第5章液压控制阀.ppt
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1、第5章 液压控制阀,5.1 概述,5.2 方向控制阀,5.3 压力控制阀,5.4 流量控制阀,5.5 其他阀,5.1 概述,液压系统中用来控制液流的方向、压力、流量,保证执行元件按照要求进行工作的元件。或液压系统中的控制调节装置。称为液压控制阀。,尽管液压阀存在各种各样的类型,共同点是: (1)结构上,所有的阀都由阀体、阀芯和驱使阀芯动作的元部件(如弹簧、电磁铁)组成。 (2)工作原理上,所有阀的开口大小,阀进、出口间的压差以及流过阀的流量之间的关系都符合孔口流量公式,只是各种阀的控制参数不同而已。,1.液压阀分类,(1) 按用途分类:,方向控制阀、压力控制阀、流量控制阀,液压阀的分类(2/4
2、),(2) 按工作原理分类 开关(通断)阀、伺服阀、比例阀。开关阀各阀口只有开和关两个工作状态,控制后只能在某一状态下工作。伺服阀和比例阀能根据输入信号连续地或按比例地控制阀口开度,进而控制执行元件的工作。 (3) 按阀芯结构形式分类 滑阀、锥阀、球阀和转阀等。,液压阀的分类(3/4),(4) 按安装连接形式分类,(a)螺纹(管式)连接。适用于简单液压系统。 (b)板式安装连接。 (c)集成块式连接。把几个板式安装的阀用螺钉固定在一个带有内部孔道通道体的不同侧面上,构成一个油路单元集成块。,液压阀的分类(4/4),(d)叠加式连接。阀的上下面为连接结合面,各油口分别在这两个面上,同规格阀的油口
3、连接尺寸相同。每个阀除自身的功能外,还起油路通道的作用,阀相互叠装构成回路,不用管道连接,结构紧凑,沿程损失很小。一般称该阀为叠加阀。 (e)法兰式连接。用于通径32 mm以上的大流量阀。强度高,连接可靠。 (f)插装式安装连接。没有单独的阀体,阀芯、阀套等插装在插装块的预制孔中,通过插装块内通道把各阀连通组成回路,插装块起阀体和管路的作用。,2.液压阀的性能参数,液压阀的性能参数是评价和选用阀的依据。它反映了阀的规格大小和工作特性。在我国液压技术的发展过程中,开发了若干个不同压力等级和不同连接方式的液压阀系列。它们不但性能各有差异,而且参数的表达方式也不相同。 阀的规格大小用通径Dg(单位m
4、m)表示。 Dg是阀进、出油口的名义尺寸,它和油口的实际尺寸不一定相等,因后者还要受到油液流速等参数的影响。如通径同为10 mm,某电磁换向阀油口的实际直径为11.2 mm,而直角单向阀却是14.7 mm。过去有些系列阀的规格用额定流量来表示;也有的既用了通径,又给出了所对应的流量。但即使是在同一压力级别,对于不同的阀,同一通径所对应的流量也不一定相同。,液压阀的性能参数(2/2),液压阀主要有两个参数,即额定压力和额定流量。还有一些和具体阀有关的量,如通过额定流量时的额定压力损失、最小稳定流量、开启压力等等。只要工作压力和流量不超过额定值,液压阀即可正常工作。目前对不同的阀也给出一些不同的数
5、据,如最大工作压力、开启压力、允许背压、最大流量等等。同时给出若干条特性曲线,如压力流量曲线、压力损失流量曲线、进出口压力曲线等,供使用者确定不同状态下的参数数据。这既便于使用,又比较确切地反映了阀的性能。,对于高压大流量阀,会因稳态液动力的数值很大使滑阀操纵困难。因此,通常要采取措施进行补偿。,圆柱滑阀上的瞬态液动力 滑阀在移动过程中(阀口大小发生变化时)阀腔中的液流因加、减速作用而产生的力。此力只与阀芯移动速度有关(与阀口开度的变化率有关),与阀口开度本身无关。,设流过阀腔的瞬时流量为 ,阀腔的截面积为 ,阀腔内加速或减速油液的质量为 ,阀芯的速度为 ,则有,5.2 方向控制阀,1.单向阀
6、,单向阀分为普通单向阀和液控单向阀两种。 (1) 普通单向阀 普通单向阀简称为单向阀,它是一种只允许油液正向流动,不允许反向流动的阀,因此又可称为逆止阀或止回阀。油液流动方向的不同,可分为直通式(管式)和直角式(板式)单向阀两种结构。,单向阀(2/5),它只有螺纹连接形式。当液流从进油口P1流入时,油液压力克服弹簧3的阻力和阀芯2与阀体1间的摩擦力,顶开带有锥端的阀芯2(小规格直通式单向阀也有用钢球作阀芯的),从出油口P2流出。液流反向流入时,由于油液压力使阀芯2紧密地压在阀座上,因此使油液不能反向流动。 单向阀中的弹簧仅用于使阀芯在阀座上就位。没有弹簧的单向阀必须垂直安放,而且P1口在下面,
7、阀芯通过本身的质量停止在支座上。有弹簧的单向阀,其弹簧的刚度较小,故开启压力很小。若更换硬弹簧,便可当背压阀使用。,开启压力:Pk=0.0350.05MPa 做背压阀:Pk=0.20.6 MPa,单向阀(3/5),(2) 液控单向阀 液控单向阀是一种通入控制压力油后即允许油液双向流动的单向阀。它由单向阀和液控装置两部分组成。当控制口K没有通入压力油时,它的作用和普通单向阀一样,压力油只能由P1流向P2,反向截止。当控制口K通入控制压力油后,控制活塞1右侧a腔通泄油口(图中未画出),活塞1右移,推动顶杆2顶开阀芯3,使油口P1和P2沟通,这时的油液正反向均可自由流动。液控单向阀中的锥阀阀口应具有
8、良好的反向密封性能,它通常用于保压、锁紧和平衡等回路。,2.换向阀,作用:变换阀芯在阀体内的相对工作位置,使阀体各油口连通或断开,从而控制执行元件的换向或启停。 分类:,按结构形式分,滑阀式换向阀,座阀式换向阀 锥阀式、球阀式等,转阀式换向阀,按工作位置数分类:二位、三位、四位等 按通路数分类:二通、三通、四通、五通等 电磁换向阀 液动换向阀 电液换向阀 按控制方式分类 机动换向阀 手动换向阀 气动换向阀,分类, 工作原理 液压缸3两腔不通压力油,处于停止状态。若使换向阀的阀芯1左移,阀体2上的油口P和A油口连通,B油口和O油口连通。压力油经P、A油口进入液压缸左腔,活塞右移;右腔油液经B、O
9、油口流回油箱。反之,若使阀芯1右移,则P油口和B油口连通,A油口和O油口连通,活塞便左移。,滑动式换向阀的工作原理和分类 (1/2), 滑阀式换向阀基本概念,位: 阀芯相对于阀体的工作位置数。 通:阀体对外连接的主要油口数(不包括控制油口和泄漏油口)。,图形符号含义,1、 位用方格表示,几个方格即几位 2 、通,不通 、。 箭头首尾和堵截符号与一个方格有几个交点即为几通。 3 、p.A.B.T有固定方位,p进油口,T回油口, A.B与执行元件连接的工作油口。 4 、弹簧W、M,画在方格两侧。 5 、常态位置:二位阀,靠弹簧的一格。 (原理图中,油路应该连接在常态位置) 。 三位阀,中间一格。,
10、 位、通、图形符号含义, 滑阀的中位机能 三位换向阀的阀芯在中间位置时,各通口间有不同的连接方式,可满足不同的使用要求。这种连通方式称为换向阀的中位机能。中位机能不同,中位时阀对系统的控制性能也不同。不同中位机能的阀,阀体通用,仅阀芯台肩结构、尺寸及内部通孔情况有一定区别。 在分析和选择换向阀中位机能时,通常应从执行元件的换向平稳性要求、换向位置精度要求、重新启动时能否允许冲击、是否需要卸荷和保压等方面加以考虑。,换向阀的中位机能(1/2),滑阀的中位机能,H型中位机能(三位四通),Y型 中位机能(三位四通),M 型 中位机能(三位四通),P 型中位机能(三位四通),保压:常态位时P口被封闭(
11、如O、Y型),液压泵保压,适用于多缸液压系统。 泄荷:常态位时P口和O口相连(如H、M型),液压泵能泄荷。 启动平稳:常态位时A和B两口都不与O口相通(O、M型),易实现稳定启动。 换向平稳性和换向精度:常态位时A、B两口封闭(O、M型),换向过程中易产生液压冲击,换向平稳性差,换向精度高。,通常在分析和选择换向阀的中位机能时,应考虑以下几个问题:,(5)几种常用的换向阀 (a)手动换向阀 手动换向阀是用手动杠杆操纵阀芯换位的方向控制阀。按换向定位方式的不同,手动换向阀有钢球定位式和弹簧复位式两种。当操纵手柄的外力取消后,前者因钢球卡在定位沟槽中,可保持阀芯处于换向位置;后者则在弹簧力作用下使
12、阀芯自动回复到初始位置。 手动换向阀的结构简单,动作可靠,有些阀还可人为地控制阀口的大小,从而控制执行元件的运动速度。但由于手动换向阀需要人力操纵,故只适用于间歇动作且要求人工控制的小流量场合。使用中须注意:定位装置或弹簧腔的泄漏油需单独用油管接入油箱,否则漏油积聚会产生阻力,以至于不能换向,甚至造成事故。其他换向阀也有同样问题,在使用换向阀必须予以注意。,手动换向阀(1/1),(b)机动换向阀 机动换向阀又称行程阀。图5.5所示为二位二通机动换向阀的结构简图和图形符号。这种阀必须安装在液压执行元件驱动的工作部件附近,在工作部件的运动过程中,安装在工作部件一侧的挡块或凸轮移动到预定位置时压下阀
13、芯2,使阀换位。,机动换向阀(1/1),机动换向阀通常是弹簧复位式的二位阀。它的结构简单,动作可靠,换向位置精度高,改变挡块的迎角或凸轮外形,可使阀芯获得合适的移动速度,进而控制换向时间,减小液压执行元件的换向冲击。但这种阀只能安装在工作部件附近,因而连接管路较长,使整个液压装置不紧凑。,图5.5 二位二通机动换向阀 1阀杆;2阀芯;3弹簧,(c)电磁换向阀 电磁换向阀是利用电磁铁吸力推动阀心来改变阀的工作位置。在二位电磁换向阀的一端有一个电磁铁,在另一端有一个复位弹簧;在三位电磁换向阀的两端各有一个电磁铁,在阀芯两端各有一个对中弹簧,阀芯在常态时处于中位。对三位电磁换向阀来说,当右端电磁铁通
14、电吸合时,衔铁通过推杆将阀芯推至左端,图形符号表示的换向阀就在右位工作;反之,左端电磁铁通电吸合时,换向阀就在左位工作。图5.7所示为二位三通电磁阀的结构简图和图形符号。,电磁换向阀(1/3),电磁铁按所接电源的不同,分交流和直流两种基本类型。交流电磁阀使用方便,启动力大,但换向时间短(约0.03 0.05 s),换向冲击大,噪声大,换向频率低,而且当阀芯被卡住或由于电压低等原因吸合不上时,线圈易烧坏。直流电磁阀需直流电源或整流装置,但换向时间长(约0.1 0.3 s),换向冲击小,换向频率允许较高,而且有恒电流特性,当电磁铁吸合不上时,线圈不会被烧坏,故工作可靠性高。还有一种整型(本机整流型
15、)电磁铁,其上附有二极管整流线路和冲击电压吸收装置,能把接入的交流电整流后自用,因而兼具了前述两者的优点。,电磁换向阀(3/3),(d)液动换向阀 液动换向阀的阀芯是通过两端密封腔中油液的压差来移动的。图5.8所示为一种液动换向阀的结构简图和图形符号。当阀的控制口K1接通压力油,K2接通回油时,阀芯向右移动;当阀的控制口K2接通压力油,K1接通回油时,阀芯向左移动;当控制口K1和K2都接通回油时,阀芯在两端弹簧和定位套的作用下回到其中间位置。 液动换向阀对阀芯的操纵推力很大,因此适用于压力高、流量大、阀芯移动行程长的场合。这种阀通过一些简单的装置可使阀芯的运动速度得到调节。,液动换向阀(1/1
16、),(e)电液换向阀 电磁换向阀布置灵活,易于实现自动化,但电磁吸力有限,在高压、大流量的液压传动系统中难于切换。因此,当阀的通径大于10 mm时,常用压力油控制操纵阀芯换位,这就是液动阀。但因液动阀的阀芯换位首先要用另一个小换向阀来改变控制油的流向,因此较少单独使用。小换向阀可以是手动阀、机动阀或电磁阀。标准元件通常采用灵活方便的电磁阀,并将大小两个阀组合在一起,这就是电液换向阀。在电液换向阀中,电磁阀先为控制油换向,从而控制液动阀换向。,电液换向阀(1/5),图5.9(a)为电液换向阀的结构简图和图形符号。其工作原理可结合图5.9(b)所示带双点划线方框的组合阀图形符号加以说明,图5.9(
17、c)所示为简化符号。常态时,两个电磁铁都不通电,电磁阀(先导阀)阀芯处于中位,液动阀(主阀)的两端都接通油箱,这时由于对中弹簧的作用,使主阀芯也处于中位。,电液换向阀(2/5),图5.9 三位四通电液换向阀 1、7单向阀;2、5节流阀;3、5电磁铁;4电磁阀阀芯;8液动阀阀芯,当左电磁铁通电时,电磁阀左位工作,控制油经单向阀接通主阀的左端,主阀也左位工作,其右端的油液则经节流阀和电磁阀接通油箱,主阀阀芯的运动速度由右端节流阀的开口大小决定。同理,当左电磁铁断电、右电磁铁通电时,电磁阀处于右位工作,控制油经单向阀接通主阀阀芯的右端,主阀切换到右位工作,其左端的油液则经节流阀和电磁阀而接通油箱,主
18、阀阀芯的运动速度由左端节流阀的开口大小决定。 在电液换向阀中,控制主油路的主阀芯不是靠电磁铁的吸力直接推动的,而是靠电磁铁操纵控制油路上的压力油液推动的,因此推力可以很大,操纵也很方便。此外,主阀芯向左或向右的运动速度可分别由左节流阀2或右节流阀5来调节,这使系统中的执行元件能够得到平稳无冲击的换向。所以,这种操纵形式的换向性能比较好,它适用于高压、大流量的液压传动系统。,电液换向阀(3/5),在电液换向阀中,如果进入先导电磁阀的压力油(即控制油)来自于主阀的P油口,这种控制油的进油方式称为内部控制,即电磁阀的进油口与主阀的P油口是连通的。其优点是油路简单,但因液压泵的工作压力通常较高,所以控
19、制部分能耗大,只适用于电液换向阀较少的系统;图5.9(a)中的电液换向阀是内部控制方式。如果进入先导电磁阀的压力油引自于主阀P油口以外的油路,如专用的低压泵或系统的某一部分,这种控制油进油方式称为外部控制。 如果先导电磁阀的回油口单独接油箱,这种控制油回油方式称为外部回油;如果先导电磁阀的回油口与主阀的O油口相通,则称为内部回油。内回式的优点是无需单设回油管路,但先导阀回油允许背压较小,主回油背压必须小于它才能采用,而外部回油式不受此限制。,电液换向阀(4/5),先导阀的进油和回油可以有外控外回、外控内回、内控外回、内控内回四种方式。图5.9(b)和图5.9(c)中所示的换向阀图形符号为外控外
20、回符号。 图5.9(a)和图5.9(b)中的单向节流阀是换向时间调节器,也被称为阻尼调节器。它可叠放在先导阀与主阀之间。调节节流阀开口,即可调节主阀换向时间,从而消除或减小执行元件的换向冲击。 在电液换向阀上还可以设置主阀芯行程调节机构,它可在主阀两端盖加限位螺钉来实现。这样主阀芯换位移动的行程和各阀口的开度即可改变,通过主阀的流量也随之变化,因而可对执行元件起粗略的速度调节作用。 如果电液换向阀采用内控方式供油,并且在常态位使液压泵卸荷(换向阀具有M、H、K等中位机能),为克服阀在通电后因无控制油而使主阀不能动作的缺点,可在主阀的进油孔中插装一个预压阀(即一具有硬弹簧的单向阀),使在卸荷状态
21、下仍有一定的控制油压,足以操纵主阀芯换向。,电液换向阀(5/5),5.3 压力控制阀,1 概述 在液压系统中,凡是用来控制最高压力,或保持某一部分的压力值,以及利用油液的压力来控制油路的通断等等的阀通称为压力阀。这类阀的共同特点是利用油液压力和弹簧力相平衡的原理进行工作。 按功能和用途可分为溢流阀、减压阀、顺序阀、平衡阀和压力继电器等。,2 溢流阀 溢流阀的用途 定压溢流作用在定量泵节流调节系统中,定量泵提供的是恒定流量。当系统压力增大时,会使流量需求减小。此时溢流阀开启,使多余流量溢回油箱,保证溢流阀进口压力,即泵出口压力恒定(阀口常随压力波动开启)。,溢流阀的用途 安全保护作用系统正常工作
22、时,阀门关闭。只有负载超过规定的极限(系统压力超过调定压力)时开启溢流,进行过载保护,使系统压力不再增加(通常使溢流阀的调定压力比系统最高工作压力高1020)。 作卸荷阀用 作远程调压阀 作高低压多级控制阀 作顺序阀 用于产生背压(串在回油路上)。,(1) 结构原理 (a)直动式溢流阀 图5.14所示为直动式溢流阀的结构简图。通常阀的P油口与系统连通,O油口与油箱连通。压力油从P油口进入阀内,经阻尼孔1作用于阀芯3的下端面上。当P油口的压力较低,阀芯3下端面上的液压推力小于上端的弹簧7的作用力时,阀芯3处下端位置,阀芯3将P油口与O油口间的通道关闭。此时阀不溢流,称为溢流阀的非溢流状态,或称为
23、常态。,直动式溢流阀(2/4),在正常工作时,压力油从P油口流向O油口。当作用在阀芯3下端的液压推力大于阀芯上端的弹簧7所产生的弹簧力时,阀芯3向上移动打开阀口,在P油口与O油口之间形成小的过流通道,使油液从O油口流回油箱。油液流经阀口时产生压力损失,在阀前P油口处便形成了压力。此压力作用在阀芯3下端面上所产生的力与弹簧7所产生的力相平衡。因此,调节弹簧7的推力,便可调节阀溢流时的P油口压力。通过溢流阀的流量变化时,阀芯位置也变化,但因阀芯移动距离很小,因此作用在阀芯上的弹簧力变化不大,所以可认为,只要阀口打开,有油液流经溢流阀,溢流阀入口处的压力就基本上恒定。调节弹簧7的预压缩量,便可调整溢
24、流压力。改变弹簧7的刚度,便可改变调压范围。阻尼孔1的作用是减小阀芯扰动。,这种溢流阀因压力油直接作用于阀芯,故称为直动式溢流阀。直动式溢流阀一般只能用于低压小流量工况,因控制较高压力或较大流量时,需要刚度较大的硬弹簧,不但手动调节困难,而且阀口开度(弹簧压缩量)略有变化,便引起较大的压力波动。系统压力较高时就需要采用先导式溢流阀。,直动式溢流阀(4/4),(b)先导式溢流阀 图5.15是先导式溢流阀的工作原理简图和图形符号。它由先导阀和主阀两部分组成。从P油口引入的系统的压力作用于主阀芯1及先导阀芯3上。当系统压力较小,先导阀未打开时,阀中液体没有流动,作用在主阀左右两侧的液压力平衡,主阀芯
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