第五章液压控制阀.ppt

液压控制阀的基础知识 液压控制阀 对液压系统的压力 方向 流量控制 实现对执行元件输出力 或扭矩 运动速度和方向的控制 满足主机的工作性能的要求 这些元件称阀 类型 用途 方向 压力和流量阀 控制方式 开关阀 比例控制阀 伺服控制阀 电液数字控制阀 结构形式 滑阀 锥阀 球阀 转阀 安装连接方式 螺纹式 板式 集成块式 插装式 结构和原理1 各阀都由阀体 阀心和操纵控制机构三个基本部分组成 2 各阀的工作原理都基于同一点 依靠阀芯与阀体的相对运动来改变阀口处的状态 通或断或过流断面积变化 以实现各种控制功能 3 液压油流经各种阀口的压力 流量特性 属薄壁形小孔 第五章液压控制阀 C0 流量系数 一般与雷诺数有关 a 阀口过流断面积 P 前后压差 所谓薄壁小孔就是孔口具有尖锐的边缘 且小孔的长度小到以至于当液体流经小孔时 只有局部阻力而不产生沿程水头损失的程度 一般当小孔的长度与小孔的直径之比小于0 5 图5 1薄壁小孔 4 节流 一定流量的液体流经面积为a的阀口时 阀口前后产生的 P压差 压力损失 这一现象称节流 流量Q不变化 当Q 常数 改变a 只能使阀口前后压差变化 当a很大时 P 0 当Q 常数 a不变 P不变 流量Q的变化 当 P 常数 改变a 可调节流量Q 当a 常数 P变化 Q正变 当a 常数 Q变化 P正变 第五章液压控制阀 5 1压力控制阀各类压力阀均依靠作用在阀芯上的液体压力与弹簧力的平衡关系实现各种基本控制作用 如决定通口通或断以控制系统的最高压力 如安全阀 最低压力 如卸荷阀 油路的连通顺序 如顺序阀 控制阀口过流断面积大小以保持压力恒定 如减压阀和溢流阀 原理 不计阀芯重量 摩擦力和稳态液压力 当下式成立 阀芯向上运动 阀口状态及过流断面积发生变化 随着阀芯的上移 弹簧压缩量增加 直到平衡 图5 2阀的原理 第五章液压控制阀 一 溢流阀作用 恒压 保压和过载保护等一 直动式溢流阀 这种直动式溢流阀敏感元件和执行合一 但存在问题 要求 P非常小或较小而d大 k也非常小 容易弹开 没有办法实现 故只有在低压 并且调节误差较大 为了提高精度用先导式溢流阀 如图所示 图5 3直动式溢流阀1 推杆 2 调节螺母 3 弹簧 4 锁紧螺母 5 阀盖 6 阀体 7 阀心 8 螺塞 第五章液压控制阀 二 先导式溢流阀 组成 敏感元件和执行元件分开 由先导阀和主阀组成 5 4 第五章液压控制阀 压力由先导阀控制 流量经主阀口溢出 阀的开启压力由先导阀弹簧调节 先导阀由一小规格的直动式溢流阀 而通过阀的流量的绝大部分 95 由主阀口溢出 先导阀的尺寸不受额定流量的影响 阀前口的直径可以尽量的小 因此在承受高压的情况下先导阀弹簧的预紧力和刚度均可较小 主阀尺寸和控制压力无关 可选用较大直径 在通过大流量时 阀的升程很小 同主阀弹簧与控制压力无关 仅在主阀关闭时起克服摩擦的作用 加速阀的关闭过程 减小滞后 主阀弹簧和预紧力均很小 因此阀的静态超调量很小 适用于高压大流量系统 并提供进行远程控制和作卸荷阀的作用 第五章液压控制阀 工作原理 P1A1 P2A2 压力较低时 主阀在弹簧的作用下关闭 当压力升高大于先导阀弹簧的调定压力时 先导阀开启P1不等于P2 则 调节精度高的原因 远程控制口的作用1 远程控制 引油到溢流阀放在操作平台上 操作这个阀达到控制的目的方便 远程控制阀的压力低 2 远程控制口卸荷 系统处于非工作状态时使系统的压力最低 提高效率 主要性能 压力调节范围 在规定的范围内最大和最小值 压力流量特性曲线 启闭特性 k很小 x变化p1变化小 5 5压力流量特性 第五章液压控制阀 应用1 调压 图5 6 1 2 远程控制 图5 6 2 3 安全阀 图5 6 3 图5 6定量泵改为变量泵 4 造成背压将溢流阀安装在系统的回油路上 可对回油产生阻力 即造成执行元件的背压 回油路存在一定的背压 可以提高执行元件的运动稳定性 图5 6 1溢流阀调压 图5 6 3溢流阀作安全阀 图5 6 2溢流阀远程控制 第五章液压控制阀 减压阀是一种利用液压流经阀口时的节流作用产生压力损失 使出口压力低于进口压力的压力控制阀 用来控制系统中两油路的压力差 若泵后的压力高想要某规律的压力 例如机器的工件加紧 太大工件变形 太小不起作用 常见的有定压 定差和定比减压阀 二 减压阀 作用 使系统中某部分回路获得比供油压力低的恒定压力 同时消除油路的压力干扰 使受减压阀控制的回路压力不受油源的影响 一 定压减压阀 图5 27P157 讲结构 原理 符号和应用 图5 7减压回路 第五章液压控制阀 5 8 第五章液压控制阀 一 定差减压阀作用 定差减压阀可使阀进出口的压力差保持为恒定值 定差减压阀的特性1 进口压力和出口压力的关系 当进口力低于调压弹簧的调定压力时P1 P2 当进口压力上升到调定压力值后 出口压力不受进口力的影响 呈水平直线 2 出口压力与流量的关系 图5 10压力流量关系 5 9 第五章液压控制阀 三 顺序阀作用 按压力程序通断油路 使两个以上的执行元件实现顺序动作 一般有自控和它控 图5 11顺序阀 第五章液压控制阀 5 12 5 13 第五章液压控制阀 压力继电器是一种将液压油的压力信号转变为电信号的转化元件 当液压力达到与之相连的压力继电器的调定值时 压力继电器发出信号 电器元件动作 常见的压力继电器有柱塞式 膜片式 弹簧管式和波纹管式 图5 33P164 四 压力继电器 5 14 第五章液压控制阀 应用 压力继电器连接在油缸的油路中 换向阀的电磁铁断电左位接通 缸右移 右移终了时 油缸左腔压力升高 升高至调定值时 压力继电器发讯 使电磁铁通电 阀换向缸右移 左腔转换为低压腔压力继电器在弹簧的作用下复位 而换向阀在电路中的继电器和自锁触点的作用下维持通电状态 直至左行终了 其他控制元件 如按钮开关 断开电路 使电磁铁断电 性能指标 1 调压范围 发出信号最低和最高工作压力之间的范围 2 通断返回区间 开启压力与闭合压力之间的差值 图5 15压力继电器的应用回路 第五章液压控制阀 作用 控制系统中流体的流动方向 以改变执行机构的运动方向或实现其他多种工作要求 原理 利用阀心与阀体之间相对位置的改变来实现通道的接通和断开 以满足系统对通道的不同要求 类型 单向阀和换向阀 5 2方向控制阀 一 单向阀作用 只允许液体沿一个方向流动 不能反向流动 要求 正向通过损失小 即弹簧软 无条件正向通过 不允许反向通过 且泄露少 动作灵敏 工作时不应有撞击和噪声 类型 普通单向阀 液控单向阀 梭阀 双压阀 第五章液压控制阀 一 普通单向阀类型 根据进出流体流动方向不同有直通式 直角式 根据连接方式有管式和板式 讲原理和结构 图5 16单向阀1 阀心 锥阀火球阀 2 阀体 3 弹簧 单向阀可装在泵的出口处 防止系统中的流体冲击而影响泵的工作 还可用来分隔通道 防止管路间压力相互干扰等 第五章液压控制阀 二 液控单向阀组成 普通单向阀和控制活塞作用 单向通过 反向有条件通过 原理 当K口接控制压力 控制活塞移动 推顶杆 阀心被推开 进出口相通 图5 17液控单向阀1 活塞 2 顶杆 3 阀心 主要应用在保压 锁紧和平衡等回路 第五章液压控制阀 应用 在工程机械中常将两个液控单向阀组合为液压锁 图为液压锁在汽车起重机支腿油缸中的应用 支腿油缸工作时 支腿活塞上受有很大负载R 油缸上腔为高压 若不采用液压锁 虽然换向阀处于中立位置 油缸上下腔通道关闭 但油缸上腔高压油仍可经过换向阀的密封间隙泄露 支腿回缩 造成事故 为了避免这一现象发生 采用液压锁 液控单向阀2的控制油液由油缸下腔进入 此时下腔为低压 阀2在上腔高压作用下紧紧关闭 保证无泄露 支腿不会锁回 当需要收腿时 换向阀移位 左位接入 油泵来油由A口经单向阀1进入油缸下腔 由这一油路引出的控制油使阀2强制开启 油缸上腔的油反向流过阀2经B口流回油箱 支腿收回 当换向阀右位接入时 油泵来油经B口和阀2通向油缸上腔 并与阀1控制油道相通 使阀1强制打开 油缸下腔回油经阀1反向流回油箱 支腿放下 第五章液压控制阀 图5 18液压锁的应用回路 第五章液压控制阀 三 气动阀梭阀梭阀工作原理见P134 4 1 二 换向阀作用 借助于阀芯与阀体之间的相对位置 使阀体相连的各通道之间实现接通或断开 从而改变液压油的流动方向 类型 按阀芯形式 转阀 液压作用力不易平衡 转向所需操纵力大 密封性差 用于中 低压 滑阀 液压作用力易平衡 转向操纵省力 易实现自动控制 应用广 不加说明是滑阀式换向阀 第五章液压控制阀 命名 位 通 动手动机动按操纵方式电磁阀液动电液换向阀指与阀相连的主油路数 二 三 四通 指阀心相对于阀体移动时 主油路连接方式不同的工作位数 第五章液压控制阀 职能符号 方格的个数表示换向阀位数 方格内的箭头表示相应两油口连通 箭头方向为液流方向 截断符号 表示相应油口在阀体内被封闭 1 机动常开式2 电磁常闭式3 手动4 液动 基本要求 可获得准确的换向位置 换向时间短 动作灵敏 平稳无冲击 泄露少 压力损失少 第五章液压控制阀 一 机动换向阀二位二通机动换向阀机动换向阀又称行程阀 讲结构和机能符号 安装在执行元件的附近 在执行元件驱动工作部件的过程中 装在工作部件一侧的挡块或凸块移动到预定位置时就压下阀心使阀换位 图5 19二位二通机动换向阀1 阀杆 2 阀心 3 弹簧 第五章液压控制阀 一般为弹簧复位的二位阀 结构简单 动作快 换向位置精度高 改变挡块的迎角或凸轮外形可使阀心得到合适的换向速度 减小换向冲击 但这种阀不能安装在液压能源上 因而连接管路较长 使整个液压装置不紧凑 二 二位三通电磁换向阀利用电磁铁的吸力来推动阀心改变阀心的工作位置 由于它可借助于按钮开关 行程开关 压力继电器等发出的信号进行控制 易于实现自动化 所以 液压和气压系统常用这类阀 图5 20二位三通电磁换向阀1 电磁铁 2 推杆 3 阀心 3 弹簧 4 复位弹簧 第五章液压控制阀 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 交流电磁阀使用方便 启动力大 换向时间短 换向冲击大 噪声大 换向频率低 而且当阀心被卡住或因电压低等原因吸合不上时线圈易烧坏 直流 需直流电源或整流装置 但换向时间长冲击小 换向频率允许较高 吸合不上时线圈不易烧坏 因吸力有限 适用于流量不大的场合 流量较大时 应采用液动或电液控制 三 三位四通电磁换向阀 图5 21三位四通电磁换向阀1 阀体 2 阀心 3 定位套 对中弹簧 5 档圈 6 推杆 7 环 8 线圈 9 衔铁 10 导套 11插头组件 第五章液压控制阀 应用示例 控制油缸的左右移动 四 手动换向阀 图5 22三位四通手动换向阀1 操纵杆 2 阀心 3 复位弹簧 第五章液压控制阀 五 液动换向阀利用控制油的压力来改变阀心位置的换向阀 5 23 第五章液压控制阀 六 电液换向阀 5 24 第五章液压控制阀 七 气动换向阀以截止式换向阀为例 简单介绍气动换向阀的工作原理 截止式换向阀的开启和关闭是用大于管道直径的圆盘从端面进行控制的 截止式换向阀 符号 5 25气压换向阀 第五章液压控制阀 二 滑阀机能滑阀在中立位置时油口的连接方式称滑阀机能 用不同的滑阀机能 可实现不同的工作要求 图1 称C型 P与A通 B与O不通 执行元件处于停止位置 图2 称O型 全封闭式 P与不A通 B与O不通 液压泵不卸荷执行元件锁闭 可用于多个换向阀的并联工作 图3 称H型 全通 执行元件处于浮动状态 在外力的作用下可移动 液压泵卸荷 如悬挂犁 5 26 第五章液压控制阀 在分析和选择阀的中立机能时 通常考虑以下几点 1 系统保压P口关闭系统保持压力 泵可用于多缸系统 如用于控制系统所需的压力 2 系统卸荷P与O相连时 系统卸荷 3 执行机构的换向平稳性和精度当A B不通时 换向易产生冲击 换向不平稳 但换向精度高 反之 结果相反 4 启动平稳性阀在中立位置时 液压缸某腔通油箱 启动时因该腔无油液起缓冲作用 启动不太平稳 5 执行机构的浮动和任意位置停止 图4 称M型 P O P通 A B不通执行原籍处于闭锁状态 液压泵卸荷 第五章液压控制阀 1 可靠性工作可靠是指换向阀能否可靠地换向和可靠地复位 这一方面取决于换向阀的设计和制造 另一方面还和换向阀的使用有关 液动力和卡紧力 制造过程有锥度或中心线不同产生歪斜现象 的大小对工作可靠性影响很大 而这两个力与流量和压力有关 所以一定要使换向阀在换向界限内工作 2 压力损失由于阀工作时的压力较小 故流体通过时会产生较大的压力损失 恰当的选择阀的流通量 以使压力损失在允许的范围内 3 内卸量当换向阀在各个不同的工作位置时在规定的压力下 从高压腔泄漏到低压腔的泄漏量称为内泄量 过大的泄漏量不仅会降低效率 还会影响执行元件的正常工作 一 换向阀的主要性能 第五章液压控制阀 5 3流量控制阀流量控制阀是通过改变节流口通流面积的大小来控制液体流量的阀 一般有节流阀 调速阀和分流集流阀等 一 节流阀 5 27 第五章液压控制阀 1 组成阀体 阀心和调节螺栓2 原理由流量通用公式知 当 P恒定时a变化 则Q变化 液流流经节流口时 便产生压力损失 改变节流口的面积 调节阻力的大小 一定的条件下 如有溢流阀配合或与限压变量泵配合工作 就可实现对流量的控制 3 类型a为针阀 轴向移动可改变环形通道的大小 调节流量 结构和加工简单 节流长度大 但易产生堵塞现象 由知a很小 产生极化分子流量不稳定 易受温度的影响 用在次要的液压系统 第五章液压控制阀 b为偏心式 在阀心上开一个三角截面的偏心槽 转动阀心就可以调节通道的大小以调节流量 c为轴向三角沟槽式 轴向移动 d周向缝隙式优点界壁短稳定性好 受极化影响小 可用于高压系统 5 28 第五章液压控制阀 1 影响节流阀性能的因数 1 压差 P受负载的影响 2 温度的影响3 节流口堵塞2 节流阀的压力 流量特性由知 对应于一个确定的节流面积 通过节流阀的流量随阀两断作用的压力差而变化 他们之间的关系称压力 流量特性 压差变化对流量变化的影响 由于P1 R A 当R负载变化时 P1变化 变化 Q变化 这是不理想的 根据节流阀流量波动性的要求 节流阀只有在大于某一最低工作压差时才能正常工作 即 Pmin有一个最小值 第五章液压控制阀 如何保证不进入非工作区 设计时规定 Pmin为0 3MP 理论上可高 但不合理 溢流量大 效率低 溢流阀也要工作在P0 C 保证溢流 QN为泵的额定流量应用 定量泵 溢流阀 节流阀组成控制流量的油路 图5 29节流阀的应用 第五章液压控制阀 二 调速阀因节流阀刚性差 故在负载变化时 不能保证调速系统速度的均匀性 若用在机床就不能保证工件的加工精度 为改善调速性能 通常对调速阀进行压力补偿 它控定差减压阀与节流阀串联组成调速阀 另一种是将它控溢流阀与节流阀并联组成溢流节流阀 1 它控定差减压阀与节流阀串联组成调速阀组成和原理油泵来油压力由溢流阀调定 保持不变 经调速阀中减压阀口1和节流阀口2两 5 30 第五章液压控制阀 次减压后降低为P3进入油缸工作 同时作用在减压阀心上腔3 P3由油缸工作面积A和负载R决定 即P3 R A 减压阀口处的压力损失 阀口面积为A1 节流阀口处的压力损失 阀口面积为A2 通过阀口的流量Q2由A2调定 油缸运动速度V2 Q2 A随之调定 在调速过程中 减压阀阀心的受力平衡方程可简化为当外载变化时 引起P3的变化 减压阀心原有平衡被破坏 阀心右移 使阀口1的面积增大 P1减小 P2增加 在新的位置平衡 P3减小时 则阀心左移 P2相应减小 从而保证节流口前后压差保持不变 通过流量不变 第五章液压控制阀 2 调速阀的流量特性当压差变化时 流量不变 当压差很小时 调速阀同节流阀 原因 减压阀开口最大不起减压作用 所以调速阀工作时定差减压阀和节流阀最小压差之和至少有0 4 0 5MP压差 因弹簧的刚度很小 工作中阀心的移动量 即弹簧的附加变形量 很小 可认为弹簧力FS为常数 节流阀口前后压差 P1也为常数 因此通过调速阀的流量不变 第五章液压控制阀 图5 31节流阀和调速阀流量特性 5 4插装阀5 4 1插装阀概述1 插装阀的组成普通的阀在流量小于200 300L min的系统中性能良好 但用于大流量系统时并不一定具有良好的性能 特别是阀的集成更成为难题 20世纪70年代初 插装阀的出现为此开辟了新途径 插装阀 图5 32 也称为插装式锥阀 它是以插装单元为主阀 配以适当的盖板和不同的先导控制阀组合而成的具有一定控制功能的组件 它可以组成方向阀 压力阀和流量阀 第五章液压控制阀 第五章液压控制阀 图5 32插装阀的组成1一先导控制阀 2一控制盖板 3一插装阀单元 主阀 4一阀块体 第五章液压控制阀 2 插装阀 插装件 的结构和工作原理插装阀单元具体结构参看图5 33 它由阀套1 阀心2 弹簧3 盖板4和密封件等组成 主阀心上腔作用着X口的液压力和弹簧力 A口和B口的液压力作用在阀心的下锥面上 用X口的控制油压力控制主通道A和B间的通断 这是一个二通插装阀 盖板用来固定和密封插装阀单元 沟通控制油路和主阀控制腔之间的联系 在盖板4内也可装嵌节流螺塞等徽型控制元件 如单向阀 梭阀 流量控制器和先导压力阀等 还可安装位移传感器等电器附件 以便构成某种控制功能的组合阀 若干个不同控制功能的二通插装阀组装在一个或多个插装块体内 便组成液压回路 第五章液压控制阀 就工作原理而言 二通插装阀相当于一个液控单向阀 A和B为主油路的两个仅有的工作油口 所以称为二通阀 X为控制油口 通过控制油口压力大小的控制 即可控制主阀心的启闭L和油口A B的流向和压力 图5 33插装阀单元1一阀套 2一阀心 3一弹簧 4一盖板 第五章液压控制阀 5 4 2插装方向阀1 插装单向阀插装单向阀如图5 34所示 将插装单元的控制口X与A或B连通 即成为普通单向阀 在其控制盖板上接一个二位三通换向阀作先导阀 便可成为液控单向阀 图5 34插装单向阀插装流量阀 第五章液压控制阀 2 插装换向阀每个插装单元都具有通断两种状态 若将几个插装单元组合起来 用电磁换向阀作先导阀便可组成m位n通换向阀 图5 35a所示为二位三通插装换向阀 在该阀中 当电磁铁断电时 A与O通 P封闭 当电磁铁通电时 A与P通 O封闭 相当于一个二位三通电液换向阀 图5 35b为三位三通插装换向阀 当电磁铁处于中位时 A O与P均不通 当电磁铁1YA通电时 A与O通 P封闭 当电磁铁2YA通电时 A与P通 O封闭 相当于一个三位三通电液换向阀 图5 35c为四位三通插装换向阀 用多个先导阀 如上述各电磁阀 和多个主阀相配 可构成复杂的组合二通插装换向阀 这是普通换向阀做不到的 第五章液压控制阀 a 二位三通插装换向阀b 三位三通插装换向阀c 四位三通插装换向阀图5 35三通插装换向阀 第五章液压控制阀 5 3插装压力阀用直动式溢流阀作为先导阀来控制插装主阀 在不同的油路连接下便构成不同的压力阀 图5 36a所示为插装溢流阀 当B口通油箱 A口的压力油经节流小孔进入控制腔X并与溢流阀通 便成为先导式溢流阀 若B口不通油箱而接负载 便成为先导式顺序阀 图5 36b为插装卸荷阀 在插装溢流阀的控制腔X再接一个二位二通电磁换向阀 当电磁铁断电时 具有溢流阀功能 当电磁铁通电时 即为卸荷阀 图5 36c为插装减压阀 将插装单元作为常开式滑阀结构 B为一次压力P1进口 A为出口 A腔的压力油经节流小孔与控制腔X通 并与先导阀进口通 由于控制油取自A口 因而能得到恒定的二次压力P2 相当于定压输出减压阀 第五章液压控制阀 a 溢流阀 顺序阀b 卸荷阀c 减压阀图5 36插装压力阀 第五章液压控制阀 5 5 4插装流量阀图5 37a所示为插装节流阀的结构图 单元的锥阀尾部带节流窗口 锥阀的开启高度由行程凋节器 或螺杆 来控制 从而控制流量 成为插装节流阀 在插装方向控制阀的盖板上增加阀心行程调节器 以调节阀心的开度 这个方向阀就兼具了可调节流阀的功能 阀心上开有三角槽 以便于调节开口大小 若用比例电磁铁取代节流阀的手调装置 则可组成二通插装电液比例节流阀 若在二通插装节流阀前串联一个定差减压阀 就可组成二通插装调速阀 如图5 37c所示 第五章液压控制阀 a 插装节流阀结构图b 插装节流阀图形符号c 插装调速阀1一调节螺杆 2一阀套 3一锥阀心1一节流阀 2一定差减压阀图5 37插装流量阀 第五章液压控制阀 5 5 5插装阀及其集成系统的特点1 插装阀结构简单 通流能力大 故用通径很小的先导阀与之配合便可构成通径很大的各种二通插装阀 最大流量可达10000l min 2 不同的阀有相同的插装主阀 一阀多能 便于实现标准化 3 泄漏小 便于无管连接 先导阀功率小 具有明显的节能效果 插装阀目前广泛用于冶金 船舶 塑料机械等大流量系统中