第5章液压控制阀

1、第第5章章 液压控制阀液压控制阀 本章介绍普通液压控制阀的原理、结构 及在液压系统中的作用。 5-1 方向控制阀 5-2 压力控制阀 5-3 流量控制阀 5-4 新型液压阀 本章重点：本章重点： 方向控制阀、压力控制阀和流量控制阀。 本章难点：本章难点： 先导式溢流阀的工作原理及应用。 液压控制阀在液压系统中被用来控制液 体的压力、流量和流动方向，保证执行元 件按照要求进行工作，属于控制元件。 5-1 方向控制阀方向控制阀 方向控制阀用以控制液压系统中油液流 动的方向或液流的通与断，它们分为单向 阀和换向阀两大类。 一、单向阀 用以防止液流倒流的元件。按控制方式不 同，分为普通单向阀和液控单向

2、阀两大类。 1、普通单向阀： 简称单向阀 动画演示 1阀体，2阀芯，3弹簧 注）： 单向阀中的弹簧仅用于使阀芯在阀体上就 位，刚度较小，故开启压力小（0.040.1） MPa。更换硬弹簧，可使其开启压力达 （0.20.6）MPa，便可当背压阀使用 单向阀的应用： 1）装在泵的出口，防止系统压力冲击影响泵 2)分隔油路以防止干扰，开启压力为： （0.040.1）MPa 3)装在回油路提供背压，用以提高系统的速 度刚性，开启压力为： （0.20.6）MPa。 2、液控单向阀 动画演示 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。 当控制口X未通压力油时，其作用与普通 单向阀相同，

3、正向流通，反向截止；当控制口 X通入压力油（即控制油）后控制活塞将阀芯 顶离阀体，油液正反向均可流动。 注意：控制压力油油口不工作时，应使其通回 油箱，否则控制活塞难以复位，单向阀反向不 能截止液流。 液控单向阀的应用：液控单向阀的应用： 保压作用： 如图所示，当活塞向下 运动完成工件的压制任 务后，液压缸上腔仍需 要保持一定的高压，此时 液压单向阀既可以靠其良 好的单向密封性保持缸上 腔的压力，又可以在必要 时（保压完毕后）卸压。 支撑作用： 当需要活塞及其驱动的 部件向上抬起并停留时 ，液压缸的下腔承受了 因重力造成的油压， 使活塞有下降的趋势。 此时，在油路中串联一 液控单向阀，既可保证

4、重物停留的位置，又 可以在必要时（支撑完毕后）卸压。 双向液压锁 锁紧回路 其作用作用是使液压缸 能在任意位置上停 留，且停留后不会 因外力作用而移动 位置。 双向液压锁是由两个液控单向阀组成， 它们共用一个阀体和控制活塞。 A腔通油时，活塞下行，B腔回油（B1B） B腔通油时，活塞上行，A腔回油（A1A） 若活塞到了需要停留的位置，则只要关 闭A、B（将A、B与三位四通阀的中位相连） 活塞便停止运动并双向锁紧。 二、换向阀二、换向阀 换向阀作用是利用阀芯和阀体间相对 位置的变化来接通、断开或改变系统中油液 的流动方向。 1、分类 2、工作原理 分类型式 按阀芯运动方 式 滑阀式换向阀、转阀式

5、换向 阀 按阀体上主油 路的数量 二通、三通、四通、五通 按阀芯在阀体 内占据的工作 位置数 二位、三位、四位 按控制方式手动、机动、电磁、液动、 气动、电液动 2、工作原理： 3、换向阀的职能符号、换向阀的职能符号 换向阀的工作状态和联通方式可用其职 能符号较形象地表示： 方格数表示换向阀的“位”数，即阀芯相 对于阀体的工作位置数； “”表示油路联通，但并不完全代表油液的 流动方向；“T”、“”表示油路被堵塞； 每个方格内“”的首、尾和“T”、“”与 方格的交点数表示通路数阀体对外连 接的主要油口数 (不包括控制油口和泄漏油 口） 4、换向阀的中位机能、换向阀的中位机能 三位换向阀的阀芯在中

6、间位置时，各通 口间有不同的连通方式，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 。 各种不同中位机能的滑阀，其阀体的结构 基本相同，只是阀芯的结构形式不同。 双向锁紧，各油口全部封闭，缸两腔封 闭，系统不卸荷。液压缸充满油，从静止 到启动平稳；制动时运动惯性大，引起的 液压冲击大；并联的油缸不受影响。 液压泵卸荷，缸两腔封闭、锁紧。 压力油口P与缸两腔连通，回油口封闭， 可形成差动回路。 液压泵不卸荷，缸两腔通回油，活塞成 浮动状态， 在外力作用下可移动。 各油口全部连通，泵卸荷，活塞处于浮 动状态，在外力作用下可移动。 泵卸荷，液压缸一腔封闭，另一腔回 油，活塞处于闭

7、锁状态（只能单方向浮动）。 具体选用：具体选用： 要求负载处于浮动：选两腔相通且回油的 情形：H、Y机能； 要求卸荷时：选P、T相通的形式：H、K、 M机能； 要求保压时，选P口封闭的形式：O、Y型； 要求执行元件换向位置精度高，选A、B被 封闭的形式：O、M型； 要求执行元件启动平稳性高，选A、B均不 与T相通的形式：O、M、P型； 要求执行元件制动平稳性高，选选A、B均 与T相通的形式：H、Y型； 既要系统卸荷又换向精度高：选M机能； 既保持系统压力又负载浮动： 选Y机能。 5、换向阀的操纵方式、换向阀的操纵方式 6、几种常用的换向阀、几种常用的换向阀 1、机动换向阀： 又称行程阀，自然状

8、态下 下位工作。机动换向阀通 常是弹簧复位式的二位阀， 其结构简单，动作可靠， 改变挡块的迎角（或凸轮 的外形）可使阀芯获得合适的换位速度，以 减小换向冲击。它适用于速度和惯性较大 的液压系统（行程控制）。 缺点： 阀必须安装在运动部件（液压缸的执行 构件）附近，油管较长，压力损失大。 2、电磁换向阀： 利用电磁铁通电吸合、断电释放控制阀 芯运动，实现油路换向。它使用方便易于实 现自动化，应用广泛。但受电磁铁吸力较小 的限制，故适用于控制较小流量的回路（流 量一般在100L/min以内）。 流量较大时应选用液动换向阀或电液换向阀。 3、液动换向阀：、液动换向阀： 利用液压系统中控制油路的压力油

9、来推 动阀芯移动，从而实现换向。由于控制油路 的压力可以调节（利用减压阀），可以形成 较大的推力，故液动换向阀可以控制较大流 量的回路，且换向平稳性高。 当控制油路的压力油从控制口K2进入滑 阀右腔时， K1接通回路，阀芯向左移，右位 工作；反之， K1接压力油， K2回油时，阀芯 右移，左位工作；当K1 、K2均通回油时，阀 芯在两端弹簧作用下回到中位。 采用液动换向阀时，必须配置先导阀 （控制主阀的阀，主阀控制住主油路的 阀）来改变控制油路的流动方向。可用手动 滑阀或转阀，也可用工作台的挡铁操纵行程 滑阀，但较多的是采用电磁阀作先导阀 将电磁阀与液动阀组合起来，形成： 4、电液换向阀、电液

10、换向阀 如上页图所示：电液换向阀由具有Y型中 位的电磁换向阀作为先导阀，控制（下方的） 主换向阀液动换向阀，最终控制主油路。 左电磁阀通电先导阀左位工作控制 油经P A 左单向阀 主阀左腔主 阀左位工作。此时回油经B 右节流阀B 油箱 T。同理，右电磁铁通电 主阀右 位工作。 职能符号： 电液换向阀集中了电磁换向阀和液动换 向阀的优点，既可以很方便的控制换向，又 可以实现对较大流量回路的控制。 几点说明： 液动阀两端控制油路上的节流阀可以调节 主阀的换向速度，从而使主油路的换向平 稳性得到控制； 为保证液动阀回复中位，电磁阀的中位必 须是A、B、T油口互通。 控制油可以取自主油路（内控），也可

11、以 取独立油源（外控）。 思考：执能符号中六个油口分别接何处？ 5、手动换向阀、手动换向阀 通过控制手柄直接操纵阀芯的移动，换向 精度和平稳性不高，适用于间歇动作且无 需自动化的场合。 如图（a）：向左推动手柄左位工作； 向右推动手柄右位工作。 弹簧复位。 如图（b）：为钢球定位的手动换向阀， 与图（a）的区别：手柄可在三个位置上定 位，不推动手柄，阀芯不会自动复位。 5-2 压力控制阀压力控制阀 压力控制阀是用来控制液压系统中油液 压力或利用压力信号实现控制（以液体压力 的变化来控制油路的通断）的阀类。按其功 能可分为溢流阀、减压阀、顺序阀、压力继 电器等。 本节主要介绍压力阀的工作原理、调

12、节 性能、典型结构及主要用途。 一、溢流阀一、溢流阀 溢流阀的作用是将系统的压力稳定在某 一调定值上，从而进行安全保护。按其调压 性能和结构特征划分，溢流阀可分为直动式 和先导式两大类。 （一）、溢流阀的工作原理及典型结构（一）、溢流阀的工作原理及典型结构 1、直动式溢流阀：（、直动式溢流阀：（用于低压， p2.5MPa，反向不通） 如下页图所示，直动式溢流阀是利用系 统中的油液作用力，直接作用在阀芯上与弹 簧力相平衡的原理来控制阀芯的启闭动作， 以保证（油缸）进油口处的油液压力恒定。 进油口P处的压力油经阀芯的橫孔及阻尼 孔作用在阀芯底部的锥孔表面上。当进口 压力较小时，阀芯在弹簧的作用下处

13、于下 端位置，P与T不能相通；当进口压力升高， 阀芯下端压力油产生的作用力超过弹 簧的压紧力FS、稳态轴向液动力、阀芯的自 重及摩擦力时，阀芯上升，阀门被打开，将 多余的油液排回油箱。 阀芯上阻尼孔a用来增加液阻，以提高阀 的工作平稳性。调节螺母2，可改变弹簧的压 紧力，从而调节溢流阀的开启压力。由阀芯 间隙泄露到弹簧腔的油液，经阀体上的孔b流 回油箱T，以保证背压为零。 当系统压力升高时，阀芯上移，阀口开 大，通流面积，溢流阻力，溢流量， 进而使系统压力（出口接油箱）；当压 力低于调定压力时，阀芯下降，阀口关小， 溢流阻力，从而限制了系统压力的继续下 降这就是溢流阀的稳压性能：将压力控 制在

14、p调定值范围内。 阀芯因溢流量变化波动时，调压偏差加 大。因此，直动溢流阀不适宜用于高压系统。 又由于弹簧所提供的预紧力是有限的，而且 高压时手动调节较困难， 2、先导式溢流阀、先导式溢流阀：（用于高压，反向不通） 由先导阀和主阀组成。前者用于控制主阀 芯两端的压差，后者用于控制主油路的溢流。 如上页图所示：主阀芯（绿色）上部小 圆柱与先导阀体配合，中间大直径外圆柱面 与住阀体内孔相配，下部锥体与主阀座相配 合。主阀芯尾部的菌状法兰起导流作用，使 溢流阀开启时阀芯对中，关闭时稳定性增加。 先导阀（橘红色）由弹簧9压紧在先导阀座上。 当系统压力油从进油口P进入主阀下腔 时，压力油经阻尼孔5进入上

15、腔，再经先导阀 体上铅垂小孔进入先导阀最右腔，作用于先 导阀芯右端。由于先导阀关闭，此时主阀芯 上、下腔压力相等，主阀芯在弹簧8作用下紧 动画 压在阀座7上。 当系统压力升高，超过先导阀的开启压 力时压力油顶开先导阀，进入左腔，通过先 导阀体及主阀芯中间的铅垂孔进入T。此时由 于阻尼小孔（0.81.2）的节流作用，使 得主阀芯上腔的压力p下腔压力p，于是 主阀抬起，进出油腔相通，溢流阀溢流，从 而将溢流阀进口压力维持在（主阀限定的） 某调定值上。即：将系统压力控制在p调定值 范围内。 遥控口遥控口K： 与主阀上腔相通。当K与远程调压阀接通 时，可实现液压系统的远程调压（所调压力 低于先导阀所能

16、设定压力）；当K接通油箱， 可实现系统卸荷。 先导型溢流阀与直动型溢流阀相比，有以下先导型溢流阀与直动型溢流阀相比，有以下 特点：特点： 阀的进口压力由两次比较得到，压力值由 先导阀调压弹簧调节；主阀芯是靠液流流 经阻尼孔形成的压力差开启的，主阀弹簧 只起复位作用。 调压偏差只取决于主阀弹簧刚度，由于主 阀弹簧刚度很小，故调压偏差很小，控制 压力的稳定性很高。 通过先导阀的流量很小，约为主阀额定流 量的1，因此其尺寸很小，即使是高压阀， 其弹簧刚度也不大。这样一来阀的调节性 能有很大改善。 先导阀前腔有一控制口，用于卸荷和遥控。 ( (二）溢流阀的应用二）溢流阀的应用 1、为定量泵溢流稳压 在

17、定量泵液压系统中，溢流阀通常接在 泵的出口处，与通往系统的油路并联。泵 的供油一部分按速度要求由节流阀调节 （q=Av）流往系统的执行构件，多余的油 液经被推开的溢流阀流回油箱，溢流的同 时稳压。 此时p=p调定， 溢流阀常开。 2、为变量泵提供过载保护、为变量泵提供过载保护 如图，执行构件速度由变量 泵自身调节，不需要溢流； 泵压可随负载变化，也不需 稳压。但变量泵出口也常接 一溢流阀，其调定压力约为 系统最大过载压力的1.1倍。系统在正常工作 状态下溢流阀关闭，一旦过载，溢流阀打 开成为安全阀安全阀。 思考：定量泵如何实现防护？ 答：（针对冲击载荷）可以在泵出口处加一 单向阀，但不具有稳压

18、性。 3、形成背压、形成背压作背压阀用作背压阀用 将溢流阀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，从而 提高执行元件的运动稳定性。 4、使泵卸荷、使泵卸荷作卸荷阀用作卸荷阀用 图中先导式溢流阀对液压泵起溢流稳压 作用。当二位二通电磁阀通电后，溢流阀的 遥控口K接通油箱，此时主阀芯上腔压力接近 于零，主阀芯移到最大开口位置。由于主阀 芯弹簧刚度小，进口压力很低，泵输出的油 液便在极低的压力下经溢流阀回油箱从 而实现在执行机构不工作时泵卸荷。 5、实现远程调压、实现远程调压 机械设备液压系统中的泵、阀通常都组 装在液压站上，为使操作人员就近调压方 便，可在控制工作台上安装一远

19、程调压阀1， 实际就是直动型溢流阀，将其进油口与安装 在液压站的先导式溢流阀2的遥控口K相连。 这相当于给2除自身先导阀外，又加接了一个 先导阀，调节1便可对2实现远程控制。 显然，1所能调节的最高压力不得超过2 自身的先导阀的调定压力，否则p由2决定。 二、减压阀二、减压阀（反向不通） 用于降低系统中某一支路的油压，使同 一系统（一个油源）能有两个或多个不同压 力的回路。油液流经减压阀后不仅能使压力 降低，而且能保持恒定。减压阀在夹紧、控 制、润滑等需要稳定的低压回路中应用较多。 1、按调节要求分类按调节要求分类 定值减压阀，定值减压阀，p出 出=const 定比减压阀，定比减压阀，p进 进

20、/p出出=const 定差减压阀，定差减压阀，p进 进-p出出=const 其中定差减压阀和定比减压阀不单独使 用，与其它功能的阀组成组合阀；定值减压 阀简称减压阀，能使p出口低于p进口，并能保持 出口压力近似恒定，应用较多。 2、工作原理、工作原理 液流流过减压阀中缝隙产生压力损失， 使其出口压力低于进口压力。 如图，p1为进油口， p2为出油口。阀不 工作时，阀芯在弹簧作用下处于最下端位 置，阀的进、出口是相通的，此时p1= p2。当 出口压力增大，作用在阀芯下端的压力大于 弹簧力时，阀芯上移，阀口关小（xR）， 液阻， p2 p1，阀处于工作状态。 若出口压力，阀芯下移，阀口开大， 液阻

21、，压降，从而使出口压力升到调定 值；反之，若出口压力，阀芯上移，阀口 关小，液阻，压降，从而使出口压力下降 到调定值。减压、稳压原理。 与溢流阀类似，减压阀也有先导式的，调 节先导阀调压弹簧，可以调节出口压力p2 的大小。 如下页图所示，进油口A流进p1，经减压 口f减压后，降至p2，经B流出。同时， p2经 主阀芯内的径向孔和轴向孔分别引入到主阀 芯的左、右腔，进而作用在先导阀锥上。 当出口压力p2未达到先导阀的调定值 时，先导阀关闭，主阀芯左右两腔压力相 等，主阀芯在弱弹簧作用下处于最左端，减 压口开度x为最大，压降最小，阀处于非工作 状态； 当p2升高并超过先导阀的调定值时，先 导阀被打

22、开，主阀弹簧腔的油便由泄油口Y流 回油箱。油液流动后由于主阀芯的阻尼孔会 产生压力差，主阀芯便在此压力差下克服弹 簧阻力右移x压降 p2 ，直至达 到调定值。反之，当出口压力减小时，主阀 芯左移，x，压降，使出口压力回升到调 定值。 结论：结论： 减压阀的阀芯由出口压力控制， 减压阀的调定压力即为出口压力。 3、减压阀的特点（与溢流阀比较）、减压阀的特点（与溢流阀比较） 减压阀保持出口压力基本不变，而溢流阀 保持进口压力基本不变； 不工作时，减压阀进、出油口互通，溢流 阀进出油口不通； 由于减压阀的出口为系统内的支油路 （ p20），减压阀的先导阀上腔的泄漏口 必须单独接油箱；而溢流阀的出口是

23、接油箱 的，其导阀的弹簧腔和泄漏油可通过阀体 上的通道和出油口相通，不必单独外接油箱。 保压特性：即使减压阀的出油口不输出油 液（如所连的夹紧支路油缸运动到底后）， 由于先导阀泄油仍未停止，减压口仍有油液 流动，阀就仍处于工作状态，出口压力也就 保持调定值不变。 4、减压阀的应用、减压阀的应用 减压回路 此时溢流阀作用： 将系统压力稳定 在调定值上。 稳压回路： 如图，液压缸1为工作缸，2为夹紧缸。 节流阀和二位二通阀控制缸1的活塞速度（快 进、工进）。速度变化动能变化，而同一 油缸的液压油势能不变压力能变化；又： 单位重量的液体所具有的压力能压力水 头为 ，压力能变化 p变化影 响与之并联的

24、夹紧缸的进油压力发生变化。 此时在缸2进油路上串联一减压阀，在减压阀 工作状态下，可使缸2得到稳定的压力。 g p ha 单向减压回路 当需要执行元件正反 向压力不同时，可用 图示单向阀减压回 路。 双点划线内为组合 阀。 三、顺序阀三、顺序阀（反向不通） 顺序阀是利用压力信号来制阀口通断 的压力阀，多用于控制多个执行元件的顺 序动作而得名。 按控制油来源不同，顺序阀可分内控式 和外控式两种。前者用阀的进油口压力控制 阀芯的启闭，后者用外来的控制压力油控制 阀芯的启闭（即液控顺序阀）。 顺序阀也有直动式和先导式两种，前者 用于低压系统，后者用于高压系统。 1、工作原理、工作原理 如上页图所示为

25、直动式顺序阀的工作原 理及职能符号。当进口压力p1较低时，阀芯 在弹簧作用下处于下端位置，进油口和出油 口不相通；当作用在阀芯下端的油液压力大 于弹簧的预紧力时，阀芯上移，阀口打开， 油液经阀口从出油口流出，从而操纵另一执 行元件动作。 直动式外控顺序阀如下页图所示，区别 在于下部有一控制油口K，阀芯的启闭是利用 通过K的外部控制油来控制的。 先导式顺序阀结构和工作原理先导式顺序阀结构和工作原理 如上页图为先导式顺序阀 。压力油从进 油口进入，可以经阻尼孔和先导阀，由泄油 口流回油箱。当系统压力不高时，先导阀关 闭，主阀芯两端压力相等，复位弹簧将阀芯 推向下端，顺序阀进出油口关闭；当压力达 到

26、调定值时 ，先导阀打开，压力油经阻尼孔 时形成节流，在主阀芯两端形成压差，此压 力差克服弹簧力，使主阀芯抬起，基础油口 打开。 2、顺序阀与溢流阀比较：、顺序阀与溢流阀比较： 两者在结构上相似，但性能和功能上有 很大区别： 溢流阀出口通油箱，而顺序阀出口接下一 级执行元件。即顺序阀进出油口都通压力 油，它的泄油口必须单独引回油箱； 溢流阀工作状态下阀芯处于半开状态，以 保证进口压力=调定值，主阀芯开口处节流 作用强；顺序阀工作状态下阀芯处于全开 状态，p1= p2，不节流，不降压，无稳压作 用。 3、顺序阀的应用、顺序阀的应用 顺序阀常用于实现执行构件的顺序动作， 或串联在垂直运动的执行构件上

27、，用以平 衡执行构件及其所带运动部件的重量（详 见第7章中的平衡回路）。 如下页图所示，将顺序阀的压力值调定到 高于夹紧缸活塞移动时的最高压力。当电磁 阀断电时，定位缸先动作，定位完成后，油 路（系统）压力升高，打开顺序阀，夹紧缸 动作。回程时，两缸同时供油，同时动作。 上页图中左下角单向阀的作用： 定位夹紧结束后，刀具对工件进行加工， 此时应对两缸的上腔进行保压。用单向阀 可以防止活塞上移（而向下由于活塞杆抵 紧工件，动不了）。 下页图请同学们自行分析。 四、压力继电器四、压力继电器 压力继电器是利用油液压力来启闭电气 触电的一种液压电气转换元件。当油液压 力达到压力继电器的调定压力时，压力

28、继电 器内的微动开关动作，电路闭合，发出电信 号，以控制电磁铁、电磁离合器、继电器等 动作，实现卸压、换向、执行元件顺序动作、 关闭电机、安全保护等。 下页图所示为压力继电器的结构原理和 职能符号。 动画 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4合上微动开关3，从而发出电信号。电 信号控制电气元件（如电磁阀、电磁离合器 等）动作，实现液压系统的自动控制。 图中2为调节螺钉。 如下页图所示为压力继电器在顺序动作 回路中的应用。 5-3 流量控制阀流量控制阀 作用： 流量控制阀是靠改变阀口开度大小来调 节通过阀的流量，以达到调节执行元件运动 速度的目的。

29、 分类： 普通流量控制阀包括节流阀、调速阀、 溢流节流阀等。 一、流量控制原理及节流口的节流特性一、流量控制原理及节流口的节流特性 1、流量控制原理：见下页图 节流阀串联在定量液压泵与 油缸之间，液压泵输出的油 液，一部分经节流阀进入液 压缸，多余的油液经溢流阀 流回油箱。溢流是这种调速 回路能够正常工作的必要条件。 【否则无溢流阀则节流阀不起调节流量作用， 此时改变节流阀节流口的大小，只改变油 液经节流阀的压力降，节流口小，流速快； 节流口大，流速慢，而总的流量是不变的， 因而液压缸的运动速度不变（q=Av）】 由于溢流阀有溢流，泵的出口压力就是 溢流阀的调定压力并基本保持定值。调节节 流阀

30、的通流面积，即可调节通过节流阀的流 量，从而改变缸的运动速度。 2、节流口的节流特性分析、节流口的节流特性分析 “节流口的节流特性分析”指的是分析 影响通过节流口的流量大小的因素，从而 找出提高流量稳定性的措施。（L：孔长） 节流口通常有3种形式：薄壁小孔 （L/d0.5）、短孔（0.5L/d0.4）和细 长孔（L/d4），三种节流口的流量特性曲 线如下页图所示，它们均遵循： m pKAq p孔口前后压差；A节流孔面积； m由孔口形状决定的指数，薄壁小孔 m=0.5；短孔0.5m1；细长孔m=1； K与节流口形状、液体流态、油液性质有 关的系数，按有关公式并查表计算： ：小孔通流截面面积。：收

31、缩断面面积， ，：局部阻尼系数， ， Te TeC VCVqq AA AAC CCCCCK / 1/1/2 流量控制阀是依靠改变节流口大小来调 节通过阀口的流量。当流量阀的通流断面积 调定后，常要求通过节流口的流量q能保持不 变，以使执行机构获得稳定的速度。实际 上，当A调定后，还有许多因素影响q的稳定 性。由上式及上图： 压差p对q的影响： p变化q变化。由上图可知，在3种结构 形式的节流口中，通过薄壁小孔的流量受p 改变的影响最小（ qCqBqA）； 温度对q的影响： 温度变化粘度变化变化K变化 q变化 温度对细长孔类节流口的影响比薄壁类 节流口大，因此，性能好的节流阀一般采用 薄壁孔类节

32、流口。 节流口形状： 通过阀最小稳定流量的大小是衡量流量 阀性能的一个重要指标。阀的最小稳定流量 与节流口的水力半径（以小孔的湿周所折算 成的圆的半径R=A/x，A：通流截面面积，x： 湿周长）有关，R越大，最小稳定流量越小， 阀性能越好。从节流口的形状看，圆形好于 三角形，矩形好于（平板）缝隙。 另外，节流阀的节流口可能因油液中的 杂质或氧化物（胶质颗粒）而局部堵塞，这 就改变了原有节流口通流面积的大小，使流 量发生变化，严重时会完全堵塞而出现断流 现象。因此，节流口的抗堵塞性能也是影响 流量稳定性的重要因素。实践证明，节流通 道越短（薄壁小孔）、R越大，越不易堵塞。 一般流量控制阀的最小稳

33、定流量为0.05L/min。 综上所述：为保证流量稳定，节流口的 形式以薄壁小孔（圆形）为理想。通过节流 口的油液应严格过滤（防止堵塞），并适当 选择节流阀前后的压力差。因为p过大，能 量损耗大且油液易发热；p过小，会使压差 变化对流量的影响增大（见流量特性曲线图） 一般取p=（0.20.3）MPa。 二、节流阀的典型结构二、节流阀的典型结构 前页图为一普通节流阀的全闭合状态， 使用时通过1将3提高改变通流面积q改变。 （当压力较高时，3受轴向力大，调节螺母困 难，可卸载调节）。 液压系统中，执行元件的负载发生变化 时会引起系统压力变化，而其运动速度由节 流阀控制的流量确定。因此，负载的运动速

34、 度也相应发生变化。为了使流经节流阀的流 量不受负荷变化的影响，必须对节流阀前后 的压差进行补偿，使其保持在一个稳定的值 上。这种带压力补偿的流量阀称为 三、调速阀三、调速阀 调速阀由定差减压阀和节流 阀串联而成的组合阀，其中节流 阀用来调整流量，定差减压阀用 来自动补偿负荷变化的影响，使 节流阀前后的压差为定值，从而 消除了负载变化对流量的影响。 调速阀适用于执行元件负载 变化大，对运动速度要求稳定的 系统中。 上页图为调速阀的结构原理图通过定差减压 阀的进口压力p1，出口压力为p2，通过节流 阀后降为p3，并进入油缸。当负载F变化时， p3和调速阀两端压差（p1 p3）随之变化， 但节流阀

35、两端压差（p2 p3）却不变。这是 因为当F p3减压阀右侧弹簧腔油压 增大阀芯左移减压阀开口度x减压作 用 p2 （p2 p3） 保持不变。当F减 小时同理。因此，通过调速阀的流量恒定。 上页图为调速阀和节流阀的流量特性曲 线。当压差很小时（ p0.5MPa） ，两条 特性曲线相重合。这是因为，此时调速阀中 的减压阀处于非工作状态，调速阀只相当于 一个节流阀。要使调速阀正常工作，就必 须保持有最小压差：调速阀的最小稳定工作 压差（阀的进出口差p）为 p（0.51）MPa，即：一般调速阀 pmin=0.5MPa；高压调速阀pmin=1MPa。 5-4 新型液压阀（简介）新型液压阀（简介） 本节

36、重点介绍插装阀、电液伺服阀和电 液比例阀。 一、插装阀一、插装阀 普通液压阀在大流量系统中，使用性能 不理想，插装阀具有通流能力大、密封性能 好，一阀多机能，通用程度高等优点，广泛 用于大流量系统中。 1、工作原理、工作原理 插装阀由基本组件（阀芯4、阀套2、弹 簧3及密封圈）插到特别设计加工的阀体5 内，配以盖板1、先导阀（未画出）组成的多 功能复合阀。每个插装阀基本组件有且只有 两个油口，故被称为二通插装阀。 二通插装阀的工作原理相当于一个液控 单向阀，插装阀有A、B两个油口，X为控制 油口，锥面阀芯的开闭决定了油口A、B的通 断。插装阀与各种先导阀组合，可以组成 2、插装式方向阀、插装式

37、方向阀 （1）单向阀 将方向阀组件的控制口通过阀块和盖板上的 通道与油口A或B直接沟通，可组成单向阀： （2）二通阀： 由一个二位三通电磁阀控 制插装阀组件控制腔的通油方式，可组成 二位二通阀： 图示状态下，锥阀开启，A、B相通；电 磁阀通电后，且pA pB时，锥阀关闭，A、B 油路切断； （3）三通阀 由两个插装阀组件并联而成，对外形成 一个压力油口、一个工作油口和一个回油口。 图示状态下，A和T连通，A和P断开；电 磁阀通电后， A和P连通，A和T断开。 （4）四通阀 图示状态下，A和T连通、P和B连通； 电磁阀通电后，A和P连通、B和T连通。 3、插装式压力阀、插装式压力阀 用直动式溢流

38、阀作为先导阀来控制插装主 阀，在不同的油路连接下能构成不同的压力 阀。下页图中当A腔油压升高到先导阀调定的 压力时，先导阀开启，油液通过主阀芯阻尼 孔时造成两端压差，使主阀芯克服弹簧阻力 开启，A腔压力油便通过打开的阀口B溢回油 箱，实现溢流稳压此时为溢流阀； 当二位二通阀通电时，便可作为卸荷阀使用。 右图表示B腔接一有载油路， 则构成顺序阀。 4、插装式流量阀、插装式流量阀 在二通插装方向控制阀的盖板上增加阀 芯行程调节器，以调节阀芯的开度，这个方 向阀就兼备了调节流量的功能。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。 二、液压伺服系统与电液伺服阀二、液压伺服系统与

39、电液伺服阀 伺服系统又称随动系统或跟踪系统，是 一种自动控制系统。在这种系统中，执行元 件能够自动地、快速而准确地按照输入信号 的变化规律而动作。同时，系统还起到将信 号功率放大的作用。 （一）、伺服系统的工作原理 上图是一简单的液压伺服系统原理图。 该系统的主要元件是滑阀1和液压缸2，缸体 与阀体固连，液压泵以恒定压力ps向系统供 油。当阀芯处于中间位置时，阀口关闭，阀 没有流量输出，液压缸不动，系统处于静止 状态。若阀芯向右移一段距离x，则a、b处便 有一个相应的开口xv=x，压力油经油口a进入 液压缸右腔，推动缸体右移，液压缸左腔的 油液经油口b流回油箱。由于缸体和阀体刚性 固连，因此阀

40、体也跟随缸体一起右移，其结 果使xv减小。 当缸体位移y=阀芯位移x时，阀的开口 量 xv=0，阀的输出流量=0，液压缸静止不 动，处于一个新的平衡位置上。如果阀芯不 断地向右移动，则液压缸拖动负载不停地向 右移动。如果阀芯反向移动，则液压缸也反 向跟随运动。 由此看出，液压伺服系统有如下特点： （1）、跟踪 系统的输出量（输出信号或 被控量）能自动地、快速而准确地复现输入 量（输入信号）的变化规律； （2）放大 移动阀芯所需要的力很小（几N几十 N），但液压缸输出的力可达数千数万N。 功率放大所需要的能量是由液压能源供给的 （3）反馈 把输出的一部分或全部按一定方式回送 到输入端，和输入信号

41、进行比较，这就是反 馈。回送的信号称为反馈信号。若反馈信号 不断地抵消输入信号的作用，则称为负反馈。 负反馈是自动控制系统具有的主要特征。负反馈是自动控制系统具有的主要特征。 图中的负反馈是通过阀体和缸体的刚性 连接来实现的，液压缸的输出位移y连续不断 地回送到阀体上，与阀芯的输入位移x相比 较，其结果使阀口开小。这是一种机械反馈。 反馈还可以是电气的、气动的、液压的或它 们的组合形式。 （4）偏差 输入信号与反馈信号的差值。图中偏差 就是阀口的开口量 xv= xy。只要有xv存 在，液压缸就运动，直至缸体的输出位移与 阀芯的输入位移一致为止。此时y=x， xv=0。 综上所述，液压伺服控制的

42、基本原理是： 将反馈信号与输入信号相比较，当两者之间 有偏差时，整个系统就动作起来，向着消除 或减小偏差的方向努力，即：该偏差信号 控制液压能源输送到系统的能量，使系统向 着减小偏差的方向变化，直至偏差=0或足够 小，从而使系统的实际输出与希望值相符。 液压伺服系统的工作原理可以用方块图 来表示： 系统有反馈，方块图自行封闭，形成闭环。 液压伺服系统是一种闭环控制系统，从而 能够实现高精度控制。 （二）、液压控制阀（二）、液压控制阀 液压控制阀是液压伺服系统中的主要控 制元件，其性能直接影响系统的工作性能。 液压控制阀将小功率的位移信号大功率的 液压信号，所以也称为液压放大器。常用的 液压控制

43、阀有 1、滑阀、滑阀 根据滑阀控制边（起节流作用的工作边） 数目不同，可分为单边、双边、和四边滑阀。 上图为单边滑阀的工作原理。单边滑阀 只有一个边起控制液流的作用。压力油进入 液压缸的有杆腔后，经过活塞上的固定节流 口a进入无杆腔，压力由ps降为p1，然后再经 过阀口流回油箱。若液压缸不受外载作用， 则 ，液压缸不动。当阀芯左移 时，开口量xv增大，无杆腔压力p1减小 缸体向左移动。缸体和阀体 刚性连接成一体，故阀体也左移 xv减小， 直至平衡。 211 ApAps 211 ApAp s 2、喷嘴挡板阀：、喷嘴挡板阀： 如图所示为双喷嘴挡板阀的工作原理。 组成元件：挡板1；喷嘴2、3；固定节

44、流小孔 4、5；活塞。 喷嘴与挡板之间的间隙1、2构成了两 个可变节流口。当挡板处于中间位置时，两 个喷嘴与挡板的间隙相等，即：1=2， 液阻相等，因此，p1=p2，液压缸不动。压力 油经小孔4和5、缝隙1、2流回油箱。 若挡板向左偏摆，则1减小，2增 大， p1上升， p2下降，液压缸左移。因喷嘴 和缸体连接在一起，故喷嘴也向左移，形成 负反馈。 当喷嘴跟随缸体移动到挡板两边对称位置 时，液压缸便停止运动。 若挡板反向偏摆，则液压缸也反向运动。 特点：特点：与滑阀相比， 优点是： 结构简单，灵敏度高，对油液污染不敏感 缺点是： 功率损耗大 应用： 小功率系统，多级放大液压控制阀的第 一级。

45、（三）电液伺服阀（三）电液伺服阀 电液伺服阀即使电液转换元件，也是功 率放大元件，它可将小功率的电信号转换成 大功率的液压信号。 下图是一个典型的电液伺服阀的结构原 理图。它由电磁和液压两部分组成。电磁部 分是一个力矩马达，液压部分是一个两级液 压放大器。第一级是双喷嘴挡板阀，称前置 放大器；第二级是滑阀，称功率放大器。 如图： 1永久磁铁；2、4导磁体； 3衔铁；5线圈；6弹簧管； 7挡板；8喷嘴；9滑阀； 10固定节流口；11过滤器。 衔铁与挡板通过弹簧管连接在一起，并 由固定在阀座上的弹簧管支撑着。挡板2下端 为一球头，嵌放在滑阀的凹槽里。永久磁铁 把上下两块导磁体磁化成N极和S极。 当

46、没有控制电流时，衔铁由弹簧管支撑 在上下导磁体的中间位置，力矩马达无输出。 当有控制电流时，衔铁被磁化，如果衔 铁的左端为N极，右端为S极，则由于同性相 斥异性相吸的原理，衔铁逆时针方向偏转， 同时弹簧管弯曲变形，产生反力矩，直到电 磁力矩与弹簧管反力矩相平衡为止。 与此同时，挡板因随衔铁偏转而发生挠 曲，改变了它与两个喷嘴之间的距离，造成 p1上升， p2下降，它们作用在滑阀的左右两 个端面上，使滑阀阀芯左移。 通入伺服阀的压力油经滤油器、两个对 称的节流口和左右喷嘴流出，通向回油。当 挡板挠曲，造成滑阀阀芯左移，压力油就从B 口输向液压缸（图中未画出），由液压缸回 来的油则经A口回油，从而

47、实现功率放大。 滑阀移动时，挡板下端球头跟着移动， 在衔铁挡板组件上产生了一个转矩，使挡板 在两喷嘴间的偏移量减小，这就是反馈作用。 反馈作用的结果是使滑阀两端的压差减小。 当滑阀上的液压作用力与挡板下端球头因移 动而产生的弹性反作用力达到平衡时，滑阀 便不再移动，使得阀口保持在这一开度上。 流入线圈的控制电流越大，衔铁偏转的 转矩、挡板挠曲变形、滑阀两端压差及滑阀 的偏移量就越大，伺服输出的流量也越大。 即这种阀的输出流量与输入电流成正比。输 入电流反向时，输出流量也反向。 由上可知，电液伺服阀中电磁部分的作 用，是把输入电流转矩，使衔铁偏转，所 以一般称它为力矩马达。 力矩马达产生的力矩很

48、小，无法直接操 纵滑阀以产生足够的液压功率。所以采用两 级放大：喷嘴-挡板装置使得微小电信号借助 于挡板间隙的改变促使滑阀移动，这是第一 级放大器液压前置放大器；滑阀在移动 后接通传递动力的主回路，因而也是一个放 大器功率放大器。 电液伺服阀的图形符号： （四）电液伺服系统实例（四）电液伺服系统实例 在要求高精度、快速响应的装置中，电 液伺服系统获得了广泛的应用。 图中 1放大器；2电液伺服阀； 3液压缸；4机械手手臂； 5电位器；6步进电机。 一般机械手应包括4个伺服系统，分别控 制机械手的伸缩、回转、升降和手腕的动作。 由于每个伺服系统的原理均相同，现以伸缩 伺服系统为例，介绍它的工作原理

49、。 电位器是可变电阻器的一种。通常是由电阻体 与转动或滑动系统组成，即靠一个动触点在电阻体 上移动，获得部分电压输出。 当电位器的触头处在中位时，触头上没 有电压输出。当它偏离中位时，就会输出相 应的电压。电位器触头产生的微弱电压，须 经放大器放大后才能对电液伺服阀进行控制。 电位器触头轴由步进电机带动旋转，步进电 机的角位移和角速度由数字控制装置发出的 脉冲数和脉冲频率控制。齿条固定在机械手 手臂上，电位器壳体固定在齿轮上，所以当 手臂带动齿轮转动时，电位器同齿轮一起转 动，形成负反馈。 由数字控制装置发出的一定数量的脉冲 使得步进电机带动电位器的动触头转过一定 的角度i（假定为顺时针转动）

50、，动触头偏 离电位器中位，产生微弱电压u1，经放大器 放大成u2后，输入电液伺服阀的控制线圈， 使伺服阀产生一定的开口量。这时压力油经 阀的开口进入液压缸的左腔推动活塞连同机 械手手臂一起向右移动 ，行程为xv；液压缸 右腔的液压油经伺服阀回油箱。由于电位器 的齿轮与机械手手臂上的齿条相啮合，手臂 向右移动时，电位器做顺时针方向转动。当 电位器的中位与触头重合时，动触头输出电 压为零，电液伺服阀失去信号，阀口关闭， 手臂停止移动。手臂移动的行程取决于脉冲 数量，移动的速度取决于脉冲频率。当数字 控制装置发出反向脉冲时，步进电机逆时针 方向转动，手臂缩回。以下为机械手伸缩运 动伺服系统方块图： 在该系统中，输入信号为步进电机的转 角i，输出信号为液压缸的位移，即机械手 的位移xv；反馈信号为齿轮的转角f；偏差 信号为电位器的输出电压