第三讲电液系统控制元件

1、第三讲 电液系统的控制调节元件(方向压力流量阀)3.1 概述 控制元件主要指各类液压阀。它们的功用是控制和调节液流的方向，压力和流量，以满足执行元件所需的运动方向，力（或力矩）和速度的要求，从而使系统按要求进行工作。3.1.1电液控制元件分类1. 按用途分类 根据控制元件在系统中的作用，可分为以下几类： (1) 方向控制阀 (2) 压力控制阀 (3) 流量控制阀 2. 按控制方式分类 (1) 开关或定值控制阀：借助手轮，手柄，凸轮，电磁铁，压力液体等来 控制流体通路，定值控制流体的压力，流量的阀类，统称开关阀，多用于普通液 气动系统。 (2) 比例控制阀：用与阀的输入输出成比例的电信号控制该阀

2、，使其实现按一定规律 比例地控制系统中流体的压力，流量，多用于开环程序控制系统。(3) 伺服控制阀：将徽小的电气信号转换成大功率的流量和压力输出，以控制系统中 流体的压力和流量。多用于高精度，快速响应的闭环控制系统 。(4) 数字阀：用数字信息直接控制阀，以控制系统中流体的压力和流量。3. 按结构形式分类(1) 滑阀 (2) 锥阀(3) 球阀(4) 喷嘴挡板阀(5) 射流管阀4.按连接方式分类 (1) 螺绞连接阀 (2) 法兰连接阀(3) 板式连接阀(4) 叠加式连接阀(5) 插装式连接阀3.1.2液压与气压传动的控制元件的性能参数基本要求：动作灵敏，使用可靠；流经阀口后的压力损失小；密封性能

3、好；结构紧凑；安装调整，使用维护方便；通用性大等。1. 控制阀的性能参数 主要性能参数: 额定压力和额定流量。 额定压力: 是指阀最大允许的工作压力。 额定流量是指阀在额定压降下，通过阀的最大流量。2. 控制阀的规格 阀的规格大小用通径Dg表示。3. 控制阀的性能曲线 目前有些阀给出若干特性曲线，如压力流量曲线，压力损失流量曲线，进口 压力出口压力曲线等，比较确切反映了阀的性能。3.2 方向控制阀 作用及工作原理：方向控制阀的主要作用是控制系统中流体流动的方向，其工作原理是利用阀芯和阀体间的相对位置的改变来实现通道的接通或断开，以满足系统对通道的不同要求。 分类：方向控制阀可分为单向阀和换向阀

4、两类。3.2.1 单向阀a)管式连接1阀心（锥阀或球阀）；2阀体；3弹簧图（a）为管式连接的液压单向阀b)板式连接 c）图形符号1阀心（锥阀或球阀）；2阀体；3弹簧图（b）为板式连接的液压单向阀，图（c）为单向阀的职能符号。 图3.1 单向阀单向阀的主要性能：正向最小开启力，正向流动时的压力损失及反向泄漏量。应用：单向阀可装在泵的出口处，防止系统中的流体冲击影响泵工作；还可用来分隔通道，防止管路间的相互干扰等。 液控单向阀及其应用功能： 液控单向阀是一种通入控制压力流体后即允许流体双向流动的单向阀。结构： 图（3.2）为液控单向阀的结构（a）和职能符号（b）。主要性能： 液控单向阀具有良好的密

5、封性能，其反向泄漏量为零。反向开启的最小控制压力，当P10时一般为（0.4-0.5）的P2。应用： 液控单向阀可于用对液压缸进行锁闭，保压；也用于防止立式液压缸停止时自动下滑。 液控单向阀的结构图a)工作原理图 b)图形符号图3.2 液控单向阀 1活塞；2顶杆；3阀心3.2.2 换向阀 1. 换向阀的工作原理和分类 基本工作原理：换向阀是借助于阀芯与阀体之间的相对运动，使与阀体相连的各通路实现接通或断开或改变流动方向的阀类。 分类：换向阀按其结构可分为： (1) 滑阀式换向阀 (2) 球式换向阀 (3) 逻辑换向阀 (4) 截止式换向阀 (1) 工作原理及主体部分的结构形式 工作原理: 借助于

6、滑阀阀芯在阀体内作轴向运动，使 与阀体相连的各通路实现接通或断开或改变流动方向的阀类。 结构: 主体是阀体和阀芯，它是一个具有多段环形槽的圆柱体。表3-1列举了常用的几种结构形式。 按阀芯移动后可以停留的工作位置分有：二位阀；三位阀。 按滑阀的通道分有：二通阀；三通阀；四通阀；五通阀；多路阀等。 换向阀的名称按其工作位置和通路统称几位几通换向阀。如表3-1中名称一栏所示的二位二通换向阀；二位三通换向阀等。 滑阀式换向阀的图形如表3.1中所示。2. 滑阀式换向阀表3.1 常用滑阀式换向阀主体结构形式和图形符号 (2) 滑阀的中位机能 三位滑阀在中位时各通路的连接方式称为滑阀的中位机能。不同的滑阀

7、的中位机能可满足系统的不同要求。表3.2列举了三位四通换向阀常用的十种中位机能。 表3.2 三位四通换向阀中位机能 在分析和选择阀的中位机能时，通常考虑以下几点： 1) 系统保压 选“O”，“Y”，“J”，“N”，“U”等中位机能。 2) 系统卸荷 选 “H”，“K”，“M”型等中位机能。 3) 执行机构换向精度与平稳性 选O型，M型，换向过程易产生冲击，换向不平稳，但换向精度高； 选Y型，换向过程中工作部件不易制动，换向精度低，但换向平稳。 4) 执行机构启动的平稳性 5) 执行机构需“浮动”，选阀在中位，A，B两口互通（如U型），卧式缸呈“浮动”状态，可利用其它机构调整其位置。执行机构需在

8、任意位置上停止，选阀在中位，A，B两口堵塞（如O型，M型），则执行机构可在任意位置上停止。 (3) 换向向阀的主要性能 换向向阀的主要性能包括以下几项： 1) 工作可靠 2) 压力损失 3) 内泄量 4) 换向与复位时间 5) 使用寿命 (4) 操作方式 根据推动换向阀移动方式可分为：手动换向阀；电磁换向阀；液动换向阀；电液换向阀；气控换向阀等五种换向阀。 1) 手动换向阀 用手操纵杠杆推动滑阀阀芯相对阀体移动，从而改变工作位置，改变通道的通断。 2) 机动换向阀 机动换向阀又称行程阀。图所示为二位二通机动换向阀的结构图和符号。3) 电磁换向阀 电磁换向阀是利用电磁铁吸力推动阀芯来改变阀的工作

9、位置。图为二位三通电磁换向阀的结构图及符号。图所示为三位四通电磁换向阀的结构图及符号。 三位四通液动换向阀a)换向时间不可调式 b) 换向时间可调式 4) 液动换向阀液动换向阀是利用控制油路的压力油来改变阀芯位置的换向阀。图所示为三位四通液动换向阀的结构及符号。 电液换向阀的结构及符号5) 电液换向阀电液换向阀是由液动换向阀和电磁换向阀组合而成。其中电磁换向阀起先导作用，用来改变控制液流的方向，从而改变起主阀作用的液动换向阀的工作位置。图所示为电液换向阀的结构及符号。 3.方向阀的应用 1) 方向控制回路2) 保压回路 3.3 压力控制阀 功能：用于实现系统压力控制的阀类统称压力控制阀。 分类

10、：常用的压力控制阀有溢流阀，减压阀，顺序阀和压力继电器等。它们都是利用流体的压力与阀中的弹簧力相平衡的原理来工作的。3.3.1 溢流阀 溢流阀的基本功用主要有两点：一是当系统压力超过或等于溢流阀的调定压力时，系统的液体或气体通过阀口溢出一部分，保证系统压力恒定，作调压用；二是在系统中作安全阀用，在系统正常工作时， 溢流阀处于关闭状态，只有在系统压力大于或等于其调定压力时才开启溢流，对系统起过载保护作用。 1. 溢流阀结构和工作原理 (1) 直动式溢流阀结构和工作原理：直动式溢流阀的阀芯有锥阀式，球阀式和滑阀式三种形式。.图所示为用于油液的低压直动式溢流阀。 特点：直动式溢流阀的特点是结构简单，

11、反应灵敏。但工作时易产生振动和噪音，压力波动大。一般用于小流量，压力较低的场合。YF型三节同心先导式溢流阀（管式）1锥阀（先导阀）；2锥阀座；3阀盖；4阀体；5阻尼孔；6主阀心；7主阀座；8主阀弹簧；9调压（先导阀）弹簧；10调节螺钉；11调压手轮 (2) 先导式溢流阀结构和工作原理：先导式溢流阀是由先导调压阀和溢流主阀两部分组成。先导阀类似于直动式溢流阀，多为锥阀结构。图所示为先导式溢流阀。 特点：由于先导阀的溢流量仅为主阀额定流量的1左右，因此先导阀阀座孔的面积A开口量，调压弹簧刚度都不需很大，所以，先导型溢流阀广泛用于高压大流量场合。2. 溢流阀的主要性能 (1) 静态性能 1) 压力调

12、节范围 压力调节范围是指调压弹簧在规定的范围内调节时，系统压力平稳地上升或下降的最大和最小调定压力。 2) 启闭特性启闭特性是指溢流阀从开启到闭合过程中，被控压力与通过溢流阀的溢流量之间的关系。它是衡量溢流阀定压精度的一个重要指 标。一般用溢流阀处于额定流量，额定压力时，开始溢流的开启压力PK及停止溢流的闭合压力PB分别与Ps的百分比来衡量。前者称为开启压力比，后者称为闭合压力比。比值越大及二者越接近，其启闭特性越好。一般规定开启比应不小于90%，闭合比不小于85%。 3) 卸荷压力 卸荷压力指当溢流阀作卸荷阀用时，额定流量下，进出口的压力差。 4) 最大允许流量和最小稳定流量 当溢流阀在最大

13、允许流量（即额定流量）下工作时应无噪声。溢流阀的最小稳定流量取决于对压力平稳性的要求。一般规定为额定流量的15%. (2) 动态性能 当溢流阀从零压不溢流，进口压力迅速升高并超过调定压力，在额定流量稳定溢流，然后逐步衰减到最终稳态压力，这需要经过一个短暂的过渡过程，我们称此过程为动态过渡过程。 1) 压力超调量 最高瞬时压力峰值与额定压力调定值Pn的差值称为压力超调量P。衡量溢流阀动态调压误差的性能指标是压力超调率PP/Pn 100% ，一般要求P 10%-30%。 2) 响应时间t1 从起始稳态压力P0与最终稳态压力Pn之差的10%上升到90%的时间，即图5-21中A，B两点间的时间间隔称为

14、响应时间。t1越小，溢流阀的响应越快。 3)过渡过程时间 t2 从0.9（PnP0）的B点到瞬咙过渡过程儒最终时刻C点之间的时间称为过渡过程时间。C点以后的压力波形应落在图中给定的（0.95-1.05）（PnP0）限制范围内，否则，C点应后移，直至满足要求为止。t2越小，溢流阀的动态过程越短。 4) 升压时间t 流量阶跃变化时，从0.1（PnP0）到0.9（PnP0）的这段时间，即图中A和B两点间的时间称为升压时间。t1越小，溢流阀的动态性能越好。 5) 卸荷时间t2 卸荷信号发出后从0.9（PnP0）到0.1（PnP0）的这段时间，即图中C和D两点间的时间称为卸荷时间。t2越小，溢流阀的动态

15、性能越好。3. 溢流阀的应用 (1) 作调压阀用 在液压定量泵节流调速系统中如图，泵输出的压力油只有一部分进入油缸，多余的油经溢流阀流回油箱。溢流阀是常开的，这样使系统压力稳定在调定值，以保持系统压力恒定。 (2) 可实现系统的远程调压 先导式溢流阀与直动式远程调压溢流阀配合使用，可实现系统的远程调压。如图中的阀3为先导溢流阀，阀4为远程调压阀。 (3) 作安全阀用 系统中安装作安全阀用的溢流阀，以限制系统的最高压力。当压力超过调定值时，溢流阀打开溢流，保证系统安全工作。如图液压回路中的所示阀在回路中作安全阀用；在正常工作时，溢流阀是常闭的，故其调整值应比系统的最高工作压力高10-20%，以免

16、溢流阀打开溢流，影响系统正常工作。 (4) 作电磁溢流阀用 将先导溢流阀的遥控口与二位二通电磁换向阀连接，可使泵和系统卸荷。 3.3.2 减压阀 功能：减压阀是一种利用液流流过隙产生压降的原理，使出口压力低于进口压力的压力控制阀。 种类：按调节要求的不同可分为定值减压阀和定差减压阀。 按结构分有直动减压阀和先导减压阀。 1. 减压阀结构原理 (1) 定值减压阀 定值减压阀是使进入流体的压力减低后输出，并保持所输出的减压值为恒定值。通常应用的大多是这类减压阀。 1) 直动式减压阀2) 先导式减压阀 图为用于液压油的先导式减压阀的结构。 (2) 定差减压阀 定差减压阀可使阀进出口压力差保持为恒定值

17、。图5.29为定差减压阀的结构简图。2. 减压阀的主要性能 (1) 调压范围 它是指减压阀输出压力的可调范围,在此范围内要求达到规定的精度. (2) 压力特性 它是指流量为定值时,减压阀输入压力波动而引起输出压力波动的特性. (3) 流量特性 它是指输入压力为定值时,输出压力随输出流量的变化而变化的特性小.3. 减压阀的应用 减压阀一般用在需减压或稳压的回路场合. 根据使用要求选定减压阀的类型,调压精度,再根据所通过的最大流量选择通径. 减压回路： 3.3.3 顺序阀 功能：顺序阀的功用主要是以系统的压力为信号,使多个执行机构自动地按先后顺序动作. 1. 顺序阀结构原理 顺序阀的结构原理与溢流

18、阀基本相同.唯一不同的地方是顺序阀的出口不是接通油箱,而是接到系统中继续用油之处.因此, 顺序阀的内泄漏油不能用通道直接引导到顺序阀的出油腔,而是由专门的泄油口经阀外油管通到油箱. 顺序阀根据结构分,有先导式和直动式两种.根据控制压力的来源不同,有内控式与外控式两种.图a所示为先导型顺序阀。 图b为内控式先导型顺序阀. 图d为DZ型顺序阀。 a)外控式 b)内控式 c)图形符号 d) DZ型顺序阀 2. 顺序阀的应用 (1)作顺序用： 使多个执行机构自动地按先后顺序动作. (2) 作卸荷阀用： 把外控式顺序阀的出油口接通油箱，将外泄改为内泄，即可构成卸荷阀。即当系统压力低于顺序阀的调定压力时，

19、顺序阀不打开；当系统压力升高超过顺序阀的调定压力时，顺序阀打开，系统压力油通过顺序阀卸荷。 (3) 单向顺序阀： 把单向阀与顺序阀并联，便成为单向顺序阀。其工作原理为：当油液自入口P1进人时，单向阀关闭，油液须顶开顺序阀才能从出口P2流出；而油液从出口P2流进时，顺序阀关闭，但可顶开单向阀后从入口P1流出。 (4) 作平衡阀用： 将单向顺序阀的进油口接通垂直油缸的下腔，使腔内的油液形成一个与活塞等运动部件质量相平衡的背压，防止活塞等因自重而下滑，即作为平衡阀用。 各种顺序阀的职能符号如表所示。3.3.4 压力继电器 功能：压力继电器是将压力信号转换为电信逞的压力传感元件。当系统的压力达到压力继

20、电器预先调定的压力值时，它发出电的信号，操纵电气元件，使油路换向，卸压，顺序动作，关闭电机等作用。 分类：常用的压力继电器有柱塞式，膜片式，弹簧管式和波纹管式等结构形式。 结构和工作原理 图为用于液压系统中的柱塞式压力继电器的结构图。3.4 流量控制阀 功能：流量控制阀是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。 分类：常用的流量控制阀有节流阀，调束阀，分流节流阀等。3.4.1 节流阀 1. 节流阀的工作原理2. 节流阀的静态流量特性通过节流阀的流量q及与其前后压差P有关，其关系可表示为 qKA Pm式中K节流系数，它与节流孔的形状，流体密度动力粘度有关。 A过流面积。m节流阀指数，由节流孔的形状决定。上式为节流阀的流量特性方程，可用图形来表示。 (1)节流阀的流量稳定性 节流阀的流量特性决定于它的节流口的结构形式，通过节流阀的