第七章液压元件和液压油.ppt

第七章 液压元件和液压油,第一节 液压控制阀,作用：对执行元件(工作机构)进行控制和调节。 分类 按工作原理分：方向控制阀 （液流方向） 压力控制阀 （压力大小） 流量控制阀 (流量大小) 按元件数目分：单体阀、组合阀（复合阀，集成式） 按连接方式分：螺纹连接、板式连接、阀兰连接 按功能分类： 定制控制式、比例控制式、逻辑控制式,一、方向控制阀,1. 单向阀 功能：只允许油液单向流动。 要求: 灵敏可靠，开启阻力小， 止逆密封性好，无噪音。 分类：球阀，锥阀， 直通式，直角式 符号：,分类：单向阀，换向阀,单向阀 液控单向阀,第一节 液压控制阀,单向阀,1隔开油路； 2组成单向平衡阀,单向阀开启压力一般为0.0350.05MPa，所以单向阀中的弹簧很软。 单向阀的主要用途如下：,（1）单向阀可以安装在回油路中作为背压阀。将软弹簧更换成合适的硬弹簧，用以产生0.20.6MPa的背压，就成为背压阀； （2）安装在液压泵出口，防止系统压力突然升高而损坏液压泵。防止系统中的油液在泵停机时倒流回油箱； （3）与其它阀组合成单向控制阀； （4）用于隔开油路之间的联系，防止油路相互干扰。,一、方向控制阀,第一节 液压控制阀,液控单向阀的工作原理和图形符号 (a)工作原理图；(b)详细符号；(c)简化符号,液控单向阀有条件的反向流动。,一、方向控制阀,第一节 液压控制阀,液控单向阀应用,1）控制重物匀速下落：当换向阀通电时，油缸匀速下落（不会自由落体下落）；当换向阀断电时，油缸起吊重物。,一、方向控制阀,第一节 液压控制阀,2. 换向阀 功能：利用阀芯和阀体间相对位置的不同来变换不同管路间的通断关系，实现接通、切断，或改变液流方向。它的用途很广，种类也很多。 要求: 油液流经换向阀时的压力损失要小(一般0.3MPa)； 互不相通的油口间的泄漏要小； 换向可靠、迅速且平稳无冲击。 分类：操作方式：手动，液动，电磁式，电液式，机动 工作位数和控制通道：二位二通阀、二位三通阀、 二位四通阀、三位四通阀、三位五通阀 阀芯形式：滑阀，转阀,一、方向控制阀,第一节 液压控制阀,不同的“通”和“位”的滑阀式换向阀主体部分的结构形式和图形符号,滑阀式换向阀处于中间位置或原始位置时，阀中各油口的连通方式称为换向阀的滑阀机能。 滑阀机能直接影响执行元件的工作状态，不同的滑阀机能可满足系统的不同要求。 正确选择滑阀机能是十分重要的。这里介绍二位二通和三位四通换向阀的滑阀机能。,滑阀机能,一、方向控制阀,第一节 液压控制阀,2. 换向阀,二位二通换向阀的滑阀机能,二位二通换向阀其两个油口之间的状态只有两种：通或断 自动复位式(如弹簧复位)的二位二通换向阀的滑阀机能有常闭式(O型)和常开式(H型)两种。,滑阀机能,一、方向控制阀,第一节 液压控制阀,2. 换向阀,三位四通阀常用滑阀机能,换向阀的操纵方式,手动换向阀 主要有弹簧复位和钢球定位两种形式。,三位四通手动换向阀 (a)弹簧钢球定位式符号，(b)弹簧自动复位式符号,一、方向控制阀,第一节 液压控制阀,2. 换向阀,机动换向阀：机动换向阀又称行程换向阀，它是用挡铁或凸轮推动阀芯实现换向。,二位二通机动换向阀 1-挡铁；2-滚轮；3-阀芯；4-弹簧,一、方向控制阀,第一节 液压控制阀,2. 换向阀,换向阀的操纵方式,电磁换向阀：电磁换向阀是利用电磁铁吸力推动阀芯来改变阀的工作位置。由于它可借助于按钮开关、行程开关、限位开关、压力继电器等发出的信号进行控制，所以操作轻便，易于实现自动化，因此应用广泛。,一、方向控制阀,第一节 液压控制阀,2. 换向阀,换向阀的操纵方式,电磁换向阀工作原理,原理演示,阀用电磁铁根据所用电源的不同，有以下三种： 交流电磁铁。阀用交流电磁铁的使用电压一般为交流220V，电气线路配置简单。交流电磁铁启动力较大，换向时间短。但换向冲击大，工作时温升高(外壳设有散热筋)；当阀芯卡住时，电磁铁因电流过大易烧坏，可靠性较差，所以切换频率不许超过30次min，寿命较短。 直流电磁铁。直流电磁铁一般使用24V直流电压，因此需要专用直流电源。其优点是不会因铁芯卡住而烧坏(其圆筒形外壳上没有散热筋)，体积小，工作可靠，允许切换频率为120次min，换向冲击小，使用寿命较长。但启动力比交流电磁铁小。 本整型电磁铁。本整型指交流本机整流型。这种电磁铁本身带有半波整流器，可以在直接使用交流电源的同时，具有直流电磁铁的结构和特性。,一、方向控制阀,第一节 液压控制阀,2. 换向阀,换向阀的操纵方式,电磁换向阀：电磁换向阀是利用电磁铁吸力推动阀芯来改变阀的工作位置。由于它可借助于按钮开关、行程开关、限位开关、压力继电器等发出的信号进行控制，所以操作轻便，易于实现自动化，因此应用广泛。,1-阀体；2-阀芯；3-推杆；4、7-弹簧；5、8-弹簧座；6-O形圈；9-后盖,交流式二位三通电磁换向阀,一、方向控制阀,第一节 液压控制阀,2. 换向阀,弹簧对中型三位四通液动换向阀,一、方向控制阀,第一节 液压控制阀,2. 换向阀,弹簧对中型三位四通液动换向阀,一、方向控制阀,第一节 液压控制阀,2. 换向阀,阻尼调节器由一个单向阀和一个节流阀并联组成，单向阀用来保证滑阀端面进油畅通，而节流阀用于滑阀端面回油的节流，调节节流阀开口大小即可调整阀芯的动作时间。,有阻力器的三位四通液动换向阀,一、方向控制阀,第一节 液压控制阀,2. 换向阀,原理演示,电液换向阀有弹簧对中和液压对中两种形式。若按控制压力油及其回油方式进行分类则有：外部控制-外部回油；外部控制-内部回油；内部控制-外部回油；内部控制-内部回油等四种类型。,内部控制、外部回油的弹簧对中型电液换向阀 (a)结构图；(b)符号，(c)简化符号 l、7-单向阀;2、6-节流阀;3、5-电磁铁;4-电磁阀阀芯;8-主阀芯,一、方向控制阀,第一节 液压控制阀,2. 换向阀,方向阀在换向与锁紧回路中的应用,在液压系统中，工作机构的启动、停止或变换运动方向等是利用控制进入执行元件油流的通、断及改变流动方向来实现的。实现这些功能的回路称为方向控制回路。 方向阀主要用于通断控制、换向控制、锁紧、保压等方面。,简单换向回路：只需在泵与执行元件之间采用标准的普通换向阀即可。,一、方向控制阀,第一节 液压控制阀,2. 换向阀,复杂换向回路,当需要频繁、连续自动地作往复运动且对换向过程有很多附加要求时，则需采用复杂换向回路。 对于换向要求高设备，若用手动换向阀就不能实现自动往复运动，则需要采用机动换向阀。,一、方向控制阀,第一节 液压控制阀,2. 换向阀,锁紧回路简介,锁紧回路可使液压缸活塞在任一位置停止，并可防止其停止后窜动。,1. 使执行元件锁紧的最简单的方法是利用三位换向阀的M型或O型中位机能封闭液压缸两腔，使执行元件在其行程的任意位置上锁紧。但由于滑阀式换向阀不可避免地存在泄漏，这种锁紧方法不够可靠，只适用于锁紧时间短且要求不高的回路中。,一、方向控制阀,第一节 液压控制阀,2. 换向阀,2. 最常用的方法是采用液控单向阀，其锁紧回路如图所示。由于液控单向阀有良好的密封性能，即使在外力作用下，也能使执行元件长期锁紧。 为了保证在三位换向阀中位时锁紧，换向阀应采用H型或Y型机能。,锁紧回路,锁紧回路简介,锁紧回路可使液压缸活塞在任一位置停止，并可防止其停止后窜动。,一、方向控制阀,第一节 液压控制阀,2. 换向阀,压力控制阀是用于控制液压系统中油液的压力，或利用压力变化作为信号来控制其它元件动作的阀。 分类：溢流阀、减压阀、顺序阀，以及由顺序阀派生出来的平衡阀、卸荷阀等。 从工作原理来看，所有的压力控制阀都是利用液压油的压力对阀芯产生的推力与弹簧的弹力相平衡，使阀芯停止在不同位置上，以控制阀口开度来实现压力的控制。,二、压力控制阀,第一节 液压控制阀,1. 溢流阀 功能：保持阀前的油压恒定，将多余的油液回流到油箱（安全阀，平时 常闭），会流到阀后管系（溢流阀，平时常开）。 要求: 灵敏可靠，工作平稳，无噪音，压力稳定，机构简单 。 分类：直动式，差动式，先导式,二、压力控制阀,第一节 液压控制阀,直动型溢流阀结构原理图 (a)滑阀节流口，端面测压; (b)锥阀节流口，端面测压; (c)锥阀节流口，锥面测压,（1）直动型溢流阀 直动式溢流阀是作用在阀芯上的主油路液压力与调压弹簧力直接相平衡的溢流阀。,二、压力控制阀,第一节 液压控制阀,1. 溢流阀,（1）直动型溢流阀,原理演示,当阀芯重力、摩擦力和液动力忽略不计，令指令力(弹簧调定力)F指K · x0时，直动式溢流阀在稳态下的力平衡方程为: p·A = F指+ K · x 即 F指= F指 p·A = K · x 即 p=K(x0+x)/AKx0/A 式中：K弹簧刚度(Nm)； x0弹簧预压缩量(m)； p(或pL)进口压力即系统压力(Pa)； F指指令信号，即弹簧预压力(N)； F指控制误差（取决于K）,即驱动阀芯的合力(N)； A阀芯的有效承压面积(m2)； x阀开口量(m)。 由式可以看出，只要在设计时保证x x0 ，即可使 p=K(x0+x)/AKx0/A =常数。这就表明，当溢流量变化时，直动式溢流阀的进口压力是近于恒定的。,（1）直动型溢流阀,直动型溢流阀的特点： 结构简单，灵敏度高，但因压力直接与调压弹簧力平衡，不适于在高压、大流量下工作。在高压、大流量条件下，直动型溢流阀的阀芯摩擦力和液动力很大，不能忽略，故调压精度低，恒压特性不好。 工程机械上多作缓冲阀用。,（1）直动型溢流阀,（2）先导型溢流阀,如果系统工作油压较高，并希望压力变化量相对较小，需采用先导式溢流阀。,先导式溢流筏结构原理演示,根据先导型溢流阀的原理图，当阀芯重力、摩擦力和液动力忽略不计，令导阀的指令力F指Ks · xs0 ，导阀芯在稳态状况下的力平衡方程为 p2·As = F指+ Ks · xs 即 p2 = Ks (xs0+ xs)/ As 因导阀的流量极小，仅为主阀流量的1左右，导阀开口量xs很小，因此有 p2 Ks · xs0/A s =（常数）,先导型溢流阀的受力分析,在主阀中，当主阀芯重力、摩擦力和液动力忽略不计，主阀芯在稳态状况下的力平衡方程 为： p2·A2 + K（x0+ x) = p1·A1 即 p1= p2·A2 / A1 +K（x0+ x)/ A1 因主阀芯弹簧不起调压作用，因此弹簧可做成极软，弹簧力基本为零，即 F= K（x0+ x) 0 故有： p1 = F调/A1= p2·A2 / A1,（2）先导型溢流阀,由于主阀上腔始终有油压p2作用， p1= p2·A2 / A1 +K（x0+ x)/ A1即使系统油压较高，主阀弹簧也可选得较软。所以先导式溢流阀即使用于高压系统，其稳态压力变化量也仍然较小，一般不超出整定压力的5%10%；而直动式则可达20%或更高。 转动调压手轮11，改变导阀弹簧的初张力p2 ，即可改变溢流阀的整定压力。,先导型溢流阀的特点： 在溢流量发生大幅度变化时，被控压力p1只有很小的变化（因主阀芯弹簧刚度小），即定压精度高。此外，由于先导阀的溢流量仅为主阀额定流量的1左右，因此先导阀阀座孔的面积和开口量、调压弹簧刚度都不必很大。所以，先导型溢流阀广泛用于高压、大流量场合。,先导型溢流阀的受力分析,（2）先导型溢流阀,功能：保持阀后的油压恒定。 要求: 灵敏可靠，工作平稳，无噪音，压力稳定， 机构简单 。 分类：直动式，先导式。,二、压力控制阀,第一节 液压控制阀,2. 减压阀,直动式减压阀,其结构如图所示。它主要由阀芯、阀壳、弹簧、调压手轮组成。进口压力称为一次压力p1，出口压力称为二次压力p2。 一次油路p1进入阀体，流经节流口X节流降压后，从二次油路p2输出，这是主油路。输出的油，从出油口分支进入阀芯底部，流经阀芯中心的阻尼孔进入弹簧腔溢流回油箱。 阀芯上作用力的平衡方程式： p2F = R0+ K（XmaxX） 式中（XmaxX） 弹簧变形量； R0 弹簧预调压力； K 弹簧刚性系数； F 阀芯底面积。,功能：利用油液信号，控制执行机构的动作顺序。 要求: 灵敏可靠，工作平稳，无噪音，压力稳定，机构简单 。 分类：直控式，远控式，卸荷式,二、压力控制阀,第一节 液压控制阀,3. 顺序阀,顺序阀的作用是利用油液压力作为控制信号控制油路通断。 顺序阀也有直动型和先导型之分，根据控制压力来源不同，它还有内控式和外控式之分。 通过改变控制方式、泄油方式以及二次油路的连接方式，顺序阀还可用作背压阀、卸荷阀和平衡阀等。,二、压力控制阀,第一节 液压控制阀,3. 顺序阀,直动式顺序阀通常为滑阀结构，其工作原理与直动式溢流阀相似，均为进油口测压，但顺序阀为减小调压弹簧刚度，还设置了断面积比阀芯小的控制活塞A。 顺序阀与溢流阀的区别还有： 其一，出口不是溢流口，因此出口p2不接回油箱，而是与某一执行元件相连，弹簧腔泄漏油口L必须单独接回油箱； 其二，顺序阀不是稳压阀，而是开关阀，它是一种利用压力的高低控制油路通断的“压控开关”，严格地说，顺序阀是一个二位二通液动换向阀。,直动型顺序阀,直动式顺序筏结构原理演示,当顺序阀内装并联的单向阀，可构成单向顺序阀。单向顺序阀也有内外控之分。若将出油口接通油箱，且将外泄改为内泄，即可作平衡阀用，使垂直放置的液压缸不因自重而下落。,直动型顺序阀,各种顺序阀的职能符号如表所示,各种顺序阀的职能符号如表所示（续）,分类：节流阀，调速阀,三、流量控制阀,第一节 液压控制阀,功能：改变相关阀口的通流面积，控制流量（负荷变化，阀前后压差不变化）。 要求: 灵敏可靠，工作平稳，无噪音，机构简单 。 当阀前后的压力差发生变化时，通过阀的流量变化要小； 当油温发生变化时，通过节流阀的流量变化要小； 要有较大的流量调节范围，在小流量时不易堵塞； 当阀全开时，液流通过节流阀的压力损失要小； 阀的泄漏量要小。,三、流量控制阀,第一节 液压控制阀,1. 节流阀,节流阀是通过改变节流截面或节流长度以控制流体流量的阀。将节流阀和单向阀并联则可组合成单向节流阀。节流阀和单向节流阀是简易的流量控制阀。 在定量泵液压系统中，节流阀和溢流阀配合，可组成三种节流调速系统，即进油路节流调速系统、回油路节流调速系统和旁路节流调速系统。,三、流量控制阀,第一节 液压控制阀,1. 节流阀,节流阀没有流量负反馈功能，不能补偿由负载变化所造成的速度不稳定，一般仅用于负载变化不大或对速度稳定性要求不高的场合。 式中： Q 通过节流口的容积流量； C 随节流口形状和油液粘度而变的流量系数； A 节流口的通流面积； p节流口前后的压差； m 由节流口形状决定的指数。薄壁小孔(孔长小于孔径的一半)，n=0.5；细长孔(孔长远大于孔径) m=1；一般节流口m介于二者之间。,三、流量控制阀,第一节 液压控制阀,1. 节流阀,按其功用，具有节流功能的阀有节流阀、单向节流阀、精密节流阀、节流截止阀和单向节流截止阀等，按节流口的结构形式，节流阀有针式、沉割槽式、偏心槽式、锥阀式、三角槽式、薄刃式等多种；按其调节功能，又可将节流阀分为简式和可调式两种。,三、流量控制阀,第一节 液压控制阀,1. 节流阀,功能：改变相关阀口的通流面积，控制流量。 （负荷变化，阀前后压差不变化） 要求: 灵敏可靠，工作平稳，无噪音，机构简单 。 分类：普通型调速阀（节流阀与差压式减压阀串连） 旁通型调速阀（节流阀与差压式溢流阀并联） 符号：,三、流量控制阀,第一节 液压控制阀,2. 调速阀,根据“流量负反馈”原理设计而成的流量阀统称为调速阀。根据“串联减压式”和“并联溢流式”之差别，又分为调速阀和溢流节流阀两种主要类型，调速阀中又有压力补偿型调速阀和温度补偿型调速阀两种结构。 调速阀和节流阀在液压系统中的应用基本相同，主要用于：与定量泵、溢流阀组成节流调速的系统。调节节流阀的开口面积，便可调节执行元件的运动速度。 节流阀适用于一般的节流调速系统，而调速阀适用于执行元件负载变化大而运动速度要求稳定的系统中，也可用于容积节流调速回路中。,三、流量控制阀,第一节 液压控制阀,2. 调速阀,普通型调速阀的工作原理,采用“压差法”测量流量的串联减压式调速阀是由定差减压阀2和节流阀4串联而成的组合阀，其工作原理及职能符号如图所示。,图7.8 调速阀的工作原理和职能符号 (a)结构原理图；(b)符号；(c)简化符号； 1-减压阀口；2-减压阀芯；3-节流阀口；4-节流阀芯,普通型调速筏原理演示,设减压阀的进口压力为p1，负载串接在调速阀的出口p3处。节流阀(流量压差传感器)前、后的压力差(p2-p3)代表着负载流量的大小，p2和p3作为流量反馈信号分别引到减压阀阀芯两端(压差力传感器)的测压活塞上，并与定差减压阀芯一端的弹簧(充当指令元件)力相平衡，减压阀芯平衡在某一位置。 减压阀芯两端的测压活塞做得比阀口处的阀芯更粗的原因是为了增大反馈力以克服液动力和摩擦力的不利影响。,p2A=p3A+Fs p2-p3=Fs/A,普通型调速阀的工作原理,当负载压力p3增大引起负载流量和节流阀的压差(p2-p3)变小时，作用在减压阀芯下端的液压力小于上端总力，减压阀芯下移，减压口加大，压降减小，使p2也增大，从而使节流阀的压差(p2-p3)保持不变；,反之亦然。这样就使调速阀的流量恒定不变(不受负载影响)。 上述调速阀是先减压后节流的结构，也可以设计成先节流后减压的结构，两者的工作原理基本相同。,普通型调速阀的工作原理,溢流节流阀的工作原理,溢流节流阀与负载相并联，采用并联溢流式流量负反馈，可以认为它是由定差溢流阀和节流阀并联组成的组合阀。其中节流阀充当流量传感器，节流阀口不变时，通过自动调节起定差作用的溢流口的溢流量来实现流量负反馈，从而稳定节流阀前后的压差，保持其流量不变。与调速阀一样，节流阀(传感器)前后压差基本不变，调节节流阀口时，可以改变流量的大小。溢流节流阀能使系统压力随负载变化，没有调速阀中减压阀口的压差损失，功率损失小，是一种较好的节能元件，但流量稳定性略差一些，尤其在小流量工况下更为明显。 因此溢流节流阀一般用于对速度稳定性要求相对较高，而且功率较大的进油路节流调速系统。,旁通型调速筏原理演示,图为溢流节流阀的工作原理。溢流节流阀有一个进口P1、一个出口P2和一个溢流口T，因而有时也称之为三通流量控制阀。来自液压泵的压力油p1，一部分经节流阀进入执行元件，另一部分则经溢流阀回油箱。节流阀的出口压力为p2。 p1和p2分别作用于溢流阀阀芯的两端，与上端的弹簧力相平衡。节流阀口前后压差即为溢流阀阀芯两端的压差，溢流阀阀芯在液压作用力和弹簧力的作用下处于某一平衡位置。,溢流节流阀工作原理 (a)结构图；(b)详细符号；(c)简化符号 1-安全阀；2-节流阀；3-溢流阀,溢流节流阀的工作原理,当执行元件负载增大时，溢流节流阀的出口压力p2增加，于是作用在溢流阀阀芯上端的液压力增大，使阀芯下移，溢流口减小，溢流阻力增大，导致:液压泵出口压力p1增大，即作用于溢流阀阀芯下端的液压力随之增大，从而使溢流阀阀芯两端受力恢复平衡，节流阀口前后压差(p1-p2)基本保持不变，通过节流阀进入执行元件的流量可保持稳定，而不受负载变化的影响。这种溢流节流阀上还附有安全阀，以免系统过载。,溢流节流阀工作原理 1-安全阀；2-节流阀；3-溢流阀,溢流节流阀的工作原理,p1A=p2A+Fs p1-p2=Fs/A,p1,p2,溢流节流阀的工作原理,温度补偿调速阀,普通调速阀的流量虽然已能基本上不受外部载荷变化的影响，但是当流量较小时，节流口的通流面积较小，这时节流孔的长度与通流断面的水力半径的比值相对地增大，因而油的粘度变化对流量变化的影响也增大，所以当油温升高后油的粘度变小时，流量仍会增大。为了减小温度对流量的影响，常采用带温度补偿的调速阀。温度补偿调速阀也是由减压阀和节流阀两部分组成。减压阀部分的原理和普通调速阀相同。,节流阀部分在结构上采取了温度补偿措施，如图所示，其特点是节流阀的芯杆(即温度补偿杆)2由热膨胀系数较大的材料(如聚氯乙烯塑料)制成，当油温升高时，芯杆热膨胀使节流阀口关小，正好能抵消由于粘性降低使流量增加的影响。,温度补偿原理图 1-手柄；2-温度补偿杆； 3-节流口；4-节流阀芯,