液壓與氣動(dòng)技術(shù) - 項(xiàng)目五

液壓與氣動(dòng)技術(shù)主編趙江濤王珊謝強(qiáng)

項(xiàng)目五液壓控制和輔助元件01方向控制閥02壓力控制閥03流量控制閥目錄

CONTENTSPARTONE方向控制閥

方向控制閥通過(guò)控制油液的流動(dòng)方向,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)執(zhí)行裝置的方向控制,如實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓缸的前進(jìn)、后退與停止的控制,對(duì)液壓馬達(dá)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)與停止的控制。

方向控制閥包括單向閥和換向閥兩類。單向閥主要有普通單向閥和液控單向閥兩種,結(jié)構(gòu)、原理和應(yīng)用都比較簡(jiǎn)單;換向閥的類型較為復(fù)雜,應(yīng)用最為廣泛,是理解液壓傳動(dòng)系統(tǒng)原理的難點(diǎn)所在。

單向閥的作用是使油液只能從一個(gè)方向通過(guò),不允許反向流動(dòng)。如圖5-1所示,普通單向閥由閥體1、閥芯2、彈簧3等零件組成。它的作用就是讓油液從P1流向P2,但絕不允許油液從P2流向P1。

如圖5-2所示,液壓泵出口安裝的普通單向閥,它的作用:一是不影響液壓泵的出油;二是在液壓泵停止工作后防止油液倒流。

普通單向閥的反向絕對(duì)不允許通過(guò)。雖然單向閥大多數(shù)時(shí)間反向不允許通過(guò),但有時(shí)需要反向通過(guò)時(shí),可以使用液控單向閥。如圖5-3所示為液控單向閥的結(jié)構(gòu)和職能符號(hào)。

當(dāng)油液需要反向通過(guò)時(shí),只要用一個(gè)機(jī)構(gòu)將閥芯強(qiáng)行頂開(kāi),油液即可通過(guò)。如圖5-3(a)所示,液控單向閥在結(jié)構(gòu)上增加了控制油腔K及控制活塞1。外泄油口L與油箱接通,以保證泄漏到a腔的油液不會(huì)影響控制活塞的移動(dòng)。

換向閥是利用閥芯對(duì)閥體的相對(duì)位置改變,來(lái)控制油路接通、截?cái)嗷蚋淖冇鸵毫鲃?dòng)方向的。理解液壓傳動(dòng)系統(tǒng)原理的前提是必須了解油液的流通情況,因此,必須熟悉換向閥的結(jié)構(gòu)和職能符號(hào),它是理解液壓傳動(dòng)系統(tǒng)原理圖的基礎(chǔ)。二、換向閥

如圖5-5(a)所示,滑閥芯位于中間位置不動(dòng),兩個(gè)臺(tái)階正好封堵住A、B接口,來(lái)自于泵的油源P也被封堵(職能符號(hào)中將用⊥表示封堵),液壓缸無(wú)進(jìn)出油液,缸原位停止。如圖5-5(b)所示,滑閥芯在外力作用下在閥體內(nèi)向左滑動(dòng),兩個(gè)臺(tái)階位置從接口A、B處移開(kāi),油源P與A相通,B與油箱T相通(職能符號(hào)中將用↑或↓表示相通),液壓缸左腔進(jìn)油、右腔回油,活塞向右伸出。在液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中廣泛采用的是滑閥式換向閥,即閥芯在閥體內(nèi)滑動(dòng),依靠閥芯臺(tái)階與閥體上接口位置的相對(duì)變化,來(lái)控制油路的通斷。如圖5-5所示為滑閥式換向閥工作原理圖。如圖5-5(c)所示,滑閥芯在外力作用下在閥體內(nèi)向右滑動(dòng),兩個(gè)臺(tái)階位置移到接口A、B的右側(cè),使P與B相通,A與油箱T相通,液壓缸右腔進(jìn)油、左腔回油,活塞向左縮回。(一)換向閥的工作原理對(duì)于換向閥,我們經(jīng)常稱之為“X位X通”。換向閥的“位”是指它具有幾個(gè)控制狀態(tài),也就是閥芯能控制在幾個(gè)位置。換向閥的“通”是指它外面連接的管道,即通道的“通”。如圖5-5所示的就是“四通”,因?yàn)?個(gè)T油箱實(shí)際上是共用一個(gè)回油管道,因此稱為“四通”,而不稱為“五通”。(二)換向閥的位與通(三)換向閥的控制方式

按滑閥閥芯移動(dòng)的外力操作方式分,換向閥控制方式有手動(dòng)、機(jī)動(dòng)、液動(dòng)、電磁動(dòng)等,如圖5-6所示。閥上若裝有彈簧,則當(dāng)無(wú)外力作用或外力消失時(shí),閥芯會(huì)回復(fù)到原位。(四)換向閥的職能符號(hào)

換向閥的職能符號(hào)畫(huà)法有以下幾點(diǎn)規(guī)則。

(1)位數(shù)用方格表示。幾個(gè)方格就表示閥芯有幾個(gè)工作位置。如圖5-7(a)所示先畫(huà)出兩個(gè)方格,表示二位換向閥。

(2)通數(shù)用一個(gè)方格內(nèi)箭頭和“⊥”符號(hào)與方格的交點(diǎn)數(shù)表示。每個(gè)格表示的是同一個(gè)閥在不同閥芯位置下的連通情況,因此,每個(gè)格內(nèi)的通道數(shù)必須相等。

(3)換向的控制方式和復(fù)位彈簧的符號(hào)畫(huà)在方格的兩端。如圖5-7(c)所示,表示的是帶彈簧復(fù)位的二位四通電磁換向閥。

(4)常態(tài)位就是閥芯在不動(dòng)的原始狀態(tài)下的連通狀況。對(duì)于三位換向閥,統(tǒng)一規(guī)定中間一格為常態(tài)格;對(duì)于二位換向閥,規(guī)定畫(huà)有彈簧的一側(cè)方格為常態(tài)格。

例5-1對(duì)于一個(gè)衛(wèi)生間常用的放水閥,如果按照液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的習(xí)慣,它就被稱為“二位二通手(腳)動(dòng)換向閥”。常態(tài)下閥芯不動(dòng)時(shí)不放水,閥芯移動(dòng)時(shí)開(kāi)始放水,松開(kāi)后自動(dòng)復(fù)位并關(guān)水,因二位上下各連接一個(gè)水管,共兩個(gè)管道,故稱為“二通”。

它正確的職能符號(hào)應(yīng)該是如圖5-8(b)所示,顯然彈簧一側(cè)的方格是常態(tài)格,為斷開(kāi)狀態(tài),表示常態(tài)下不流水(常斷),這與它的使用情況是一致的。

如圖5-8(c)所示為一個(gè)二位二通手動(dòng)換向閥的職能符號(hào)。彈簧一側(cè)格表示出它是常態(tài)下連通的狀態(tài),如果表示放水閥,就代表該閥在沒(méi)有按壓手柄時(shí)流水(常開(kāi)),因此,它與圖5-8(b)所示的換向閥是完全不同的兩種二位二通閥。

例5-2當(dāng)電磁鐵不通電時(shí),如圖5-9(a)所示的就是常態(tài)油路連接情況,壓力油源P與A接通,液壓缸左腔進(jìn)油,右腔的油經(jīng)B與油箱T接通,活塞向右運(yùn)動(dòng)。

當(dāng)電磁鐵通電時(shí),換向閥的連通狀態(tài)是用電磁鐵一側(cè)的左格狀態(tài)表示的。讀圖時(shí),可想象將換向閥的左格移到管路上,如圖5-9(b)所示,它的格點(diǎn)與常態(tài)格是對(duì)應(yīng)的,因此,可以看出壓力油源P與B接通,液壓缸右腔進(jìn)油,左腔的油經(jīng)A與油箱T接通,活塞向左運(yùn)動(dòng)。這也是讀換向閥職能符號(hào)的實(shí)用方法。(五)三位換向閥的中位機(jī)能

對(duì)于二位換向閥,只有閥芯不動(dòng)的原位和動(dòng)位兩個(gè)位置,職能符號(hào)中用兩個(gè)方格表示,不存在中位。

當(dāng)要求液壓缸在任意位置能夠停止時(shí),就必須使用三位換向閥。

三位換向閥處于中間位置時(shí)各接口的連通狀態(tài),稱為中位機(jī)能,也被稱為滑閥機(jī)能。

例5-3如圖5-10所示,選用中位機(jī)能為O型的三位四通換向閥,P口被堵塞時(shí),油需從溢流閥流回油箱,泵的出口壓力得到保持,從而增加了功率消耗,另外液壓泵也能用于多缸系統(tǒng)。

例5-4如圖5-11所示,選用中位機(jī)能為M型的三位四通換向閥。當(dāng)三位換向閥處于中位時(shí),P、T口相通,即泵輸出的油液直接流回油箱,因此泵的輸出壓力近似為零,此時(shí)泵的輸出功率也近似為零。(六)換向閥的結(jié)構(gòu)2.電磁換向閥1.機(jī)動(dòng)換向閥3.液動(dòng)換向閥4.電液換向閥5.手動(dòng)換向閥6.轉(zhuǎn)閥PARTTWO壓力控制閥

在液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中,壓力控制閥包括兩類:一類是用來(lái)控制液壓油壓力控制閥工作壓力的閥,如溢流閥和減壓閥;另一類是利用液壓油壓力信號(hào)來(lái)控制動(dòng)作的閥,如順序閥和壓力繼電器。壓力控制閥共同的工作原理是都有一個(gè)可移動(dòng)的閥芯,閥芯一端有彈簧,另一端引入壓力油,利用閥芯上的液壓作用力與彈簧力相平衡來(lái)控制閥芯的移動(dòng),從而控制閥口的開(kāi)度,調(diào)節(jié)和穩(wěn)定壓力或產(chǎn)生動(dòng)作。一、溢流閥及其應(yīng)用

在液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中,液壓缸或液壓馬達(dá)的速度是用節(jié)流閥調(diào)節(jié)進(jìn)油的流量來(lái)控制的,液壓泵輸出的流量必然大于實(shí)際進(jìn)入液壓缸或液壓馬達(dá)的流量,使節(jié)流閥前的油壓升高,因此必須在液壓泵出口與節(jié)流閥之間安裝一個(gè)溢流閥,才能使多余的油自動(dòng)地“溢”出去,溢流閥也正是因此而被命名的。此時(shí)的溢流閥也被稱為“調(diào)壓閥”。(一)直動(dòng)式溢流閥的工作原理與結(jié)構(gòu)

如圖5-18(a)所示為直動(dòng)式溢流閥的工作原理簡(jiǎn)圖,其結(jié)構(gòu)圖與產(chǎn)品外觀如圖5-19(a)所示。如圖5-18(b)所示為直動(dòng)式溢流閥的職能符號(hào)。(二)先導(dǎo)式溢流閥的工作原理與結(jié)構(gòu)

先導(dǎo)式溢流閥由先導(dǎo)閥與主閥兩部分組成。先導(dǎo)閥就相當(dāng)于一個(gè)直動(dòng)式溢流閥,經(jīng)過(guò)它的流量很小,閥口開(kāi)度就可以很小,選用硬彈簧也可以穩(wěn)定較高的壓力。如圖5-20(a)、圖5-20(b)所示為先導(dǎo)式溢流閥的結(jié)構(gòu)圖和工作原理簡(jiǎn)圖。如圖5-20(c)所示為先導(dǎo)式溢流閥的職能符號(hào),從職能符號(hào)中能夠區(qū)分出直動(dòng)式和先導(dǎo)式溢流閥;如圖5-20(d)為先導(dǎo)式溢流閥的產(chǎn)品外觀圖。(三)溢流閥的應(yīng)用

溢流閥是液壓系統(tǒng)中最常用到的元件之一。除極少數(shù)能夠自我保護(hù)的液壓泵(如限壓式變量葉片泵)以外,幾乎所有的液壓泵出口都必須安裝一個(gè)溢流閥,如圖5-21所示為一個(gè)典型的壓力油源的組合油路。

如圖5-22所示為溢流閥的兩個(gè)典型作用的油路圖。如圖5-22(a)和圖5-22(b)所示,壓力油源部分相同,換向閥和液壓缸也相同。圖5-22(a)有一個(gè)調(diào)節(jié)流量的節(jié)流閥,圖5-22(b)無(wú)溢流閥。

先導(dǎo)式溢流閥的遠(yuǎn)程控制口在不使用時(shí)是被堵住的。如圖5-23所示,當(dāng)先導(dǎo)式溢流閥A的遠(yuǎn)程控制口與另外一個(gè)設(shè)置在別處并且調(diào)壓較低的溢流閥B連通時(shí),主溢流閥A的閥芯上腔的油壓只要達(dá)到遠(yuǎn)控溢流閥B的調(diào)定值,主溢流閥A的閥芯即可抬起溢流,實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程調(diào)壓,這時(shí)主溢流閥A自身的先導(dǎo)閥不再起調(diào)壓作用。二、減壓閥及其應(yīng)用(一)減壓閥的工作原理與結(jié)構(gòu)

減壓閥的作用是在中高壓液壓系統(tǒng)中,通過(guò)降低壓力并保持穩(wěn)定值,提供一個(gè)低壓分支油路。

減壓閥也分為直動(dòng)式和先導(dǎo)式兩種,一般常用先導(dǎo)式減壓閥。如圖5-24(a)、圖5-24(b)所示為先導(dǎo)式減壓閥的結(jié)構(gòu)和工作原理簡(jiǎn)圖。(二)減壓閥的應(yīng)用

若某個(gè)執(zhí)行元件所需的供油壓力較液壓泵供油壓力低時(shí),可在此分支油路中串聯(lián)一個(gè)減壓閥,所需壓力由減壓閥來(lái)調(diào)節(jié)控制。如控制油路、夾緊油路、潤(rùn)滑油路就常采用減壓回路。如圖5-25所示為驅(qū)動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)的減壓回路。

(一)順序閥工作原理與結(jié)構(gòu)

順序閥的結(jié)構(gòu)也分為直動(dòng)式和先導(dǎo)式。它的結(jié)構(gòu)和工作原理與溢流閥極為相似。如圖5-26所示為先導(dǎo)式順序閥的結(jié)構(gòu)圖和職能符號(hào)。

圖5-26所示為先導(dǎo)式順序閥,也稱為內(nèi)控式順序閥或自控式順序閥。它的閥芯開(kāi)啟與否,是由它自己的進(jìn)口壓力決定的。

如圖5-27所示為液控順序閥,也稱為外控式順序閥。它的閥芯開(kāi)啟與否,與它自己的進(jìn)口壓力大小無(wú)關(guān),而是由液壓系統(tǒng)中某處的控制油壓力決定。

三、順序閥及其應(yīng)用(二)順序閥的應(yīng)用如圖5-28所示為用順序閥實(shí)現(xiàn)兩個(gè)液壓缸的順序動(dòng)作回路。如圖5-29所示為兩種用順序閥實(shí)現(xiàn)的平衡回路。圖5-29(b)所示采用的是單向液控式順序閥,當(dāng)換向閥在H型中位時(shí),液控順序閥的控制油壓力喪失。四、壓力繼電器及其應(yīng)用(一)壓力繼電器工作原理與結(jié)構(gòu)

壓力繼電器是一種將液壓壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的元件。如圖5-30所示為壓力繼電器。(二)壓力繼電器的應(yīng)用

用壓力繼電器發(fā)出的電信號(hào)可以控制電磁鐵、繼電器等元件,實(shí)現(xiàn)電液結(jié)合的程序控制和安全保護(hù)功能。

如圖5-31(a)所示利用壓力繼電器實(shí)現(xiàn)程序控制,當(dāng)電磁鐵1YA、2YA通電時(shí),缸5左腔進(jìn)油,右腔回油,活塞右移實(shí)現(xiàn)“快進(jìn)”。

如圖5-32所示利用壓力繼電器實(shí)現(xiàn)保壓卸荷。當(dāng)電磁鐵1YA通電,2YA斷電時(shí),活塞右移,當(dāng)夾具接觸工件后油壓開(kāi)始升高,此時(shí)液壓泵同時(shí)在向蓄能器充油(蓄能器的結(jié)構(gòu)和作用將在本項(xiàng)目后續(xù)部分中介紹)。PARTTHREE流量控制閥

流量控制閥的閥口就是節(jié)流孔口,其流量公式在項(xiàng)目二式(2.22)中已經(jīng)介紹了,即

q=KAΔpm

其中,K為由小孔形狀和液體性質(zhì)所決定的系數(shù);一般節(jié)流口為薄壁孔,m=0.5;A為節(jié)流口通流面積,調(diào)節(jié)節(jié)流閥或調(diào)速閥就是在調(diào)節(jié)閥口通流面積A。一、節(jié)流閥

如圖5-34所示為節(jié)流閥,其中壓力油從進(jìn)油口P1進(jìn)入閥體,經(jīng)閥芯1左端的節(jié)流口從出油口P2流出。調(diào)節(jié)手柄3可以通過(guò)推桿2調(diào)節(jié)閥芯1的軸向位置,改變通流面積,從而控制流量。

如圖5-35所示,泵出口的壓力pp在溢流閥作用下被穩(wěn)定為一定值,p1就是液壓缸的工作壓力,隨負(fù)載R變化而變化,Δp=pp-p1,Δp必然隨負(fù)載R變化而變化,從而使節(jié)流閥的流量q也隨負(fù)載R的變化而變化。二、調(diào)速閥

如圖5-37所示為調(diào)速閥和節(jié)流閥的特性曲線比較,注意,圖中縱坐標(biāo)為調(diào)速閥的流量,圖中橫坐標(biāo)的Δp對(duì)應(yīng)調(diào)速閥兩端的壓力差Δp1。三、流量控制閥的應(yīng)用

如圖5-38所示為用節(jié)流閥的三種節(jié)流調(diào)速方案,其中分別是將節(jié)流閥安裝在進(jìn)油路上、回油路上、旁油路上的三種調(diào)速方案。圖5-38中的節(jié)流閥也可以換為調(diào)速閥。電液比例控制閥一、電液比例控制閥的工作原理

比例電磁鐵的結(jié)構(gòu)原理如圖5-39所示。比例電磁鐵是直流電磁鐵,它與普通直流電磁鐵不同,也被稱為電磁力馬達(dá)。二、電液比例壓力閥及應(yīng)用

如圖5-40(a)所示為先導(dǎo)式電液比例溢流閥。

如圖5-40(b)、圖中(c)所示為電液比例溢流閥的職能符號(hào)和產(chǎn)品外觀圖片示例。用同樣的方式,也可以組成比例順序閥和比例減壓閥。

如圖5-41所示為應(yīng)用電液比例溢流閥的多級(jí)調(diào)壓回路。圖中2為電子放大器。改變輸入電流,即可控制系統(tǒng)的工作壓力。用電液比例溢流閥可以替代普通多級(jí)調(diào)壓回路中的若干個(gè)壓力閥,且能對(duì)系統(tǒng)壓力進(jìn)行連續(xù)控制。三、電液比例流量閥及其應(yīng)用

如圖5-42(a)所示,使用3個(gè)調(diào)速閥,事先預(yù)調(diào)好各自