性能包括溢流閥的靜態(tài)性能和動態(tài)性能，在此作簡單介紹。(1)靜態(tài)性能當(dāng)溢流閥在溢流量發(fā)生由零至額定流量的階躍變化時，它的進(jìn)口壓力，也就是它所控制的系統(tǒng)壓力，將如圖3.16所示的那樣迅速升高并超過額定壓力的調(diào)定值，然后逐步衰減到最終穩(wěn)定壓力，從而完成其動態(tài)過渡過程。(2)動態(tài)性能定義最高瞬時壓力峰值與額定壓力調(diào)定值的差值△P為壓力超調(diào)量，它是衡量溢流閥動態(tài)定壓誤差的一個重要指標(biāo)。圖3.17所示t1稱之為響應(yīng)時間，t2稱之為過渡時間。t1越小，溢流閥的響應(yīng)越快；t2越小，動態(tài)響應(yīng)過程時間越短。2．順序閥順序閥是利用油路中壓力的變化來控制閥口啟閉，以實(shí)現(xiàn)各工作部件依次順序動作的液壓元件，常用在控制多個執(zhí)行元件的順序動作，故名順序閥。順序閥按結(jié)構(gòu)不同分為直動式和先導(dǎo)式兩種，一般先導(dǎo)式用于壓力較高的場合。當(dāng)順序閥利用外來液壓力進(jìn)行控制時，稱液控順序閥。不論是直動式還是先導(dǎo)式順序閥都和對應(yīng)的溢流閥原理相類似，主要不同為溢流閥的調(diào)壓彈簧腔的泄漏油和出油口相連，而順序閥單獨(dú)接回油箱。1）直動式順序閥如圖3.18為直動式順序閥的結(jié)構(gòu)原理圖。圖3.19為直動式內(nèi)控順序閥。2）先導(dǎo)式順序閥圖3.20為某先導(dǎo)式順序閥的結(jié)構(gòu)原理圖。3．減壓閥1）定值減壓閥定值減壓閥的功用是獲得比進(jìn)口壓力低但穩(wěn)定的出口工作壓力。常用在夾緊油路或潤滑油路中。對定值減壓閥主要要求是：維持出口壓力穩(wěn)定，受入口壓力和通過流量變化影響小。(1)直動式減壓閥圖3.21為直動式減壓閥的結(jié)構(gòu)原理。P1為進(jìn)油口，P2為出油口，閥芯上端彈簧腔的泄漏油經(jīng)L單獨(dú)接回油箱。(2)先導(dǎo)式減壓閥圖3.22為某先導(dǎo)減壓閥的結(jié)構(gòu)原理。2）定差減壓閥定差減壓閥可使閥的進(jìn)出口壓力差保持為定值。如圖3.23，進(jìn)油口的高壓油P1經(jīng)節(jié)流口減壓后以出口的低壓P2流出，同時出口的低壓油經(jīng)閥芯中心孔將壓力P2傳至閥芯的上腔，其進(jìn)出油壓在閥芯有效作用面積上的壓力差與彈簧力相平衡：3）定比減壓閥定比減壓閥可使閥進(jìn)出口壓力間保持一定的比例關(guān)系。圖3.24為定比減壓閥的結(jié)構(gòu)原理。閥芯的作用力平衡關(guān)系為：4．壓力繼電器壓力繼電器是一種將油液的壓力信號轉(zhuǎn)換成電信號的電液控制元件，當(dāng)油液壓力達(dá)到壓力繼電器的調(diào)定壓力時，即發(fā)出電信號，以控制電磁鐵、電磁離合器、繼電器等元件動作，使油路卸壓、換向、執(zhí)行元件實(shí)現(xiàn)順序動作，或關(guān)閉電動機(jī)，使系統(tǒng)停止工作，起安全保護(hù)作用等。它根據(jù)液壓系統(tǒng)的壓力變化自動接通和斷開有關(guān)電路，借以實(shí)現(xiàn)程序控制和安全保護(hù)作用。圖3.25為壓力繼電器的結(jié)構(gòu)原理。當(dāng)P口連接的壓力油壓力達(dá)到壓力繼電器動作的調(diào)定壓力時，通過柱塞1推動杠桿3壓動微動開關(guān)4發(fā)出電訊號。此處為增壓控制發(fā)訊繼電器，相應(yīng)還有降壓控制發(fā)訊的?！纠?.3】圖3.26示為一定位夾緊系統(tǒng)。請問：（1）1、2、3、4各為什么閥?各起什么作用?（2）系統(tǒng)的工作過程；（3）如果定位壓力為2MPa，夾緊缸6無桿腔面積A=0.02m2，夾緊力為50kN，1、2、3、4各閥的調(diào)整壓力為多少？解：（1）閥1是順序閥，它的作用是使定位液壓缸5先動作，夾緊液壓缸6后動作。閥2是卸荷溢流閥，作用是使低壓泵7卸荷。閥3是壓力繼電器，作用是當(dāng)系統(tǒng)壓力達(dá)到夾緊壓力時，發(fā)出電信號，控制進(jìn)給系統(tǒng)的電磁閥換向。閥4是溢流閥，當(dāng)夾緊工件后起溢流穩(wěn)壓作用。（2）系統(tǒng)的工作過程是：電磁鐵1DT通電，換向閥左位工作，雙泵供油，定位液壓缸5運(yùn)動進(jìn)行定位。此時系統(tǒng)壓力小于順序閥1的調(diào)定壓力，所以缸6不動作。當(dāng)定位動作結(jié)束后，系統(tǒng)壓力升高到順序閥1的調(diào)定壓力時，順序閥1打開，夾緊液壓缸6運(yùn)動。當(dāng)夾緊后的壓力達(dá)到所需要的夾緊力時，卸荷閥2使低壓大流量泵7卸荷，此時高壓小流量泵供油補(bǔ)償泄漏，保持系統(tǒng)壓力，夾緊力的大小由溢流閥4調(diào)節(jié)。（3）閥l調(diào)定壓力p1=2MPa，閥4的調(diào)定壓力p4=F/A=50000/0.02=2.5MPa，閥3的調(diào)定壓力應(yīng)大于2.5MPa，閥2的調(diào)定壓力p2應(yīng)介于p1、p4之間。3.1.4流量控制閥液壓系統(tǒng)中執(zhí)行元件運(yùn)動速度的大小,由輸入執(zhí)行元件的油液流量的大小來確定。流量控制閥就是依靠改變閥口通流面積(節(jié)流口局部阻力)的大小或通流通道的長短來控制流量的液壓閥類。常用的流量控制閥有普通節(jié)流閥、調(diào)速閥和同步閥等。液壓傳動系統(tǒng)對流量控制閥的主要要求有:（1）較大的流量調(diào)節(jié)范圍,且流量調(diào)節(jié)要均勻。（2）當(dāng)閥前、后壓力差發(fā)生變化時,通過閥的流量變化要小,以保證負(fù)載運(yùn)動的穩(wěn)定。（3）油溫變化對通過閥的流量影響要小。（4）液流通過全開閥時的壓力損失要小。（5）當(dāng)閥口關(guān)閉時,閥的泄漏量要小。1．節(jié)流閥1）普通節(jié)流閥節(jié)流閥的結(jié)構(gòu)原理如圖3.27a。2）單向節(jié)流閥圖3.28是MK型單向節(jié)流閥的結(jié)構(gòu)原理圖。該閥是管式聯(lián)接的單向節(jié)流閥，其節(jié)流口采用軸向三角槽式結(jié)構(gòu)。3）節(jié)流閥應(yīng)用

節(jié)流閥和單向節(jié)流閥是簡易的流量控制閥，它們在定量泵液壓系統(tǒng)中的主要作用是與溢流閥配合，組成三種節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)：即進(jìn)油節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)、回油節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)和旁路節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)。對于執(zhí)行元件要求往返節(jié)流調(diào)速的系統(tǒng)可使用兩個單向節(jié)流閥。節(jié)流閥也在容積節(jié)流調(diào)速回路中使用。這種閥沒有壓力及溫度補(bǔ)償裝置，不能自動補(bǔ)償載荷及油液粘度變化時造成的速度不穩(wěn)定，但其結(jié)構(gòu)簡單，制造和維護(hù)方便。所以在載荷變化不大或?qū)λ俣确€(wěn)定性要求不高的一般液壓系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。2．調(diào)速閥1）普通調(diào)速閥調(diào)速閥在特定的工作條件下，其調(diào)定的速度（流量）可以不受負(fù)載變化的影響。圖3.29a為調(diào)速閥結(jié)構(gòu)原理。圖3.29b為其圖形符號，圖3.29c為簡化的圖形符號。2）溫度補(bǔ)償調(diào)速閥節(jié)流閥部分在結(jié)構(gòu)上采取了溫度補(bǔ)償措施，如圖3.30所示，其特點(diǎn)是節(jié)流閥的芯桿(即溫度補(bǔ)償桿)2由熱膨脹系數(shù)較大的材料(如聚氯乙烯塑料)制成，當(dāng)油溫升高時，芯桿熱膨脹使節(jié)流閥口關(guān)小，正好能抵消由于粘性降低使流量增加的影響。3．分流閥（同步閥）分流閥又稱為同步閥，它是分流閥、集流閥和分流集流閥的總稱。它們的圖形符號如圖3.31所示。1）分流閥圖3.32a所示為等量分流閥的結(jié)構(gòu)原理圖，它可以看作是由兩個串聯(lián)減壓式流量控制閥結(jié)合為一體構(gòu)成的。根據(jù)節(jié)流邊及反饋測壓面的不同布置，分流閥有圖3.32b、3.32c所示兩種不同的結(jié)構(gòu)。2）集流閥圖3.33所示為等量集流閥的原理圖。3）分流集流閥分流集流閥又稱同步閥，它同時具有分流閥和集流閥兩者的功能，能保證執(zhí)行元件進(jìn)油、回油時均能同步。圖3.34為掛鉤式分流集流閥的結(jié)構(gòu)原理圖。4）分流閥精度及影響分流閥精度的因素分流閥的分流精度高低可用分流誤差ξ的大小來表示：

一般分流閥的分流精度為2％～5％，其值的大小與進(jìn)口流量的大小和兩出口油液壓差的大小有關(guān)。分流閥的分流精度還與使用情況有關(guān)，如果使用方法適當(dāng)，可以提高其分流精度，使用方法不適當(dāng)，會降低分流精度。3.1.5邏輯插裝閥邏輯閥又稱插裝閥，插裝閥的主流產(chǎn)品是二通插裝閥，它是在20世紀(jì)70年代初，根據(jù)各類控制閥閥口在功能上都可視作固定的、或可調(diào)的、或可控液阻的原理，發(fā)展起來的一類覆蓋壓力、流量、方向以及比例控制等的新型控制閥類。1．插裝閥組成及工作原理圖如3.35a為插裝閥的結(jié)構(gòu)原理。它由控制蓋板5、插裝閥單元（由閥套2、閥芯3、彈簧4及密封件組成）、插裝塊體1和先導(dǎo)控制閥6（如先導(dǎo)閥為二位三通電磁換向閥，見圖）組成，圖3.35b為插裝閥的基本圖形符號。2．插裝閥單元如圖3.36為插裝閥基本單元。圖3.36a常用做方向閥插裝單元；圖3.36b采用錐閥芯，并在錐閥芯上開阻尼孔，常用做溢流、順序閥插裝單元；圖3.36c采用滑閥結(jié)構(gòu)，在滑閥芯上開阻尼孔，常用做減壓閥插裝用單元。3．插裝方向控制閥插裝閥可以組合成各式方向控制閥。1）作單向閥

如圖3.37a和3.37b，將x腔和A或B腔連通，即成為單向閥。連接方法不同，其導(dǎo)通方式也不同。若在控制蓋板上如圖3.37c連接一個二位三通液動換向閥，即可組成液控單向閥。本書為方便看圖，畫出了對應(yīng)普通液壓元件的圖形符號（以下同）。2）作二位二通閥如圖3.38a和3.38c連接二位三通閥，即可組成二位二通電液換向閥。3）作二位三通閥

如圖3.39連接二位四通閥，即可組成二位三通電液換向閥。4）作二位四通閥

如圖3.40連接二位四通閥，即可組成二位四通電液換向閥。5）作三位四通閥O型換向閥

如圖3.41連接三位四通閥換向閥和單向閥，即可組成三位四通閥中位為O型電液換向閥。6）作多機(jī)能四通閥如圖3.42連接換向閥，利用對電磁換向閥的控制實(shí)現(xiàn)多機(jī)能功能。先導(dǎo)閥控制狀態(tài)下的機(jī)能如表3-4。電磁鐵的帶電狀態(tài)用符號“+”表示；斷電狀態(tài)用“-”表示。4.插裝壓力控制閥對插裝閥的x腔進(jìn)行壓力控制，便可構(gòu)成壓力控制閥。1）作溢流閥或順序閥

如圖3.43a，在壓力型插裝閥芯的控制蓋板上連接先導(dǎo)調(diào)壓閥（溢流閥），當(dāng)出油口接油箱，此閥起溢流閥作用；當(dāng)出油口接另一工作油路，則為順序閥。2）作卸荷閥如圖3.43b連接二位二通換向閥，當(dāng)電磁鐵通電時，出口接油箱，則構(gòu)成卸荷閥。3）作減壓閥采用插裝閥芯和溢流閥如圖3.43c連接，則構(gòu)成減壓閥。液壓油從P1流入P2流出，出口油液通過閥芯上的中心阻尼孔、蓋板和先導(dǎo)閥接通。5．插裝流量控制閥插裝流量閥同樣有節(jié)流閥和調(diào)速閥等型式。1）作節(jié)流閥在方向控制插裝閥的蓋板上安裝閥芯行程調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)閥芯和閥體間節(jié)流口的開度便可控制閥口的通流面積，起節(jié)流閥的作用，如圖3.44a。實(shí)際應(yīng)用時，起節(jié)流閥作用的插裝閥芯一般采用滑閥結(jié)構(gòu)，并在閥芯上開節(jié)流溝槽。2）作調(diào)速閥插裝式節(jié)流閥同樣具有隨負(fù)載變化流量不穩(wěn)定的問題。如果采取措施保證節(jié)流閥的進(jìn)、出口壓力差恒定，則可實(shí)現(xiàn)調(diào)速閥功能。如圖3.44b連接的減壓閥和節(jié)流閥就起到這樣的作用。5．邏輯閥的應(yīng)用特點(diǎn)1）能實(shí)現(xiàn)一閥多能的控制一個邏輯閥配上相應(yīng)的先導(dǎo)控制機(jī)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)換向、調(diào)速或調(diào)壓等多種功能，使一閥多用。尤其在復(fù)雜的液壓系統(tǒng)中，完成同樣的功能比用普通閥所用的閥數(shù)量要少。2）液體流動阻力小、通流能力大3）結(jié)構(gòu)簡單、便于制造和集成化邏輯閥的結(jié)構(gòu)要素相同或近似，加工工藝簡單，非常便于集成化，可使多個插裝閥共處于一個邏輯閥塊體中。4）動態(tài)性能好、換向速度快 由于邏輯閥從其結(jié)構(gòu)上不存在一般滑閥結(jié)構(gòu)那樣閥芯運(yùn)動一段行程后閥口才能打開的搭合密封段，因此，錐閥的響應(yīng)動作迅速且靈敏?！?）密封性能好、內(nèi)泄漏很小邏輯閥采用錐面線接觸密封，密封性好，因此，新的錐閥內(nèi)泄漏為零。其泄漏一般發(fā)生在先導(dǎo)控制閥上，而先導(dǎo)閥是小通徑的，故泄漏較小。6）工作可靠、對工作介質(zhì)適應(yīng)性強(qiáng)先導(dǎo)閥可使主邏輯閥實(shí)現(xiàn)柔性切換，減小了沖擊。邏輯閥抗污染能力強(qiáng)，閥芯不易堵塞，對高水基液工作介質(zhì)有良好的適應(yīng)性。3.1.6電液比例閥1．概述電液比例控制閥實(shí)質(zhì)上是一種廉價、抗污染性能較好的電液控制閥。電液比例閥的發(fā)展歷史經(jīng)歷了兩條途徑，一是采用比例電磁鐵取代了傳統(tǒng)液壓控制閥的手調(diào)機(jī)構(gòu)而發(fā)展起來；二是在電液伺服閥的基礎(chǔ)上降低設(shè)計(jì)制造精度后發(fā)展起來的。前者為目前電液比例閥的主流。常用的比例轉(zhuǎn)換裝置是比例電磁鐵，它能夠?qū)㈦娦盘柊幢壤剞D(zhuǎn)換為力或位移，對液壓閥進(jìn)行控制。在使用時，電液比例閥可以遠(yuǎn)距離地根據(jù)輸入的電氣信號連續(xù)、按比例地控制液壓閥的壓力、流量和方向。其控制精度不如伺服閥，但結(jié)構(gòu)相對簡單，抗污染能力強(qiáng)，被廣泛地應(yīng)用在對控制精度要求不太高，要求實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、連續(xù)控制或程序控制的液壓系統(tǒng)中。根據(jù)用途和工作特點(diǎn)可以將比例閥分為比例方向閥、壓力閥和流量閥。2．電液比例方向閥電液比例方向閥在控制液流方向的同時，還兼有控制流量的作用，所以又稱為電液比例方向流量閥。電液比例方向控制閥的結(jié)構(gòu)有多種形式。如圖3.45為壓力控制型先導(dǎo)閥和彈簧定位的主閥組合而成的電液比例方向流量閥的結(jié)構(gòu)原理。3．電液比例壓力閥用比例電磁鐵取代壓力閥的手調(diào)彈簧力控制機(jī)構(gòu)便可得到比例壓力閥。圖3.46a為某直動式電磁比例壓力閥的結(jié)構(gòu)原理。圖3.46b為某先導(dǎo)式電磁比例壓力控制閥結(jié)構(gòu)原理。4．電液比例流量閥普通電磁比例流量閥就是將流量閥的調(diào)節(jié)手輪改換成比例電磁鐵。圖3.47為一種電磁比例調(diào)速閥的結(jié)構(gòu)原理。通過控制比例電磁鐵的輸入電信號，控制調(diào)速閥節(jié)流口的開度，進(jìn)而控制調(diào)速閥的控制流量。3.1.7電液伺服閥1．概述在液壓系統(tǒng)中，伺服控制閥有機(jī)液伺服閥和電液伺服閥等。機(jī)液伺服閥如液壓泵一章中介紹的柱塞泵變量機(jī)構(gòu)所采用的伺服變量閥。本節(jié)主要介紹電液伺服閥。電液伺服控制閥是一種將小功率電信號轉(zhuǎn)換為大功率液壓能輸出，實(shí)現(xiàn)對流量和壓力控制的轉(zhuǎn)換裝置。它集中了電信號具有傳遞快，線路連接方便，便于遙控，容易檢測、反饋、比較、校正和液壓動力具有輸出力大、慣性小、反應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)，而成為一種控制靈活、精度高、快速性好、輸出功率大的控制元件。2．電液伺服閥的分類及組成1）電液伺服閥的分類(1)按電—機(jī)械轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)，可分為動圈式（動圈式力馬達(dá)常與作為前置級要求行程較長的小型滑閥式液壓伺服閥配合使用）和動鐵式（動鐵式力矩馬達(dá)常與作為前置級的工作行程較小的噴嘴擋板式及射流管式液壓伺服閥配合使用）伺服閥兩種。(2)按液壓前置放大器的結(jié)構(gòu)形式，可分為滑閥式、噴嘴擋板式（雙噴嘴或單噴嘴）和射流管式伺服閥三種。(3)按液壓放大器的串聯(lián)級數(shù)，可分為單級、二級和三級伺服閥。(4)按伺服閥的功用，可分為流量（用于控制輸出的流量）和壓力（用于力或壓力控制系統(tǒng)）伺服閥兩種。(5)按反饋方式，可分為沒有反饋、機(jī)械反饋、電氣反饋、力反饋、負(fù)載壓力反饋、負(fù)載流量反饋伺服閥等數(shù)種。(6)按液壓能源，可分為恒壓源式（即進(jìn)入液壓放大器的液壓源的壓力為恒值，而流量是可變的）和恒流源式（即進(jìn)入液壓放大器的能源流量是恒值，而壓力是可變的）伺服閥兩種。2）電液伺服閥的組成電液伺服閥由電----機(jī)械轉(zhuǎn)換器（力矩馬達(dá)或力馬達(dá)）和液壓放大器組成。3．電液伺服閥放大器的結(jié)構(gòu)形式電液伺服閥中常用的液壓放大器有滑閥式、噴嘴擋板式和射流管式三種。1）滑閥式液壓放大器（簡稱滑閥）

根據(jù)滑閥的控制邊數(shù)（起控制作用的閥口數(shù)）的不同，可分為單邊、雙邊和四邊滑閥控制式三種類型，如圖3.48。圖3.48a為單邊滑閥，它只有一個控制邊（可變節(jié)流口），有負(fù)載口和回油口共二個通道，故又稱為二通伺服閥。圖3.48b為雙邊滑閥，有兩個控制邊（可變節(jié)流口），它有供油口、回油口和負(fù)載口共三個通道，故又稱為三通伺服閥。圖3.48c為四個控制邊的四邊滑閥，它有供油口、回油口和兩個負(fù)載口，共四個通道，故又稱為四通伺服閥。根據(jù)滑閥在零位（中間位置）時的開口形式，可分為負(fù)開口（正遮蓋）、零開口（零遮蓋）和正開口（負(fù)遮蓋）三種類型，如圖3.49所示。2）射流管式放大器射流管的工作原理如圖3.50，它主要由射流管和接收器組成。3）噴嘴擋板式放大器如圖3.51為單噴嘴擋板式液壓放大器的工作原理。4．電液伺服閥的典型結(jié)構(gòu)電液伺服閥是一種比電液比例閥的精度更高、響應(yīng)更快的液壓控制閥。電液伺服閥多為兩級閥，有壓力型伺服閥和流量型伺服閥之分，絕大部分伺服閥為流量型伺服閥。在流量型伺服閥中，要求主閥芯的位移XP與的輸入電流信號I成比例，為了保證主閥芯的定位控制，主閥和先導(dǎo)閥之間設(shè)有位置負(fù)反饋，位置反饋的形式主要有直接位置反饋和位置-力反饋兩種。5.電液伺服閥的應(yīng)用電液伺服閥目前廣泛應(yīng)用于要求高精度控制的自動控制設(shè)備中，用以實(shí)現(xiàn)位置控制、速度控制和力的控制等。3.1.8電液數(shù)字控制閥1．概述用數(shù)字信息直接控制的液壓閥稱為電液數(shù)字控制閥。數(shù)字閥不需要D/A轉(zhuǎn)換器，可以與計(jì)算機(jī)直接相連。與伺服閥、比例閥相比，結(jié)構(gòu)簡單，抗污染能力強(qiáng)，重復(fù)性好，工作穩(wěn)定可靠，功耗小。在微機(jī)實(shí)時控制的電液系統(tǒng)中，已經(jīng)部分取代了電液伺服閥和電液比例閥，開辟了一個液壓系統(tǒng)控制的新領(lǐng)域。用數(shù)字量控制的方法很多，目前用得最多的是脈寬調(diào)制法和由脈寬調(diào)制演變而來的增量控制法。2．脈寬調(diào)制式數(shù)字閥脈寬調(diào)制型數(shù)字閥可以直接用計(jì)算機(jī)控制。計(jì)算機(jī)的二進(jìn)制工作信號可以量化為“開”和“關(guān)”?？刂七@種閥的開和關(guān)及開和關(guān)的時間長度（稱為脈寬），即可以達(dá)到控制液流的方向、流量或壓力的目的。脈寬調(diào)制式數(shù)字閥的結(jié)構(gòu)型式多種多樣，其主要是高速開關(guān)電磁閥，也稱之為高速開關(guān)閥，從工作原理而言，與普通的電磁閥并無本質(zhì)區(qū)別，也是利用電磁力和彈簧力驅(qū)動閥芯以改變油液流向，或接通/關(guān)閉油路來進(jìn)行控制。1）用力矩馬達(dá)和球閥組成的高速開關(guān)型數(shù)字閥。如圖3.52為利用力矩馬達(dá)和球閥組成的高速開關(guān)型數(shù)字閥的工作原理。2）螺紋插裝式二位三通高速開關(guān)閥其工作原理如圖3.53所示。3）應(yīng)用近年來，由高速開關(guān)閥構(gòu)成的各種電液PWM數(shù)字壓力、流量、位置及速度控制系統(tǒng)有了較大的發(fā)展。如液壓泵排量的PWM控制、汽車主動懸架的PWM控制、汽車液壓ABS防抱死系統(tǒng)控制、液壓缸位置的PWM最優(yōu)控制、開關(guān)定壓網(wǎng)絡(luò)油馬達(dá)的PWM控制以及內(nèi)燃機(jī)全電子燃油噴射系統(tǒng)的PWM控制等。3．增量式數(shù)字閥在原理上，將普通液壓閥的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)改用計(jì)算機(jī)發(fā)出的脈沖序列經(jīng)驅(qū)動電源放大后驅(qū)動的步進(jìn)電機(jī)直接驅(qū)動，即可構(gòu)成增量式數(shù)字閥。圖3.54為采用步進(jìn)電機(jī)直接驅(qū)動的數(shù)字流量閥。3.2液壓輔助元件3.2.1油箱及其附件油箱的主要功能是：儲油、散熱、分離油液中的氣體及沉淀污物。油箱分為開式與閉式油箱。開式油箱與大氣相逼，后者則不然。油箱的典型結(jié)構(gòu)如圖3.55所示。由圖可見，油箱內(nèi)部用隔板7、9將吸油管1與回油管4隔開。頂部、側(cè)部和底部分別裝有濾油網(wǎng)2、液位計(jì)6和排放污油的放油閥8。安裝液壓泵及其驅(qū)動電機(jī)的安裝板5則固定在油箱頂面上。1．油箱容量的計(jì)算1）根據(jù)用途確定油箱的容量2）根據(jù)系統(tǒng)發(fā)熱與散熱確定油箱的容量2.油箱的設(shè)計(jì)布置較好的油箱一般應(yīng)有如下特點(diǎn)：1）上吸油管與回油管之間盡量遠(yuǎn)，并設(shè)置隔板。隔板高度一般為油面高度的3／4。以減少油液流速，防止同一油連續(xù)循環(huán)。及延長油液循環(huán)距離，有更多時間使氣泡逸出、污物沉淀和冷卻，并使雜質(zhì)沉淀在回油管側(cè)。2）吸油管離油箱底部的距離大于管徑的二倍；距箱邊距離大于管徑的三倍；吸油口處應(yīng)裝有精度0.08～0.1mm，過濾能力為泵流量二倍的粗濾器；回油管口切成45°角，斜切面面向箱壁浸入油面以下，距箱底的距離應(yīng)大于管徑的二倍。3）油箱應(yīng)有密封的頂蓋，蓋上設(shè)有帶濾網(wǎng)的注油器和帶空氣濾清器的通氣口，保證油箱中的壓力始終為1個大氣壓，以兔油泵出現(xiàn)空穴現(xiàn)象。4）油箱底部應(yīng)做成傾斜的，最低處裝有放油塞，油箱側(cè)壁裝有油位指示器。此外，油箱內(nèi)還應(yīng)裝有測溫計(jì)。根據(jù)需要，還應(yīng)考慮加熱與冷卻的安裝位置。5）氖為了防誘，油箱的內(nèi)、外壁應(yīng)用好的耐油涂料。3．油箱的冷卻與加熱1）油箱的冷卻對冷卻器的基本要求是：在保證散熱面積足夠大、散熱效率高和壓力損失小等前提下，要求結(jié)構(gòu)緊湊堅(jiān)固體積小、質(zhì)量輕。最好有自動控溫裝置，以保證油溫控制的正確性。冷卻器按冷卻介質(zhì)的不同，可分為風(fēng)冷和水冷兩種。2）油的加熱油的加熱有電加熱、蒸氣加熱、熱水加熱等。最常見的是電加熱；因?yàn)殡娂訜峤Y(jié)構(gòu)簡單，可根據(jù)容許最低溫度自動調(diào)節(jié)。3.2.2蓄能器蓄能器是一種能把液壓儲存在耐壓容器里,待需要時又將其釋放出來的能量存儲裝置。1.蓄能器的類型與工作原理蓄能器按結(jié)構(gòu)分為彈簧加載式、重力加載式和氣體加載式等三類。重力加載式蓄能器利用重物的位能來儲存能量,是最古老的一種蓄能器。它能提供大容量、壓力恒定的液體,但尺寸龐大,反應(yīng)遲鈍,這種蓄能器只用于固定的重型液壓設(shè)備。彈簧加載式蓄能器利用彈簧的壓縮能來儲存能量,其結(jié)構(gòu)簡單,反應(yīng)較重力式靈敏,但其容積較小,一般用于小容量、低壓系統(tǒng)。重力及彈簧式蓄能器在工程應(yīng)用上都有局限性,現(xiàn)在這兩種蓄能器已很少使用,目前大量使用的是氣體加載式蓄能器。2．蓄能器的功能及應(yīng)用1）用作輔助動力源，減小裝機(jī)功率周期循環(huán)動作的液壓系統(tǒng)，只在短時需要大流量。用蓄能器作輸助動力源，可減小泵的規(guī)格和選用較小功率的原動機(jī)，減少系統(tǒng)發(fā)熱，提高效率。如圖3.56a所示，液壓缸6停止運(yùn)動時，泵1向蓄能器4充液；液壓缸運(yùn)動時，泵和蓄能器就會聯(lián)合向液壓缸供油。壓力繼電器3的作用是控制蓄能器的充液壓力，當(dāng)達(dá)到其調(diào)定壓力時，壓力繼電器發(fā)出信號，使泵停止供油。2）系統(tǒng)保壓如圖3.56b所示。執(zhí)行機(jī)構(gòu)停止后，卸荷閥被打開使泵卸荷，蓄能器補(bǔ)償系統(tǒng)泄漏使系統(tǒng)保壓。此外，蓄能器在泵發(fā)生故障時，作應(yīng)急能源在一定時間內(nèi)可保持系統(tǒng)壓力，防止系統(tǒng)發(fā)生故障。3）吸收壓力沖擊在液壓缸開停、換向閥換向、液壓泵停車等液流發(fā)生激烈變化時會產(chǎn)生液壓沖擊而引起執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動不均勻，嚴(yán)重時還會引起故障。蓄能器能吸收回路的沖擊壓力，起安全保護(hù)作用。如圖3.56c所示。4）吸收壓力脈動如圖3.56d所示，蓄能器能吸收或減少液壓泵的流量脈動和其它原因造成的壓力脈動；降低系統(tǒng)的噪聲的振動。3．蓄能器的選擇計(jì)算1）作為輔助液壓源的容量計(jì)算

(1)確定液壓泵的總流量∑Q

根據(jù)執(zhí)行元件的工況負(fù)載變化情況，制定耗油量與時間關(guān)系的循環(huán)圖后，求出一個工作循環(huán)內(nèi)系統(tǒng)所需的平均流量Qm。(2)計(jì)算有效工作容積（有效排油量ΔV）(3)計(jì)算總?cè)莘e2）作吸收壓力沖擊用容量V的計(jì)算一般按下列經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：4．蓄能器的使用安裝蓄能器應(yīng)根據(jù)給定的工況—包括壓力條件、動作頻率、脈動頻率、最高工作壓力和最低工作壓力、系統(tǒng)一個工作循環(huán)內(nèi)的供油量情況等進(jìn)行計(jì)算選用，所選公稱容積應(yīng)大于計(jì)算容積，使用壓力應(yīng)小于額定壓力。5．液壓蓄能器的維護(hù)對于皮囊式蓄能器而言，在充氣之前，應(yīng)從油口灌注少許液壓油，以實(shí)現(xiàn)皮囊的自潤滑。在使用過程中，必須定期對皮囊進(jìn)行氣密性檢查，定期更換皮囊及密封件。一旦發(fā)現(xiàn)皮囊中充氣壓力低于規(guī)定的充氣壓力時，要及時充(補(bǔ))氣，以使蓄能器經(jīng)常處于最佳使用狀態(tài)。3.2.3過濾器污染是指油中存在一定數(shù)量的雜質(zhì)。這些雜質(zhì)有化學(xué)反應(yīng)生成物，有外界進(jìn)入灰塵，有系統(tǒng)運(yùn)動造成的機(jī)械磨損物及系統(tǒng)使用前殘留的切屑、焊渣、型沙等。據(jù)統(tǒng)計(jì)，機(jī)械設(shè)備液壓系統(tǒng)的故障75％以上是由于油的污染所造成的。因此控制油的污染極為重要，而油液凈化的任務(wù)就為過濾器所承但。1．過濾器的作用與要求 1）過濾器的作用2）過濾器的要求2．過濾器的類型和結(jié)構(gòu)濾油器按濾芯材質(zhì)和過濾方式分為：網(wǎng)式、線隙式、紙芯式、燒結(jié)式和磁性式等。3．過濾器選用和安裝1）選用濾油器按其過濾精度(濾去雜質(zhì)的顆粒大小)的不同，有粗過濾器、普通過濾器、精密過濾器和特精過濾器四種，它們分別能濾去大于100μm、10～100μm、5～10μm和1～5μm大小的雜質(zhì)。2）過濾器的安裝如圖3.65所示，安裝濾油器在液壓系統(tǒng)中的安裝位置通常有以下幾種：(1)要裝在泵的吸油口處（如圖3.57a）(2)安裝在泵的出口油路上（如圖3.57b）(3)安裝在系統(tǒng)的回油路上（如圖3.57d）這種安裝起間接過濾作用。一般與過濾器并連安裝一背壓閥，當(dāng)過濾器堵塞達(dá)到一定壓力值時，背壓閥打開。(4)安裝在系統(tǒng)分支油路上（如圖3.57c）(5)單獨(dú)過濾系統(tǒng)大型液壓系統(tǒng)可專設(shè)一液壓泵和濾油器組成獨(dú)立過濾回路。3.2.5油管及管接頭1.油管1）種類液壓系統(tǒng)中使用的油管種類很多，有鋼管、銅管、尼龍管、塑料管、橡膠管等，須按照安裝位置、工作環(huán)境和工作壓力來正確選用。油管的特點(diǎn)及其適用范圍如表3-5所示。2）油管的選用油管的規(guī)格尺寸(管道內(nèi)徑和壁厚)可查閱有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)選定。2．管接頭1）卡套式管接頭卡套式管接頭如圖3.58所示。2）焊接式管接頭焊接式管接頭如圖3.59所示，由接頭體，螺母和連接管組成。3）擴(kuò)口式管接頭