第四章 液压控制元件

1、第四章第四章 液压控制元件液压控制元件第一节第一节 概述概述一、液压阀一、液压阀作用作用 液压阀是液压系统中控制液流流动方向，压力液压阀是液压系统中控制液流流动方向，压力高低、流量大小的控制元件。高低、流量大小的控制元件。二、液压阀二、液压阀分类分类 （1）按用途分按用途分：压力控制阀、流量控制阀、方向：压力控制阀、流量控制阀、方向控制阀控制阀 （2）操纵方式分操纵方式分：人力操纵阀、机械操纵阀、电：人力操纵阀、机械操纵阀、电动操纵阀动操纵阀 （3）连接方式分连接方式分：管式连接、板式及叠加式连接、：管式连接、板式及叠加式连接、插装式连接插装式连接 （4）按结构分类按结构分类：滑阀：滑阀, 座

2、阀座阀, 射流管阀射流管阀（5）按控制方式按控制方式：电液比例阀：电液比例阀, 伺服阀伺服阀, 数字控制数字控制阀阀（6）按输出参量可调节性分类按输出参量可调节性分类：开关控制阀：开关控制阀, 输出输出参量可调节的阀参量可调节的阀三、液压系统对阀的三、液压系统对阀的基本要求基本要求 （1）工作可靠，动作灵敏，冲击振动小工作可靠，动作灵敏，冲击振动小（2）压力损失小压力损失小 （3）结构紧凑，安装调整维护使用方便，通用性结构紧凑，安装调整维护使用方便，通用性好好第二节第二节 方向控制阀方向控制阀一、单向阀一、单向阀作用作用：控制油液的：控制油液的单向流动单向流动（单向导通，（单向导通，反向截止）

3、。反向截止）。性能要求性能要求：正向流动正向流动阻力损失小，反向时阻力损失小，反向时密封性好，动作灵敏密封性好，动作灵敏1、普通普通单向阀单向阀单向阀单向阀中的中的弹簧主要是用来克服阀芯的摩弹簧主要是用来克服阀芯的摩擦阻力和惯性力擦阻力和惯性力;若将弹簧换成刚度较大的，若将弹簧换成刚度较大的，可在回油路中作背压阀用可在回油路中作背压阀用。2 2、液控单向液控单向阀阀二、换向阀二、换向阀（一）、（一）、换向阀概述换向阀概述 1.作用作用：换向阀是借助于阀芯与阀体之间的相对运换向阀是借助于阀芯与阀体之间的相对运动，使之与阀体相连的各油路实现接通、动，使之与阀体相连的各油路实现接通、切断，或改变液流

4、方向的阀类。切断，或改变液流方向的阀类。2. 要求要求：液流通过阀时压力损失小（一般液流通过阀时压力损失小（一般0.10.3MPa）；）；互不相通的液流间的泄漏小；互不相通的液流间的泄漏小；换向可靠、迅速且平稳无冲击。换向可靠、迅速且平稳无冲击。3.分类分类分类方法分类方法 类型类型按阀的结构形式分按阀的结构形式分 滑阀式、转阀滑阀式、转阀式式、球阀式、锥、球阀式、锥 阀式（即逻辑换向阀）阀式（即逻辑换向阀）按阀的操纵方式分按阀的操纵方式分 手动、机动、电磁、液动、电手动、机动、电磁、液动、电 液动、气动液动、气动按阀的工作位置数按阀的工作位置数 二位二通、二位三通、二位二位二通、二位三通、二

5、位和控制的通道数来分和控制的通道数来分 四通三位四通、三位五通等四通三位四通、三位五通等(二二)、换向阀换向阀 1、滑阀式换向阀滑阀式换向阀()、结构形式结构形式常用的滑阀式换向阀主体部分的结常用的滑阀式换向阀主体部分的结构形式如下表所示：构形式如下表所示：二位二通二位二通、二位三通二位三通、二位四通二位四通、二位五通二位五通、三位四通三位四通、三位五通三位五通的的演示动画演示动画（）（）滑阀机能滑阀机能 三位四通和三位三位四通和三位五通换向阀，滑阀在五通换向阀，滑阀在中位时各油口的连通中位时各油口的连通方式称为滑阀机能又方式称为滑阀机能又称中位机能。称中位机能。滑阀式换向阀操纵方式（一）滑阀

6、式换向阀操纵方式（一） a）手动手动换向换向阀阀（包括脚踏、按钮、推杆、拉（包括脚踏、按钮、推杆、拉杆、手轮、手把杆、手轮、手把等）等）b）机动换向阀（又称行程阀，常采用撞块、凸机动换向阀（又称行程阀，常采用撞块、凸轮结构）机动换向阀用来控制机械运动部件的行轮结构）机动换向阀用来控制机械运动部件的行程，故又称行程换向阀。它利用挡铁或凸轮推动程，故又称行程换向阀。它利用挡铁或凸轮推动阀芯实现换向。阀芯实现换向。 滑阀式换向阀操纵方式（二）滑阀式换向阀操纵方式（二）电磁换向阀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。由于它可借助于按钮开

7、关、行程阀的工作位置。由于它可借助于按钮开关、行程开关、限位开关、压力继电器等发出的信号进行开关、限位开关、压力继电器等发出的信号进行控制，所以易于实现动作转换的自动化。控制，所以易于实现动作转换的自动化。 a）分类分类： 根据电源不同根据电源不同： 交流型（交流型（110V、220V、380V） 直流型（直流型（12V、24V、110V）两种）两种 根据电磁铁的铁芯和线圈是否浸油：根据电磁铁的铁芯和线圈是否浸油： 干式干式 湿式湿式b)典型结构典型结构滑阀式换向阀操纵方式（三）滑阀式换向阀操纵方式（三）液动换向阀液动换向阀液动换向阀是利用液动换向阀是利用控制油路的压力油控制油路的压力油来改变

8、阀芯位置的来改变阀芯位置的换向阀换向阀。 滑阀式换向阀滑阀式换向阀-操纵方式操纵方式（四）操纵方式操纵方式（四）电液换向阀电液换向阀电液换向阀由电磁换向阀和液动换向阀电液换向阀由电磁换向阀和液动换向阀组合而成组合而成。其中电磁。其中电磁换向阀起先换向阀起先导作用液动导作用液动换向阀起主换向阀起主阀作用。阀作用。（三）（三）换向阀的性能和特点换向阀的性能和特点 1.滑阀的液动力滑阀的液动力由液流的动量定律可知，油液通过换向阀时由液流的动量定律可知，油液通过换向阀时作用在阀芯上的液动力有作用在阀芯上的液动力有稳态液动力和瞬态液动稳态液动力和瞬态液动力力两种，滑阀上的稳态液动力可分为轴向分力和两种，

9、滑阀上的稳态液动力可分为轴向分力和径向分力。径向分力。 （1）稳态液动力稳态液动力：阀芯移动完毕，开口固定后，液流流过阀口阀芯移动完毕，开口固定后，液流流过阀口时因动量变化而作用在阀芯上有使阀口关小的趋时因动量变化而作用在阀芯上有使阀口关小的趋势的力，与阀的流量有关。势的力，与阀的流量有关。（2）瞬态液动力瞬态液动力：滑阀在移动过程中，阀腔：滑阀在移动过程中，阀腔液流因加速或减速而作用在阀芯上的力，液流因加速或减速而作用在阀芯上的力，与移动速度有关。与移动速度有关。2滑阀的液压卡紧现象滑阀的液压卡紧现象卡紧原因：脏物进入缝隙；温度升高，阀卡紧原因：脏物进入缝隙；温度升高，阀芯膨胀；但主要原因是

10、滑阀副几何形状和芯膨胀；但主要原因是滑阀副几何形状和同心度变同心度变化引起的化引起的径向不平径向不平衡力的作衡力的作用，其主用，其主要情况：要情况：a 阀芯和阀体间无几何形状误差，轴心线平阀芯和阀体间无几何形状误差，轴心线平行但不重合行但不重合b 阀芯因加工误差而带有阀芯因加工误差而带有倒锥，轴心线平行但不重倒锥，轴心线平行但不重合合c 阀芯表面有局部突起阀芯表面有局部突起减小径向不平衡力措施：减小径向不平衡力措施：1） 提高制造和装配精度提高制造和装配精度2） 阀芯上开环形均压槽阀芯上开环形均压槽第三节第三节 压力控制阀压力控制阀 在液压传动系统中在液压传动系统中,控制油液压力高低的液压控制

11、油液压力高低的液压阀称之为压力控制阀，简称压力阀。这类阀的共阀称之为压力控制阀，简称压力阀。这类阀的共同点是利用作用在阀芯上的液压力和弹簧力相平同点是利用作用在阀芯上的液压力和弹簧力相平衡的原理工作的。衡的原理工作的。一、一、溢流阀的基本结构及其工作原理溢流阀的基本结构及其工作原理溢流阀的主要作用是对液压系统溢流阀的主要作用是对液压系统定压或定压或进行安全保护进行安全保护。（一）（一）溢流阀的作用和性能要求溢流阀的作用和性能要求1溢流阀的作溢流阀的作用用 定压溢流作用定压溢流作用 安全保护作用安全保护作用 作卸荷阀用作卸荷阀用 作远程调压阀作远程调压阀 作高低压多级作高低压多级控制阀控制阀 作

12、顺序阀作顺序阀 用于产生背压（串在回油路上）。用于产生背压（串在回油路上）。 2液压系统对溢流阀的性能要求液压系统对溢流阀的性能要求 （1）定压精度高）定压精度高 （2）灵敏度要高）灵敏度要高 （3）工作要平稳且无振动和噪声）工作要平稳且无振动和噪声 （4）当阀关闭时密封要好，泄漏要小）当阀关闭时密封要好，泄漏要小（二）（二）溢流阀的结构和工作原理溢流阀的结构和工作原理 直动式和先导式直动式和先导式1.直动式溢流直动式溢流阀阀是依靠系统中的压力是依靠系统中的压力油直接作用在阀芯上油直接作用在阀芯上与弹簧力等相平衡，与弹簧力等相平衡，以控制阀芯的启闭动以控制阀芯的启闭动作作 。fbssRFGFF

13、pA(4-1)如果忽略液动力，阀芯的自重及摩擦力如果忽略液动力，阀芯的自重及摩擦力 溢流阀内部通过阀芯的平衡和运动构成的这溢流阀内部通过阀芯的平衡和运动构成的这种负反馈作用是其定压作用的基本原理，也是所种负反馈作用是其定压作用的基本原理，也是所有定压阀的基本工作原理。有定压阀的基本工作原理。2.2.先导式溢流先导式溢流阀阀由由主阀主阀和和先导阀先导阀两部分组成。两部分组成。先导阀先导阀实际上实际上是是一一个小流量的个小流量的直动型溢流阀直动型溢流阀，但一般多为锥阀（或，但一般多为锥阀（或球阀）形阀座式结构。球阀）形阀座式结构。主阀主阀也是一也是一锥锥阀阀。RsAFp (4-2)RfbssAFG

14、FFppp21（三）（三）溢流阀的性能溢流阀的性能 包括溢流阀的静态性能和动态性能包括溢流阀的静态性能和动态性能 1.静态性能静态性能 (1)压力调节范围压力调节范围压力调节范围是指调压弹簧在规定的范压力调节范围是指调压弹簧在规定的范围内调节时，系统压力能平稳地上升或下围内调节时，系统压力能平稳地上升或下降，且压力无突跳及迟滞现象时的最大和降，且压力无突跳及迟滞现象时的最大和最小调定压力。最小调定压力。 (2)启闭特性启闭特性启闭特性是指溢流阀在稳态情况下从开启闭特性是指溢流阀在稳态情况下从开启后到闭合的过程中，被控压力与通过溢启后到闭合的过程中，被控压力与通过溢流阀的溢流量之间的关系。流阀的

15、溢流量之间的关系。开启比开启比闭合比闭合比Ps为调定压力，为调定压力， pk为开始溢流的开启压力，为开始溢流的开启压力，pB停止溢流停止溢流的闭合压力的闭合压力（3）卸荷压力卸荷压力当溢流阀的远程控制口及与油箱相连时当溢流阀的远程控制口及与油箱相连时,额定流量下的压力损失称为卸荷压力。额定流量下的压力损失称为卸荷压力。%100skkppp%100sBBppp2 2、动态性能指标动态性能指标 (1)压力超调量压力超调量：最高瞬时压力峰值与额定压：最高瞬时压力峰值与额定压力调定值力调定值ps的差值为压力超调量的差值为压力超调量p。 (2)响应时间响应时间t1：是指从起始稳态压力：是指从起始稳态压力

16、p0与稳与稳态压力态压力Ps之间的时间。之间的时间。 (3)过渡过程时间过渡过程时间t2：二、二、减压阀减压阀 减压阀是使出口压力（二次压力）减压阀是使出口压力（二次压力）低于进口压力（一次压力）的一种压力低于进口压力（一次压力）的一种压力控制阀。控制阀。1 1、作用作用：减低液压系统中某一回路的油液压力，使用减低液压系统中某一回路的油液压力，使用一个油源能同时提供两个或几个不同压力的输出。一个油源能同时提供两个或几个不同压力的输出。2 2、用途用途： 减压阀在各种液压设备的夹紧系统、润滑系减压阀在各种液压设备的夹紧系统、润滑系统和控制系统中应用较多。此外，当油压不稳定统和控制系统中应用较多。

17、此外，当油压不稳定时，在回路中串入一减压阀可得到一个稳定的较时，在回路中串入一减压阀可得到一个稳定的较低的压力。低的压力。3 3、分类分类：根据减压阀所控制的压力不同，它可分根据减压阀所控制的压力不同，它可分为定值输出减压阀、定差减压阀和定比减压阀。为定值输出减压阀、定差减压阀和定比减压阀。(一一)定值输出减压阀定值输出减压阀 1、工作原理工作原理先导式减压先导式减压阀阀和先导式溢流阀进行比较，和先导式溢流阀进行比较，它们之间有如下几点不同之处：它们之间有如下几点不同之处：(1)(1)减压阀保持出口压力基本不变，而溢流阀减压阀保持出口压力基本不变，而溢流阀保持进口处压力基本不变。保持进口处压力

18、基本不变。(2)(2)在不工作时，减压阀进、出油口互通，而在不工作时，减压阀进、出油口互通，而溢流阀进出油口不通。溢流阀进出油口不通。(3)(3)为保证减压阀出口压力调定值恒定，它的为保证减压阀出口压力调定值恒定，它的导阀弹簧腔需通过泄油口单独外接油箱；导阀弹簧腔需通过泄油口单独外接油箱；而溢流阀的出油口是通油箱的，所以它的而溢流阀的出油口是通油箱的，所以它的导阀的弹簧腔和泄漏油可通过阀体上的通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。道和出油口相通，不必单独外接油箱。2工作特性工作特性理想的减压阀在进口压力、流量发生变化或出口负理想的减压阀在进口压力、流量发生变化

19、或出口负载增加，其出口压力总是恒定不变。实际有所变化。载增加，其出口压力总是恒定不变。实际有所变化。)(2RcsbsRxxkFApRbsRcsAFxxkp)(2常数cRsxAkp2( (二二) )定差减压阀定差减压阀 1、工作原理工作原理 2工作特性工作特性定差减压阀可定差减压阀可使进出油口压使进出油口压力差保持为或力差保持为或近似为定值。近似为定值。当弹簧刚度当弹簧刚度ks和阀口开度和阀口开度xR取的尽量小的时候取的尽量小的时候压差就近似保持为定值压差就近似保持为定值.)(4)(2221dDxxkpppRcs( (三三) )定比减压阀定比减压阀1、工作原理工作原理2工作特性工作特性21122

20、2112211,)(AAppApApApxxkApRcs较小时当弹簧刚度三、三、顺序顺序阀阀1、工作原理工作原理顺序顺序阀阀和溢流阀的和溢流阀的结构基本相似结构基本相似,不同不同的是顺序阀的出油的是顺序阀的出油口通向系统的另一口通向系统的另一压力油路压力油路,而溢流阀而溢流阀的出油口通油箱。的出油口通油箱。2.分类分类1）根据控制压力的不同，分内控式和）根据控制压力的不同，分内控式和外控式；外控式；2 2）直动式和先导式）直动式和先导式四、四、压力继电压力继电器器压力继电压力继电器器是一种将油液的压力信号转换是一种将油液的压力信号转换成电信号的电液控制元件成电信号的电液控制元件, ,压力继电器

21、有柱压力继电器有柱塞式、膜片塞式、膜片式、弹簧管式、弹簧管式和波纹管式和波纹管式四种结构式四种结构形式。形式。第四节第四节 流量控制阀流量控制阀 流量控制阀包括节流阀、调速阀、溢流量控制阀包括节流阀、调速阀、溢流节流阀和分流集流阀等流节流阀和分流集流阀等一、一、流量控制原理及节流口形式流量控制原理及节流口形式1 1、节流口形式节流口形式： 薄壁小孔薄壁小孔 细长小孔细长小孔 厚壁小孔厚壁小孔 2 2、流量控制原理流量控制原理节流口流量公式节流口流量公式 q=KApm (1)(1)压差对流量的影响压差对流量的影响(2)(2)温度对流量的影响温度对流量的影响(3)(3)节流口的堵塞节流口的堵塞 为

22、保证流量稳定、节流为保证流量稳定、节流口的形式以薄壁小孔较口的形式以薄壁小孔较为理想。为理想。3 3、几种常见的节流口几种常见的节流口4 4、节流阀的作用节流阀的作用是一种可以在较大范围内以改变液阻来调是一种可以在较大范围内以改变液阻来调节流量的元件。但要求有一个接受节流元节流量的元件。但要求有一个接受节流元件压力信号的环节件压力信号的环节( (与之并联的溢流阀或恒与之并联的溢流阀或恒压变量泵压变量泵) )。5 5、液压传动系统对流量控制阀的主要要求有：液压传动系统对流量控制阀的主要要求有：(1)(1)较大的流量调节范围，且流量调节要均匀。较大的流量调节范围，且流量调节要均匀。 (2)(2)当

23、阀前、后压力差发生变化时，通过阀的当阀前、后压力差发生变化时，通过阀的流量变化要小，以保证负载运动的稳定。流量变化要小，以保证负载运动的稳定。(3)(3)油温变化对通过阀的流量影响要小。油温变化对通过阀的流量影响要小。(4)(4)液流通过全开阀时的压力损失要小。液流通过全开阀时的压力损失要小。(5)(5)当阀口关闭时，阀的泄漏量要小。当阀口关闭时，阀的泄漏量要小。二、二、普通节流普通节流阀阀1 1工工作原作原理理2 2、节流阀的刚性节流阀的刚性 节流阀的刚性表示它抵抗负载变化的干扰，节流阀的刚性表示它抵抗负载变化的干扰，保持流量稳定的能力，即当节流阀开口量保持流量稳定的能力，即当节流阀开口量不

24、变时，由于阀前后压力差不变时，由于阀前后压力差p p的变化，引的变化，引起通过节流阀的流量发生变化的情况。起通过节流阀的流量发生变化的情况。KAmpTpKAqdqpdTmm1则代入将从节流阀特性曲线可知从节流阀特性曲线可知结论：结论：(1)(1)同一节流阀，阀前后压同一节流阀，阀前后压力差力差p相同，节流开口小相同，节流开口小时，刚度大。时，刚度大。(2)(2)同一节流阀，在节流开同一节流阀，在节流开口一定时，阀前后压力差口一定时，阀前后压力差p越小，刚度越低。越小，刚度越低。 (3)(3)取小的指数取小的指数m m可以提高节流阀的刚度，因此在实可以提高节流阀的刚度，因此在实际使用中多希望采用

25、薄壁小孔式节流口，即际使用中多希望采用薄壁小孔式节流口，即m=0.5的节流口。的节流口。cotT三、三、节流阀的压力和温度补偿节流阀的压力和温度补偿 1 1、压力补偿：压力补偿： a)a)将定差减压阀与节流阀串联起来，组合将定差减压阀与节流阀串联起来，组合而成调速阀；而成调速阀； b)b)将稳压溢流阀与节流阀并联起来，组织将稳压溢流阀与节流阀并联起来，组织成溢流节流阀；成溢流节流阀； 2 2、温度补偿：温度补偿： a)a)温度补偿调速阀；温度补偿调速阀；3.3.调速阀调速阀：调速：调速阀阀是在节流阀前面串接一个是在节流阀前面串接一个定差减压阀组合而成。定差减压阀组合而成。4.4.温度补偿调速阀

26、温度补偿调速阀温度补偿调速阕的压力补偿原理部分与普温度补偿调速阕的压力补偿原理部分与普通调速阀相同通调速阀相同. .5.5.溢流节流阀溢流节流阀( (旁通型调速阀旁通型调速阀) )溢流节流阀也是一种压力补偿型节流阀。溢流节流阀也是一种压力补偿型节流阀。四、分流集流阀四、分流集流阀1：定义及分类：定义及分类1）定义：有些液压系统由一台液压泵同时向几个几何尺寸）定义：有些液压系统由一台液压泵同时向几个几何尺寸相同的执行元件供油，要求不论各执行元件的负载如何变相同的执行元件供油，要求不论各执行元件的负载如何变化，执行元件能够保持相同的运动速度，即速度同步。分化，执行元件能够保持相同的运动速度，即速度

27、同步。分流集流阀就是用来保证多个执行元件速度同步的流量控制流集流阀就是用来保证多个执行元件速度同步的流量控制阀，又称为同步阀。阀，又称为同步阀。2）分类：）分类：a）分流阀：安装在执行元件的进口，保证进入执行元件的）分流阀：安装在执行元件的进口，保证进入执行元件的流量相等流量相等b）集流阀：安装在执行元件的回油路，保证执行元件回油）集流阀：安装在执行元件的回油路，保证执行元件回油流量相同流量相同c）分流集流阀）分流集流阀2分流阀分流阀3、分流集流阀、分流集流阀第五节第五节 叠加式液压阀叠加式液压阀 叠加式液压阀简称叠加阀，用这种阀组成液叠加式液压阀简称叠加阀，用这种阀组成液压系统时，不需要另外

28、的连接块，它以自身的阀体压系统时，不需要另外的连接块，它以自身的阀体作为连接体直接叠合而成所需的液压传动系统。作为连接体直接叠合而成所需的液压传动系统。特点特点 ：(1)(1)用叠加阀组成的液压系统，结构紧凑，体用叠加阀组成的液压系统，结构紧凑，体积小，重量轻积小，重量轻 (2)(2)叠加阀液压系统安装简便，装配周期短。叠加阀液压系统安装简便，装配周期短。(3)(3)液压系统如有变化，改变工况，需要增减液压系统如有变化，改变工况，需要增减元件时，组装方便迅速。元件时，组装方便迅速。(4)(4)元件之间实现无管连元件之间实现无管连接，消除了因油管、接，消除了因油管、管接头等引起的泄漏、管接头等引起的泄漏、振动和噪声。振动和噪声。(5)(5)整个系统配置灵活、整个系统配置灵活、外观整齐，维护保养外观整齐，维护保养容易。容易。(6)(6)标准化、通用化和集标准化、通用化和集成化程度较高。成化程度较高。 一、一、叠加式溢流阀叠加式溢流阀由主阀和导阀两部分组成，主阀芯为单向由主阀和导阀两部分组成，主阀芯为单向阀二级同心结构，先导阀为锥阀式结构。阀二级同心结构，先导阀为锥阀式结构。二、二、叠加式流量阀叠加式流量阀第六节第六节 二通插装阀二通插装阀