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第六章 液 压 控 制 阀,Hydraulic Control Valve,本章介绍,可用于控制液流的压力、方向和流量等运动参数的元件或装置称为液压控制阀，本章主要介绍：,方向控制阀压力控制阀流量控制阀插装阀,液压控制阀的分类,1.按功能:,方向控制阀用于控制液流的流动方向；压力控制阀用于控制液流的压力大小；流量控制阀用于控制液流的流量大小；,2.按阀芯结构:,滑阀阀芯为多端圆柱体，阀芯相对阀体作轴向运动；锥阀阀芯为锥柱体，阀芯相对阀体作轴向运动；转阀阀芯为带圆周方向槽的圆柱体，阀芯相对阀体转动；,3.按控制方式:,有手动操作、电磁铁控制、比例电磁铁控制、液压控制等。,4.按安装方式:,板式阀、管式阀、叠加阀、插装阀等。,(1)共同点 从结构上来说，所有的阀都由阀体、阀芯和操纵机构部分组成。从原理上来说，所有的阀都是依靠阀孔的开、闭来限制或改变油液的流动和停止的。只要有油液流过阀孔，都要产生压力降和温度升高等现象。通过阀孔的流量，与通流面积和阀孔前后压力差有关。从功能上来说，阀不能对外做功，只是用以满足执行元件的压力、速度和换向等要求。(2)基本要求 阀的动作要灵敏，工作可靠，冲击和振动尽量小。油液通过阀时的压力损失要小。阀的密封性能好，不允许有外泄漏。阀的结构要简单紧凑、体积小、通用性大。,控制阀的共同点及基本要求,第1节 方 向 控 制 阀,Directional Control Valve,能同时控制几个油孔的通断，从而使流过阀孔的液流可以改变方向的阀叫方向控制阀。,方向控制阀用在液压系统中控制液流的方向。它包括单向阀和换向阀。单向阀有普通单向阀和液控单向阀。换向阀按操作阀芯运动的方式可分为手动、机动、电磁动、液动、电液动等。,1.1 单向阀(Check Valve,No-return Valve),单向阀是一种特殊的方向控制阀，它只允许经过阀的液流单方向流动，而不许反向流动。,1.1.1普通单向阀(1)普通单向阀的原理图6.1-1中，图a表示A腔和B腔导通的情况，因单向阀的弹簧很软，A腔很小的油压即可顶开阀芯，而A、B腔互通。图b表示反向情况，此时B腔压力较高，B腔的压力较高将阀芯紧紧压在阀座上。B腔和A腔形成断路。,正向导通，反向不通,普通单向阀,普通单向阀是只允许液流一个方向流动，反向则被截止的方向阀。要求正向液流通过时压力损失小，反向截止时密封性能好。图形符号,工作原理 左端进油，压力油作用在阀芯左端，克服右端弹簧力使阀芯右移，阀口开启，油液从右端流出；若右端进油，压力油与弹簧同向作用，将阀芯紧压在阀座孔上，阀口关闭，油液被截止不能通过。正向开启压力只需（0.030.05）MPa，反向截止时为线密封，且密封力随压力增高而增大，密封性能良好。开启后进出口压力差（压力损失）为（0.20.3）MPa.。,单向阀只允许工作油液向一个方向流动。对于图示流动方向，在复位弹簧和工作油液作用下，阀芯将阀口关闭。单向阀中也可以不带复位弹簧。由于在关闭位置不允许有泄漏，所以，单向阀通常为开关阀式结构。,对于图示流动方向，在工作油液作用下，单向阀开启。,(3)普通单向阀的符号 普通单向阀的符号见图6.1-4。图6.1-4(a)是单向阀的符号。图6.1-4(b)是单向元件的符号，单向元件和其它阀组合后，成为组合阀，例如单向顺序阀、单向节流阀等。,(a)单向阀,(b)单向元件,图6.1-4 单向阀的职能符号,对于液控单向阀，可以通过控制油口（X）开启，这时允许工作油液双向流动。图示为液控单向阀处于静止位置，此时油口B与油口A不接通。,1.1.2 液控单向阀(Pilot Check Valve),如果控制油口（X）有信号，则液控单向阀开启，油口B与油口A接通。为了可靠开启液控单向阀，控制活塞有效面积必须大于阀口有效面积。液控单向阀也可用于双液控单向阀。,(1)内泄式液控单向阀 内泄式液控单向阀的工作原理见图6.1-5。当控制口的控制压力pk=0时，液流从阀的A腔顶开阀芯2到达B腔形成正向流动，反向不能导通，此时液控单向阀和普通单向阀完全相同。若控制口加上控制压力pk，即便A腔为低压，B腔为高压，控制活塞6在pk作用下，顶杆顶开阀芯2使B、A腔连通，形成反向导通，油自B腔可流到A腔。此类阀无专门的泄油口，A腔的压力pA作用在控制活塞的上端面上，形成控制压力pk的阻力。若pA=0时,pk=(0.40.5)pB。若pA0时所需的pk更大。换句话说，也就是A腔和B腔压力所形成的力，对控制活塞来说都是阻力。只有消除或减小这些阻力，才能减小控制压力。,1 阀体；2 阀芯；3 弹簧；4 阀盖；5阀座；6 控制活塞；7 下盖。,A正向进油口;B 正向出油口 K 控制口,图6.1-5 内泄式液控单向阀,(2)外泄式液控单向阀,外泄式液控单向阀的原理见图6.1-6。将图6.1-5和图6.1-6进行比较，图6.1-6结构上有改进。在图6.1-5中压力作用在控制活塞的上端面上承压面积较大，在图6.1-6中压力作用在控制活塞和推杆的差径面积上承压面积很小，所以由pA引起的阻力大大减小，因而控制压力pk也就大大减小。为了使控制活塞能够上下移动，加了外泄口L，使控制活塞上行时不致将控制活塞上腔的油封死。但是压力pB形成的阻力并没有减小。,图6.1-6 外泄式液控单向阀,A正向进油口;B 正向出油口 K 控制口,图6.1-7 带卸荷阀的液控单向阀,1-上盖;2-主阀芯;3-卸荷阀芯;4-阀体;5-控制活塞;6-下盖 A-正向进油口;B-正向出油口;K-控制口,(3)带卸荷阀的液控单向阀,带卸荷阀的液控单向阀的原理图见图6.1-7。正向流动时，A腔的压力pA顶开阀芯2，A腔和B腔沟通，油从A腔流到B腔。当B腔压力较A腔为高时，阀芯2下移，关闭通油口，油不能自B腔流到A腔。此时阀的工作和普通单向阀相同。若pB高于pA，又要求阀导通，此时在控制口K加控制压力pk。控制活塞5上行。顶开卸荷阀芯3，B腔和A腔连通,等pB下降接近于pA时，件5继续上升顶开主阀芯2，大量液流自B腔流向A腔，完成反向导通。当去掉控制压力pk后，件2和件3复位。此阀适用于反向压力很高的场合。,不管是否带泄荷阀，液控单向阀均用图6.1-8所示的符号表示。,图6.1-8 液控单向阀符号,a内泄式,b外泄式,(4)液控单向阀符号,如果液压缸无泄漏，则双液控单向阀能够可靠地将其定位。当进油口A1和A2无工作油液时，油口B1和B2则关闭。,(5)双液控单向阀,当进油口A1有工作油液时，左边单向阀开启，从而与油口B1接通，同时，控制活塞向右移动，也使油口B2与进油口A2接通，工作油液从油口B2流向进油口A2。当进油口A2有工作油液时，情况刚好相反。,1.1.3 普通单向阀和液控单向阀的应用,(1)用单向阀将系统和泵隔断 在图6.1-9中，用单向阀5将系统和泵隔断，泵开机时泵排出的油可经单向阀5进入系统;泵停机时，单向阀5可阻止系统中的油倒流。(2)用单向阀将执行机构和系统隔断 在图6.1-9中，由换向阀3和4分别控制两个缸的进退。在换向阀3、4和系统之间放置了两个单向阀1、2。这两个单向阀将两个缸和系统隔断。当正常工作时，系统的压力油分别经过单向阀1、换向阀3以及单向阀2、换向阀4分别进入液压缸。若系统由于某种原因失压时，因为单向阀的作用，缸仍可维持一定压力，从而可防止因负载力，或运动件的自重使缸的活塞反向运动。这样两个单向阀将缸和系统隔断，使两个缸可不互相影响。,图6.1-9 单向阀应用,单向阀5可阻止系统中的油倒流。单向阀1、2将两个缸和系统隔断，使两个缸可不互相影响。,在图6.1-10中，1是低压大流量泵，2是高压小流量泵。低压时两个泵排出的油合流，共同向系统供油。高压时，单向阀的反向压力为高压，单向阀关闭，泵2排出的高压油经过虚线表示的控制油路将阀3打开，使泵1排出的油经阀3回油箱，由高压泵2单独往系统供油，其压力决定于阀4。这样，单向阀将两个压力不同的泵隔断，不互相影响。,图6.1-10 单向阀隔开高低压泵,(3)用单向阀将两个泵隔断,在图6.1-11中，高压油进入缸的无杆腔，活塞右行，有杆腔中的低压油经单向阀后回油箱。单向阀有一定压力降，故在单向阀上游总保持一定压力，此压力也就是有杆腔中的压力，叫做背压口其数值不高一般约为0.5MPa，但使无杆腔中的压力不会为零。在缸的回油路上保持一定背压，可防止活塞的冲击，使活塞运动平稳。此种用途的单向阀也叫背压阀。,(4)用单向阀产生背压,(5)用单向阀和其它阀组成复合阀 在图6.1-12中，由单向阀和节流阀组成复合阀，叫单向节流阀。用单向阀组成的复合阀还有单向顺序阀、单向减压阀，单向换向阀等。在单向节流阀中，单向阀和节流阀共用一阀体。当液流沿箭头所示方向流动时，因单向阀关闭，液流只能经过节流阀从阀体流出。若液流沿箭头所示相反的方向流动时，因单向阀的阻力远比节流阀为小，所以液流经过单向阀流出阀体。此法常用来快速回油。从而可以改变缸的运动速度。,图6.1-12单向阀和节流阀组成复合阀,在图6.1-13中，通过液控单向阀往立式缸的下腔供油，活塞上行。停止供油时，因有液控单向阀，活塞靠自重不能下行，于是可在任一位置悬浮。将液控单向阀的控制口加压后，活塞即可靠自重下行。若此立式缸下行为工作行程，可同时往缸的上腔和液控单向阀的控制口加压，则活塞下行，完成工作行程。,图6.1-13 使立式缸活塞悬浮,(6)用液控单向阀使立式缸活塞悬浮,(7)用两个液控单向阀使液压缸双向闭锁,图6.1-14,图6.1-14,在图6.1-14中，若A为高压进油管，B为低压排油管，对液控单向阀1而言，油正向通过，所以无需加控制压力油即可顺利通过。与此时，将高压管A中的压力作为控制压力加在液控单向阀2的控制口上，液控单向阀2也构成通路。此时高压油自A管进入缸，活塞右行，低压油自B管排出，缸的工作和不加液控单向阀时相同。同理，若B管为高压，A管为低压时，则活塞左行。若A、B管均不通油时，液控单向阀的控制口均无压力，阀1和阀2均闭锁。此时活塞不管是受到正向负载力还是反向负载力，因缸两腔的油均被封死，活塞不能运动，这样就形成了缸的双向闭锁。这样，利用两个液控单向阀，既不影响缸的正常动作，又可完成缸的双向闭锁。锁紧缸的办法虽有多种，用液控单向阀的方法是最可靠的一种。,图示说明双液控单向阀与三位四通换向阀一起使用，以竖直定位负载。这里三位四通换向阀中位机能为Y型，即其在静止位置时，工作油口A和B接油箱。这意味着双液控单向阀的进油口A1和A2都无工作油液，从而使液压缸进出油路关闭。,驱动二位四通换向阀动作，工作油液使液控单向阀开启，从而使液压缸活塞杆伸出。当将二位四通换向阀复位时，无杆腔中工作油液被液控单向阀封闭，液压缸活塞杆保持伸出状态。现驱动二位三通换向阀动作，则液控单向阀的控制活塞复位，即液控单向阀开启，液压缸活塞杆开始回缩。在液压缸活塞杆回缩过程中，二位三通换向阀处于静止位置，从而使液控单向阀再次关闭，液压缸活塞杆及负载则保持在当前位置。当再次驱动二位三通换向阀动作时，液压缸活塞杆才完全回缩。,液控单向阀的应用动画,1.2.1 换向阀的工作原理和功能 换向阀是方向阀的主要组成部分，它是靠阀芯位置的变化接通或切断某些油路从而改变流经阀的液流方向，因而叫换向阀。换向阀既然能改变液流方向，所以将换向阀与缸连接可以很方便地使缸的活塞改变运动方向。换向阀的工作原理见图6.1-15。阀体2上开有4个通油口 P、A、B、T。换向阀的通油口永远用固定的字母表示，它所表示的意义如下：P压力油口；A、B和其它元件连接的进出油口。至于哪个是进油口，哪个是进油口，则依阀芯所处的位置而定；T回油口，永远通油箱。各油口和其它元件的连接情况见图6.1-15（d）。,1.2 换向阀(directional control valve),图6.1-15(a)表示阀芯3处于中位时的情况,此时从P 口进来的压力油没有通路。A、B 两个油口也不和T口相通。,图6.1-15（b）表示人向一侧搬动控制手柄，阀芯左移，或者说阀芯处于左位的情况。此时P口和A口相通，压力油经P、A到其它元件；从其它元件回来的油经B、阀芯中心孔，T 回油箱。图6.1-15（c）表示人向另一侧搬动控制手柄阀芯右移，或者说阀芯处于右位时的情况。此时，从P口进来的压力油经P、B 到其它元件。从其它元件回来的油经A、T回油箱。,图6.1-15（d）是该换向阀的符号图。从图6.1-15 可见换向阀由阀本体部分和控制部分组成。,阀本体部分，壳体上所开的油口有的阀只有两个，在图6.1-15中是4个,还有开多个通口的阀。阀芯的位置有的阀是两个、三个，还有多位阀。,图6.1-15 换向阀的工作原理,(a),（b）,（c）,（d）,换向阀的控制部分,有手动、脚踏、液压控制、电磁控制等多种方式。换向阀的阀除象图6.1-15所示阀芯作直线运动这种结构形式以外,阀芯的另一种结构是绕本身的轴线转动。靠转动的位置不同，连通或切断某些通道，从而改变流过阀的液流方向。这第二类换向阀叫转动式换向阀。直线移动式换向阀和转动式换向阀二者原理相同。,1.2.2 换向阀的本体结构和分类,“位”(Position)一指阀芯的位置,例阀芯有两种位置的换向阀简称二位阀。阀芯有三种位置的阀简称三位阀，阀的位置数大于三的叫多位阀。“位”在符号图中用方框表示，见图6.1-15(d)。,“通”（Port）一在一个位置，换向阀的通油口叫通。在一个位置上有两个通口的阀简称二通阀。同理有三个通口的叫三通阀。有四个通口的叫四通阀，见图6.1-15(d)。依此类推有五通阀、六通阀多通阀。在阀的某一位置上通油口被封闭，在符号图上用符号“”或“”表示，见图6.1-15(d)。若两个通口是相通，则用箭头连接这两个通口。箭头只表示液流的正方向，实际流油的方向也可能和箭头所示的方向相反。将“位”和“通”作为换向阀的分类准则，分类结果如下：,位工作状态数；通主要油口数,(1)二位阀 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。,1)二位二通阀（two position two port valve）(见图6.1-16(a)常开式(normally open)二位二通阀。此种阀在原始位置时，两个油口处通路状态。常闭式（normally closed）二位二通阀。此种阀在原始位置时，两个油口处于断路状态。,2)二位三通阀（见图6.1-16(b)）3)二位四通阀(见图6.1-16(c),图6.116 二位阀的结构原理和符号,二位二通换向阀具有三个油口，即工作口A、进油口P和泄油口L。在此图示中，换向阀处于静止位置时，进油口P与工作油口A不接通。在泄油口上可连接泄油管路，以泄掉复位弹簧和阀芯腔中的油液。,驱动二位二通换向阀动作时，则进油口P与工作油口A接通。二位二通换向阀也可以为常开式，即在静止位置时，进油口P与工作口A接通。,二位三通换向阀具有三个油口，即工作油口A、进油口P和回油口T。工作油液可从进油口P流向工作油口A，或者从工作油口A流向回油口T，在上述两种情况下，未接通的油口处于关闭状态。在图示静止位置，进油口P关闭，而工作油口A与回油口T接通。,当驱动二位三通换向阀动作时，进油口P与工作油口接通，而回油口T关闭。二位三通换向阀也可以为常开式，即在静止位置时，进油口P与工作口A接通，而回油口T则关闭。,二位三通换向阀具有三个油口，即工作油口A、进油口P和回油口T。工作油液可从进油口P流向工作油口A，或者从工作油口A流向回油口T，在上述两种情况下，未接通的油口处于关闭状态。在图示静止位置，进油口P关闭，而工作油口A与回油口T接通。,当驱动二位三通换向阀动作时，进油口P与工作油口接通，而回油口T关闭。二位三通换向阀也可以为常闭式，即在静止位置时，进油口P关闭，而工作口A则与回油口T接通。,二位四通换向阀具有四个油口，即工作油口A和B、进油口P及回油口T。进油口P总是与一个工作油口（A或B）接通，而另一个工作油口（B或A）则与回油口T接通。在图示静止位置，进油口P与工作油口B接通，而工作油口A则与回油口T接通。,当驱动二位四通换向阀动作时，进油口P与工作口A接通，而工作口B则与回油口T接通。二位四通换向阀也可以为常开式，即在静止位置时，进油口P与工作口A接通，而工作口B则与回油口T接通。,二位四通换向阀具有四个油口，即工作油口A和B、进油口P及回油口T。进油口P总是与一个工作油口（A或B）接通，而另一个工作油口（B或A）则与回油口T接通。在图示静止位置，进油口P与工作油口B接通，而工作油口A则与回油口T接通。带三台肩的二位四通换向阀应有泄油口L，否则液压油将困在该阀内。,当驱动二位四通换向阀动作时，进油口P与工作口A接通，而工作口B则与回油口T接通。,(2)三位阀1）三位三通阀(见图6.1-17(a)2）三位四通阀(见图6.1-17(b)3）三位五通阀(见图6.1-17(c),（a）（b）（c）图6.117 三位阀的结构原理和符号,从逻辑角度看，三位四通换向阀是由二位四通换向阀和一个静止位置组成。三位四通换向阀具有多种中位机能形式（如图示三位四通换向阀，其中位机能为M型）。在图示工作位置，进油口P与工作口B接通，而工作口A则与回油口T接通 三位四通换向阀既可为滑阀式结构，也可为开关阀式结构。,三位四通换向阀处于静止位置，此时进油口P与回油口T接通，而工作油口A和B则关闭。由于液压泵出口油液流向油箱，所以，这种工作位置称之为液压泵卸荷或液压泵旁通。在液压泵卸荷情况下，其工作压力仅为三位四通换向阀的阻力损失，这并不引起系统发热。,三位四通换向阀向右换向，则进油口P与工作油口A接通，而工作油口B则与回油口T接通。,滑阀的中位机能,三位的滑阀在中位时各油口的连通方式体现了换向阀的控制机能，称之为滑阀的中位机能。,不同滑阀机能的滑阀，阀体是通用的，仅阀芯台肩的尺寸和形状不同。滑阀机能的应用：使泵卸载的有H、K、M型；使执行元件停止的有O、M型；使执行元件浮动的有H、Y型；使液压缸实现差动的有P型。,1.2.3 换向阀的机能(valve function)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。三位阀有多钟机能现只介绍最常用的几种。,1）O型机能(closed center valve)(见图6.1-18(a)阀芯处于中位时,P,A,B,T 四个油口均被封闭,其特点如下: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。因活塞及其带动的负载均有惯性，在工作行程，即活塞右行，由原来的某一速度突然速度变位零时，缸有杆腔中的压力增加，出现压力冲击；无杆腔中的压力突降，甚至出现负压。又因缸和管路中被封闭的油有弹性，活塞前冲，即沿运动方向还要增加一小段位移，这对行程的精度有影响。若活塞左行时，阀芯突然处于中位，上述现象同样会产生。,三位四通换向阀具有多种中位机能形式（如图示三位四通换向阀，其中位机能为O型）。在图示工作位置，进油口P与工作口B接通，而工作口A则与回油口T接通。,三位四通换向阀处于静止位置时，除了泄油口外，其它所有油口都关闭。当三位四通换向阀处于静止位置时，液压泵出口压力为安全阀的设定压力。,三位四通换向阀向右换向，则进油口P与工作油口A接通，而工作油口B则与回油口T接通。,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。,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。,2）H型机能(open center valve)(见图6.1-18(b)阀芯处于中位时,P,A,B,T 四个油口互通。H 型机能的特点如下：虽然阀芯已处于中位，但缸的活塞无法停住。不能承受正向负载和反向负载。,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。泵可卸荷。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。,3）M型机能（PT-port connectional valve）见图6.1-18(c)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：活塞可停在任一位置上，用能承受双向负载。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。泵能卸荷。不宜用于多个换向阀并联的系统。,4）P型机能（见图6.1-18(d)）阀芯处于中位时，P、A、B油口互通，油口T被封闭。,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。,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：型机能封闭，、互通。型机能、互通，封闭。型机能、之间只有很小的缝隙连通。型机能、封闭，、互通。型机能、相通，、封闭。型机能、封闭，、互通。型机能、封闭，、互通。,换向阀的性能,换向可靠性：换向信号发出后阀芯能灵敏地移到工作位置；换向信号撤除后阀芯能自动复位。同一通径的电磁阀，机能不同，可靠换向的压力流量范围不同，一般用工作极限曲线表示。压力损失：包括阀口压力损失和流道压力损失。换向阀的压力损失除与通流量有关，还与阀的机能、阀口流动方向有关，一般不超过1MPa。内泄漏量：滑阀式换向阀为环形间隙密封，工作压力越高，内泄漏越大。泄漏不仅带来功率损失，而且引起油液发热。因此阀芯与阀体要同心，并要有足够的封油长度。换向平稳性：就是要求换向时压力 冲击要小。手动换向阀和电液换向阀可以控制换向时间来减小换向冲击。换向时间和换向频率：交流电磁铁的换向时间约为0.030.15s，直流电磁铁的换向时间约为0.10.3s；换行频率为60240次/min。,1.2.4 换向阀的控制方式1)人力控制(manual control)此种控制方式不只被换向阀采用，其它阀类也有采用人力控制的。人力控制方式分为手动和脚踏两大类。在手动控制中又有按钮、推杆或拉杆、旋钮、手轮、手把、杠杆等多种结构形式。,换向阀中常用的手动控制方式是往复手把或带杠杆的手把。带杠杆的手把通常有两种形式：一种是靠弹簧自动复位的，另一种是可定位的。,1滚轮 2推杆 3阀芯,2)机械控制（limiting control）（stroke control）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（见图6.。1-19），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”。图6.1-19(b)是机械控制阀的符号。,图6.119 机械控制方式,3)电磁控制,在图6.1-20(a)中：线圈1、2均不通时，对中弹簧3、4只有很小的预压缩量，产生的弹簧力很小。对中弹簧力通过套简5、6分别作用于阀 芯的两端。两边的弹簧力基本相等，阀芯7处于中位。当线圈1通电时，吸合衔铁8，使推杆10推动阀芯7右移。阀芯7通过套简6使对中弹簧4受到压缩产生弹簧力，当电磁力足够大时阀芯7处于右位。此时弹簧3和套简5均无动作。因线圈2不通电。推杆11和衔铁9自由浮动。反之，阀芯处于左位。由继电器电路或其它电路控制线圈1、2得电或者失电。图6.1-20（b）是电磁铁控制的换向阀（简称电磁铁换向阀）的符号。,4）液压控制(Hydraulic Control),液压控制换向阀的原理见图6.1一21。,当控制油口k1和k2均不通压力油时,p1=p2=0;或者k1和k2 均通压力油且油压相等时,p1=p2在这两种情况下,阀芯两端所受的液压力是相等的,对中弹簧1、5分别压紧定位套筒2、4,若弹簧力也相等,则阀芯3处于中位。当p1有压,p2为零;或p1p2时,压力p1作用在阀芯的左端面的有效面积上,阀芯右移到位,对中弹簧1无变化,对中弹簧5被压缩。同理,k2口通压力油,p2有压p1为零,或p2p1,阀芯左移。,P,T,P,T,B,A,A,B,P,T,T,A,B,换向阀,B,P,T,T,A,换向阀驱动,B,P,T,T,A,换向阀驱动,B,P,T,T,A,换向阀驱动,B,P,T,T,A,换向阀-手柄驱动,B,P,T,T,A,换向阀-凸轮驱动,电磁换向阀,电磁换向阀,电磁换向阀,换向阀规格,先导式换向阀,先导式换向阀,先导式换向阀,1.2.5 几种常用的换向阀,(1)电磁换向阀(Solenoid Operated Directional Valve),我们已作过介绍了。,(2)球状阀芯电磁换向阀 简称电磁球阀,其工作原理见图6.122a图示位置是电磁铁失电时的位置。此时弹簧8的弹簧力,通过右推杆7将钢球5压在左阀座4上。此时P、A口互通;A、T口不通。当电磁铁1通电后.杠杆2传递电磁力。左推杆3通过钢球5、右推杆7,压缩弹簧8。钢球5被压在右阀座6上。此时,P、A 油口是断路，P、T油口构成通路。,图6.122 球状阀芯电磁换向阀原理,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,液压系统对电磁换向阀输出流量的要求越来越大。输出的流量大，阀中各流油口的尺寸也大，阀芯直径也越大，于是要求电磁铁输出的力也就越大。特大的电磁力不但给电磁铁的结构设计和磁路设计带来麻烦，即便设计出来，因尺寸过大也难于和阀匹配,而且电磁铁大体积越大，衔铁的吸合时间就越长，动作变慢，阀的换向速度也慢，使阀的换向频率降低。电液换向阀需要的电磁力和普通电磁阀相同,但能输出远比普通电磁阀大得多的流量。电液换向阀的工作原理见图6.1-23。电液换向阀的上半部是先导阀;下半部是主阀。也有人把先导阀叫一级阀，把主阀叫二级阀。在图6.1-23(a)中,作为先导阀的是一个3位4通电磁换向阀;作为主阀的是一个3位4通液动换向阀。,当电磁铁1和电磁铁3均断电时,电磁阀的阀芯2处于中位。油口P断路。电磁阀的输出油口A1、B1均和T口相通,可见电磁阀的机能是Y形机能,见图6.1-23（b）。,(3)电液换向阀(Pilot Operated Directional Valve),图6.1-23 电液换向阀原理图,1、3电磁铁；2先导阀芯；4、10单向节流阀；5、8油腔；6、9对中弹簧；7主阀芯；11油路,(a)电液换向阀结构原理；(b)符号图；(c)简化符号图,A1、B1分别通到主阀芯7两侧的弹簧腔5和8。因A1、B1都和T相通,所以弹簧腔5和8中均无压力,主阀芯7在对中弹簧6和9的作用下居于中位。主阀的通油口A、B断路。,当电磁铁1通电时，阀芯2右移，P和A1相通；B1、T相通。高压油经过单向节流阀4中的单向阀，进入腔5。单向节流阀中的节流阀不起作用。因B1和T相通，腔6也和T相通。主阀芯7右移，P、A相通，B、T相通。主阀芯7右移自腔8排出的油，经单向节流阀10，B1和T回油箱。单向节流阀10中的单向阀，阻止液流从腔8到B1反向(对单向阀来说)通过。腔8的油必须经过阀10的节流口才能到达B1。调节单向节流阀10的节流口大小,即可调节通过它的流量，从而可调节主阀芯7右移的速度，从而也就调节了主阀芯的换向速度。同理,电磁铁3通电时阀芯2左移。P B1相通，腔8为高压，主阀芯7左移。单向节流阀4可调节主阀芯左移的速度。A1和T相通。主阀油口B、P相通，A、T相通。,在图6.1-23(b)中,管路11将主阀的油源引到先导阀。此种控制方式的电液换向阀叫自控或内控电液换向阀。此类阀的优点是一个阀不需要两种工作压力。,这一优点同时也是缺点，主阀往往需要很高的工作压力,而先导阀的输出只是推动主阀芯移动不需要很高的压力。往先导阀通高压反而使先导阀密封困难,需要很大的电磁力。为避免此种缺点,在图6.1-23(b中将管路11断开，另外向先导阀通控制压力pk，pk压力小于主阀的工作压力p。此种控制方式的电液换向阀叫做它控或外控电液换向阀。在图6.1-23(a)中的主阀是靠液压力控制的,当弹簧腔5和8中均无压力时,主阀芯7靠对中弹簧6、9使之回到中位。此种控制方式的液动阀叫弹簧对中式。若腔5和腔8中不放对中弹簧,两腔都加上相等的低压,也可使阅芯7处于中位。此种方式的液动阀叫液压对中式。液压对中的方式用的较少。,单向节流阀4和10对主阀芯的运动起阻尼作用,也有人管它们叫阻尼阀。所以图6.1-23所示的电液换向阀叫做带阻尼的电液换向阀。此外也有不带阻尼的电液换向阀。,在图6.1-23(b)中,电磁阀有单独的通向阀体外的回油口T1。此种方式叫外部回油。若将T1和T在阀体内相通,然后再通出阀体叫内部回油。所以有内部回油式电液换向阀、外部回油式电液换向阀等。,电液换向阔的主阀也有2位3通、2位4通、3位4通等形式。电液换向阔的换向时间远比电磁换向阀为长。图6.1-23(c)是一个不带阻尼器、内控式、内部回油的电液换向阀的简化符号图。,使执行机构或增压器换向。和溢流阀组成泵的卸荷回路。换向阀作为先导阀控制液动换向阀、液控单向阀和插装阀。和压力阀配合使系统具有几种不同的压力。使泵排出的流量通向系统或通向油箱。组成差动回路使缸增速。和节流阀配合构成速度换接回路。使阀的进出油口连通或断路。例如在串联调速回路中,可使串联的两个节流阀中的一个失去效应。和比例电磁铁构成比例方向阀。利用换向阀的机能锁紧系统,或使执行机构高低压腔连通。,1.2.6 换向阀的应用,第2节压力控制阀,压力控制阀是用来控制液压系统中油液压力或通过压力信号实现控制的阀类。它包括溢流阀、减压阀、顺序阀、压力继电器。压力控制阀的基本工作原理 通过液压作用力与弹簧力进行比较来实现对油液压力的控制。调节弹簧的预压缩量即调节了阀芯的动作压力，该弹簧是压力控制阀的重要调节零件，称为调压弹簧。要掌握各种压力阀的结构原理及其应用。,2.1溢流阀(relief valve)溢流阀的功能是靠阀型芯的调节作用，可使阀的进口压力不超过或保持调节值。,按结构形式分直动型溢流阀先导型溢流阀,1-阻力孔；2-阀体弹簧；3-阀芯；4-阀盖；5-调压螺帽；6-弹簧座；7-弹簧,图6.2-1a 直动式溢流阀工作原理,2.1.1直动式溢流阀的工作原理 直动式溢流阀的工作原理见结构原理图6.2-1。,直动型溢流阀,结构原理 直动型溢流阀由阀芯、阀体、弹簧、上盖、调节杆、调节螺母等零件组成。阀体上进油口旁接在泵的出口，出口接油箱。原始状态，阀芯在弹簧力的作用下处于最下端位置，进出油口隔断。进口油液经阀芯径向孔、轴向孔作用在阀芯底端面，当液压力等于或大于弹簧力时，阀芯上移，阀口开启，进口压力油经阀口溢回油箱。此时阀芯受力平衡，阀口溢流满足压力流量方程。,阀口刚开启时阀芯受力平衡方程 pkD 2/4=K（xo+L）阀口开启后阀芯受力平衡方程 pD 2/4=K（xo+L+x）+Fs阀口开启后溢流的压力流量方程 q=CD x（2p/）1/2,该溢流阀采用开关阀式结构。当溢流阀处于静止位置时，在调压弹簧作用下，其溢流口关闭。在这种情况中，对于未带负载液压缸，当活塞杆伸出时，液压泵输出流量全部流入液压缸。,一旦进油口A上油压所产生的作用力大于调压弹簧的弹簧力，溢流阀则开启。在这种情况中，液压缸活塞杆完全伸出后，液压泵输出流量全部通过溢流口流回油箱。,在该图中A为进油口，B为出油口，溢流阀的出油口永远接油箱。调整螺帽1，可改变调压弹簧2的预压缩量，从而改变了阀的开启压力。高压油进入A口后经阀芯3上的径向孔和径向孔C到达阀芯3的下端d腔，见图6.2-2阀芯下端面承受的液压力压缩调压弹簧2，阀芯上移。进口压力增加到一定值时，阀芯3和阀体4之间的重叠量消除。此时阀芯处于似开非开的状态，此时的压力叫溢流阀的开启压力。阀芯上行时，阀芯上端弹簧腔中的油经阀盖6中的径向孔a和阀体4上的轴向孔b，从出油口B排出，流回油箱。,图6.2-1b 直动式溢流阀工作原理,1-调压螺帽；2-调压弹簧；3-阀芯；4-阀体；5-螺帽；6-阀盖,直动型溢流阀工作原理要点,对应调压弹簧一定的预压缩量 xo，阀的进口压力 p 基本为一定值。由于阀开口大小 x 和 稳态液动力Fs的影响，阀的进口压力随流经阀口流量的增大而增大。当流量为额定流量时的阀的进口压力 ps 最大，ps称为阀的调定压力。弹簧腔的泄漏油经阀内泄油通道至阀的出口引回油箱，若阀的出口压力不为零，则背压将作用在阀芯上端，使阀的进口压力增大（相当于增大弹簧预压力）。对于高压大流量的压力阀，要求调压弹簧具有很大的弹簧力，这样不仅使阀的调节性能变差，结构上也难以实现。,作用在阀芯上的力有惯性力、弹簧力、摩擦力、液体静压力和液动力等。忽略其它各力，认为阀芯上只作用有液体静压力和弹簧力。当进口压力达到开启压力p0时，此时阀芯受到的弹簧力是由弹簧预压缩量x0引起的，此时阀的开口量x为零。忽略重叠量。设阀芯下端在d腔的受压面积为A，见图6.2-2。设弹簧刚度为K，写阀芯的力平衡方程:Kx0=p0A(6.2-1)P0开启压力(cracking pressure)。,2.1.2直动式溢流阀的静待性 直动式溢流阀的静待性是指稳态时，流过阀的流量和阀的进口压力之间的关系。这里所以谓的稳态是指阀所处的液压系统处于稳定工作状态，流过阀的流量和阀的上游压力均不随时间而变。,当阀芯有某一开口时，对应的阀的进口压力为p。写阀芯的力平衡方程:K(x0+x)=pA(6.2-2)x相对于x0而言，变化量很小。(6.2-2)减(6.2-1)，经过整理得:,(6.2-3),将溢流阀的开口看成是薄壁小孔，那么就可用薄壁小孔的流量公式来描序通过溢流阀溢流口的流量。,(6.2-4),q流过溢流阀的流量；d圆柱阀芯的直径，见图6.2-2；x阀芯的开口量，见图6.2-2；Cd流量系数；油液度数；p阀的进口压力，即溢流口上游的压力。将(6.2-3)式代入(6.2-4)式，并令,(6.2-5),(6.2-5)式即直动式溢流阀的静待性方程，或简称静待性。将(6.2-5)式画成曲线，如图6.2-3所示。,理想的静待性是:即便通过溢流阀的流量有很大变化时，阀的调定压力，即阀的进口压力仍保持不变。在图6.2-3中，直线A、C符合此种要求。pn是阀的调定压力。流量q从零变化到q=qn，qn是流过阀的额定流量时，pn值不变。我们称A、C为溢流阀的理想静待性曲线。但是因为在阀中要有和静压力相平衡的弹簧，其刚度不等于零。,根据式(6.2-5)画出的曲线如图6.2-3，曲线A、B所示，我们把这条立方抛物线叫做溢流阀的理论静待性曲线。po是开启压力，pn是调定压力，qn是额定流量。应注意当ppo时，式(6.2-5)才有效，即静待性的有效曲线是A、B。当流过溢流口的流量从零变到qn时，进口压力p并不是一成变，而是从p0变到pn。时阀已开启，但压力并未达到调定值只有q=qn时，才到达调定值。换句话说所有的溢流阀均提前开启。阀的实际工作点是对应着某个p和某个q的曲线AB上的一点。把pn-p0叫做静态调压偏差(over-ride pressure)。由图6.2-3可见，调压偏差越大则曲线AB越不接近理想曲线，也就是阀的静特性越不好。设,(6.2-6),根据(6.2-2)式(6.2-7),xmax最大开口量,将(6.2-1)式、(6.2-6)式，代入(6.2-7)式，并化简，得:,(6.2-8),由式(6.2-8)可见，弹簧刚度K越大，静态调压偏差p也就越大。溢流阀的工作点只能是A、B曲线上的某一点，阀的静特性不理想，阀的工况也不会理想。(6.2-5)式中，各结构参数不能调整，能调整的参数只有预压缩量x0和弹簧刚度K。调节图6.2-1中的调压螺帽1可改变弹簧的预压缩量x0，从而直接调整了开启压力的大小，简接调整了调定压力pn。曲线A、B的形状不变。要改变弹簧K值，则需更换弹簧。例如，更换了一根较硬的弹簧，弹簧刚度K增加了。若仍保持原来的预压缩量x0，则开启压力p0增大，同时曲线A、B的斜率改变，变得更加平缓，调压偏差p增大。,2.1.3直动式溢流阀的动特性 溢流阀的功能之一是当进口压