液压第五章 控制元件.ppt

1、1,第五章 控制元件 第一节 概述 第二节 方向控制阀 第三节 压力控制阀 第四节 流量控制阀,2,第一节概述 一 阀的功用 阀是用来控制系统中流体的流动方向或调整其压力和流量的，因此分为方向阀、压力阀和流量阀。压力阀和流量阀利用通流截面的节流作用控制系统的压力和流量，而方向阀则利用通流通道的更换控制流体的流动方向。这就是说，尽管阀存在着各种各样不同的类型，它们之间还是保持着一些基本的共同之处的。 1）在结构上，所有的阀都由阀体、阀芯和驱使阀芯动作的元、部件组成； 2）在工作原理上，所有阀的开口大小，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，只是各种阀控制的参数各不相同而已

2、。,3,根据用途不同分类,方向控制阀 用来控制和改变液压系统液流方向的阀类，如单向阀、液控单向阀、换向阀等。 压力控制阀 用来控制和调节液压系统液流压力的阀类，如溢流阀、减压阀、顺序阀等。 流量控制阀 用来控制和调节液压系统液流流量的阀类，如节流阀、调速阀、分流集流阀、比例流量阀等。,4,根据控制方式不同分类,定值或开关控制阀 被控制量为定值的阀类，包括普通控制阀、插装阀、叠加阀。 比例控制阀 被控制量与输入信号成比例连续变化的阀类，包括普通比例阀和带内反馈的电液比例阀。 伺服控制阀 被控制量与（输出与输入之间的）偏差信号成比例连续变化的阀类，包括机液伺服阀和电液伺服阀。 数字控制阀 用数字信

3、息直接控制阀口的启闭，来控制液流的压力、流量、方向的阀类，可直接与计算机接口链接，不需要D/A转换器。,5,根据安装连接形式不同分类,管式连接 阀体进出口由螺纹或法兰与油管连接。安装方便。,叠加式 是板式连接阀的一种发展形式。,板式连接 阀体进出口通过连接板与油管连接。便于集成。,插装式 将阀芯、阀套组成的组件插入专门设计的阀块内实现不同功能。结构紧凑。,6,7,对液压阀的基本要求 1）动作灵敏，使用可靠，工作时冲击和震动小。 2）油液流过时压力损失小。 3）密封性能好。 4）结构紧凑，安装、调整、使用、维护方便，通用性大。,8,第二节 方向控制阀 常见类型,方向控制阀,单向阀,换向阀,液控单

4、向阀,普通单向阀,按通路分类二通、三通、四通、五通、,按工作位置数分类二位、三位、四位、,按控制方式分类,按操纵方式分类,电磁换向阀,液控换向阀,手动换向阀,机动换向阀,气动换向阀,9,一、单向阀 （一）普通单向阀,它是只能允许油液正向流动，不允许倒流的阀。,动画演示,10,基本要求 通流方向液阻尽可能小，而不通方向应有良好的密封，单向阀中的弹簧仅用于使阀芯在阀座上就位，刚度较小，故开启压力为0.0350.05MPa。如换上较硬弹簧可作背压阀用，压力为0.20.6MPa。另为增加密封性，阀芯锥面要很好研磨。 动作灵敏，无撞击和噪声。 性能指标 正向最小开启压力 正向流动时的压力损失 反向泄漏

5、单向阀的功用 选择液流方向，使压力油或回油只能按单向阀限定的方向流动，构成特定回路。,11,区分高、低压油，防止高压油进入低压系统。,当高压油回路空载（快进）,低压油经单向阀与高压泵口同时供油. 当高压系统压力升高时(工进),并高于低压系统压力时,高压油将单向阀关闭,只用高压泵供油,12,将单向阀安置在泵出口处，防止系统压力突然升高，反向传给泵，避免泵反转或损坏，还可禁止空气侵入系统。（如右图示）。,液压泵停止时，保持液压缸的位置（保压，利用反向密封性）如右图示,13,将单向阀作背压阀用，利用单向阀的背压作用，提高执行件运动的稳定性。减小液压缸运动的前冲和爬行现象。 利用单向阀的背压作用，保持

6、低压回路的压力。,控制回路,如图当主回路空载或回油时，利用背压时控制回路仍能保持一定压力,14,与其它控制阀并联使用，使之在单方向上起作用,如图，只在单方向上起节流或调速作用,（二）液控单向阀 结构 一个普通单向阀+一个微型液压缸 原理 通过控制油路，使单向阀能在两个方向通流 职能符号,15,内泄式 活塞右腔与A相通，这样驱动力为PA1+弹簧力。 外泄式 当高压系统时，P很大时，需要控制力很大，这时使活塞右边与油箱相通, 这样可大大减小控制力。,动画演示,液控单向阀,16,此类阀是为减小开启压力而设计,主部件泄荷阀芯,动画演示,17,液控单向阀的作用 保压 滑阀或单向阀都有泄漏现象，只能短时间

7、保压。当有保压要求时，可在油路上加一个液控单向阀（设备夹紧装置)利用锥阀关闭的严密性，使油路长时间保压。,用于液压缸的“支承” 液控单向阀接于液压缸的下腔的油路，可防止立式液压缸的活塞和滑块等活动元件因滑阀泄漏而下降,18,实现液压缸的锁紧状态 换向阀处于中位时，两个液控单向阀关闭，严密封闭液压缸两腔的油液，这时活塞就不能因外力而产生移动。,大流量排油 因缸左、右两腔面积相差较大，当有杆腔进油，缸后退时，右腔油液排量较大。若此时采用小流量滑阀排油会产生节流作用，限制活塞后退速度，加一个液控单向阀后，可两路排油。,19,作为充油阀使用 补充立式液压缸的活塞在高速下降过程中，因高压油和自重作用致使

8、下降迅速，产生吸空和负压，必须增设补油装置。,设计时应保证开启压力低、流量大,20,二 、换向阀（电液换向阀图） （一）换向阀的一些基本概念 1、位 - 阀芯相对于阀体的工作位置。一个方块表示“一位”。,2、通-阀与系统主油路相连接的油口数。,21,22,换向阀的工作原理 作用 换向阀的作用是变换阀芯在阀体内的相对位置，使阀体各个油口连通或断开，从而控制执行元件的换向或启停。,P,T,A,B,A,B,T,P,P,T,A,B,23,位 ：阀芯相对于阀体应有不同的工作位置,(二) 分类,通：油口的数,24,25,26,中位机能：三位滑阀在中间位置时各通道的连接状态,27,(三)中位机能的选用原则

9、1）系统保压 当P口被堵塞，系统保压，液压缸能用于多缸系统。如U型。 2）系统卸荷 P口通常的与T（O）口接通，系统卸荷，既节约能量又防止系统发热。如：K、M。 3）换向阀平稳性和精度 当通液压缸的A、B两口都堵塞时(如M)，换向过程易产生液压冲击，但换向精度高。反之，A、B两口都通T（O）口时(如Y) ，换向过程中部件不易制动。换向精度低，但液压冲击小。,28,4）起动平稳性 液压缸某腔如通油箱，则起动时该腔内因无油液起缓冲作用，但起动时不太平稳(如J、Y) 。,滑阀式换向阀的节流器的作用为调节节流阀开口，即可调节主阀换向时间，从而消除执行元件的换向冲击。,5）液压缸“浮动”和在任意位置停止

10、 当A、B口互通时，卧式液压缸呈“浮动”状态，可利用其 它部件移动调整位置(如U、Y) 。当A、B、P三口之一封闭或A、B、O相通，则可使液压缸在任意位置停止(如M) 。,29,动画演示,电液换向阀,30,第三节 压力控制阀,在液压系统中，用来控制油液压力或利用油液压力来控制油路通断的阀统称为压力控制阀,31,一、溢流阀（图） （一）功用和要求 功用 :在溢出系统多余油液的同时，使泵的供油压力得到调整并保持基本恒定，实现稳压、调压或限压。 要求 调压范围大，调压偏差小，压力振摆小，动作灵敏，过流能力大，噪声小。,32,动画演示,（二）工作原理和结构,直动式 当进口压力P不很高时，PAv Fs时

11、，阀口打开。油液从回油口溢流 当阀芯处于某一开度时，此时PAv与现在的弹簧力平衡。进油口的压力也就基本上稳定在某一数值上。不随泵流量的变化而变化。,33,综述上述阀口由开到平衡要经历一段过程，当PAv Fs ，阀芯上升，阀口打开，部分油液流出，由于惯性作用，阀芯运动不能立即停止，以致阀口开的过大，使P值下降，出现了PAv Fs的情况，接着阀芯下降，阀口又关的过小，使P值又再加大，阀芯再度上升。如此反复，幅度一次比一次小，数次振荡后才到达平衡。这里阀芯上的阻尼孔g对阀芯的振荡起着阻尼作用，提高了阀的工作稳定性。,阀芯受力情况： （忽略摩擦力和液动力）,34,特点 直动式溢流阀只能用在小流量处。

12、这因为直动式溢流阀依靠液压力和弹簧力直接平衡，即PAv =KsX 。P很大，Ks也很大时，弹簧就要很硬这使阀的结构庞大。又因Ks增大时，溢流量稍微增大（压缩量是x）， KsX就会很大，引起压力波动也会很大，阀的稳定性差。一般适用于低压(2.5MPa)。 灵敏度高 此阀目前已较少采用。,35,先导式溢流阀,用在压力较高，流量较大的场合。,动画演示,P,p,先导式溢流阀的工作原理,36,工作原理 当P小于先导阀的弹簧压力时，先导阀关闭，主阀芯内无油液流动。主阀芯左、右腔压力相等，在弹簧力作用下，主阀芯关闭。 当P升高，PAv大于先导阀的弹簧力，先导阀打开，主阀芯内有液体流动。由于阻尼孔的作用，使阀

13、芯左、右腔压力不相等，P右P左。此时（ P左- P右）AFs主，主阀芯左移，油液溢流。 当（ P左- P右）A= Fs主= Ks主X 阀芯处于某一开度。可见，此时弹簧力和压差作用力相平衡，弹簧可以很软。,Fs,P左A,P右A,37,特点 结构上由先导阀和溢流主阀组成. 弹簧力和压差力平衡，因此，弹簧很软，因流量变化，引起压力波动小，噪声小。 P口的压力由先导阀的弹簧力决定。且弹簧很软，调整方便。 灵敏度不如直动式好。 有外控口，用于远程调压和卸荷。 远程控制口 在远程控制口可以安装一个远程调压阀进行远程控制。 当远程控制口的调整压力比先导阀大，则溢流阀的压力由先导阀弹簧压紧力确定。 当远程控制

14、口的调整压力比先导阀小，则由远程控制调压阀弹簧力决定。 当远程控制口直接接油箱，主阀顶端处的压力大幅度下降，阀芯抬起，P处的压力油在很低的压力下通过溢流阀排回油箱进行泄荷。,38,起安全保护作用 用于变量泵系统，提供过载保护，系统一旦过载，溢流阀立即打开，在这种场合，阀门平时是关闭的。起安全保障作用。,其调定压力是系统的1.1倍,(二)溢流阀的应用举例 起溢流作用 用于定量泵系统，与节流阀配合，调节和平衡系统中的流量。在这种情况，阀门工作时是开启的，起溢流定压作用。,39,实现远程调压 机械设备液压系统中的泵，阀都组装在液压站上，为使操作人员就近操作可安装一远程调压阀。远程调压阀的最大调整压力

15、不能大于先导阀的调整压力。另外，为了获得较好的远程控制效果，还需注意二阀之间的油管不易太长（3m），要尽量减少管内的压力损失，并防止管道振动。,40,泵泄荷 二位二通阀通电，泵泄荷，泵接近于空载运转，功耗很小（如右图）。 (三)静态特性 所谓静态特性，是指元件或系统在稳定工作状态下的性能。溢流阀的静态特性指标很多，主要有压力流量特性和启闭特性。,41,若忽略液动力，又认为Fs变化较小，则P基本上保持恒定，不随溢流量的变化而变化。 实际上当溢流量变化，开度XR变化，弹簧力Fs=Ks(Xc+XR)和稳态液动力都发生变化， P也发生变化，则有,当XR=0即阀口关闭，此时进口处的压力Pc称为溢流阀的

16、开启压力，其值为,压力流量特性,42,当P值也增加, 阀口开度增加, 溢流量增加, 当溢流量为额定量qn时, 阀芯上升到相应位置, 这时进口处的压力称为溢流阀的调定压力PT或全流压力, PTPc差值为静态调压偏差， Pc / PT之比为开启比。 可见开启比越大,它的静态调压偏差就越小,所控制的系统压力便越稳定。,溢流阀的pqv特性,43,减压阀,44,二 减压阀,P,P,2,主要用于降低系统某一支路的油液压力使同一系统能有二个或多个不同压力的回路。,当油液压力不稳定时，在回路中串入一减压阀可得到一个稳定的较低压力,动画演示,45,46,工作原理图 当阀芯处在初始位置时，P2较小,阀芯在弹簧力的

17、作用下压向最下端,阀口开度最大. P2AFs时阀芯上升,开度减小,因压降P2P1。 当开度为某一值时，P2A=Fs，P2=PT （调定值）。 当某一时刻负载增大，则P2增大， P2A增大，阀芯上移，xR减小，压降增大，P2值下降，保持在调定值上。当负载减小，P2减小，P2A减小，阀芯下移，xR增大，P2升高，又重新回到调定值上。 可见减压阀出口处压力不随外界干扰而变化，而保持出口压力恒定。同理当进口压力发生变化时，出口压力始终在调定值上。 对减压阀的要求 出口压力维持恒定,不受进口压力、通过流量的大小的影响,47,先导式减压阀,动画演示,48,49,定差减压阀,50,溢流阀与减压阀的不同之处

18、减压阀阀口常开，而溢流阀阀口常闭。 减压阀保持出口压力基本不变，溢流阀保持进口处压力基本不变。 减压阀从出口引压力油去控制阀口开度，溢流阀从进口引。 减压阀泄油口单独外接油箱，而溢流阀的出油口是通油箱的，所以它的导阀弹簧腔和泄漏油可通过阀体上的通道和出油口接通，不必单独外接油箱。,51,减压阀的应用场合 降低液压泵输出油的压力，供给低压回路使用，如控制回路润滑系统、夹紧、定位和分度装置等回路。如右图示为一减压回路（）,52,稳定压力 减压阀输出的二次压力比较稳定，使执行元件工作可以避免一次压力油波动对它的影响 根据不同的需要将减压系统分成若干不同压力的油路以满足控制油路,辅助油路或各种执行元件

19、需要的不同工作压力。,夹,系统的工作压力由溢流阀保证,为了减少加工变形又不破坏定位,设置了辅助支承，向上推力油减压阀1保证,夹紧力由2保证,53,与单向阀并联实现单向减压 当二位四通电磁阀右位工作时，高压油自换向阀经减压阀减压后进入液压缸右腔，左腔回油。,与节流阀串联，可 以保证节流前后压力 差为恒定，从而保证 流过节流阀的流量不 随负载的变化而变化.,54,a),三 顺序阀,控制液压系统中两个以上工作机构先后动作的顺序,动画演示,直动式 先导式,直动式,55,工作原理图6-23 与溢流阀相似，不同之处出油口不是直接接油箱而是接到某一个执行元件，这时泄油口与单独油箱相接。,职能符号,顺序阀,5

20、6,先导式顺序阀,外控外泄式,先导顺序阀,动画演示,57,应用 控制多个执行元件的顺序动作，左缸用于工件夹紧，右缸用于加工工件。,若让刀具退回与工件松开同步进行可移走顺序阀1,58,与单向阀组成平衡阀，保持垂直放置的液压缸不因自重而下降。顺序阀将液压缸的下降油路封住，使腔内的油液自然形成一个正好与活塞等活动部分质量相平衡的背压力，防止活塞等因自重而下滑。.,用外控顺序阀使双泵系统的大流量泵泄荷。,59,使液压系统某一部分始终保持一定压力，起背压作用。顺序阀的作用保证控制油路具有一定的压力，防止液压泵泄荷时（换向阀处于图示位置），减压阀的进油口油压为零，无减压油输出，不能控制换向阀动作。,60,

21、四、压力继电器 1、功用 当液压系统的油压达到一定数值时，发出电信号，操纵电磁阀或通过中间继电器接通下一个动作，借以实现程序控制和安全保护。,61,动画演示,62,工作原理 当P达到继电器调定压力时微动开关合上，发出信号。 当P下降，微动力开关断开，信号被切断。 性能指标 调压范围 灵敏度和通断调节区间 重复精度 升压或降压动作时间,63,第四节 流量控制阀 流量控制阀使依靠改变阀口通流面积的大小或通流通道的长短来改变液阻，控制通过阀的流量，达到调节执行元件（液压缸或液压马达）运动速度的目的。,64,一、 普通节流阀,P,1,P,2,b),动画演示,65,2、节流口的节流特性 q=KAT(PT

22、)m AT发生变化q也发生变化； PT发生变化 q也发生变化。 3、节流刚度 T=d PT/dq= (PT)1-m/ KATm =cot,66,二 调速阀,动画演示,定差式减压阀+节流阀,XR,p2,67,作用机理 节流阀用来调节通过的流量，定差减压阀则自动补偿负载变化的影响，使节流阀前后的压差为定值，消除了负载变化对流量的影响。,定差式减压阀+节流阀,68,流量特性 由右图知：当调速阀前后压差超过最小压差Pmin以后，流量是稳定的。当P很小时， P AFs，减压阀阀口全开，即减压阀处于开始工作状态，只剩下节流阀在起作用，因此流量曲线与节流阀一致。调速阀的Pmin =1MPa（中低压阀约为0.

23、5MPa）。系统设计时，分配给调速阀的压差应略大于此值。,69,三 溢流节流阀 定差溢流阀与节流阀并联而成,动画演示,70,2,工作原理 定差溢流阀与节流阀并联。节流阀完成调流量，溢流阀则使压差P稳定。,71,调速阀与溢流节流阀的异同点,返回总目录,72,第六节 液压伺服阀,一、液压伺服系统 液压伺服系统是根据液压传动原理建立起来的一中自动控制系统.在这种系统中,执行元件能以一定的精度,自动的按照输入信号的变化规律运动.由于执行元件能自动的跟随控制元件运动而进行自动控制,所以称为液压伺服系统,也叫跟踪系统或随动系统.,动画演示,a,b,73,上图，是一个简单的液压伺服系统,反馈控制的原理如下:

24、上部是四通滑阀,作为转换放大元件(控制阀),把输入的机械信号(位移或速度)转换并放大成液压信号(流量或压力)输出至液压缸.下部是液压缸,作为执行元件带动负载移动.由于阀体与缸体制成一个整体,从而构成反馈控制.它的反馈过程是:给控制滑阀一个输入位移xi,a、b口便有一个相应的开口量xv=xi, 压力油经A口进入液压缸右腔,左腔回油,缸体右移xp,由于缸体与阀体是一体的,因此阀体也右移X.因阀芯受输入端制约,则阀的开口量减小,直到xp=xi,即xv=0,阀的输出流量等于零,缸体才停止运动,处在一个新的 平衡位置.完成了液压缸输出位移对滑阀输入位移的跟随运动.如果控制滑阀反向运动,液压缸也反向跟随运

25、动 。,74,在这个系统中,输出位移xp之所以能够精确的复现输入位移xi的变化,是因为缸体和阀体是一个整体,因而构成了反馈控制。缸体的输出信号（位移xp）反馈至阀体，并与滑阀输入信号（位移xi）进行比较，有偏差（即有开口量）缸体就继续移动，直到偏差消除为止。,二、液压伺服系统的特点,1、液压伺服系统是一个位置跟随系统，由上图可知，缸体的位置完全由滑阀阀芯的位置来确定，阀芯向前或向后一个距离时，缸体也跟着向前或向后移动相同的距离。 2、液压伺服系统是一个力的放大装置（系统），执行元件输出的力或功率远大于输入信号的力或功率，多达几百倍，甚至几千倍。,75,3、液压伺服系统正常工作必须带有反馈环节，

26、若没有反馈环 节就不能产生随动运动。 4、液压伺服系统有一个误差系统，误差随输入信号而产生，并导致执行元件的运动。通过反馈力减少或消除这个误差。如果误差不断地消除和产生，则伺服系统将不停的进行工作。若误差消除后不再产生，伺服系统就停止工作了。,三、液压伺服系统的组成,分为五部分,1,2,3,4,5,76,1、液压控制阀：用以控制输入信号，并控制执行元件的动作。 2、执行元件：接受控制阀传来的信号，并产生与输入信号 相适应的输出信号 。 3、反馈装置： 将执行元件的输出信号给控制阀，以便外界 消除原来的误差信号。 4、外界能源：为了能用作用力很小的输入信号以获得作用 力很大的输出信号，就需要外加

27、能源，这样 就可以得到力或功率的放大作用。 5、控制对象：负载。,77,四、电液伺服阀 概念： 电液伺服阀既是电液转换元件，也是功率放 大元件，它能够将小功率的电信号输入转换为 大功率的液压能（流量和压力）输出。 电液伺服阀具有控制灵活、精度高、输出功率大等优点。因此，在航空、航天、冶金、实验设备、雷达、舰艇、兵器等领域具有重要而广泛的用途。 分类： 按输出和反馈的液压参数不同，电液伺服阀分为 流量伺服阀和压力伺服阀两大类，前者应用远比 后者广泛，因此在这只介绍前者。,78,（一） 电液伺服阀的结构原理 电液伺服阀用伺服放大器进行控制。伺服放大器的输入电压信号来自电位器、信号发生器、同步机组和

28、计算机的D/A数模转换器输出的电压信号等。其输出参数即电机械转换器（力矩马达）的电流与输入电压信号成正比。伺服放大器是具有深度电流负反馈的电子放大器，一般主要包括比较元件（即加法器和误差检测器）、电压放大和功率放大等三部分。电液伺服阀在系统中一般不用作开环系统，系统的输出必须经过反馈，形成闭环控制，因而其比较元件至少要有控制和反馈两个输入端。有的电液伺服阀还有内部状态参数的反馈。 如图所示，为一典型的电液伺服阀，由电磁和液压两部分所组成。 其中，电磁部分是一个动铁式力矩马达，液压部分是一个两级液压放大器。液压放大器的第一级是双喷嘴挡板阀，称前置放大器，第二级是四边滑阀，称功率放大级。,79,动画演示,80,如图上部为力矩马达的结构，当线圈内无电流时，导磁铁和衔铁间的磁通相同均为，且方向相同，衔铁受力平衡处于中位。当线圈有控制电流时，一组对角方向气隙中的磁通增加，另一组对角方向气隙中的磁通减