[物理]第五章 液压控制阀.ppt
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1、第5章 液压控制阀,液压控制阀(简称液压阀)是液压系统中的控制元件,用来控制液压系统中流体的压力、流量及流动方向,以满足液压缸、液压马达等执行元件不同的动作要求,它是直接影响液压系统工作过程和工作特性的重要元器件。,5.1 液压阀概述,液压阀的基本结构主要包括阀芯、阀体和驱动阀芯在阀体内做相对运动的操纵装置。 在工作原理上,液压阀是利用阀芯在阀体内的相对运动来控制阀口的通断及开口的大小,以实现压力、流量和方向控制。液压阀工作时,所有阀的阀口大小、阀进、出油口间的压差以及通过阀的流量之间的关系都符合孔口流量公式(qKATpm),只是各种阀控制的参数各不相同而已。,5.1.1 液压阀的基本结构及工
2、作原理,(1) 根据在液压系统中的功用可分为:,方向控制阀、压力控制阀和流量控制阀;,(3) 根据阀芯的结构形式分为:,(2) 根据液压阀的控制方式分为:,(4) 根据连接和安装形式不同分为:,定值或开关控制阀、电液比例阀、 伺服控制阀和数字控制阀。,滑阀(或转阀)类、锥阀类、球阀类。 此外,还有喷嘴挡板阀类和射流管阀,,管式阀、板式阀、叠加式阀和插装式阀。,液压阀的分类方法很多,以至于同一种阀在不同的场合,因其着眼点不同而有不同的名称。下面介绍几种不同的分类方法。,5.1.3 液压阀的性能参数,各种不同的液压阀有不同的性能参数,其共同的性能参数如下:,1. 公称通径,公称通径代表阀的通流能力
3、的大小,对应于阀的额定流量。与阀进、出油口相连接的油管规格应与阀的通径相一致。阀工作时的实际流量应小于或等于其额定流量,最大不得大于额定流量的1.1倍。,2. 额定压力,额定压力是液压阀长期工作所允许的最高工作压力。对于压力控制阀,实际最高工作压力有时还与阀的调压范围有关;对于换向阀,实际最高工作压力还可能受其功率极限的限制。,5.1.4 对液压阀的基本要求,(1) 动作灵敏、使用可靠,工作时冲击和振动小、噪声小、使用寿命长; (2) 流体通过液压阀时,压力损失小;阀口关闭时,密封性能好,内泄漏小,无外泄漏; (3) 所控制的参量(压力或流量)稳定,受外部干扰时变化量小; (4) 结构紧凑,安
4、装、调整、使用、维护方便,通用性好。,液压系统对液压阀的基本要求如下:,5.2 方向控制阀,方向控制阀是用来使液压系统中的油路通断或改变油液的流动方向,从而控制液压执行元件的启动或停止,改变其运动方向的阀类。如单向阀、换向阀、压力表开关等。,(a) 钢球式直通单向阀 (b) 锥阀式直通单向阀,(c) 详细符号 (d) 简化符号,图5.1 直通式单向阀,1. 普通单向阀(简称单向阀),图5.2为板式连接的直角式单向阀。在该阀中,液流从P1口流入,顶开阀芯后,直接经阀体的铸造流道从P2口流出,压力损失小,而且只要打开端部螺塞即可对内部进行维修,十分方便。,图5.2 直角式单向阀,液控单向阀是可以用
5、来实现逆向流动的单向阀。液控单向阀有不带卸荷阀芯的简式液控单向阀和带卸荷阀芯的卸载式液控单向阀两种结构形式,如图5.3所示。,2. 液控单向阀,图5.3(a)所示为简式液控单向阀的结构。,图5.3(b)所示为带卸荷阀芯的卸载式液控单向阀。,(a) 简式液控单向阀 (b) 卸载式液控单向阀 (d) 简化符号,图5.3 液控单向阀,液控单向阀具有良好的单向密封性能,常用于执行元件需要较长时间保压、锁紧等情况,也用于防止立式液压缸停止时自动下滑及速度换接等回路中。如图5.4所示采用两个液控单向阀(又称双向液压锁)的锁紧回路。,图5.4 双向液压锁的锁紧回路,1、2液控单向阀,图5.5是采用液控单向阀
6、的锁紧回路。在垂直设置的液压缸下腔管路上安装有一液控单向阀,可将液压缸(即负载)较长时间锁定在任意位置上,并可防止由于换向阀的内部泄漏引起带有负载的活塞杆落下。,1、2液控单向阀,图5.5 采用液控单向阀的锁紧回路,5.2.2 换向阀,换向阀是利用阀芯和阀体间相对位置的不同来变换阀体上各主油口的通断关系,实现各油路连通、切断或改变液流方向的阀类。换向阀的分类如下: 按照换向阀的结构形式,可分为滑阀式、转阀式、球阀式和锥阀式。 按照换向阀的操纵方式,可分为手动、机动、电磁控制、液动、电液动和气动。 按照换向阀的工作位置和控制的通道数,分为二位二通、二位三通、二位四通、三位四通、三位五通等。 按照
7、换向阀的阀芯在阀体中的定位方式,又可分为钢球定位、弹簧复位、弹簧对中等。,滑阀式换向阀是液压系统中用量最大,品种、名称最复杂的一类阀。它主要由阀体、阀芯以及操纵和定位机构组成。,1. 滑阀式换向阀,1) 滑阀式换向阀的结构主体及工作原理,阀体和滑阀阀芯是滑阀式换向阀的结构主体。阀体内孔有多个沉割槽,每个槽通过相应的孔道与外部相通。阀体上与外部连接的主油口,称为“通”,具有二个、三个、四个或五个主油口的换向阀称为“二通阀”、“三通阀”、“四通阀”或“五通阀”。,“通”和“位”是换向阀的重要概念,不同的“通”和“位”构成了不同类型的换向阀。几种不同的“通”和“位”的滑阀式换向阀主体部分的结构形式和
8、图形符号见表5-1。,表5-1 滑阀式换向阀主体部分的结构形式,二位四通滑阀式换向阀的工作原理如图5.6所示。它是靠阀芯在阀体内轴向运动,从而使相应的油路接通或断开。,图5.6 换向阀工作原理,(1) 手动换向阀。,手动换向阀是利用手动杠杆等机构来改变阀芯和阀体的相对位置,从而实现换向的阀类。阀芯定位靠钢球、弹簧,使其保持确定的位置。图5.7(b)所示为弹簧自动复位式三位四通手动换向阀的结构及图形符号。,2) 滑阀式换向阀的操纵方式,(a) 钢球定位式的结构及符号,图5.7 三位四通手动换向阀,1手柄 2阀体 3阀芯 4弹簧 5钢球,(b) 弹簧自动复位式的结构及符号,机动式换向阀是依靠安装在
9、运动部件上的液压行程挡块或凸轮推动阀芯从而实现换向的阀类,常用来控制机械运动部件的行程,故又称行程换向阀。 图5.8(a)、(b)是二位二通机动换向阀的结构图和图形符号。,图5.8 二位二通机动换向阀,1滚轮 2阀芯 3阀体 4弹簧,(2) 机动换向阀,电动换向阀又称为电磁换向阀,它是利用电磁铁通电吸合后产生的吸力推动阀芯动作来改变阀的工作位置。 电磁换向阀的电磁铁按所使用电源不同可分为交流型和直流型;按衔铁工作腔是否有油液又可分为“干式”和“湿式”电磁铁。,(3) 电动换向阀,图5.9所示为交流式二位三通电磁换向阀,阀的左部也可安装直流型或交流本整型电磁铁。,图5.9 交流干式二位三通电磁换
10、向阀c,1阀体 2阀芯 3,7弹簧 4,8弹簧座 5推杆 6O形圈 9后盖,图5.10所式为直流湿式三位四通电磁换向阀。,(a),图5.10 直流湿式三位四通电磁换向阀,1电磁铁 2推杆 3阀芯 4弹簧 5挡圈,(b),液动换向阀是利用控制油路的压力在阀芯端部所产生的液压作用力来推动阀芯移动,从而改变阀芯位置的换向阀。,(4) 液动换向阀,(a) 换向时间不可调式液动换向阀,图5.11 三位四通液动换向阀,(b) 换向时间可调式液动换向阀,1单向阀钢球 2节流阀阀芯,电液动换向阀由电磁换向阀和液动换向阀组合而成。其中,液动换向阀实现主油路的换向,称为主阀;电磁换向阀用于改变液动换向阀的控制油路
11、的方向,推动液动换向阀阀芯移动,称为先导阀。 电液换向阀有弹簧对中和液压对中两种形式。图5.12所示为弹簧对中电液换向阀的结构原理和图形符号。,(5) 电液动换向阀,图5.12 弹簧对中电液换向阀的结构原理,三位四通和三位五通换向阀,滑阀在中位时各油口的连通方式称为滑阀机能(也称中位机能)。不同的滑阀机能可满足系统的不同要求。表5-2中列出了三位阀常用的10种滑阀机能,而其左位和右位各油口的连通方式均为直通或交叉相通,所以只用一个字母来表示中位的形式。不同的滑阀机能是在阀体尺寸不变的情况下,通过改变阀芯的台肩结构、轴向尺寸以及阀芯上径向通孔的个数得到的。,3) 滑阀机能,表5-2 三位换向阀的
12、滑阀机能,三位换向阀除了在中间位置时有各种滑阀机能外,有时也把阀芯在其一端位置时的油口连通状况设计成特殊机能,这时用第一个字母、第二个字母和第三个字母分别表示中位、右位和左位的滑阀机能,如图5.13所示。,(a) MP型,图5.13 滑阀的特殊机能,(b) NDO型,另外,当换向阀从一个工作位置过渡到另一个工作位置,对各油口间通断关系也有要求时,还规定和设计了过渡机能。这种过渡机能被画在各工作位置通路符号之间,并用虚线与之隔开。如图5.14(a)所示为二位四通滑阀的H形过渡机能,在换向时,P、A、B、T四个油口呈连通状态,这样可避免在换向过程中由于P口突然完全封闭而引起系统的压力冲击。如图5.
13、14(b)所示为O形三位四通换向阀的一种过渡机能。,(a) 一种二位四通换向阀的H形过渡机能,图5.14 滑阀式换向阀的过渡机能,(b) 一种O形三位四通换向阀的过渡机能,从理论上讲,滑阀式换向阀的阀芯只要克服与阀体的摩擦力以及复位弹簧的弹力就可移动。然而实际上,由于阀芯几何形状的偏差以及阀芯与阀体的不同心,在中、高压控制油路中,当阀芯停止一段时间后或换向时,阀芯在操纵力作用下不移动,或操纵力解除后,复位弹簧不能使阀芯复位,这种现象称为液压卡紧现象。 如图5.15所示为阀芯所受径向力不平衡的几种情况:,4) 液压滑阀的卡紧现象,(a),(b),(c),图5.15 阀芯径向受力分析,径向力不平衡
14、问题是一个普遍存在的现象,只能设法减小,而不可能完全消除。如图5.16所示,为了减小径向不平衡力,可在阀芯上开环形均压槽。,图5.16 滑阀阀芯环形槽的结构,2. 转阀式换向阀,转阀式换向转阀是通过操纵机构使阀芯在阀体内做相对转动从而改变各油口通断状态的阀类。,图5.17 三位四通转阀式换向阀,l阀体 2阀芯 3手柄 4钢球和弹簧 5限位销 6、7拨叉,球式换向阀也称电磁球阀,是一种以电磁铁的推力为动力,推动钢球运动来实现油路通断和切换的阀类。,3. 球式换向阀,如图5.18所示为常开型二位三通电磁球式换向阀的结构图。,1) 电磁球式换向阀,(a) 结构,(b) 符号,图5.18 常开型二位三
15、通电磁球式换向阀,1支点 2操纵杆 3杠杆4左阀座 5球阀 6右阀座 7弹簧 8电磁铁,如图5.19所示为常闭式二位三通电磁球式换向阀的结构图。与常开式不同的是:它有两个球阀,电磁铁不通电时,P口封闭,A与T通。,图5.19 常闭式二位三通电磁球阀,液控球式换向阀是由两种基本单元为基础,通过插装而集成的一种换向阀。如图5.20所示的“常开式二位二通液控球阀单元”和如图5.21所示的“常闭式二位二通液控球阀单元”是液控球式换向阀的基本单元。它们是利用控制油路中压力pk的变化来改变球阀芯的位置,从而实现对油路通断关系的控制。,2) 液控球式换向阀,(a) 结构,(b) 示意图,图5.20 常开型二
16、位二通液控球阀单元,l球阀芯 2导向套,图5.21 常闭式二位二通液控球阀单元,1、2一球阀芯,如图5.22所列为应用四位四通液控球式换向阀控制液压缸动作原理图。,图5.22 四位四通液控球式换向阀控制液压缸动作原理图,表5-3 由二位二通液控球阀单元组成的各种换向阀。,5.3 压力控制阀 5.3.1 溢流阀,1. 溢流阀的结构和工作原理,1) 直动式溢流阀,(a) 结构,(b)符号,图5.23 直动型溢流阀及图形符号,1调节杆;2调节螺母;3调压弹簧;4锁紧螺母; 5上盖;6阀体;7阀芯;8螺塞,(a) 结构图,2) 先导式溢流阀,(b) 图形符号,(c) 局部放大图,图5.24 DBD型直
17、动式溢流阀(插装式),1偏流盘;2锥阀;3阻尼活塞;4调节杆;5调压弹簧;6阀套;7阀座,图5.25 二节同心式溢流阀,1主阀芯;2,3,4阻尼孔;5导阀阀座;6导阀阀体; 7导阀阀芯;8调压弹簧;9主阀弹簧;10阀体;11阀套,图5.26 先导型溢流阀原理图,主阀芯和导阀阀芯的力平衡方程分别为:,由上述两式,可得溢流阀进口压力为:,图5.27 先导式溢流阀工作原理图,5阻尼孔 6主阀阀芯 8主阀弹簧 9调压弹簧,2. 溢流阀的主要性能,1) 静态性能,(1) 压力流量特性。,图5.28 溢流阀的压力流量特性,压力流量特性(pq特性)又称溢流特性,表示溢流阀在某一调定压力下工作时,溢流量的变化
18、与阀进口实际压力的关系。,(2) 启闭特性。,图5.29 溢流阀的启闭特性,启闭特性是指溢流阀在稳态情况下,从闭合到完全开启,再从全开到闭合的过程中,被控压力与通过溢流阀的溢流量之间的关系。启闭特性可分为开启特性和闭合特性,一般用溢流阀稳定工作时的压力流量特性来描述,如图5.29所示。,(3) 压力稳定性,(6) 最大允许流量和最小稳定流量。,(5) 内泄漏量。,(4) 卸荷压力。,2) 动态性能,图5.30 溢流阀升压与卸荷的动态特性曲线,1一电压信号 2一压力响应曲线,(1) 压力超调量p:,(4) 卸荷时间t3:,(3) 升压过渡过程时间t2:,(2) 升压时间t1:,溢流阀的动态性能通
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