皇马娱乐-招商主管WUST 第四章 液压控制元件 本章提要 4.1 液压阀概述 液压控制阀（简称液压阀）在液压系统中被用来控制液流的方向或调节其压力和流量，保证执行元件按照负载的需求进行工作。液压阀的品种繁多，即使同一种阀，因应用场合不同，用途也有差异。因此，掌握液压阀的基本结构和控制机理是本章学习的关键。 液压阀的基本结构与原理 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作相对运动的装置。阀芯的主要形式有滑阀、锥阀和球阀；阀体上除有与阀芯配合的阀体孔或阀座孔外，还有外接油管的进出油口；驱动装置可以是手调机构，也可以是弹簧或电磁铁，有时还作用有液压力。液压阀正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大小，来实现压力、流量和方向控制的。 液压阀的分类 根据结构形式分类 分为滑阀、锥阀、球阀 根据用途不同分类 分为方向控制阀、压力控制阀和流量控制阀三大类 根据控制方式不同分类 分为定值或开关控制阀、电液比例控制阀、伺服控制阀、 数字控制阀 根据安装连接型式不同分类 分为管式连接、板式连接 、插装阀 、叠加阀 滑阀、锥阀、球阀 液压阀的性能参数 4.1.3．1公称通径 公称通径代表阀的通流能力大小，对应于阀的额定流量。与阀的进出油口连接的油管的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它的额定流量，最大不得大于额定流量的1.1倍。 4.1.3．2额定压力 液压控制阀长期工作所允许的最高压力。对压力控制阀，实际最高压力有时还与阀的调压范围有关；对换向阀，实际最高压力还可能受其功率极限的限制。 对液压阀的基本要求 1) 动作灵敏、使用可靠、工作时冲击和振动要小，噪声要低。 2) 阀口开启时，作为方向阀，液流的压力损失要小；作为液压阀，阀芯工作的稳定性要好。 3) 所控制的参量（压力或流量）稳定，受外干扰时变化量要小。 4) 结构紧凑，安装、调试、维护方便，通用性好。 4.2 方向控制阀 4.2.1单向阀 单向阀有普通单向阀和液控单向阀两种。 单向阀又称止回阀，它使液体只能沿一个方向通过。 对单向阀的主要性能要求是：油液向一个方向通过时压力损失要小；反向不通时密封性要好；动作灵敏，工作时无撞击和噪声。 工作原理图和图形符号 典型结构与主要用途 （a）直角式单向阀（板式连接） （b）阀芯为球芯的直通式单向阀（管式连接） （c）阀芯为锥芯的直通式单向阀（管式连接） 单向阀用途 单向阀的主要用途如下： ①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。 ②安装在回油路中作为背压阀。 ③与其它阀组合成单向控制阀。 单向阀开启压力 一般为0.035～0.05MPa，所以单向阀中的弹簧很软。单向阀也可以用作背压阀。将软弹簧更换成合适的硬弹簧，用以产生0.2～0.6MPa的背压力。 液控单向阀 液控单向阀是允许液流向一个方向流动，反向开启则必须通过液压控制来实现的单向阀。 液控单向阀可用作二通开关阀，也可用作保压阀，用两个液控单向阀还可以组成“液压锁”。 液控单向阀 工作原理图和图形符号 （a） （b） （c） 图4.4 液控单向阀的工作原理图和图形符号 （a）工作原理图 （b）详细符号 （c）简化符号 典型结构与主要用途 不带卸荷阀芯的简式液控单向阀 带卸荷阀芯的卸载式液控单向阀 图4.6 带卸荷阀芯的液控单向阀 （a）带卸荷阀芯的内泄式液控单向阀 （b）带卸荷阀芯的外泄式液控单向阀 4.2.2 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不同管路间的通断关系，实现接通、切断，或改变液流的方向的阀类。它的用途很广，种类也很多。 对换向阀性能的主要要求是：①油液流经换向阀时的压力损失要小（一般0.3MPa）；②互不相通的油口间的泄漏小；③换向可靠、迅速且平稳无冲击。 换向阀的类型 换向阀按阀的结构形式、操纵方式、工作位置数和控制的通道数的不同，可分为各种不同的类型。 按阀的结构形式有：滑阀式、转阀式、球阀式、锥阀式。 按阀的操纵方式有：手动式、机动式、电磁式、液动式、电液动式、气动式。 按阀的工作位置数和控制的通道数有：二位二通阀、二位三通阀、二位四通阀、三位四通阀、三位五通阀等。 换向阀的“通”和“位” “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。通常所说的“二位阀”、 “三位阀”是指换向阀的阀芯有两个或三个不同的工作位置。所谓“二通阀”、 “三通阀”、“四通阀”是指换向阀的阀体上有两个、三个、四个各不相通且可与系统中不同油管相连的油道接口，不同油道之间只能通过阀芯移位时阀口的开关来沟通。 三位四通阀的机能 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型式。图4.9（a）所示为钢球定位式三位四通手动换向阀，用手操纵手柄推动阀芯相对阀体移动后，可以通过钢球使阀芯稳定在三个不同的工作位置上。图4.9（b）则为弹簧自动复位式三位四通手动换向阀。通过手柄推动阀芯后，要想维持在极端位置，必须用手扳住手柄不放，一旦松开了手柄，阀芯会在弹簧力的作用下，自动弹回中位。 4.3 压力阀 4.3.1 溢流阀 4.3.2 减压阀 4.3.3 顺序阀 4.3.4 压力继电器 6.6 压力阀在调压与减压回路中的应用 插装阀的特点 ⑴ 流通能力大，特别适合大流量场合。它的最大通径可达200~250mm，通过的流量可达10000L/min。 ⑵ 阀芯动作灵敏。因为它靠锥面密封切断油路，阀芯稍一抬起，油路立即接通。 ⑶ 主阀采用推面密封，密封性能好，泄漏很小。 ⑷ 结构简单，便于制造，使于维修，易于实现标准化、通用化和系列化。 ⑸ 工作可靠，不易卡死。 （a） （b） （c） 图4.55 插装阀基本组件 （a）方向阀组件 （b）压力阀组件 （c）流量阀组件 1—阀套 2—密封圈 3—阀芯 4—弹簧 5—盖板 6—阻尼孔 7—阀芯行程调节杆 插装阀的应用⑴ 用做方向控制阀 插装阀用做压力控制阀 4.5.2叠加阀 叠加阀是叠加式液压阀的简称。叠加阀是在集成块的基础上发展起来的一种新型液压元件，叠加阀的结构特点是阀体本身既是液压阀的机体，又具有通道体和连接体的功能。使用叠加阀可实现液压元件间无管化集成连接，使液压系统连接方式大为简化，系统紧凑，功耗减少，设计安装周期缩短。 单功能叠加阀 复合功能叠加阀 4.6 伺 服 阀 伺服阀是一种通过改变输人信号，连续、成比例地控制流量和压力的控制阀。伺服阀用于对各种机械量（位移、速度和力）的自动控制系统中。根据输人信号的方式不同，液压伺服阀分为电液伺服阀和机液伺服阀。 电液伺服阀 电液伺服阀既是电液转换元件，又是功率放大元件，它将小功率的电信号输入转换为大功率的液压能（压力和流量）输出，实现执行元件的位移、速度、加速度及力控制。 直接位置反馈电液伺服阀 液压放大器的结构型式 电液伺服阀的液压放大器常用的型式有滑阀、射流管和喷嘴挡板三种。下面仅介绍滑阀结构。 根据滑阀的控制边数，滑阀的控制型式有单边、双边和四边三种 阀口的预开口量 根据滑阀阀芯在中位时不同，滑阀又分为负预开口（正遮盖）、零开口（零遮盖）和正预开口（负遮盖）三种形式，如图4.65所示。 7.6.3.2 喷嘴挡板式力反馈电液伺服阀 4.7.1 电液比例压力阀 4.8 电液数字阀 图4.64 滑阀式液压放大器 （a）单边 （b）双边 （c）四边 （a）负预开口（Lh） （b）零开口（L=h） （c）正预开口（Lh） (b) 详细符号 p1 p3 (c) 简化符号 p1 p3 p2 ( a ) 结构原理 p1 p3 p2 节流阀 减压阀 a c d A2 e b 2 g h A1 1 A3 k 节流阀芯杆2由热膨胀系数较大的材料制成，当油温升高时，芯杆热膨胀使节流阀口关小，能抵消由于粘性降低使流量增加的影响。 2 温度补偿调速阀（节流阀） 温度补偿调速阀减压阀部分的原理和普通调速阀相同。 2 溢流节流阀 先不考虑安全阀 分流阀的作用是使液压系统中由同一个油源向两个以上执行元件供应相同的流量(等量分流)，或按一定比例向两个执行元件供应流量(比例分流)，以实现两个执行元件的速度保持同步或定比关系。集流阀的作用，则是从两个执行元件收集等流量或按比例的回油量，以实现其间的速度同步或定比关系。分流集流阀则兼有分流阀和集流阀的功能。它们的图形符号如图7.11所示。 4.4.4 分 流 阀 分流阀又称为同步阀，它是分流阀、集流阀和分流集流阀的总称。 图4.50分流集流阀符号 (a)分流阀；(b)集流阀；(c)分流集流阀 1 分流阀 代表两路负载流量Q1和Q2大小的压差值ΔP1和ΔP2同时反馈到公共的减压阀芯6上，相互比较后驱动减压阀芯来调节Q1和Q2大小，使之趋于相等。 分流阀可以看作是由两个串联减压式流量控制阀结合为一体构成的。 1 分流阀 该阀采用“流量-压差-力”负反馈，用两个面积相等的固定节流孔1、2作为流量一次传感器，作用是将两路负载流量Q1、Q2分别转化为对应的压差值ΔP1和ΔP2。 2 集流阀 与集流阀与分流阀的不同处为： 只能保证执行元件回油时同步。 集流阀装在两执行元件的回油路上，将两路负载的回油流量汇集在一起回油； 两流量传感器共出口O，流量传感器的通过流量Q1（或Q2）越大，其进口压力P1（或P2）则越高。因此集流阀的压力反馈方向正好与分流阀相反； 3 分流集流阀 分流集流阀又称同步阀，它同时具有分流阀和集流阀两者的功能，能保证执行元件进油、回油时均能同步。 挂钩式分流集流阀的结构原理图。 分流时，因P0＞P1（或P0＞P2），此压力差将两挂钩阀芯1、2推开，处于分流工况，此时的分流可变节流口是由挂钩阀芯1、2的内棱边和阀套5、6的外棱边组成； 集流时，因P0P1（或P0P2），此压力差将挂钩阀芯1、2合拢，处于集流工况，此时的集流可变节流口是由挂钩阀芯1、2的外棱边和阀套5、6的内棱边组成。只能保证执行元件回油时同步。 插装阀又称逻辑阀，是一种较新型的液压元件，它的特点是通流能力大，密封性能好，动作灵敏、结构简单，因而主要用于流量较大系统或对密封性能要求较高的系统。 4.5.1 插装阀 4.5 插装阀与叠加阀 插装阀由控制盖板、插装单元（由阀套、弹簧、阀芯及密封件组成）、插装块体和先导控制阀（如先导阀为二位三通电磁换向阀）组成。由于插装单元在回路中主要起通、断作用，故又称二通插装阀。 （a） （b） 图4.54 插装阀结构原理图和原理符号图 （a）结构原理图 （b）原理符号图 1—插装件 2—控制盖板 3—先导控制阀 4—集成块 图7.15 插装阀逻辑单元 7.6.1.1 插装阀的工作原理 图中A和B为主油路仅有的两个工作油口，K为控制油口（与先导阀相接）。当K口回油时，阀芯开启，A与B相通；反之，当K口进油时，A与B之间关闭。 二通插装阀相当于一个液控单向阀。 （a）单向阀 （c）二位三通阀 （b）二位二通阀 （d）二位四通阀 插装阀用做压力控制阀 图7.18 插装阀用作压力控制阀 （a）溢流阀；(b)电磁溢流阀 7.6.1.3 压力控制插装阀 （a）溢流阀或顺序阀 （b）减压阀 （c）卸载阀 图4.57 插装阀用做压力控制阀的实例 插装阀用做流量控制阀 1—推杆 2、5—弹簧 3—锥阀芯 4—锥阀座 6—主阀芯 图4.60 顺序背压叠加阀 1—主阀芯 2—调压弹簧 3—控制活塞 图4.61 叠加阀系统 （a）叠加阀装置图 （b）叠加阀回路 1—三位四通电磁换向阀 2—叠加式双向液压锁 3—叠加式双口进油路单向节流阀 4—叠加式减压阀 5—底板 图4.62 喷嘴挡板式电液伺服阀工作原理 1—线、8—喷嘴 9—挡板10、13—固定节流孔 11—反馈弹簧管 12—主滑阀 力马达 图4.63 滑阀式伺服阀原理图 1—阀体 2—阀套 3、5—固定阻尼孔 4—主阀芯 6—控制阀芯 7—线—可变节流口 动圈式伺服阀 动圈式伺服阀 反馈杆 直接反馈伺服阀控制框图 1、采用阀芯、阀套直接比较法； 2、导阀芯导阀套直接比较、通过刚性连接直接（测量）反馈； 3、放大元件为导阀部分、缸是主阀两端部分； 4、指令元件是线圈，被控对象是主阀芯，使主阀芯位移跟踪动圈的指令位移 。 主阀两端缸 及主阀阻力 主阀芯 被控制 对象 1 （导阀套与主阀芯刚性连接） X X套 - 直接反馈伺服阀控制框图 扰 动 导阀芯阀套比较 线圈 导阀 B+B 开环控制（放大）部分 1 X芯 电磁溢流阀是由先导式溢流阀和两位两通电磁换向阀组合而成的复合阀，既能调压又能卸荷。如图6.27所示，当二位二通换向阀电磁铁通电时，电磁溢流阀可实现调压；电磁铁断电时，液压泵处于卸荷（卸压）状态。 换向居上位，溢流阀 遥控口通油箱，卸压 换向居下位，溢流阀 主阀调压10MPa开启 6.6.2 减压回路 主油路压力由溢流阀 调定，主路压力为10MPa 经过减压后 支路压力为3MPa 液压系统中的定位、夹紧、控制油路等支路，工作中往往需要稳定的低压，为此，在该支路上需串接一个减压阀[图6.28(a)]。 6.6.2 减压回路 图6.28(b)为用于工件夹紧的减压回路。夹紧时，为了防止系统压力降低油液倒流，并短时保压，在减压阀后串接一个单向阀。图示状态，低压由减压阀1调定；当二通阀通电后，阀1出口压力则由远程调压阀2决定，故此回路为二级减压回路。 换向阀居左位，减压阀 由阀1弹簧调压为5MPa 换向阀居右位，减压阀 由远程阀2调压为3MPa 液压阀的连接方式有五种。 （1）螺纹连接 阀体油口上带螺纹的阀称为管式阀。将管式阀的油口用螺纹管接头和管道连接，并由此固定在管路上。 （2）法兰连接 它是通过阀体上的螺钉孔（每油口多为4个螺钉孔）与管件端部的法兰，用螺钉连接在一起。 (3) 板式连接 阀的各油口均布置在同一安装平面上，并留有连接螺钉孔，这种阀称为板式阀，如电磁换向阀多为板式阀。将板式阀用螺钉固定在与阀有对应油口的平板式或阀块式连接体上。 (4)叠加式连接 (5)插装式连接 5.4 液压阀的连接方式 图5.29 叠加阀式液压装置 图5.28 集成块式液压装置 流量控制阀简称流量阀，它通过改变节流口通流面积或通流通道的长短来改变局部阻力的大小，从而实现对流量的控制，进而改变执行机构的运动速度。流量控制阀包括节流阀、调速阀、分流集流阀等。本章除讨论普通的流量阀之外，还要简要介绍插装阀、电液比例阀和电液伺服阀。 4.4 流量控制阀 l）阀的压力差变化时，通过阀的流量变化小。 2）油温变化时，流量变化小。 3）流量调节范围大，在小流量时不易堵塞，能得到 很小的稳定流量。 4）当阀全开时，通过阀的压力损失要小。 5）阀的泄漏量要小。对于高压阀来说，还希望其调节力矩要小。 对 流量控制阀的主要性能要求 对于节流孔口来说，可将流量公式写成下列形式: （7.1） 4.4.1 节流口的流量特性 节流口流量公式 式中: 阀口通流面积； 阀口前、后压差； 由节流口形状和结构决定的指数，0.5＜m＜l ； 节流系数。 Q Δp 图7.1 节流口的 流量-压力特性 细长孔 m=1 簿壁口m=0.5 关于薄壁节流口的流量公式，在流体力学中已然推导和证明过，我们只引用其结论即可。令 , m=0.5流过薄壁小孔的流量公式由式（7.1）变为: 式中: Cd—流量系数； ρ—油液密度。 在流体力学中，我们遇到过两大类节流口。 一类是细长孔，m=1。在液压工程中，往往把这类节流口当作固定(不可调)节流器使用。 Q Δp 细长孔 m=1 簿壁口m=0.5 另一类是薄壁节流口,m=0.5。用紊流计算这一类节流口的流量。常常把它们作为节流阀阀口使用。 上式也可写成 在上式中若m为常数，且 也是常数，调节A，则可调节通过节流阀的流量Q。 需要说明的是流量系数Cd并不是常数，节流口的结构、形状、压力差、油温都对Cd有影响。精确的Cd值需靠试验确定。一般Cd=0.6~0.8。m值也受多种因素影响，一般m=0.5~1。一般薄壁节流口的m为0.5左右。尽管式（7-1）包含着一些非确定因素，但它毕竟给我们提供了一个对流量进行概略计算的简明表达式。 液压系统在工作时，希望节流口大小调节好后，流量 Q稳定不变。但实际上流量总会有变化，特别是小流量时，影响流量稳定性与节流口形状、节流压差以及油液温度等因素有关。 影响流量稳定性的因素 （1）压差变化对流量稳定性的影响 当节流口前后压差变化时，通过节流口的流量将随之改变，节流口的这种特性可用流量刚度T来表征。 （7.2） m=0.5 Q Δp 细长孔 m=1 ?1 ?2 ?3 Δp1 Δp2 1 2 3 簿壁口 刚度的物理意义如下： 当△p有某一增量时，Q值相应的也有某一增量，Q的增量值越大，说明流量的变化也就越大，从（7.2）式看，刚度就越小。反之，则刚度大。 由式（7.2）可知： 流量刚度与节流口压差成正比，压差越大，刚度越大； 压差一定时，刚度与流量成反比，流量越小，刚度越大； 系数m越小，刚度越大。薄壁孔（m＝0.5）比细长孔（m＝1）的流量稳定性受ΔP变化的影响要小。因此，为了获得较小的系数m，应尽量避免采用细长孔节流口，应使节流口形式接近于薄壁孔口，以获得较好的流量稳定性。 （2）油温变化对流量稳定性的影响 油温升高，油液粘度降低。对于细长孔，当油温升高使油的粘度降低时，流量Q就会增加。所以节流通道长时温度对流量的稳定性影响大。 对于薄壁孔，油的温度对流量的影响是较小的，这是由于流体流过薄刃式节流口时为紊流状态，其流量与雷诺数无关，即不受油液粘度变化的影响；节流口形式越接近于薄壁孔，流量稳定性就越好。 节流阀的阻塞现象 一般节流阀，只要保持油足够清洁，不会出现阻塞。有的系统要求缸的运动速度极慢，节流阀的开口只能很小,于是导致阻塞现象的出现。此时，通过节流阀的流量时大时小，甚至断流。 （3）阻塞对流量稳定性的影响 流量小时，流量稳定性与油液的性质和节流口的结构都有关。 产生堵塞的主要原因是： ①油液中的杂质或因氧化析出的胶质等污物堆积在节流缝隙处； ②由于油液老化或受到挤压后产生带电的极化分子，被吸附到缝隙表面，形成牢固的边界吸附层，因而影响了节流缝隙的大小。以上堆积、吸附物增长到一定厚度时，会被液流冲刷掉，随后又重新附在阀口上。这样周而复始，就形成流量的脉动; ③ 阀口压差较大时容易产生堵塞现象。 减轻堵塞现象的措施有： · 适当选择节流口前后的压差,用多个节流口串联。一般取ΔP＝0.2～0.3MPa。 · 精密过滤并定期更换油液。在节流阀前设置单独的精滤装置，为了除去铁屑和磨料，可采用磁性过滤器。 · 节流口零件的材料应尽量选用电位差较小的金属，以减小吸附层的厚度。 · 采用大水力半径的薄刃式节流口。一般通流面积越大、节流通道越短、以及水力半径越大时，节流口越不易堵塞。 节流口的形式与特征 (1)直角凸肩节流口 h≤B；B — 阀体沉割槽的宽度。 直角凸肩节流口 D B h 本结构的特点是过流面积和开口量呈线性结构关系，结构简单，工艺性好。但流量的调节范围较小，小流量时流量不稳定，一般节流阀较少使用。 节流口是流量阀的关键部位，节流口形式及其特性在很大程度上决定着流量控制阀的性能。 (2)针阀式（锥形凸肩）节流口 图7.2(a) 针阀（锥形）节流口 D h ( a ) θ 特点：结构简单，可当截止阀用。调节范围较大。由于过流断面仍是同心环状间隙，水力半径较小，小流量时易堵塞，温度对流量的影响较大。一般用于要求较低的场合 。 (3)偏心式节流口 节流口由偏心的三角沟槽组成。阀芯有转角时，节流口过流断面面积即产生变化。本结构的特点是，小流量调节容易。但制造略显得麻烦、阀芯所受的径向力不平衡，只宜用在低压场合。 (4)轴向三角槽式节流口 沿阀芯的轴向开若干个三角槽。阀芯做轴向运动，即可改变开口量h，从而改变过流断面面积。 本节流口结构简单，水力半径大，调节范围较大。小流量时稳定性好，最低对流量的稳定流量为50ml/min。因小流量稳定性好，是目前应用最广的一种节流口。 φ l D h α 图7.2(c) 三角槽式节流口 b h a φ α φ l D h α 图7.2(d) 周向缝隙式节流口 (5)周向缝隙式节流口 阀芯上开有狭缝，旋转阀芯可以改变缝隙的通流面积大小。这种节流口可以作成薄刃结构，从而获得较小的稳定流量，但是阀芯受径向不平衡力，只适于低压节流阀中。 本结构为薄壁节流口，壁厚约0.07~0.09mm，流量受温度的影响小、不易堵塞、最低稳定流量约20ml/min 。阀芯的轴向位移可改变节流口过流断面的面积。节流口易变形，工艺复杂是本结构的缺点。 (6)轴向缝隙式节流口 图7.2(e) 轴向缝隙式节流口 4.4.2 节 流 阀 液流从进油口流入经节流口后，从阀的出油口流出。本阀的阀芯3的锥台上开有三角形槽。转动调节手轮1，阀芯3产生轴向位移，节流口的开口量即发生变化。阀芯越上移开口量就越大。 阀芯 调节手轮 螺帽 阀体 (a) 当节流阀的进出口压力差为定值时，改变节流口的开口量，即可改变流过节流阀的流量。 节流阀和其它阀，例如单向阀、定差减压阀、溢流阀，可构成组合节流阀。 图 7.5 图 7.6 本节流阀具有螺旋曲线开口和薄刃式结构的精密节流阀。转动手轮和节流阀芯后，螺旋曲线相对套筒窗口升高或降低，改变节流面积，即可实现对流量的调节。 单向节流阀 流体正向流动时，与节流阀一样，节流缝隙的大小可通过手柄进行调节；当流体反向流动时，靠油液的压力把阀芯4压下，下阀芯起单向阀作用，单向阀打开，可实现流体反向自由流动。 节流阀芯分成了上阀芯和下阀芯两部分。 根据“流量负反馈”原理设计而成的流量阀称为调速阀。根据“串联减压式”和“并联分流式”之差别，又分为调速阀和溢流节流阀2种主要类型，调速阀中又有普通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，主要与定量泵、溢流阀组成节流调速系统。 节流阀适用于一般的系统，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。 4.4.3 调 速 阀 串联减压式调速阀是由定差减压阀1和节流阀2串联而成的组合阀。 节流阀1充当流量传感器，节流阀口不变时，定差减压阀2作为流量补偿阀口，通过流量负反馈，自动稳定节流阀前后的压差，保持其流量不变。因节流阀（传感器）前后压差基本不变，调节节流阀口面积时，又可以人为地改变流量的大小。 1 串联减压式调速阀的工作原理 p1 p3 (c) 简化符号 (b)符号原理 p1 p3 p2 图4.47 调速阀工作原理 1-减压阀芯； 2-节流阀芯 a c d 1 A2 e b 2 g h p1 ( a ) p2 A2 结构原理 先导级由减压出口供油的减压阀 泄油口L（在侧面，图中看不见） 泄油口L 出油口P2 出油口P2 进油口P1 进油口P1 黑三角代表 先导型液压控制 阻尼孔 主级测压面 主级指令 测压孔 阀口 先导级由减压进口供油的减压阀 泄油口L 出油口P2 进油口P1 主阀芯 先导级可 变节流口 主阀口 导阀芯 先导级固 定节流孔 泄油口L 出油口P2 进油口P1 主阀芯 主阀口 导阀芯 先导级可 变节流口 先导级固 定节流孔 由于减压阀进口压力P1波动较大，会引起导阀流量Q波动，进而使主阀指令压力P3波动。先导级采用恒流器后，Q基本不波动，因此先导级输出压力P3能够稳定。 Q 作为流量传感器 作为流量调节器 先导级恒流器 主阀减压口 导阀 导阀 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。 顺序阀的特征是： 阀的出口一般接负载（串联），调压弹簧腔有外接泄油口，采用进口测压，不工作时阀口常开。 直动型顺序阀 直动式顺序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顺序阀。 图6.21 外泄量较大的一种先导式顺序阀 先导型顺压阀 如果在直动型顺序阀在基础上，将主阀芯上腔的调压弹簧用半桥式先导调压回路代替，且将先导阀调压弹簧腔引至外泄口L，就可以构成图6.21所示先导式顺序阀。 将主阀芯上腔的调压弹簧用半桥式先导调压回路代替 泄油口L 泄油口L 出油口P2 出油口P2 进油口P1 为减少导阀处的外泄量，可将导阀设计成滑阀式，令导阀的测压面与导阀阀口的节流边分离。先导级设计为： 导阀的测压面与主油路进口一次压力P1相通，由先导阀的调压弹簧直接与P1相比较； 图6.22 DZ型先导式顺序阀 导阀阀口回油接出口二次压力P2，这样可不致产生大量外泄流量； 导阀弹簧腔接外泄口，使导阀芯弹簧侧不形成背压； 先导级仍采用带进油固定节流口的半桥回路，固定节流口的进油压力为P1，先导阀阀口仍然作为先导级的回油阀口，但回油压力为P2。 图6.22 DZ型先导式顺序阀 顺序阀的职能符号 单向顺序阀有内外控之分。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。把外控式顺序阀的出油口接通油箱，且将外泄改为内泄，即可构成卸荷阀。 外控顺序阀(外控外泄) 顺序阀 (内控外泄) 背压阀 (内控内泄) 卸荷阀 (外控内泄) 外控单向 顺序阀 内控平衡阀 外控平衡阀 内控单向 顺序阀 压力继电器是利用油液的压力来启闭电气触点的液压电气转换元件。 压力继电器在压力达到调定值时，发出电信号，控制电气元件动作。 压力继电器有柱塞式、膜片式、弹簧管式和波纹管式四种结构形式。 柱塞式压力继电器的结构和图形符号如图6.23所示，当进油口P处油液压力达到压力继电器的调定压力时，作用在柱塞1上的液压力通过顶杆2的推动，合上微动电器开关4，发出电信号。图中，L为泄油口。改变弹簧的压缩量，可以调节继电器的动作压力。 图6.23 压力继电器 压力继电器符号 进油口 电器开关原理 测压面 调压弹簧 电器开关 调压螺丝 柱塞 进油口 调压弹簧 电器开关 调压螺丝 柱塞 电器开关原理 压力继电器符号 当压力超过弹簧力时，顶杆推动电器开关，发出电信号 测压面 在定量泵系统中，液压泵的供油压力可以通过溢流阀来调节。在变量泵系统中，用溢流阀作安全阀用来限定系统的最高压力，防止系统过载。当系统中如需要两种以上压力时，则可采用多级调压回路。 6.6.1 调压回路 调节溢流阀便可调节泵的供油压力。 （1） 单级调压回路 溢流阀调压弹簧 压力表 为了便于调压和观察，溢流阀旁一般要就近安装压力表。 当换向阀在左位工作时，活塞为工作行程，泵出口压力较高，由溢流阀1调定。 （2） 双向调压回路 高压溢流阀10MPa 开启 低压溢流阀4MPa 当执行元件正反向运动需要不同的供油压力时，可采用双向调压回路。 当换向阀在右位工作时，活塞作空行程返回，泵出口压力较低，由溢流阀2调定。 （2） 双向调压回路 高压溢流阀10MPa 关闭 低压溢流阀4MPa 开启 （2） 双向调压回路 换向居右位，低压 溢流阀4MPa开启 换向居左位，高压 溢流阀10MPa开启 在图示位置时，阀2的出口被高压油封闭，即阀1的远控口被堵塞，故泵压由阀1调定为较高压力。 （2） 双向调压回路 主溢流阀调10MPa 开启 远程溢流阀调4MPa 关闭 当换向阀在右位工作时，液压缸左腔通油箱，压力为零，阀2相当于阀1的远程调压阀，泵的压力由阀2调定。 （2） 双向调压回路 主溢流阀调10MPa 关闭 远程溢流阀调4MPa 开启 （2） 双向调压回路 换向阀居右位，低压 溢流阀4MPa开启 换向阀居左位，高压 溢流阀10MPa开启 在不同的工作阶段，液压系统需要不同的工作压力，多级调压回路便可实现这种要求。 （3） 多级调压回路 主溢流阀调10MPa 远程溢流阀调4MPa 切断 右图所示为二级调压回路。图示状态下，泵出口压力由溢流阀3调定为较高压力。 图示状态下，阀2换位后，泵出口压力由远程调压阀1调为较低压力。 （3） 多级调压回路 主溢流阀调10MPa 实际为4MPa 远程溢流阀调4MPa 开启 （3） 多级调压回路 换向阀居下位，溢流阀 主阀调压10MPa开启 换向阀居上位，远程式阀 调压4MPa开启 （3） 多级调压回路 换向阀居中位，溢流阀 主阀1调压10MPa开启 换向阀居左位，远程溢流 阀2调压8MPa开启 换向阀居右位，远程溢流 阀3调压10MPa开启 （3） 多级调压回路 主溢流阀调压弹簧 作安全调压至12MPa 比例阀作远程溢流 实现比例调压0-10MPa 液压系统工作时，执行元件短时间停止工作，不宜采用开停液压泵的方法，而应使泵卸荷（如压力为零）。利用电磁溢流阀可构成调压-卸荷回路。 （4）电磁溢流阀调压-卸荷回路 换向居上位，溢流阀 遥控口通油箱，卸压 换向居下位，溢流阀 主阀调压10MPa开启 旋转移动式 手动换向阀 图4.9(c)所示为旋转移动式手动换向阀，旋转手柄可通过螺杆推动阀芯改变工作位置。这种结构具有体积小、调节方便等优点。由于这种阀的手柄带有锁，不打开锁不能调节，因此使用安全。 图5.17 三位四通手动换向阀中位 手柄 阀 芯 复位弹簧 图5.17 三位四通手动换向阀左位 手柄 阀 芯 复位弹簧 图5.17 三位四通手动换向阀右位 手柄 阀 芯 复位弹簧 此类控制方式的“信号源”是缸的运动件。例如将挡块固定在运动的活塞杆上，当挡块触压阀推杆2的滚滚轮1时 ，推杆2即推动阀芯3换向。挡块和推杆2端部的滚轮脱离接触后，阀芯即可靠弹簧复位。此种阀的控制方式因和缸的行程有关，也有管此类阀叫“行程阀”。 1—滚轮 2—推杆 3—阀芯 图5.18 机动换向阀 2 机动换向阀 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。 （1）直流电磁铁和交流电磁铁 3 电磁换向阀 阀用电磁铁根据所用电源的不同，有以下三种： ①交流电磁铁。寿命较短。 ②直流电磁铁。需要专用直流电源，使用寿命较长。 ③本整型电磁铁。本整型指交流本机整流型。 （2）干式、油浸式、湿式电磁铁 不管是直流还是交流电磁，都可做成干式和湿式的。湿式电磁铁具有吸着声小、寿命长、温升低等优点。 图5.19 三位四通电磁换向阀 右电磁铁 通电换向 左、右电磁铁 断电（复中位） 左电磁铁 通电换向 （3） 电磁换向阀的工作原理 图5.20所示为交流式二位三通电磁换向阀。当电磁铁断电时，阀芯2被弹簧7推向左端，P 和A接通；当电磁铁通电时，铁芯通过推杆3将阀芯2推向右端，使P和B接通。 （4）电磁换向阀的典型结构 图5.20交流式二位三通电磁换向阀 图5.21为直流湿式三位四通电磁换向阀。当两边电磁铁都不通电时，阀芯2在两边对中弹簧4的作用下处于中位，P、T、A、B口互不相通；当右边电磁铁通电时，推杆6将阀芯2推向左端，P 与A通，B与T通；当左边电磁铁通电时，P与B通，A与T通。 图5.21 直流湿式三位四通电磁换向阀 4 液动换向阀 液动换向阀是利用控制压力油来改变阀芯位置的换向阀。对三位阀而言，按阀芯的对中形式，分为弹簧对中型和液压对中型两种。 阀芯两端分别接通控制油口K1和K2。当对液动滑阀换向平稳性要求较高时，还应在滑阀两端K1、K2控制油路中加装阻尼调节器。调节阻尼调节器节流口大小即可调整阀芯的动作时间。 图5.22 弹簧对中型三位四通液动换向阀 5 电液动换向阀 ..\..\液压技术\三位四通电液换向阀-2.avi ..\..\液压技术\三位四通电液换向阀-2.avi 图5.23 外部控制、外部回油的弹簧对中电液换向阀 电液换向阀是电磁换向阀和液动换向阀的组合。 电液换向阀用在大流量的液压系统中。 图5.23 外部控制、外部回油的弹簧对中电液换向阀 电液换向阀有弹簧对中和液压对中两种型式。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。 电磁球式换向阀 ..\..\液压技术\电磁球式换向阀-1.avi ..\..\液压技术\电磁球式换向阀-2.avi 密封性好，介质可以是水、乳化液和矿物油；工作压力可高达63MPa。 图5.24 常开型二位三通电磁球式换向阀。 1—电磁铁；2—杠杆；3—左推杆；4—左阀座；5—钢球；6—右阀座；7—右推杆；8—弹簧 图5.24 电磁球式换向阀原理 方向阀在换向与锁紧回路中的应用 对于换向要求高的主机（如各类磨床），若用手动换向阀就不能实现自动往复运动，一般采用特殊设计的机液换向阀，以行程挡块推动机动先导阀，由它控制一个可调式液动换向阀来实现工作台的换向，既可避免“换向死点”，又可消除换向冲击。这种换向回路，按换向要求不同可分为时间控制制动式和行程控制制动式两种。 1 简单换向回路 2 复杂换向回路 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、 换向回路 图5.25 时间控制制动式换向回路 （1）时间控制制动式换向回路 压力控制阀简称压力阀。 压力阀包括： （1）用来控制液压系统压力的阀类。 （2）利用压力变化作为信号来控制其它元件动作的阀类。 按其功能和用途不同可分为溢流阀、减压阀、顺序阀和压力继电器等。 根据“并联溢流式压力负反馈”原理设计而成的液压阀称为溢流阀。 溢流阀的主要用途有以下两点： 1）调压和稳压。如用在由定量泵构成的液压源中，用以调节泵的出口压力，保持该压力恒定。 2）限压。如用作安全阀，当系统正常工作时，溢流阀处于关闭状态，仅在系统压力大于其调定压力时才开启溢流，对系统起过载保护作用。 溢流阀的特征是：阀与负载相并联，溢流口接回油箱，采用进口压力负反馈， 不工作时阀口常开。 根据结构不同，溢流阀可分为直动型和先导型两类。 图6.7 滑阀式溢流口，端面测压 1 直动型溢流阀 直动型溢流阀因阀口和测压面结构型式不同，形成了三种基本结构。无论何种结构，均是由调压弹簧和调压手柄、溢流阀口、测压面等三个部分构成。 锥阀式溢流口 ，端面测压 锥阀式溢流口，锥面测压 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。 图6.7 锥阀式直动型溢流阀 溢流阀的符号 直动型溢流阀结构简单，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。 锥阀芯 与面测压 调压手柄 调压弹簧 2 先导型溢流阀 先导型溢流阀的主要特点：由主阀芯负责控制系统的压力，先导级负责向主阀提供指令力，作用在主阀芯上的主油路液压力与先导级所输出的“指令压力”相平衡。 （1）三节同芯先导型溢流阀 阀口处同芯 活塞处同芯 导向处同芯 出油口P2 进油口P1 主阀芯 主阀口 导阀芯 先导级固 定节流孔 调压手柄 调压弹簧 主阀弹簧 图6.10 YF型先导式溢流阀原理图 阀 口 主级测压面 主级指令 导 阀 比 较 主阀比较： 半桥式先导控制部分 图6.9 YF型先导式溢流阀 主级测压面 主级指令 阀 口 黑三角代表 先导型液压控制 二节同芯先导式溢流阀 （2）二节同芯先导型溢流阀 阀口处同芯 导向处同芯 二节同心先导型溢流阀原理图 主级测压面 主级指令 导 阀 比 较 主阀比较： 半桥式先导控制部分 节流孔2、4串联等价于1个孔 节流孔3构成动态阻尼，稳定主阀 图6.11 二节同芯型先导式溢流阀 主级测压面 导阀芯 阀 口 固定节流孔 图6.12 电磁溢流阀 6.2.3 电磁溢流阀 电磁溢流阀是电磁换向阀与先导式溢流阀的组合，用于系统的多级压力控制或卸荷。 电磁阀 部分 先导式溢 流阀部分 电磁溢流阀原理图 电磁阀通电卸压 先导式溢流阀部分 P T 符号 T 远程调压原理 先导式溢流阀部分 P 先导式溢 流阀部分 远程调压阀 远程调压阀 25MPa 25MPa 32MPa 32MPa 输出25MPa 根据“串联减压式压力负反馈”原理设计而成的液压阀称为减压阀。减压阀主要用于降低并稳定系统中某一支路的油液压力，常用于夹紧、控制、润滑等油路中。 减压阀也有直动型和先导型之分，但直动型减压阀较少单独使用。 在先导型减压阀中，根据先导级供油的引入方式不同，有“先导级由减压出口供油式”和“先导级由减压进口供油式”两种结构形式。 减压阀的特征是： 阀与负载相串联，调压弹簧腔有外接泄油口，采用出口压力负反馈，不工作时阀口常闭。 * 液压控制阀按其作用可分为方向控制阀、压力控制阀和流量控制阀三大类。在此基础上，还衍生出了一些新结构和新控制方法。本章将分别介绍各种阀的结构、原理和用途。 液压控制阀在液压系统中被用来控制液流的方向或调节其压力和流量，保证执行元件按照负载的需求进行工作。 普通单向阀阀 ? 图4.5 简式液控单向阀? 5.3.1.2 滑阀机能 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。 两位阀和多位阀的机能是指阀芯处于原始位置时,阀各油口的通断情况。 三位阀的机能是指阀芯处于中位时,阀各油口的通断情况。三位阀有多种机能现只介绍最常用的几种。 （l）二位二通换向阀 二位二通换向阀其两个油口之间的状态只有两种：通或断。 二位二通换向阀的滑阀机能有：常闭式（O型）、常开式（H型） 。 图5.15 二位二通换向阀的滑阀机能 二位阀的原始位置：若为手动控制，则是指控制手柄没有动作的位置；若为液压控制则是指失压的位置若为电磁控制则是指失电的位置。 （2）三位四通换向阀 三位四通换向阀的滑阀机能有很多种，常见的有表5.1中所列的几种。中间一个方框表示其原始位置，左右方框表示两个换向位。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型式。 P、A、T口相通，B口封闭；活塞处于闭锁状态，泵卸荷。 K型 ?P封闭，A、B、T口相通；活塞浮动，在外力作用下可移动，泵不卸荷。??? Y型 ?P、A、B、T口全通；活塞浮动，在外力作用下可移动，泵卸荷。???? H型 ?P、A、B、T四口全封闭，液压缸闭锁，可用于多个换向阀并联工作。 O型 中位油口状况、特点及应用 符号 型式 P和T封闭，A与B相通；活塞浮动，在外力作用下可移动，泵不卸荷。 U型 P与A相通；B与T封闭；活塞处于停止位置。 C型 P与A封闭，B与T相通；活塞停止，但在外力作用下可向一边移动，泵不卸荷。 J型 P、A、B口相通，T封闭；泵与缸两腔相通，可组成差动回路。 P型 四油口处于半开启状态，泵基本上卸荷，但仍保持一定压力。 X型 ?P、T口相通，A与B口均封闭；活塞闭锁不动，泵卸荷，也可用多个M型换向阀并联工作? M型 中位油口状况、特点及应用 符号 型式 ② 因P口封闭，泵不能卸荷 ，泵排出的压力油只能从溢流阀排回油箱。 ③可用于多个换向阀并联的系统。当一个分支中的换向阀处于中位时, 仍可保持系统压力，不致影响其它分支的正常工作。 P T A B O型机能 ①缸的两腔被封闭,活塞在任一位置均可停住, 且能承受一定的正向负载和反向负载。 1）O型机能 阀芯处于中位时, P,A,B,T 四个油口均被封闭，其特点是： 2）H型机能 阀芯处于中位时, P ,A,B,T 四个油口互通。 P T A B H型机能 ①虽然阀芯已除于中位，但缸的活塞无法停住。中位时油缸不能承受负载。 ②不管活塞原来是左行还是右行，缸的各腔均无压力冲击，也不会出现负压。换向平稳无冲击，换向时无精度可言 ③泵可卸荷。 ④不能用于多个换向阀并联的系统。因一个分支的换向阀一旦处于中位，泵即卸荷，系统压力为零，其它分支也就不能正常工作了。 H 型机能的特点如下： 3）M型机能 阀芯处于中位时, A 、B 油口被封闭，P、T 油口互通。M型机能是取O型机能的上半部，H型机能的下半部组成的，故兼有二者的特点。M型机能如下： ①活塞可停在任一位置上，用能承受双向负载。 ②缸的两腔会出现压力冲击或负压，依活塞原来的运动方向而定。活塞有前冲。 ③泵能卸荷。 ④不宜用于多个换向阀并联的系统。 P T A B M型机能 此种机能目的是构成差动连接油路，使单活塞杆缸的活塞增速。 4）P型机能 阀芯处于中位时，P、A、B油口互通，油口T被封闭。 P T A B P型机能 O型机能 H型 M型 P型 Y型机能――Ｐ封闭，Ａ、Ｂ、Ｔ互通。 Ｋ型机能――Ｐ、Ａ、Ｔ互通，Ｂ封闭。 Ｘ型机能――Ｐ、Ａ、Ｂ、Ｔ之间只有很小的缝隙连通。 Ｊ型机能――Ｐ、Ａ封闭，Ｂ、Ｔ互通。 Ｃ型机能――Ｐ、Ａ相通，Ｂ、Ｔ封闭。 Ｎ型机能――Ｐ、Ｂ封闭，Ａ、Ｔ互通。 Ｕ型机能――Ｐ、Ｔ封闭，Ａ、Ｂ互通。 除上述四种常用的机能外，根据油口通断情况不同尚可组合成多种机能，不过这些机能多用在特殊场合。这些机能是：（见书p57） 1.手动换向阀 * * *

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