機械基礎(chǔ)課件：液壓元件

14.1液壓泵14.2液壓缸14.3液壓控制閥14.4輔助裝置思考題

14.1.1液壓泵的工作原理及其特點

1.液壓泵的工作原理

液壓泵都是依靠密封容積變化的原理來進行工作的，故一般稱為容積式液壓泵。圖14-1所示的是一單柱塞液壓泵的工作原理圖，圖中柱塞2裝在缸體3中形成一個密封容積a，柱塞在彈簧4的作用下始終壓緊在偏心輪1上。原動機驅(qū)動偏心輪1旋轉(zhuǎn)使柱塞2作往復(fù)運動，使密封容積a的大小發(fā)生周期性的交替變化。14.1液壓泵當(dāng)a由小變大時就形成部分真空，使油箱中的油液在大氣壓作用下，經(jīng)吸油管頂開單向閥6進入油箱a而實現(xiàn)吸油；反之，當(dāng)a由大變小時，a腔中吸滿的油液將頂開單向閥5流入系統(tǒng)而實現(xiàn)壓油。這樣液壓泵就將原動機輸入的機械能轉(zhuǎn)換成液體的壓力能，原動機驅(qū)動偏心輪不斷旋轉(zhuǎn)，液壓泵就能不斷地吸油和壓油。1—偏心輪；2—柱塞；3—缸體；4—彈簧；5、6—單向閥圖14-1液壓泵工作原理圖

說一說：對照圖14-1，描述一下液壓泵的工作原理。2.液壓泵的特點

單柱塞液壓泵具有一切容積式液壓泵的基本特點：

(1)具有若干個密封且又可以周期性變化的空間。

液壓泵輸出流量與此空間的容積變化量和單位時間內(nèi)的變化次數(shù)成正比，與其他因素?zé)o關(guān)。這是容積式液壓泵的一個重要特性。

(2)油箱內(nèi)液體的絕對壓力必須恒等于或大于大氣壓力。

這是容積式液壓泵能夠吸入油液的外部條件。因此，為保證液壓泵正常吸油，油箱必須與大氣相通，或采用密閉的充壓油箱。

(3)具有相應(yīng)的配流機構(gòu)。

配流機構(gòu)將吸油腔和排液腔隔開，保證液壓泵有規(guī)律地、連續(xù)地吸、排液體。液壓泵的結(jié)構(gòu)原理不同，其配流機構(gòu)也不相同。如圖14-1中的單向閥5、6就是配油機構(gòu)。14.1.2液壓泵的分類

液壓泵按其在單位時間內(nèi)所能輸出的油液體積是否可調(diào)節(jié)而分為定量泵和變量泵兩類；按結(jié)構(gòu)形式可分為齒輪式、葉片式和柱塞式三大類。1—軸承外環(huán)；2—堵頭；3—滾子；4—后泵蓋；5—鍵；6—齒輪；7—泵體；8—前泵蓋；9—螺釘；10—壓環(huán)；11—密封環(huán)；12—主動軸；13—鍵；14—卸荷孔；15—從動軸；16—卸荷槽；17—定位銷圖14-2CB-B齒輪泵的結(jié)構(gòu)

1.齒輪泵

齒輪泵是液壓系統(tǒng)中廣泛采用的一種液壓泵,它一般做成定量泵,按結(jié)構(gòu)不同,齒輪泵分為外嚙合齒輪泵和內(nèi)嚙合齒輪泵,而以外嚙合齒輪泵應(yīng)用最廣。下面以外嚙合齒輪泵為例來剖析齒輪泵。

1)外嚙合齒輪泵的工作原理

CB-B齒輪泵的結(jié)構(gòu)如圖14-2所示，它是分離三片式結(jié)構(gòu)，三片是指泵蓋4、8和泵體7，泵體7內(nèi)裝有一對齒數(shù)相同、寬度和泵體接近而又互相嚙合的齒輪6，這對齒輪與兩端蓋和泵體形成一密封腔，并由齒輪的齒頂和嚙合線把密封腔劃分為兩部分，即吸油腔和壓油腔。兩齒輪分別用鍵固定在由滾針軸承支承的主動軸12和從動軸15上，主動軸由電動機帶動旋轉(zhuǎn)。

對照圖14-3所示的外嚙合型齒輪泵工作原理圖，當(dāng)泵的主動齒輪按圖示箭頭方向旋轉(zhuǎn)時，齒輪泵右側(cè)(吸油腔)齒輪脫開嚙合，齒輪的輪齒退出齒間，使密封容積增大，形成局部真空，油箱中的油液在外界大氣壓的作用下，經(jīng)吸油管路、吸油腔進入齒間。隨著齒輪的旋轉(zhuǎn)，吸入齒間的油液被帶到另一側(cè)，進入壓油腔。這時輪齒進入嚙合，使密封容積逐漸減小，齒輪間隙部分的油液被擠出，形成了齒輪泵的壓油過程。齒輪嚙合時齒向接觸線把吸油腔和壓油腔分開，起配油作用。當(dāng)齒輪泵的主動齒輪由電動機帶動不斷旋轉(zhuǎn)時，輪齒脫開嚙合的一側(cè)，由于密封容積變大則不斷從油箱中吸油，輪齒進入嚙合的一側(cè)，由于密封容積減小則不斷地排油，這就是齒輪泵的工作原理。圖14-3外嚙合型齒輪泵工作原理

2)齒輪泵的優(yōu)缺點及其應(yīng)用

(1)主要優(yōu)點：

①結(jié)構(gòu)簡單緊湊，體積較??；制造方便，工藝性好；價格低廉。

②工作可靠，自吸性能好；對油液污染不敏感，可用以輸送黏度大的油液。

③轉(zhuǎn)速范圍大，由于齒輪泵的回轉(zhuǎn)部分——齒輪基本上是平衡的，因而轉(zhuǎn)速可以很高。

一般情況轉(zhuǎn)速為1500r/min，高速時可達5000r/min。

(2)主要缺點：

①輸油量不均，流量脈動較大，噪聲較大。

②由于吸、壓油腔壓力不等，使齒輪和軸承受到不平衡的徑向力作用，導(dǎo)致磨損嚴重、泄漏增大，因此限制了工作壓力的提高。

③流量不能調(diào)節(jié)，只能用作定量泵。

(3)應(yīng)用：齒輪泵主要用于小于2.5MPa的低壓液壓傳動系統(tǒng)中。

2.葉片泵

根據(jù)葉片泵的輸出流量能否調(diào)節(jié)，葉片泵有單作用葉片泵和雙作用葉片泵兩種結(jié)構(gòu)形式。

1)單作用葉片泵

單作用葉片泵的工作原理如圖14-4所示，單作用葉片泵由轉(zhuǎn)子2、定子3、葉片4和端蓋等組成。

定子具有圓柱形內(nèi)表面，定子和轉(zhuǎn)子間有偏心距e，葉片裝在轉(zhuǎn)子槽中，并可在槽內(nèi)滑動，當(dāng)轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)時，由于離心力的作用，使葉片緊靠在定子內(nèi)壁，這樣，在定子、轉(zhuǎn)子、葉片和兩側(cè)配油盤間就形成了若干個密封的工作空間，當(dāng)轉(zhuǎn)子按逆時針方向回轉(zhuǎn)時，在圖14-4的右部，葉片逐漸伸出，葉片間的空間逐漸增大，從吸油口吸油，這是吸油腔。在圖14-4的左部，葉片被定子內(nèi)壁逐漸壓進槽內(nèi)，工作空間逐漸縮小，將油液從壓油口壓出，這就是壓油腔。1—配油盤壓油窗；2—轉(zhuǎn)子；3—定子；4—葉片；5—泵體；6—配油盤吸油窗圖14-4單作用葉片泵工作原理在吸油腔和壓油腔之間有一段封油區(qū)，把吸油腔和壓油腔隔開，這種葉片泵每轉(zhuǎn)一周，每個工作腔就完成一次吸油和壓油，因此稱之為單作用葉片泵。轉(zhuǎn)子不停地旋轉(zhuǎn)，泵就不斷地吸油和排油。改變轉(zhuǎn)子與定子的偏心量，即可改變泵的流量，偏心量越大，流量越大，若調(diào)成幾乎是同心的，則流量接近于零。因此單作用葉片泵大多為變量泵。

2)雙作用葉片泵

雙作用葉片泵的工作原理如圖14-5所示，也是由泵體、轉(zhuǎn)子、定子、葉片、配油盤等組成。它同單作用式葉片泵的主要區(qū)別是雙作用葉片泵的轉(zhuǎn)子與定子中心重合，且定子

內(nèi)表面近似橢圓，有兩個吸油區(qū)和兩個壓油區(qū)且吸油區(qū)和壓油區(qū)對稱布置。轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一周，完成兩次吸油和壓油。雙作用葉片泵大多是定量泵。1—定子；2—轉(zhuǎn)子；3—葉片圖14-5雙作用葉片泵工作原理

3)葉片泵的優(yōu)缺點及其應(yīng)用

(1)主要優(yōu)點：

①工作壓力較高，壓力脈動小。

②輸出流量比齒輪泵均勻，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪聲小。

③結(jié)構(gòu)緊湊，輪廓尺寸小而流量大。

(2)主要缺點：

①自吸性能較齒輪泵差，對吸油條件要求較嚴，其轉(zhuǎn)速范圍必須在500~1500r/min范圍內(nèi)。

②對油液污染較敏感，葉片容易被油液中的雜質(zhì)咬死，工作可靠性較差。

③結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，零件制造精度要求較高，價格較高。

(3)應(yīng)用：葉片泵一般用在中壓(6.3MPa)液壓系統(tǒng)中，主要用于機床控制，它廣泛應(yīng)用于機械制造中的專用機床及自動線等中、低壓液壓系統(tǒng)中。

3.柱塞泵

柱塞泵是靠柱塞在缸體中作往復(fù)運動造成密封容積的變化來實現(xiàn)吸油與壓油的液壓泵。柱塞泵按柱塞的排列和運動方向不同，可分為徑向柱塞泵和軸向柱塞泵兩大類。

1)徑向柱塞泵

徑向柱塞泵的工作原理如圖14-6所示，柱塞1徑向排列裝在缸體2中，缸體由原動機帶動連同柱塞1一起旋轉(zhuǎn)，所以缸體2一般稱為轉(zhuǎn)子，柱塞1在離心力的(或在低壓油)作用下抵緊定子4的內(nèi)壁，當(dāng)轉(zhuǎn)子按圖示方向回轉(zhuǎn)時，由于定子和轉(zhuǎn)子之間有偏心距e，柱塞繞經(jīng)上半周時向外伸出，柱塞底部的容積逐漸增大，形成部分真空，因此便經(jīng)過襯套3(襯套3是壓緊在轉(zhuǎn)子內(nèi)，并和轉(zhuǎn)子一起回轉(zhuǎn))上的油孔從配油軸5上半部的兩個孔a流入吸油口b吸油；當(dāng)柱塞轉(zhuǎn)到下半周時，定子內(nèi)壁將柱塞向里推，柱塞底部的容積逐漸減小，經(jīng)壓油口c從配油軸5下半部兩個油孔d壓油，當(dāng)轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)一周時，每個柱塞底部的密封容積完成一次吸壓油，轉(zhuǎn)子連續(xù)運轉(zhuǎn)，即完成壓吸油工作。1—柱塞；2—缸體；3—襯套；4—定子；5—配油軸圖14-6徑向柱塞泵的工作原理

2)軸向柱塞泵

軸向柱塞泵是將多個柱塞配置在一個共同缸體的圓周上,并使柱塞中心線和缸體中心線平行的一種泵。軸向柱塞泵有兩種形式,直軸式(斜盤式)和斜軸式(擺缸式),圖14-7所示為直軸式軸向柱塞泵的工作原理,這種泵主體由缸體1、配油盤2、

柱塞3和斜盤4組成。柱塞沿圓周均勻分布在缸體內(nèi)。

斜盤軸線與缸體軸線傾斜一角度,柱塞靠機械裝置或在低壓油作用下壓緊在斜盤上(圖中為彈簧),配油盤2和斜盤4固定不轉(zhuǎn),當(dāng)原動機通過傳動軸使缸體轉(zhuǎn)動時,由于斜盤的作用,迫使柱塞在缸體內(nèi)作往復(fù)運動,并通過配油盤的配油窗口進行吸油和壓油。圖14-7中所示的回轉(zhuǎn)方向,當(dāng)缸體轉(zhuǎn)角在π～2π范圍內(nèi)時,柱塞向外伸出,柱塞底部缸孔的密封工作容積增大,通過配油盤的吸油窗口吸油;在0～π范圍內(nèi),柱塞被斜盤推入缸體,使缸孔容積減小,通過配油盤的壓油窗口壓油。缸體每轉(zhuǎn)一周,每個柱塞各完成吸、壓油一次,如改變斜盤傾角,就能改變柱塞行程的長度,即改變液壓泵的排量,改變斜盤傾角方向,就能改變吸油和壓油的方向,即成為雙向變量泵。1—缸體；2—配油盤；3—柱塞；4—斜盤；5—傳動軸；6—彈簧圖14-7直軸式軸向柱塞泵的工作原理軸向柱塞泵的優(yōu)點是:結(jié)構(gòu)緊湊、徑向尺寸小,慣性小,容積效率高,目前最高壓力可達40.0MPa,甚至更高,故在需要高壓、大流量、大功率的系統(tǒng)中和流量需要調(diào)節(jié)的場合，如龍門刨床、拉床、液壓機、工程機械、礦山冶金機械、船舶上得到廣泛的應(yīng)用。但其軸向尺寸較大,軸向作用力也較大,結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。

比一比：各種不同液壓泵的工作原理和特點的區(qū)別。14.1.3液壓泵的選用

液壓泵是液壓系統(tǒng)提供一定流量和壓力的油液動力元件,它是每個液壓系統(tǒng)不可缺少的核心元件,合理地選擇液壓泵對于降低液壓系統(tǒng)的能耗、提高系統(tǒng)的效率、降低噪聲、改善工作性能和保證系統(tǒng)的可靠工作都十分重要。

選擇液壓泵的原則是:根據(jù)主機工況、功率大小和系統(tǒng)對工作性能的要求,首先確定液壓泵的類型,然后按系統(tǒng)所要求的壓力、流量大小確定其規(guī)格型號。

表14-1列出了液壓系統(tǒng)中常用液壓泵的主要性能。表14-1液壓系統(tǒng)中常用液壓泵的性能比較一般來說,由于各類液壓泵各自突出的特點,其結(jié)構(gòu)、功用和動轉(zhuǎn)方式各不相同,因此應(yīng)根據(jù)不同的使用場合選擇合適的液壓泵。一般在機床液壓系統(tǒng)中,往往選用雙作用葉片泵和限壓式變量葉片泵;而在筑路機械、港口機械以及小型工程機械中往往選擇抗污染能力較強的齒輪泵;在負載大、功率大的場合則選擇柱塞泵。液壓缸又稱為油缸，它是液壓系統(tǒng)中的一種執(zhí)行元件，其功能就是將液壓能轉(zhuǎn)變成直線往復(fù)式的機械運動。14.2液壓缸14.2.1液壓缸的類型和特點

液壓缸的種類很多，其詳細分類可見表14-2。

下面分別介紹幾種常用的液壓缸。

1.活塞式液壓缸

活塞式液壓缸根據(jù)其使用要求的不同可分為雙桿式和單桿式兩種。表14-2常見液壓缸的種類及特點

1)雙桿式活塞缸

活塞兩端都有一根直徑相等的活塞桿伸出的液壓缸稱為雙桿式活塞缸，它一般由缸體、缸蓋、活塞、活塞桿和密封件等零件構(gòu)成。根據(jù)安裝方式不同可分為缸筒固定式和活塞桿固定式兩種。

圖14-8(a)所示的為缸筒固定式的雙桿活塞缸。它的進、出口布置在缸筒兩端，活塞通過活塞桿帶動工作臺移動，當(dāng)活塞的有效行程為l時，整個工作臺的運動范圍為3l，所以機床占地面積大，一般適用于小型機床。當(dāng)工作臺行程要求較長時，可采用圖14-8(b)所示的活塞桿固定的形式，這時，缸體與工作臺相連，活塞桿通過支架固定在機床上，動力由缸體傳出。這種安裝形式中，工作臺的移動范圍只等于液壓缸有效行程l的兩倍(2l)，因此占地面積小。進出油口可以設(shè)置在固定不動的空心活塞桿的兩端，但必須使用軟管連接。圖14-8雙桿活塞缸由于雙桿活塞缸兩端的活塞桿直徑通常是相等的，因此它左、右兩腔的有效面積也相等，當(dāng)分別向左、右腔輸入相同壓力和相同流量的油液時，液壓缸左、右兩個方向的推力和速度相等。當(dāng)活塞的直徑為D，活塞桿的直徑為d，液壓缸進、出油腔的壓力為p1和p2，輸入流量為q時，雙桿活塞缸的推力F和速度v為

(14-1)

(14-2)式中：A為活塞的有效工作面積。

2)單桿式活塞缸

如圖14-9所示，活塞只有一端帶活塞桿，單桿液壓缸也有缸體固定和活塞桿固定兩種形式，但它們的工作臺移動范圍都是活塞有效行程的兩倍。圖14-9單桿式活塞缸由于液壓缸兩腔的有效工作面積不等，因此它在兩個方向上的輸出推力和速度也不等，其值分別為

(14-3)

(14-4)

(14-5)

(14-6)

由式(14-3)～式(14-6)可知，由于A1>A2,因此F1>F2，v1<v2。單活塞桿液壓缸工作時，工作臺往復(fù)運動速度不相等這一特點常被用于實現(xiàn)機床的工作進給及快速退回。

3)差動油缸

單桿活塞缸在其左右兩腔都接通高壓油時稱為“差動連接”，如圖14-10所示。差動連接缸左右兩腔的油液壓力相同，但是由于左腔(無桿腔)的有效面積大于右腔(有桿腔)的有效面積，因而活塞向右運動，同時使右腔中排出的油液

也進入左腔，加大了流入左腔的流

量(q1=q+q′)，從而也加快了活塞移動的速度。差動連接時活塞推力F3為

(14-7)

進入無桿腔的流量：

運動速度：

(14-8)

由式(14-7)、式(14-8)可知，差動連接時液壓缸的推力比非差動連接時小，速度比非差動連接時大，正好利用這一點，可使在不加大油液流量的情況下得到較快的運動速度，這種連接方式被廣泛應(yīng)用于組合機床的液壓動力系統(tǒng)和其他機械設(shè)備的快速運動中。如果要求機床往返快速相等，則由式(14-6)和式(14-8)得

即(14=9)

把單桿活塞缸實現(xiàn)差動連接，并按D=設(shè)計缸徑和桿徑的油缸稱之為差動液壓缸。圖14-10差動油缸

2.柱塞缸

圖14-11(a)所示為柱塞缸，它只能實現(xiàn)一個方向的液壓傳動，反向運動要靠外力。若需要實現(xiàn)雙向運動，則必須成對使用。如圖14-11(b)所示，這種液壓缸中的柱塞和缸筒不接觸，運動時由缸蓋上的導(dǎo)向套來導(dǎo)向，因此缸筒的內(nèi)壁不需精加工，它特別適用于行程較長的場合。圖14-11柱塞缸柱塞缸輸出的推力和速度各為

(14-10)

(14-11)

3.其他液壓缸

1)增壓液壓缸

增壓液壓缸又稱增壓器，它利用活塞和柱塞有效面積的不同使液壓系統(tǒng)中的局部區(qū)域獲得高壓。它有單作用和雙作用兩種形式，單作用增壓缸的工作原理如圖14-12(a)所示，當(dāng)輸入活塞缸的液體壓力為p1，活塞直徑為D，柱塞直徑為d時，柱塞缸中輸出的液體壓力為高壓，其值為

(14-12)

式中：K=，稱為增壓比，它代表其增壓程度。

顯然增壓能力是在降低有效能量的基礎(chǔ)上得到的，也就是說增壓缸僅僅是增大輸出的壓力，并不能增大輸出的能量。單作用增壓缸在柱塞運動到終點時，不能再輸出高壓液體，需要將活塞退回到左端位置，再向右行時才又輸出高壓液體，為了克服這一缺點，可采用雙作用增壓缸，如圖14-12(b)所示，由兩個高壓端連續(xù)向系統(tǒng)供油。圖14-12增壓缸

2)伸縮缸

伸縮缸由兩個或多個活塞缸套裝而成，前一級活塞缸的活塞桿內(nèi)孔是后一級活塞缸的缸筒，伸出時可獲得很長的工作行程，縮回時可保持很小的結(jié)構(gòu)尺寸，伸縮缸被廣泛用于起重運輸車輛上。

伸縮缸可以是圖14-13(a)所示的單作用式，也可以是圖14-13(b)所示的雙作用式，前者靠外力回程，后者靠液壓回程。圖14-13伸縮缸伸縮缸的外伸動作是逐級進行的。首先是最大直徑的缸筒以最低的油液壓力開始外伸，當(dāng)?shù)竭_行程終點后，稍小直徑的缸筒開始外伸，直徑最小的末級最后伸出。隨著工作級數(shù)變大，外伸缸筒直徑越來越小，工作油液壓力隨之升高，工作速度變快。伸縮缸輸出的力和速度值為

(14-14)

式中的i指i級活塞缸。(14-13)14.2.2液壓缸的典型結(jié)構(gòu)

圖14-14所示的是一個較常用的雙作用單活塞桿液壓缸。它由缸底20、缸筒10、缸蓋兼導(dǎo)向套9、活塞11和活塞桿18組成。缸筒一端與缸底焊接，另一端缸蓋(導(dǎo)向套)與缸筒用卡鍵6、套5和彈簧擋圈4固定，以便拆裝檢修，兩端設(shè)有油口A和B?；钊?1與活塞桿18利用卡鍵15、卡鍵帽16和彈簧擋圈17連在一起?；钊c缸孔的密封采用的是一對Y形聚氨酯密封圈12，

由于活塞與缸孔有一定間隙，采用由尼龍1010制成的耐磨環(huán)(又叫支承環(huán))13定心導(dǎo)向。桿18和活塞11的內(nèi)孔由密封圈14密封。較長的導(dǎo)向套9則可保證活塞桿不偏離中心，導(dǎo)向套

外徑由O形圈7密封，而其內(nèi)孔則由Y形密封圈8和防塵圈3分別防止油外漏和灰塵帶入缸內(nèi)。缸與桿端銷孔與外界連接，銷孔內(nèi)有尼龍襯套用于抗磨。1—耳環(huán)；2—螺母；3—防塵圈；4、17—彈簧擋圈；5—套；6、15—卡鍵；7、14—

O形密封圈;8、12—Y形密封圈；9—缸蓋兼導(dǎo)向套；10—缸筒；11—活塞；13—耐磨環(huán)；16—卡鍵帽；18—活塞桿；19—襯套；20—缸底圖14-14雙作用單活塞桿液壓缸圖14-15所示為一空心雙活塞桿式液壓缸的結(jié)構(gòu)。由圖可見，液壓缸的左右兩腔是通過油口b和d經(jīng)活塞桿1和15的中心孔與左右徑向孔a和c相通的。由于活塞桿固定在床身上，缸體10固定在工作臺上，工作臺在徑向孔c接通壓力油，徑向孔a接通回油時向右移動；反之則向左移動。在這里，缸蓋18和24通過螺釘(圖中未畫出)與壓板11和20相連，并經(jīng)鋼絲環(huán)12相連，左缸蓋24空套在托架3孔內(nèi)，可以自由伸縮。空心活塞桿的一端用堵頭2堵死，并通過錐銷9和22與活塞8相連。缸筒相對于活塞運動由左右兩個導(dǎo)向套6和19導(dǎo)向?；钊c缸筒之間、缸蓋與活塞桿之間以及缸蓋與缸筒之間分別用O形圈7、V形圈4和17以及紙墊13和23進行密封，以防止油液的內(nèi)、外泄漏。缸筒在接近行程的左右終端時，徑向孔a和c的開口逐漸減小，對移動部件起制動緩沖作用。為了排除液壓缸中剩留的空氣，缸蓋上設(shè)置有排氣孔5和14，經(jīng)導(dǎo)向套環(huán)槽的側(cè)面孔道(圖中未畫出)引出與排氣閥相連。1、15—活塞桿；2—堵頭；3—托架；4、17—V形密封圈；5、14—排氣孔；6、19—導(dǎo)向套；7—O形密封圈；8—活塞；9、22—錐銷；10—缸體；11、20—壓板；12、21—鋼絲環(huán)；13、23—紙墊；16、25—壓蓋；18、24—缸蓋圖14-15空心雙活塞桿式液壓缸的結(jié)構(gòu)14.3.1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，可以因為作用機制的不同，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點的。14.3液壓控制閥例如：

(1)在結(jié)構(gòu)上，所有的閥都由閥體、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。

(2)在工作原理上，所有閥的開口大小，閥進、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

液壓閥可按不同的特征進行分類，如表14-3所示。表14-3液壓閥的分類

3.液壓閥的基本要求

(1)動作靈敏，使用可靠，工作時沖擊和振動小。

(2)油液流過的壓力損失小。

(3)密封性能好。

(4)結(jié)構(gòu)緊湊，安裝、調(diào)整、使用、維護方便，通用性大。14.3.2方向控制閥

1.單向閥

液壓系統(tǒng)中常見的單向閥有普通單向閥和液控單向閥兩種。

1)普通單向閥

普通單向閥的作用，是使油液只能沿一個方向流動，不許它反向倒流。圖14-16(a)所示是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，克服彈簧3作用在閥芯2上的力，使閥芯向右移動，打開閥口，并通過閥芯2上的徑向孔a、軸向孔b從閥體右端的通口流出。但是壓力油從閥體右端的通口P2流入時，它和彈簧力一起使閥芯錐面壓緊在閥座上，使閥口關(guān)閉，油液無法通過。圖14-16(b)所示是單向閥的職能符號圖。1—閥體；2—閥芯；3—彈簧圖14-16單向閥(a)結(jié)構(gòu)圖；(b)職能符號圖

2)液控單向閥

圖14-17(a)所示是液控單向閥的結(jié)構(gòu)。當(dāng)控制口K處無壓力油通入時，它的工作機制和普通單向閥一樣；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有控制壓力油時，因控制活塞1右側(cè)a腔通泄油口，活塞1右移，推動頂桿2頂開閥芯3，使通口P1和P2接通，油液就可在兩個方向自由通流。圖14-17(b)所示是液控單向閥的職能符號。1—活塞；2—頂桿；3—閥芯圖14-17液控單向閥(a)結(jié)構(gòu)圖；(b)職能符號圖

2.換向閥

換向閥利用閥芯相對于閥體的相對運動，使油路接通、關(guān)斷，或變換油流的方向，從而使液壓執(zhí)行元件啟動、停止或變換運動方向。

1)換向閥的主要要求

(1)油液流經(jīng)換向閥時的壓力損失要小。

(2)互不相通的油口間的泄漏要小。

(3)換向要平穩(wěn)、迅速且可靠。

2)換向閥

換向閥在按閥芯形狀分類時，有滑閥式和轉(zhuǎn)閥式兩種，滑閥式換向閥在液壓系統(tǒng)中遠比轉(zhuǎn)閥式使用得廣泛。(1)結(jié)構(gòu)主體。閥體和滑動閥芯是滑閥式換向閥的結(jié)構(gòu)主體。表14-4所示是其最常見的結(jié)構(gòu)形式。由表可見，閥體上開有多個通口，閥芯移動后可以停留在不同的工作位置上。表14-4滑閥式換向閥主體結(jié)構(gòu)形式

(2)滑閥的操縱方式。常見的滑閥操縱方式示于圖14-18中。

(3)換向閥的結(jié)構(gòu)。

①手動換向閥。圖14-19(b)為自動復(fù)位式手動換向閥，放開手柄1、閥芯2在彈簧3的作用下自動回復(fù)中位，該閥適用于在動作頻繁、工作持續(xù)時間短的場合，操作比較完全，常用于工程機械的液壓傳動系統(tǒng)中。

如果將該閥閥芯右端彈簧3的部位改為可自動定位的結(jié)構(gòu)形式，即成為可在三個位置定位的手動換向閥。圖14-19(a)為職能符號圖。圖14-18滑閥操縱方式手動式；(b)機動式；(c)電磁動；(d)彈簧控制；(e)液動；(f)液壓先導(dǎo)控制；(g)電液控制1—手柄；2—閥芯；3—彈簧圖14-19手動換向閥(a)職能符號圖；(b)結(jié)構(gòu)圖

②機動換向閥。機動換向閥又稱行程閥，它主要用來控制機械運動部件的行程，它是借助于安裝在工作臺上的擋鐵或凸輪來迫使閥芯移動，從而控制油液的流動方向，機動換向閥通常是二位的，有二通、三通、四通和五通幾種，其中二位二通機動閥又分常閉和常開兩種。圖14-20(a)為滾輪式二位三通常閉式機動換向閥，在圖示位置閥芯2被彈簧1壓向上端，油腔P和A通，B口關(guān)閉。當(dāng)擋鐵或凸輪壓住滾輪4，使閥芯2移動到下端時，就使油腔P和A斷開，P和B接通，A口關(guān)閉。圖14-20(b)所示為其職能符號。1—彈簧；2—閥芯；3—閥體；4—滾輪；4—擋鐵圖14-20機動換向閥(a)結(jié)構(gòu)圖；(b)職能符號圖

③電磁換向閥。電磁換向閥簡稱電磁閥，是用電氣控制方法改變閥芯工作位置的換向閥。圖14-21(a)所示為二位三通交流電磁換向閥結(jié)構(gòu)，在圖示位置，油口P和A相通，

油口B斷開；當(dāng)電磁鐵通電吸合時，推桿1將閥芯2推向右端，這時油口P和A斷開，而與B相通。而當(dāng)磁鐵斷電釋放時，彈簧3推動閥芯復(fù)位。圖14-21(b)所示為其職能符號。1—推桿；2—閥芯；3—彈簧圖14-21二位三通電磁換向閥(a)結(jié)構(gòu)圖；(b)職能符號圖如前所述，電磁換向閥就其工作位置來說，有二位和三位等。二位電磁閥有一個電磁鐵，靠彈簧復(fù)位；三位電磁閥有兩個電磁鐵，圖14-22所示為一種三位五通電磁換向

閥的結(jié)構(gòu)和職能符號。圖14-22三位五通電磁換向閥(a)結(jié)構(gòu)圖；(b)職能符號圖

④液動換向閥。液動換向閥是利用控制油路的壓力油來改變閥芯位置的換向閥，圖14-23為三位四通液動換向閥的結(jié)構(gòu)和職能符號。閥芯是由其兩端密封腔中油液的壓差來移動的，當(dāng)控制油路的壓力油從閥右邊的控制油口K2進入滑閥右腔時，K1接通回油，閥芯向左移動，使壓力油口P與B相通，A與T相通；當(dāng)K1接通壓力油，K2接通回油時，閥芯向右移動，使得P與A相通，B與T相通；當(dāng)K1、K2都通回油時，閥芯在兩端彈簧和定位套的作用下回到中間位置。圖14-23三位四通液動換向閥(a)結(jié)構(gòu)圖；(b)職能符號圖

⑤電液換向閥。在大中型液壓設(shè)備中，當(dāng)通過閥的流量較大時，作用在滑閥上的摩擦力和液動力較大，此時電磁換向閥的電磁鐵推力相對地太小，需要用電液換向閥來代替電磁換向閥。電液換向閥是由電磁滑閥和液動滑閥組合而成的。電磁滑閥起先導(dǎo)作用，它可以改變控制液流的方向，從而改變液動滑閥閥芯的位置。因為操縱液動滑閥的液壓推力可以很大，所以主閥芯的尺寸可以做得很大，允許有較大的油液流量通過。這樣用較小的電磁鐵就能控制較大的液流。圖14-24所示為彈簧對中型三位四通電液換向閥的結(jié)構(gòu)和職能符號，當(dāng)先導(dǎo)電磁閥左邊的電磁鐵通電后使其閥芯向右邊位置移動時，來自主閥P口或外接油口的控制壓力油可經(jīng)先導(dǎo)電磁閥的A′口和左單向閥進入主閥左端容腔，并推動主閥閥芯向右移動，這時主閥閥芯右端容腔中的控制油液可通過右邊的節(jié)流閥經(jīng)先導(dǎo)電磁閥的B′口和T′口，再從主閥的T口或外接油口流回油箱(主閥閥芯的移動速度可由右邊的節(jié)流閥調(diào)節(jié))，使主閥P與A、B和T的油路相通。1、6—節(jié)流閥；2、7—單向閥；3、5—電磁鐵；4—電磁閥閥芯；8—主閥閥芯圖14-24電液換向閥(a)結(jié)構(gòu)圖；(b)職能符號；(c)簡化職能符號反之，由先導(dǎo)電磁閥右邊的電磁鐵通電，可使P與B、A與T的油路相通；當(dāng)先導(dǎo)電磁閥的兩個電磁鐵均不帶電時，先導(dǎo)電磁閥閥芯在其對中彈簧作用下回到中位，此時來自主閥P口或外接油口的控制壓力油不再進入主閥芯的左、右兩容腔，主閥芯左右兩腔的油液通過先導(dǎo)電磁閥中間位置的A′、

B′兩油口與先導(dǎo)電磁閥T′口相通，再從主閥的T口或外接油口流回油箱。主閥閥芯在兩端對中彈簧的預(yù)壓力的推動下，依靠閥體定位，準確地回到中位，此時主閥的P、A、B和T油口均不通。電液換向閥除了上述的彈簧對中以外還有液壓對中，在液壓對中的電液換向閥中，先導(dǎo)式電磁閥在中位時，A′、B′兩油口均與油口P連通，而T′口則封閉，其他方面與彈簧對中的電液換向閥基本相似。

(4)換向閥的中位機能分析。三位換向閥的閥芯在中間位置時，各通口間有不同的連通方式，可滿足不同的使用要求，這種連通方式稱為換向閥的中位機能。三位四通換向閥常見的中位機能、型號、符號及其特點示于表14-5中。表14-5常用滑閥中位機能特點14.3.3壓力控制閥

在液壓傳動系統(tǒng)中,控制油液壓力高低的液壓閥稱之為壓力控制閥,簡稱壓力閥。這類閥的共同點是利用作用在閥芯上液壓力和彈簧力相平衡的原理工作的。

在具體的液壓系統(tǒng)中，根據(jù)工作需要的不同，對壓力控制的要求是各不相同的：有的需要限制液壓系統(tǒng)的最高壓力，如安全閥；有的需要穩(wěn)定液壓系統(tǒng)中某處的壓力值(或者壓力差，壓力比等)，如溢流閥、減壓閥等定壓閥；還有的是利用液壓力作為信號控制其動作，如順序閥、壓力繼電器等。

1.溢流閥

1)溢流閥的功用和分類

溢流閥在液壓系統(tǒng)中的功用主要有兩個方面：一是起溢流和穩(wěn)壓作用，保持液壓系統(tǒng)的壓力恒定；二是起限壓保護作用，防止液壓系統(tǒng)過載。溢流閥通常接在液壓泵出口處的油路上。

在液壓系統(tǒng)中維持定壓是溢流閥的主要用途。它常用于節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)中，和流量控制閥配合使用，調(diào)節(jié)進入系統(tǒng)的流量，并保持系統(tǒng)的壓力基本恒定。如圖14-25(a)所示，溢流閥2并聯(lián)于系統(tǒng)中，進入液壓缸4的流量由節(jié)流閥3調(diào)節(jié)。由于定量泵1的流量大于液壓缸4所需的流量，油壓升高，將溢流閥2打開，多余的油液經(jīng)溢流閥2流回油箱。因此，泵在溢流閥中的功用就是在不斷的溢流過程中保持系統(tǒng)壓力基本不變。1—定量泵；2—溢流閥；3—節(jié)流閥；4—液壓缸；5—變量圖14-25溢流閥的作用用于過載保護的溢流閥一般稱為安全閥。圖14-25(b)所示的變量泵調(diào)速系統(tǒng)，在正常工作時，安全閥2關(guān)閉，不溢流，只有在系統(tǒng)發(fā)生故障，壓力升至安全閥的調(diào)整值時，閥口才打開，使變量泵排出的油液經(jīng)溢流閥2流回油箱，以保證液壓系統(tǒng)的安全。

2)液壓系統(tǒng)對溢流閥的性能要求

(1)定壓精度高。當(dāng)流過溢流閥的流量發(fā)生變化時，系統(tǒng)中的壓力變化要小，即靜態(tài)壓力超調(diào)要小。

(2)靈敏度要高。如圖14-25(a)所示，當(dāng)液壓缸4突然停止運動時，溢流閥2要迅速開大。

否則，定量泵1輸出的油液將因不能及時排出而使系統(tǒng)壓力突然升高，并超過溢流閥的調(diào)定壓力，稱為動態(tài)壓力超調(diào)，使系統(tǒng)中各元件及輔助受力增加，影響其壽命。溢流閥的靈敏度越高，則動態(tài)壓力超調(diào)越小。

(3)工作要平穩(wěn)，且無振動和噪聲。

(4)當(dāng)閥關(guān)閉時，密封要好，泄漏要小。

對于經(jīng)常開啟的溢流閥，主要要求前三項性能；而對于安全閥，則主要要求第二和第四兩項性能。其實，溢流閥和安全閥都是同一結(jié)構(gòu)的閥，只不過是在不同要求時有不同的作用而已。

3)溢流閥的分類

根據(jù)結(jié)構(gòu)和工作原理不同，常用的溢流閥按其結(jié)構(gòu)形式和基本動作方式可歸結(jié)為直動式和先導(dǎo)式兩種。

(1)直動式溢流閥。直動式溢流閥依靠系統(tǒng)中的壓力油直接作用在閥芯上與彈簧力等相平衡，以控制閥芯的啟閉動作。圖14-26(a)所示是一種低壓直動式溢流閥，P是進油，T是回油口，進口壓力油經(jīng)閥芯4中間的阻尼孔g作用在閥芯的底部端面上，當(dāng)進油壓力較小時，閥芯在彈簧2的作用下處于下端位置，將P和T兩油口隔開。當(dāng)油壓力升高時，在閥芯下端所產(chǎn)生的作用力超過彈簧的壓緊力F。

此時，閥芯上升，閥口被打開，將多余的油液排回油箱，閥芯上的阻尼孔g用來對閥芯的動作產(chǎn)生阻尼，以提高閥的工作平衡性，調(diào)整螺帽1可以改變彈簧的壓緊力，這樣也就調(diào)整了溢流閥進口處的油液壓力p。

溢流閥是利用被控壓力作為信號來改變彈簧的壓縮量，從而改變閥口的通流面積和系統(tǒng)的溢流量來達到定壓目的的。這種直動式溢流閥一般用于壓力小于2.5

MPa的小流量場合，圖14-26(b)所示為直動式溢流閥的圖形符號。由圖14-26(a)還可看出，在常位狀態(tài)下，溢流閥進、出油口之間是不相通的，而且作用在閥芯上的液壓力是由進口油液壓力產(chǎn)生的，經(jīng)溢流閥芯的泄漏油液經(jīng)內(nèi)泄漏通道進入回油口T。

直動型溢流閥結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，成本低，但油液壓力直接靠彈簧平衡，所以壓力穩(wěn)定性差，動作時有震動和噪聲；此外，系統(tǒng)壓力較高時，要求彈簧剛度大，使閥的開啟性能變壞。因此直動型溢流閥用于低壓液壓系統(tǒng)中。1—螺帽；2—調(diào)壓彈簧；3—上蓋；4—閥芯；5—閥體圖14-26低壓直動式溢流閥(a)結(jié)構(gòu)圖；(b)職能符號圖

(2)先導(dǎo)式溢流閥。圖14-27所示為先導(dǎo)式溢流閥的結(jié)構(gòu)示意圖，在圖中壓力油從P口進入，通過阻尼孔3后作用在導(dǎo)閥閥芯4上，當(dāng)進油口壓力較低，導(dǎo)閥上的液壓作用力不足以克服導(dǎo)閥右邊的彈簧5的作用力時，導(dǎo)閥關(guān)閉，沒有油液流過阻尼孔，所以主閥芯2兩端壓力相等，在較軟的主閥彈簧1作用下主閥芯2處于最下端位置，溢流閥閥口P和T隔斷，沒有溢流。當(dāng)進油口壓力升高到作用在導(dǎo)閥上的液壓力大于導(dǎo)閥彈簧作用力時，導(dǎo)閥打開，壓力油就可通過阻尼孔、經(jīng)導(dǎo)閥流回油箱。由于阻尼孔的作用，使主閥芯上端的液壓力p2小于下端壓力p1，當(dāng)這個壓力差作用在面積為AB的主閥芯上的力等于或超過主閥彈簧力Fs、軸向穩(wěn)態(tài)液動力Fbs、摩擦力Ff和主閥芯自重G時，主閥芯開啟，油液從P口流入，經(jīng)主閥閥口由T流回油箱，實現(xiàn)溢流。1—主閥彈簧；2—主閥芯；3—阻尼孔；4—導(dǎo)閥閥芯；5—導(dǎo)閥彈簧圖14-27先導(dǎo)式溢流閥(a)結(jié)構(gòu)圖；(b)職能符號圖先導(dǎo)式溢流閥有一個遠程控制口K，如果將K口用油管接到另一個遠程調(diào)壓閥(遠程調(diào)壓閥的結(jié)構(gòu)和溢流閥的先導(dǎo)控制部分一樣)，調(diào)節(jié)遠程調(diào)壓閥的彈簧力，即可調(diào)節(jié)溢流閥主閥芯上端的液壓力，從而對溢流閥的溢流壓力實現(xiàn)遠程調(diào)壓。但是，遠程調(diào)壓閥所能調(diào)節(jié)的最高壓力不得超過溢流閥本身導(dǎo)閥的調(diào)整壓力。當(dāng)遠程控制口K通過二位二通閥接通油箱時，主閥芯上端的壓力接近于零，主閥芯上移到最高位置，閥口開得很大。由于主閥彈簧較軟，這時溢流閥P口處的壓力很低，系統(tǒng)的油液在低壓下通過溢流閥流回油箱，實現(xiàn)卸荷。

先導(dǎo)型溢流閥壓力穩(wěn)定、波動小，主要用于中壓液壓系統(tǒng)中。

2.減壓閥

1)減壓閥的功用和分類

減壓閥是使出口壓力(二次壓力)低于進口壓力(一次壓力)的一種壓力控制閥。其作用是用低液壓系統(tǒng)中某一回路的油液壓力，使用一個油源能同時提供兩個或幾個不同壓力的輸出。

減壓閥在各種液壓設(shè)備的夾緊系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)和控制系統(tǒng)中應(yīng)用較多。此外，當(dāng)油液壓力不穩(wěn)定時，在回路中串入一減壓閥可得到一個穩(wěn)定的較低的壓力。根據(jù)減壓閥結(jié)構(gòu)和工作原理的不同，分為直動型減壓閥和先導(dǎo)型減壓閥兩類。一般采用先導(dǎo)型減壓閥。

2)先導(dǎo)型減壓閥的工作原理

圖14-28(a)所示為直動式減壓閥的結(jié)構(gòu)示意圖和圖形符號。P1口是進油口，P2口是出油口，閥不工作時，閥芯在彈簧作用下處于最下端位置，閥的進、出油口是相通的，亦即閥是常開的。若出口壓力增大，使作用在閥芯下端的壓力大于彈簧力時，閥芯上移，關(guān)小閥口，這時閥處于工作狀態(tài)。若忽略其他阻力，僅考慮作用在閥芯上的液壓力和彈簧力相平衡的條件，則可以認為出口壓力基本上維持在某一定值——調(diào)定值上。這時如出口壓力減小，閥芯就下移，開大閥口，閥口處阻力減小，壓降減小，使出口壓力回升到調(diào)定值；反之，若出口壓力增大，則閥芯上移，關(guān)小閥口，閥口處阻力加大，壓降增大，使出口壓力下降到調(diào)定值。1—主閥芯；2—阻尼孔；3—調(diào)壓彈簧；L—外泄漏油口圖14-28減壓閥(a)結(jié)構(gòu)圖；(b)、(c)職能符號圖圖14-28(b)、(c)所示為先導(dǎo)式減壓閥的職能符號圖。

將先導(dǎo)式減壓閥和先導(dǎo)式溢流閥進行比較，它們之間有如下幾點不同之處：

(1)減壓閥保持出口壓力基本不變，而溢流閥保持進口處壓力基本不變。

(2)在不工作時，減壓閥進、出油口互通，而溢流閥進、出油口不通。

(3)為保證減壓閥出口壓力調(diào)定值恒定，它的導(dǎo)閥彈簧腔需通過泄油口單獨外接油箱；而溢流閥的出油口是通油箱的，所以它的導(dǎo)閥彈簧腔和泄漏油可通過閥體上的通道和出油口相通，不必單獨外接油箱。

3.順序閥

順序閥是用來控制液壓系統(tǒng)中各執(zhí)行元件動作的先后順序。依控制壓力的不同，順序閥又可分為內(nèi)控式和外控式兩種。前者用閥的進口壓力控制閥芯的啟閉，后者用外來的控制壓力油控制閥芯的啟閉(即液控順序閥)。順序閥也有直動式和先導(dǎo)式兩種，前者一般用于低壓系統(tǒng)，后者用于中高壓系統(tǒng)。圖14-29所示為直動式順序閥的工作原理圖和圖形符號。當(dāng)進油口壓力p1較低時，閥芯在彈簧作用下處下端位置，進油口和出油口不相通。當(dāng)作用在閥芯下端的油液的液壓力大于彈簧的預(yù)緊力時，閥芯向上移動，閥口打開，油液便經(jīng)閥口從出油口流出，從而操縱另一執(zhí)行元件或其他元件動作。由圖可見，順序閥和溢流閥的結(jié)構(gòu)基本相似，不同的只是順序閥的出油口通向系統(tǒng)的另一壓力油路，而溢流閥的出油口通向油箱。此外，因為順序閥的進、出油口均為壓力油，所以它的泄油口L必須單獨外接油箱。直動式外控順序閥的工作原理圖和圖形符號如圖14-29所示，和上述順序閥的差別僅僅在于其下部有一控制油口K，閥芯的啟閉是利用通入控制油口K的外部控制油來控制的。圖14-30所示為先導(dǎo)式順序閥的工作原理圖和圖形符號，其工作原理可仿照前述先導(dǎo)式溢流閥推演，在此不再重復(fù)敘述。圖14-29直動式外控順序閥圖14-30先導(dǎo)式順序閥

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)行元件實現(xiàn)順序動作，或關(guān)閉電動機，使系統(tǒng)停止工作，起安全保護作用等。圖14-31所示為常用柱塞式壓力繼電器的結(jié)構(gòu)示意圖和職能符號。如圖所示，當(dāng)從壓力繼電器下端進油口通入的油液壓力達到調(diào)定壓力值時，推動柱塞1上移，此位移通過杠桿2放大后推動開關(guān)4動作，改變彈簧3的壓縮量即可以調(diào)節(jié)壓力繼電器的動作壓力。1—柱塞；2—杠桿；3—彈簧；4—開關(guān)圖14-31壓力繼電器

(a)結(jié)構(gòu)圖；(b)職能符號圖14.3.4流量控制閥

液壓系統(tǒng)中執(zhí)行元件運動速度的大小,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。常用的流量控制閥有普通節(jié)流閥、壓力補償和溫度補償調(diào)速閥、溢流節(jié)流閥和分流集流閥等。

1.普通節(jié)流閥

圖14-32所示為一種普通節(jié)流閥的結(jié)構(gòu)和職能符號。這種節(jié)流閥的節(jié)流通道呈軸向三角槽式。壓力油從進油口P1流入孔道a和閥芯1左端的三角槽進入孔道b，再從出油口P2流出。調(diào)節(jié)手柄3，可通過推桿2使閥芯作軸向移動，以改變節(jié)流口的通流截面積來調(diào)節(jié)流量。閥芯在彈簧的作用下始終貼緊在推桿上，這種節(jié)流閥的進出油口可互換。1—閥芯；2—推桿；3—手柄；4—彈簧圖14-32普通節(jié)流閥(a)結(jié)構(gòu)圖；(b)職能符號圖

1)節(jié)流口形式

節(jié)流閥節(jié)流口通常有三種基本形式:薄壁小孔、細長小孔和厚壁小孔。

節(jié)流口的形式以薄壁小孔較為理想。圖14-33所示為幾種常用的節(jié)流口形式。圖14-33(a)所示為針閥式節(jié)流口,它通道長,易堵塞,流量受油溫影響較大，一般用于對性能要求不高的場合;圖14-33(b)所示為偏心槽式節(jié)流口,其性能與針閥式節(jié)流口相同,但容易制造,其缺點是閥芯上的徑向力不平衡,旋轉(zhuǎn)閥芯時較費力,一般用于壓力較低、流量較大和流量穩(wěn)定性要求不高的場合;圖14-33(c)所示為軸向三角槽式節(jié)流口,其結(jié)構(gòu)簡單,水力直徑中等,可得到較小的穩(wěn)定流量,且調(diào)節(jié)范圍較大,但節(jié)流通道有一定的長度,油溫變化對流量有一定的影響,目前被廣泛應(yīng)用；圖14-33(d)所示為周向縫隙式節(jié)流口,沿閥芯周向開有一條寬度不等的狹槽,轉(zhuǎn)動閥芯就可改變開口大小；閥口做成薄刃形,通道短,水力直徑大,不易堵塞,油溫變化對流量影響小,因此其性能接近于薄壁小孔,適用于低壓小流量場合;圖14-33(e)所示為軸向縫隙式節(jié)流口,在閥孔的襯套上加工出圖示薄壁閥口,閥芯作軸向移動即可改變開口大小,其性能與圖14-32(d)所示節(jié)流口相似。為保證流量穩(wěn)定，節(jié)流口的形式以薄壁小孔較為理想。圖14-33典型節(jié)流口的結(jié)構(gòu)形式在液壓傳動系統(tǒng)中節(jié)流元件與溢流閥并聯(lián)于液泵的出口,構(gòu)成恒壓油源,使泵出口的壓力恒定。如圖14-34(a)所示,此時節(jié)流閥和溢流閥相當(dāng)于兩個并聯(lián)的液阻,液壓泵輸出流量qp不變,流經(jīng)節(jié)流閥進入液壓缸的流量q1和流經(jīng)溢流閥的流量Δq的大小由節(jié)流閥和溢流閥液阻的相對大小來決定。若節(jié)流閥的液阻大于溢流閥的液阻,則q1<Δq;反之則q1>Δq。節(jié)流閥是一種可以在較大范圍內(nèi)以改變液阻來調(diào)節(jié)流量的元件。因此可以通過調(diào)節(jié)節(jié)流閥的液阻,來改變進入液壓缸的流量,從而調(diào)節(jié)液壓缸的運動速度;但若在回路中僅有節(jié)流閥而沒有與之并聯(lián)的溢流閥,如圖14-34(b)所示,則節(jié)流閥就起不到調(diào)節(jié)流量的作用。液壓泵輸出的液壓油全部經(jīng)節(jié)流閥進入液壓缸。

改變節(jié)流閥節(jié)流口的大小,只是改變液流流經(jīng)節(jié)流閥的壓力降。節(jié)流口小,流速快;節(jié)流口大,流速慢,而總的流量是不變的,因此液壓缸的運動速度不變。所以,節(jié)流元件用來調(diào)節(jié)流量是有條件的,即要求有一個接受節(jié)流元件壓力信號的環(huán)節(jié)(與之并聯(lián)的溢流閥或恒壓變量泵)。

通過這一環(huán)節(jié)來補償節(jié)流元件的流量變化。圖14-34節(jié)流元件的作用

2)液壓傳動系統(tǒng)對流量控制閥的主要要求

(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,以保證負載運動的穩(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。

2.調(diào)速閥

普通節(jié)流閥由于剛性差，在節(jié)流開口一定的條件下通過它的工作流量受工作負載(亦即其出口壓力)變化的影響，不能保持執(zhí)行元件運動速度的穩(wěn)定，因此只適用于工作負載變化不大和速度穩(wěn)定性要求不高的場合。由于工作負載的變化很難避免，為了改善調(diào)速系統(tǒng)的性能，通常是對節(jié)流閥進行補償，即采取措施使節(jié)流閥前后壓力差在負載變化時始終保持不變。圖14-35為調(diào)速閥工作原理圖。調(diào)速閥是在節(jié)流閥2前面串接一個定差減壓閥1組合而成的。液壓泵的出口(即調(diào)速閥的進口)壓力p1由溢流閥調(diào)整基本不變，而調(diào)速閥的出口壓力p3則由液壓缸負載F決定。油液先經(jīng)減壓閥產(chǎn)生一次壓力降，將壓力降到p2，p2經(jīng)通道e、f作用到減壓閥的d腔和c腔；節(jié)流閥的出口壓力p3,又經(jīng)反饋通道a作用到減壓閥的上腔b，當(dāng)減壓閥的閥芯在彈簧力F簧、油液壓力p2和p3作用下處于某一平衡位置時(忽略摩擦力和液動力等)，則有

p2A1+p2A2=p3A+F簧

(14-15)

式中：A、A1和A2分別為b腔、c腔和d腔內(nèi)壓力油作用于閥芯的有效面積，且A=A1+A2。

故

p2-p3=Δp=(14-16)因為彈簧剛度較低，且工作過程中減壓閥閥芯位移很小，可以認為F簧基本保持不變。

故節(jié)流閥兩端壓力差p2-p3也基本保持不變，這就保證了通過節(jié)流閥的流量穩(wěn)定。

1—減壓閥；2—節(jié)流閥圖14-35調(diào)速閥

(a)工作原理圖；(b)職能符號；(c)簡化職能符號；(d)特性曲線液壓系統(tǒng)中的輔助裝置，如濾油器、油箱、管件等，對系統(tǒng)的動態(tài)性能、工作穩(wěn)定性、工作壽命、噪聲和溫升等都有直接影響，必須予以重視。其中油箱需根據(jù)系統(tǒng)要求自行設(shè)計，其他輔助裝置則做成標(biāo)準件，供設(shè)計時選用。14.4輔助裝置

14.4.1濾油器

1.濾油器的選用

1)功用

濾油器的功用是過濾混在液壓油液中的雜質(zhì)，降低進入系統(tǒng)中油液的污染度，保證系統(tǒng)正常地工作。

2)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)。選用濾油器時，要考慮下列幾點：

(1)過濾精度應(yīng)滿足預(yù)定要求。

(2)能在較長時間內(nèi)保持足夠的通流能力。

(3)濾心具有足夠的強度，不因液壓的作用而損壞。

(4)濾心抗腐蝕性能好，能在規(guī)定的溫度下持久地工作。

(5)濾心清洗或更換簡便。

2.濾油器的安裝

濾油器在液壓系統(tǒng)中的安裝位置通常有以下幾種：

(1)安裝在泵的吸油口處。

泵的吸油路上一般都安裝有表面型濾油器，目的是濾去較大的雜質(zhì)微粒以保護液壓泵。此外，濾油器的過濾能力應(yīng)為泵流量的兩倍以上，壓力損失小于0.02MPa。

(2)安裝在泵的出口油路上。

此處安裝濾油器的目的是用來濾除可能侵入閥類等元件的污染物。其過濾精度應(yīng)為10～15μm，且能承受油路上的工作壓力和沖擊壓力，壓力降應(yīng)小于0.35MPa。同時應(yīng)安裝安全閥以防濾油器堵塞。

(3)安裝在系統(tǒng)的回油路上。這種安裝起間接過濾作用。一般與過濾器并聯(lián)安裝一背壓閥，當(dāng)過濾器堵塞達到一定壓力值時，背壓閥打開。

(4)安裝在系統(tǒng)分支油路上。

(5)單獨過濾系統(tǒng)。大型液壓系統(tǒng)可專設(shè)一液壓泵和濾油器組成獨立過濾回路。

液壓系統(tǒng)中除了整個系統(tǒng)所需的濾油器外，還常常在一些重要元件(如伺服閥、精密節(jié)流閥等)的前面單獨安裝一個專用的精濾油器來確保它們的正常工作。14.4.2油箱

1.功用

油箱的功用主要是儲存油液，此外還起著散發(fā)油液中熱量(在周圍環(huán)境溫度較低的情況下則是保持油液中的熱量)、釋出混在油液中的氣體、沉淀油液中污物等作用。

2.結(jié)構(gòu)

液壓系統(tǒng)中的油箱有整體式和分離式兩種。整體式油箱利用主機的內(nèi)腔作為油箱，這種油箱結(jié)構(gòu)緊湊，各處漏油易于回收，但增加了設(shè)計和制造的復(fù)雜性，維修不便，散熱條件不好，且會使主機產(chǎn)生熱變形。分離式油箱單獨設(shè)置，與主機分開，減少了油箱發(fā)熱和液壓源振對主機工作精度的影響，因此得到了普遍的采用，特別在精密機械上。油箱的典型結(jié)構(gòu)如圖14-36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6和排放污油的放油閥8。安裝液壓泵及其驅(qū)動電機的安裝板5則固定在油箱頂面上。1—吸油管；2—濾油網(wǎng)；3—蓋；4—回油管；5—安裝板；6—油位計；7、9—隔板；8—放油閥圖14-36油箱此外，近年來又出現(xiàn)了充氣式的閉式油箱，它不同于圖14-36所示油箱之處，在于油箱是整個封閉的，頂部有一充氣管，可送入0.05～0.07MPa過濾純凈的壓縮空氣。空氣或者直接與油液接觸，或者被輸入到蓄能器式的皮囊內(nèi)不與油液接觸。這種油箱的優(yōu)點是改善了液壓泵的吸油條件，但它要求系統(tǒng)中的回油管、泄油管承受背壓。油箱本身還須配置安全閥、電接點壓力表等元件以穩(wěn)定充氣壓力，因此它只在特殊場合下使用。14.4.3管件

1.油管

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。油管的特點及其適用范圍如表14-6

所示。表14-6液壓系統(tǒng)中使用的油管

2.管接頭

管接頭是油管與油管、油管與液壓件之間的可拆式連接件，它必須具有裝拆方便、連接牢固、密封可靠、外形尺寸小、通流能力大、壓降小、工藝性好等各項條件。

管接頭的種類很多，其規(guī)格品種可查閱有關(guān)手冊。液壓系統(tǒng)中油管與管接頭的常見連接方式如表14-7所示。管路旋入端用的連接螺紋采用國家標(biāo)準米制錐螺紋(ZM)和普通細牙螺紋(M)。表14-7液壓系統(tǒng)中常用的管接頭錐螺紋依靠自身的錐體旋緊和采用聚四氟乙烯等進行密封，廣泛用于中、低壓液壓系統(tǒng)；細牙螺紋密封性好，常用于高壓系統(tǒng)，但要采用組合墊圈或O形圈進行端面密封，有時也可用紫銅墊圈。

液壓系統(tǒng)中的泄漏問題大部分都出現(xiàn)在管系中的接頭上，為此對管材的選用、接頭形式的確定(包括接頭設(shè)計、墊圈、密封、箍套、防漏涂料的選用等)、管系的設(shè)計(包括彎管設(shè)計、管道支承點和支承形式的選取等)以及管道的安裝(包括正確的運輸、儲存、清洗、組裝等)都要慎審從事，以免影響整個液壓系統(tǒng)的使用質(zhì)量。國外對管子材質(zhì)、接頭形式和連接方法上的研究工作從未間斷。最近出現(xiàn)一種用特殊的鎳鈦合金制造的管接頭，它能使低溫下受力后發(fā)生的變形在升溫時消除，即把管接頭放入液氮中用心棒擴大其內(nèi)徑，然后取出來迅速套裝在管端上，便可使它在常溫下得到牢固、緊密的結(jié)合。這種“熱縮”式的連接已在航空和其他一些加工行業(yè)中得到了應(yīng)用，它能保證在40～55MPa的工作壓力下不出現(xiàn)泄漏。這是一個十分值得注意的動向。14.4.4密封裝置

密封是解決液壓系統(tǒng)泄漏問題最重要、最有效的手段。液壓系統(tǒng)如果密封不良，可能出現(xiàn)不允許的外泄漏，外漏的油液將會污染環(huán)境；還可能使空氣進入吸油腔，影響液壓泵的工作性能和液壓執(zhí)行元件運動的平穩(wěn)性(爬行)；泄漏嚴重時，系統(tǒng)容積效率過低，甚至工作壓力達

不到要求值。若密封過度，雖可防止泄漏，但會造成密封部分的劇烈磨損，縮短密封件的使用壽命，增大液壓元件內(nèi)的運動摩擦阻力，降低系統(tǒng)的機械效率。因此，合理地選用和設(shè)計密封裝置在液壓系統(tǒng)的設(shè)計中十分重要。

1.對密封裝置的要求

(1)在工作壓力和一定的溫度范圍內(nèi)，應(yīng)具有良好的密封性能，并隨著壓力的增加能自動提高密封性能。

(2)密封裝置和運動件之間的摩擦力要小，摩擦系數(shù)要穩(wěn)定。

(3)抗腐蝕能力強，不易老化，壽命長，耐磨性好，磨損后在一定程度上能自動補償。

(4)結(jié)構(gòu)簡單，使用、維護方便，價格低廉。

2.密封裝置的類型和特點

密封按其工作原理來分可分為非接觸式密封和接觸式密封。前者主要指間隙密封，后者指密封件密封。

1)間隙密封

間隙密封是靠相對運動件配合面之間的微小間隙來進行密封的，常用于柱塞、活塞或閥的圓柱配合副中，一般在閥芯的外表面開有幾條等距離的均壓槽，它的主要作用是使徑向壓力分布均勻，減少液壓卡緊力，同時使閥芯在孔中對中性好，以減小間隙的方法來減少泄漏。同時槽所形成的阻力，對減少泄漏也有一定的作用。均壓槽一般寬0.3～0.5mm，深為0.5～1.0mm。圓柱面配合間隙與直徑大小有關(guān)，對于閥芯與閥孔一般取0.005～0.017mm。

這種密封的優(yōu)點是摩擦力小，缺點是磨損后不能自動補償，主要用于直徑較小的圓柱面之間，如液壓泵內(nèi)的柱塞與缸體之間、滑閥的閥芯與閥孔之間的配合。

2)Ｏ形密封圈

Ｏ形密封圈一般用耐油橡膠制成，其橫截面呈圓形，它具有良好的密封性能，內(nèi)外側(cè)和端面都能起密封作用，結(jié)構(gòu)緊湊，運動件的摩擦阻力小，制造容易，裝拆方便，成本低，且高低壓均可以用，所以在液壓系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。圖14-37Ｏ形密封圈Ｏ形密封圈的安裝溝槽，除矩形外，也有V形、燕尾形、半圓形、三角形等，實際應(yīng)用中可查閱有關(guān)手冊及國家標(biāo)準。

3)唇形密封圈

唇形密封圈根據(jù)截面的形狀可分為Y形、V形、U形、L形等。其工作原理如圖14-38所示。液壓力將密封圈的兩唇邊h1壓向形成間隙的兩個零件的表面。這種密封作用的特點是能隨著工作壓力的變化自動調(diào)整密封性能，壓力越高則唇邊被壓得越緊，密封性越好；當(dāng)壓力降低時唇邊壓緊程度也隨之降低，從而減少了摩擦阻力和功率消耗，除此之外，還能自動補償唇邊的磨損，保持密封性能不降低。目前，液壓缸中普遍使用圖14-39所示的所謂小Y形密封圈作為活塞和活塞桿的密封。

這種小Y形密封圈的特點是斷面寬度和高度的比值大，增加了底部支承寬度，可以避免摩擦力造成密封圈的翻轉(zhuǎn)和扭曲。圖14-38唇形密封圈的工作原理圖14-39小Y形密封圈在高壓和超高壓情況下(壓力大于25MPa)V形密封圈也有應(yīng)用，V形密封圈的形狀如圖14-40所示，它由多層涂膠織物壓制而成，通常由壓環(huán)、