液壓與氣壓傳動 第5版 課件 第四章 液壓控制閥

液壓與氣壓傳動流體動力與控制工程系講課教師：劉銀水1液壓閥概述液壓控制閥是液壓傳動系統(tǒng)中的控制元件，用來控制系統(tǒng)中油液流動方向、流量的大小、系統(tǒng)壓力高低，從而實現(xiàn)對執(zhí)行元件的啟動、停止、運動方向、速度的大小、克服負載的能力、動作順序進行調(diào)節(jié)與控制。2液壓閥概述一、液壓閥工作原理與組成動畫演示組成：閥芯閥體控制機構(gòu)3液壓閥概述二、液壓閥的分類1、根據(jù)閥芯結(jié)構(gòu)形式分類⑴滑閥4液壓閥概述二、液壓閥的分類1、根據(jù)閥芯結(jié)構(gòu)形式分類⑵錐閥5液壓閥概述二、液壓閥的分類1、根據(jù)閥芯結(jié)構(gòu)形式分類⑶球閥6液壓閥概述二、液壓閥的分類2、根據(jù)用途不同分類壓力控制閥：用來控制和調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)液流壓力的閥類，如溢流閥、減壓閥、順序閥等。流量控制閥：用來控制和調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)液流流量的閥類，如節(jié)流閥、調(diào)速閥、分流集流閥、比例流量閥等。方向控制閥：用來控制和改變液壓系統(tǒng)液流方向的閥類，如單向閥、液控單向閥、換向閥等。7液壓閥概述二、液壓閥的分類3、根據(jù)控制方式不同分類定值或開關(guān)控制閥：被控制量為定值或閥口啟閉控制液流通路的閥類，包括普通控制閥、插裝閥、疊加閥。比例控制閥：被控制量與輸入信號成比例連續(xù)變化的閥類，包括普通比例閥和帶內(nèi)反饋的電液比例閥。伺服控制閥：被控制量與輸入信號及反饋量成比例連續(xù)變化的閥類，包括機液伺服閥和電液伺服閥。數(shù)字控制閥：用數(shù)字信息直接控制閥口的啟閉，來控制液流的壓力、流量、方向的閥類，可直接與計算機接口，不需要D/A轉(zhuǎn)換器。8液壓閥概述二、液壓閥的分類4、根據(jù)安裝連接型式不同分類管式連接：閥體進出口由螺紋或法蘭與油管連接。安裝方便。板式連接：閥體進出口通過連接板與油管連接。便于集成。插裝式：將閥芯、閥套組成的組件插入專門設(shè)計的閥塊內(nèi)實現(xiàn)不同功能。結(jié)構(gòu)緊湊。疊加式：是板式連接閥的一種發(fā)展形式，多個接口相同的閥疊加在一起安裝。9液壓閥概述二、液壓閥的分類4、根據(jù)安裝連接型式不同分類10液壓閥概述三、液壓閥的性能參數(shù)1、公稱通徑代表閥的通流能力的大小，對應(yīng)于閥的額定流量。與閥的進出油口連接的油管應(yīng)與閥的通徑相一致。閥工作時的實際流量應(yīng)小于或等于它的額定流量，最大不得大于額定流量的1.1倍。2、額定壓力閥長期工作所允許的最高壓力。對于壓力控制閥，實際最高壓力有時還與閥的調(diào)壓范圍有關(guān)；對于換向閥，實際最高壓力還可能受它的功率極限的限制。11液壓閥概述四、對液壓閥的基本要求1、動作靈敏，使用可靠，工作時沖擊和振動要小。2、閥口全開時，液流壓力損失要??；閥口關(guān)閉時，密封性能要好。3、所控制的參數(shù)（壓力或流量）要穩(wěn)定，受外干擾時變化量要小。4、結(jié)構(gòu)緊湊，安裝、調(diào)試、維護方便，通用性要好。12壓力控制閥壓力控制閥是用來控制液壓系統(tǒng)中油液壓力或通過壓力信號實現(xiàn)控制的閥類。它包括溢流閥、減壓閥、順序閥、壓力繼電器。壓力控制閥的基本工作原理：以調(diào)節(jié)彈簧作為負載，通過液壓作用力與彈簧力進行比較來實現(xiàn)對油液壓力的控制。調(diào)節(jié)彈簧的預(yù)壓縮量即調(diào)節(jié)了閥芯的動作壓力，該彈簧是壓力控制閥的重要調(diào)節(jié)零件，稱為調(diào)壓彈簧。13壓力控制閥一、溢流閥溢流閥旁接在液壓泵的出口，保證系統(tǒng)壓力恒定或限制其最高壓力；有時也旁接在執(zhí)行元件的進口，對執(zhí)行元件起安全保護作用。根據(jù)結(jié)構(gòu)型式，可分為直動型和先導(dǎo)型。14壓力控制閥一、溢流閥151、直動型溢流閥⑴工作原理壓力控制閥一、溢流閥161、直動型溢流閥⑴工作原理壓力控制閥一、溢流閥對應(yīng)調(diào)壓彈簧一定的預(yù)壓縮量，閥的進口壓力基本為一定值；調(diào)節(jié)彈簧的預(yù)壓縮量，可調(diào)節(jié)溢流閥的進口壓力；

閥的進口壓力會受流量變化的影響，定壓精度不高，一般用調(diào)壓偏差Δp=ps-pk

和nk=pk/ps來描述其靜態(tài)特性。⑵結(jié)構(gòu)特點171、直動型溢流閥壓力控制閥一、溢流閥動畫演示18⑴工作原理2、先導(dǎo)型溢流閥壓力控制閥一、溢流閥19⑴工作原理2、先導(dǎo)型溢流閥壓力控制閥一、溢流閥202、先導(dǎo)型溢流閥壓力控制閥一、溢流閥2、先導(dǎo)型溢流閥先導(dǎo)閥和主閥閥芯分別處于受力平衡，其閥口都滿足壓力流量方程。閥的進口壓力由兩次比較得到，壓力值主要由先導(dǎo)閥調(diào)壓彈簧的預(yù)壓縮量確定，主閥彈簧起復(fù)位作用。通過先導(dǎo)閥的流量很小，是主閥額定流量的1％，因此其尺寸很小，即使是高壓閥，其彈簧剛度也不大，閥的調(diào)節(jié)性能有很大改善。主閥芯開啟是利用液流流經(jīng)阻力孔形成的壓力差。阻力孔一般為細長孔，孔徑很小φ=0.8~1.2mm，孔長l=

8~12mm，工作時易堵塞，將導(dǎo)致主閥口常開無法調(diào)壓，因此大都采用兩級同心結(jié)構(gòu)。先導(dǎo)閥前腔有一控制口，用于卸荷和遙控。⑵結(jié)構(gòu)特點21壓力控制閥一、溢流閥2、先導(dǎo)型溢流閥⑶先導(dǎo)型溢流閥遙控口接法遠程調(diào)壓卸荷22壓力控制閥一、溢流閥2、先導(dǎo)型溢流閥⑷溢流閥功用

用作溢流閥

用作安全閥

用作卸荷閥

用作背壓閥23壓力控制閥一、溢流閥2、先導(dǎo)型溢流閥⑸溢流閥基本性能參數(shù)調(diào)壓范圍：在規(guī)定的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)時，閥的輸出壓力能平穩(wěn)的升降，無突跳或遲滯現(xiàn)象。為改善高壓溢流閥的調(diào)節(jié)性能，往往通過更換四根剛度不同的彈簧0.6～8、4～16、8～20、16～32MPa實現(xiàn)四級調(diào)壓。A）靜態(tài)性能24壓力控制閥一、溢流閥2、先導(dǎo)型溢流閥⑸溢流閥基本性能參數(shù)壓力流量特性：溢流閥的進口壓力隨流量變化而波動的性能，又稱為啟閉特性。（ps-pk）、（ps-pb）稱為調(diào)壓偏差，調(diào)壓偏差小好

nk=pk/ps稱為開啟壓力比，

nb=pb/ps

稱為閉合壓力比，nk

、nb大好。25A）靜態(tài)性能壓力控制閥一、溢流閥2、先導(dǎo)型溢流閥⑸溢流閥基本性能參數(shù)卸荷壓力：溢流閥做卸荷閥時，額定流量下進、出口的壓力差稱為卸荷壓力。最大允許流量和最小穩(wěn)定流量：溢流閥溢流閥在最大允許流量下（即額定流量）下工作時應(yīng)無異常噪聲；最小穩(wěn)定壓力取決于對壓力平穩(wěn)性的要求，一般規(guī)定為額定流量的15%。26A）靜態(tài)性能壓力控制閥一、溢流閥2、先導(dǎo)型溢流閥⑸溢流閥基本性能參數(shù)壓力超調(diào)量響應(yīng)時間過渡過程時間升壓時間27B）動態(tài)性能壓力控制閥一、溢流閥2、先導(dǎo)型溢流閥⑸溢流閥基本性能參數(shù)卸荷時間28B）動態(tài)性能壓力控制閥二、減壓閥減壓閥是利用液流流過縫隙產(chǎn)生壓力損失，使其出口壓力低于進口壓力的壓力控制閥。定壓減壓閥定差減壓閥定比減壓閥調(diào)節(jié)要求不同減壓閥用在液壓系統(tǒng)中獲得壓力低于系統(tǒng)壓力的二次油路上，如夾緊回路、潤滑回路和控制回路。減壓閥出口壓力還與出口負載有關(guān)，若負載壓力低于調(diào)定壓力時，出口壓力由負載決定，此時減壓閥不起減壓作用。29壓力控制閥二、減壓閥1、定壓減壓閥⑴直動式減壓閥30壓力控制閥1、定壓減壓閥（演示動畫）⑵出口壓力控制式先導(dǎo)型31二、減壓閥壓力控制閥二、減壓閥1、定壓減壓閥⑶結(jié)構(gòu)特點

與先導(dǎo)型溢流閥比較：減壓閥為出口壓力控制，保證出口壓力為定值，溢流閥為進口壓力控制，保證進口壓力恒定。減壓閥閥口常開；溢流閥閥口常閉。減壓閥出口壓力油去工作，有一定的壓力，因此有單獨的泄油口；溢流閥彈簧腔的泄漏油經(jīng)閥體內(nèi)流道內(nèi)泄至出口。減壓閥與溢流閥一樣有遙控口，可實現(xiàn)泄壓或遠程調(diào)壓。32壓力控制閥二、減壓閥33K值較小2、定差減壓閥壓力控制閥二、減壓閥3、定比減壓閥彈簧力遠小于液壓力34壓力控制閥三、順序閥順序閥是一種利用系統(tǒng)壓力控制閥口通斷的壓力閥，使系統(tǒng)中多個執(zhí)行元件按順序動作。35壓力控制閥三、順序閥36壓力控制閥三、順序閥按控制油來源不同分內(nèi)控和外控，按彈簧腔泄漏油引出方式不同分內(nèi)泄和外泄。37壓力控制閥三、順序閥1、內(nèi)控外泄順序閥內(nèi)控外泄順序閥與溢流閥非常相象：閥口常閉，進口壓力控制，但是該閥出口油液要去工作，所以有單獨的泄油口。其進口壓力先要達到閥的調(diào)定壓力，而出口壓力取決于負載。當(dāng)負載壓力高于閥的調(diào)定壓力時，進口壓力等于出口壓力，閥口全開；當(dāng)負載壓力低于調(diào)定壓力時，進口壓力等于調(diào)定壓力，閥的開口一定。38壓力控制閥三、順序閥391、內(nèi)控外泄順序閥壓力控制閥三、順序閥2、內(nèi)控內(nèi)泄順序閥內(nèi)控內(nèi)泄順序閥的圖形符號和工作原理與溢流閥相同。多串聯(lián)在執(zhí)行元件的回油路上，使回油具有一定壓力，保證執(zhí)行元件運動平穩(wěn)。40壓力控制閥三、順序閥3、外控內(nèi)泄順序閥41外控內(nèi)泄順序閥等同于二位二通閥，可作卸載閥，如雙泵供油回路中閥3是泵1的卸載閥。壓力控制閥三、順序閥4、外控外泄順序閥外控外泄順序閥可作液動開關(guān)和限速鎖。如遠控平衡閥可限制重物下降的速度。42壓力控制閥四、壓力繼電器壓力繼電器是一種將液壓系統(tǒng)的壓力信號轉(zhuǎn)換為電信號輸出的元件。其作用是實現(xiàn)執(zhí)行元件的順序控制或安全保護。43液壓與氣壓傳動流體動力與控制工程系講課教師：劉銀水44方向控制閥方向控制閥在液壓系統(tǒng)中阻止和引導(dǎo)油液按規(guī)定的流向進出通道，即在油路中控制油液的流動方向。45方向控制閥一、單向閥單向閥普通單向閥（單向閥）液控單向閥梭閥1、普通單向閥普通單向閥是只允許液流一個方向流動，反向則被截止的方向閥。要求正向液流通過時壓力損失小，反向截止時密封性能好；動作靈敏，工作時無撞擊和噪聲。46方向控制閥一、單向閥1、普通單向閥（動畫演示）

左端進油·，壓力油作用在閥芯左端，克服右端彈簧力使閥芯右移，閥口開啟，油液從右端流出；若右端進油，壓力油與彈簧同向作用，將閥芯緊壓在閥座孔上，閥口關(guān)閉，油液被截止不能通過。正向開啟壓力只需（0.03～0.05）MPa，反向截止時為線密封，且密封力隨壓力增高而增大，密封性能良好。開啟后進出口壓力差（壓力損失）為（0.1～0.3）MPa。

47常被安裝在泵的出口，一方面防止壓力沖擊影響泵的正常工作，另一方面防止泵不工作時系統(tǒng)油液倒流經(jīng)泵回油箱。被用來分隔油路以防止高低壓干擾。與其他的閥組成單向節(jié)流閥、單向減壓閥、單向順序閥等，使油液一個方向流經(jīng)單向閥，另一個方向流經(jīng)節(jié)流閥等。安裝在執(zhí)行元件的回油路上，使回油具有一定背壓。作背壓閥的單向閥應(yīng)更換剛度較大的彈簧，其正向開啟壓力為（0.3～0.5）MPa。一、單向閥1、普通單向閥方向控制閥一、單向閥1、普通單向閥49方向控制閥一、單向閥2、液控單向閥50方向控制閥一、單向閥2、液控單向閥當(dāng)控制油口不通壓力油時，油液只能從p1→p2；當(dāng)控制油口通壓力油時，正、反向的油液均可自由通過。根據(jù)控制活塞上腔的泄油方式不同分為內(nèi)泄式和外泄式。卸載式液控單向閥，單向閥芯內(nèi)裝有卸載小閥芯。控制活塞上行時先頂開小閥芯使主油路卸壓，再頂開單向閥閥芯，其控制壓力僅為工作壓力的4.5％，沒有卸載小閥芯的液控單向閥的控制壓力為工作壓力的40％～50％?？刂茐毫τ陀涂诓还ぷ鲿r，應(yīng)使其通回油箱，否則控制活塞難以復(fù)位，單向閥反向不能截止液流。51方向控制閥一、單向閥3、梭閥A口中的壓力始終與P1口與P2口中壓力較高者相通，又稱為壓力選擇閥。52方向控制閥二、換向閥換向閥利用閥芯在閥體孔內(nèi)作相對運動，使油路接通或切斷，從而改變油流方向。要求壓力損失小、泄漏小、換向動作迅速。結(jié)構(gòu)類型滑閥式轉(zhuǎn)閥式球閥式連通主油路數(shù)二通三通四通工作位置二位三位四位閥芯運動方式手動機動電磁動液動電液動閥芯定位方式鋼球定位彈簧復(fù)位53方向控制閥二、換向閥1、不同“通”和“位”換向閥54方向控制閥二、換向閥2、滑閥式換向閥的結(jié)構(gòu)55閥芯與閥體孔配合處為臺肩，閥體孔內(nèi)溝通油液的環(huán)形槽為沉割槽，閥體在沉割槽處有對外連接油口。閥芯運動時，通過閥芯臺肩開啟或封閉閥體沉割槽，接通或關(guān)閉與沉割槽相通的油口。方向控制閥二、換向閥3、滑閥式換向閥的操作方式⑴手動換向閥（動畫演示）56方向控制閥二、換向閥3、滑閥式換向閥的操作方式⑵機動換向閥57方向控制閥二、換向閥3、滑閥式換向閥的操作方式⑶電磁換向閥（動畫演示）58方向控制閥二、換向閥3、滑閥式換向閥的操作方式⑷液動換向閥59方向控制閥二、換向閥3、滑閥式換向閥的操作方式⑸電液換向閥60方向控制閥二、換向閥614、轉(zhuǎn)閥式換向閥方向控制閥二、換向閥5、球式換向閥⑴電磁球式換向閥常開型62方向控制閥二、換向閥5、球式換向閥⑵液控球式換向閥常開型常閉型63方向控制閥二、換向閥6、滑閥的中位機能64方向控制閥二、換向閥7、換向閥的性能換向可靠性：換向信號發(fā)出后閥芯能靈敏地移到工作位置；換向信號撤除后閥芯能自動復(fù)位。同一通徑的電磁閥，機能不同，可靠換向的壓力流量范圍不同；壓力損失：包括閥口壓力損失和流道壓力損失。換向閥的壓力損失除與通流量有關(guān)，還與閥的機能、閥口流動方向有關(guān)；內(nèi)泄漏量：滑閥式換向閥為環(huán)形間隙密封，工作壓力越高，內(nèi)泄漏越大。泄漏不僅帶來功率損失，而且引起油液發(fā)熱。因此閥芯與閥體要同心，并要有足夠的封油長度。65方向控制閥二、換向閥7、換向閥的性能換向平穩(wěn)性：就是要求換向時壓力沖擊要小。手動換向閥和電液換向閥可以控制換向時間來減小換向沖擊；換向時間和換向頻率：交流電磁鐵的換向時間約為0.03~0.15s，直流電磁鐵的換向時間約為0.1~0.3s；換行頻率為60~240次/min。66液壓與氣壓傳動流體動力與控制工程系講課教師：劉銀水67流量控制閥流量控制閥是通過改變閥口大小或流道的長短來改變液阻，以實現(xiàn)流量調(diào)節(jié)的閥。節(jié)流閥調(diào)速閥分流集流閥68流量控制閥一、流量控制原理通過孔口和縫隙的流量方程：KL——節(jié)流系數(shù)，常數(shù)；A——過流面積；Δp——前后壓力差；m——指數(shù)；0.5≤m≤1。69流量控制閥一、流量控制原理70流量控制閥二、節(jié)流閥節(jié)流閥在本質(zhì)上相當(dāng)于一個可變節(jié)流口，其借助控制機構(gòu)使閥芯相對于閥體孔運動改變閥口過流面積。71流量控制閥二、節(jié)流閥1、結(jié)構(gòu)與工作原理（動畫演示）1-調(diào)節(jié)螺母2-閥體3-閥芯72流量控制閥二、節(jié)流閥2、流量特性與剛性剛性越大，節(jié)流閥性能越好；薄壁小孔m=0.5，多用作節(jié)流閥的閥口；

Δp

越小，剛度越低，必須大于某一最小值才能正常工作；但不宜過大，否則會造成較大的壓力損失，以及閥口堵塞。73流量控制閥二、節(jié)流閥3、節(jié)流口堵塞最小穩(wěn)定流量節(jié)流閥在很小開口下工作時，流經(jīng)閥的流量會出現(xiàn)周期性脈動，甚至間歇式斷流，這種現(xiàn)象稱為節(jié)流閥的堵塞現(xiàn)象。為此對節(jié)流閥有一個能正常工作的最小流量的限制，這個限制值稱為節(jié)流閥的最小穩(wěn)定流量。74流量控制閥二、節(jié)流閥4、節(jié)流閥的應(yīng)用當(dāng)節(jié)流閥前后Δp一定時，改變A可改變流經(jīng)閥的流量——起節(jié)流調(diào)速作用，如閥3當(dāng)q一定時，改變A可改變閥前后壓力差Δp——起負載阻尼作用，如閥1當(dāng)q＝0時，安裝節(jié)流元件可延緩壓力突變的影響——起壓力緩沖作用，如閥275流量控制閥三、調(diào)速閥當(dāng)節(jié)流閥和定差減壓閥串聯(lián)使用時，若連接節(jié)流閥的負載發(fā)生變化較大時，可保證節(jié)流閥前后壓力差不變，使得通過節(jié)流閥的流量基本保持不變，這樣就解決了負載變化較大時執(zhí)行元件的速度穩(wěn)定性問題。76流量控制閥三、調(diào)速閥1、工作原理（動畫演示）77流量控制閥三、調(diào)速閥2、流量穩(wěn)定性分析調(diào)速閥用于調(diào)節(jié)執(zhí)行元件運動速度，并保證其速度的穩(wěn)定。當(dāng)檢測的壓力差偏離預(yù)定值時，定差減壓閥閥芯產(chǎn)生相應(yīng)位移，改變減壓縫隙進行壓力補償，保證節(jié)流閥前后的壓力差基本不變。閥芯位移勢必引起彈簧力和液動力波動，流經(jīng)調(diào)速閥的流量只能基本穩(wěn)定，調(diào)速閥的速度剛性可近似為∞。為保證定差減壓閥的壓力補償作用，調(diào)速閥的進出口壓力差應(yīng)大于彈簧力Ft和液動力Fs

所確定的最小壓力差，否則無法保證流量穩(wěn)定。78流量控制閥三、調(diào)速閥3、靜態(tài)特性79流量控制閥三、調(diào)速閥4、旁通型調(diào)速閥80流量控制閥三、調(diào)速閥4、旁通型調(diào)速閥節(jié)流閥和差壓式溢流閥的進口并聯(lián)；節(jié)流閥前后壓力差不變（流量不變），進口壓力（系統(tǒng)壓力）隨著負載變化而發(fā)生變化；調(diào)速回路效率較高。81流量控制閥四、分流集流閥分流集流閥是用來保證多個執(zhí)行元件速度同步的流量控制閥，又稱為同步閥。它包括分流閥、集流閥和分流集流閥三種控制類型。82流量控制閥四、分流集流閥1、分流閥83動畫演示流量控制閥四、分流集流閥2、分流集流閥84液壓閥的連接方式一、螺紋連接85液壓閥的連接方式二、法蘭連接86液壓閥的連接方式三、板式連接87液壓閥的連接方式四、疊加式連接88液壓閥的連接方式五、插裝式連接89插裝閥和疊加閥管式連接和板式連接的液壓閥一般為滑閥型結(jié)構(gòu)，因其具有一定的密封長度，閥口啟閉時存在死區(qū)，靈敏性較差；密封方式為間隙密封，密封性能較差。90插裝閥和疊加閥在錐閥基礎(chǔ)上，發(fā)展出了可以實現(xiàn)壓力、流量、方向控制的二通插裝閥組件；將這些基本組件插入特定加工的閥塊，通過蓋板和不同的先導(dǎo)閥即可組成插裝閥。組成：閥芯閥套彈簧