液压控制元件-集流阀插装阀与叠加阀电液数字控制阀电液伺服阀电液比例控制阀课件

4、5集流阀、插装阀与叠加阀

4、6电液数字控制阀

4、7电液伺服阀、电液比例控制阀

目的任务重点难点提问作业5.4讲5.5讲5.6讲5.7讲

4、5集流阀、插装阀与叠加阀

4、6电液数字控制阀1重点难点比例阀与普通阀的区别

插装阀和数字阀的工作原理和应用返回重点难点比例阀与普通阀的区别返回24.5.1分流集流阀(1)分流集流阀图5.41a所示为等量分流集流阀的结构原理图，5.41b为其图形符号。阀心5、6在各自弹簧力的作用下处于中间位置的平衡状态。若负载压力p3≠p4，如果阀心仍留在中间位置，必然使p1≠p2，这时连成一体的阀心将向压力小的一侧移动，相应地可变节流口减小，使压力上升，直至p1=p2，阀心停止运动，由于两个固定节流孔1和2的面积相等，所以通过两个固定节流孔的流量q1=q2，而不受出口压力p3及p4变化的影响。4.5.1分流集流阀(1)分流3液压控制元件——集流阀插装阀与叠加阀电液数字控制阀电液伺服阀电液比例控制阀课件4分流集流阀(2/4)在分流工况时，如图5.41c所示，由于p0大于p1和p2，所以阀心5、6处于相互分离状态，互相勾住。若负载压力p3＜p4，如果阀心仍留在中间位置，必然使p1＜p2。这时连成一体的阀心将左移，可变节流口3减小，使上升，直至p1=p2，阀芯停止运动，由于两个固定节流孔1和2的面积相等，所以通过两个固定节流孔的流量q1=q2，而不受出口压力p3及p4变化的影响。在集流工况时，如图5.41d所示，由于p0小于p1和p2，所以阀心5、6处于相互压紧状态。设负载压力p3＜p4，如果阀心仍留在中间位置，必然使p1＜p2。这时压紧成一体的阀心将左移，可变节流口4减小，使下降，直至p1=p2，阀心停止运动，故q1=q2，而不受出口压力p3及p4变化的影响。

分流集流阀(2/4)在分流工况时，5分流集流阀(3/4)(2)分流阀的工作原理图5.42a为等量分流阀的结构原理图，图5.42b为等量分流阀的图形符号。进口压力为，流量为，进入阀后分为两路分别通过两个面积相等的固定节流孔1、2，并且分别进入油室a、b腔，然后由可变节流口3、4经出口通往两个执行元件。分流集流阀(3/4)(2)分流6分流集流阀(4/4)若两个执行元件负载相等则分流阀的出口压力p3=p4，因为阀中两支流通道的尺寸完全对称，所以输出的流量亦对称，q1=q2=q0/2，且p1=p2。当由于负载不对称而出现p3≠p4，且设p3＞p4时，阀心来不及运动而处于中间位置，必定使q1＜q2，进而有p0－p1＜p0－p2，则使p1＞p2。此时阀心在不对称压力的作用下左移，使可变节流口3增大，节流口4减小，从而使q1增大，q2减小，直至q1=q2，p1=p2。阀心才在一个新的平衡位置上稳定下来，输往两个执行元件中的流量相等，速度保持同步。(3)集流阀的工作原理集流阀是按固定比例将两股液流自动合成单一液流的流量控制阀。图5.42c所示为等量集流阀的图形符号。其工作原理类同于分流集流阀的集流工况，这里不再叙述。分流阀通常用于同步精度要求不太高的同步系统中，但需要注意执行元件的加工误差及泄漏对其同步精度有影响。

分流集流阀(4/4)若两个执行元件74、5、2插装阀（插装式锥阀或逻辑阀）20世纪70年代初发展起来的一种新元件，是古老锥阀的新应用。下一页4、5、2插装阀（插装式锥阀或逻辑阀）20世纪70年代初81.插装阀概述(1)插装阀的组成普通的阀在流量小于200～300L/min的系统中性能良好，但用于大流量系统并不一定具有良好的性能，特别是阀的集成更成为难题。20世纪70年代初，插装阀的出现为此开辟了新途径。插装阀（图5.43）也称为插装式锥阀，它是以插装单元为主阀，配以适当的盖板和不同的先导控制阀组合而成的具有一定控制功能的组件。它可以组成方向阀、压力阀和流量阀。

1.插装阀概述(1)插装阀的9插装阀概述(2/3)(2)插装阀结构（插装件）的结构和工作原理插装阀单元具体结构参看图5.44。它由阀套1、阀心2、弹簧3、盖板4和密封件等组成。主阀心上腔作用着X口的液压力和弹簧力，A口和B口的液压力作用在阀心的下锥面上，用X口的控制油压力控制主通道A和B间的通断，这是一个二通插装阀。

插装阀概述(2/3)(2)插装10插装阀概述(3/3)盖板用来固定和密封插装阀单元，沟通控制油路和主阀控制腔之间的联系。在盖板4内也可装嵌节流螺塞等徽型控制元件（如单向阀、梭阀、流量控制器和先导压力阀等），还可安装位移传感器等电器附件，以便构成某种控制功能的组合阀。若干个不同控制功能的二通插装阀组装在一个或多个插装块体内，便组成液压回路。就工作原理而言，二通插装阀相当于一个液控单向阀。A和B为主油路的两个仅有的工作油口，所以称为二通阀，X为控制油口。通过控制油口压力大小的控制，即可控制主阀心的启闭和油口A、B的流向和压力。

插装阀概述(3/3)盖板用来固定和112.插装方向阀(1)插装单向阀插装单向阀如图5.45所示，将插装单元的控制口X与A或B连通，即成为普通单向阀；在其控制盖板上接一个二位三通换向阀作先导阀，便可成为液控单向阀。

2.插装方向阀(1)插装单向阀12插装方向阀(2/2)(2)插装换向阀图5.46a所示为二位三通插装换向阀。在该阀中，当电磁铁断电时，A与O通，P封闭；当电磁铁通电时，A与P通，O封闭，相当于一个二位三通电液换向阀。图5.46b为三位三通插装换向阀，当电磁铁处于中位时，A、O与P均不通；当电磁铁1YA通电时，A与O通，P封闭；当电磁铁2YA通电时，A与P通，O封闭，相当于一个三位三通电液换向阀。图5.46c为四位三通插装换向阀。用多个先导阀（如上述各电磁阀）和多个主阀相配，可构成复杂的组合二通插装换向阀，这是普通换向阀做不到的。插装方向阀(2/2)(2)插装13液压控制元件——集流阀插装阀与叠加阀电液数字控制阀电液伺服阀电液比例控制阀课件14(3)插装压力阀

图5.47a所示为插装溢流阀。当B口通油箱，A口的压力油经节流小孔进入控制腔X，并与溢流阀通，便成为先导式溢流阀；若B口不通油箱而接负载，便成为先导式顺序阀。图5.47b为插装卸荷阀。在插装溢流阀的控制腔X再接一个二位二通电磁换向阀，当电磁铁断电时，具有溢流阀功能；当电磁铁通电时，即为卸荷阀。图5.47c为插装减压阀。将插装单元作为常开式滑阀结构，B为一次压力进口，A为出口，A腔的压力油经节流小孔

与控制腔X通，并与先导阀进口通，由于控制油取自A口，因而能得到恒定的二次压力，相当于定压输出减压阀。(3)插装压力阀15液压控制元件——集流阀插装阀与叠加阀电液数字控制阀电液伺服阀电液比例控制阀课件16

(4)插装流量阀图5.48a所示为插装节流阀的结构图，单元的锥阀尾部带节流窗口，锥阀的开启高度由行程调节器（或螺杆）来控制，从而控制流量，成为插装节流阀。在插装方向控制阀的盖板上增加阀心行程调节器，以调节阀心的开度，这个方向阀就兼具了可调节流阀的功能。阀心上开有三角槽，以便于调节开口大小。若用比例电磁铁取代节流阀的手调装置，则可组成二通插装电液比例节流阀。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，如图5.48c所示。(4)插装流量阀代节流阀17液压控制元件——集流阀插装阀与叠加阀电液数字控制阀电液伺服阀电液比例控制阀课件18(5)插装阀及其集成系统的特点

（a）插装阀结构简单，通流能力大，故用通径很小的先导阀与之配合便可构成通径很大的各种二通插装阀，最大流量可达10000L/min。b）不同的阀有相同的插装主阀，一阀多能，便于实现标准化。（c）泄漏小，便于无管连接，先导阀功率小，具有明显的节能效果。插装阀目前广泛用于冶金、船舶、塑料机械等大流量系统中。(5)插装阀及其集成系统的特点194、5、2叠加阀

返回4、5、2叠加阀返回20§4.6电液数字控制阀用计算机对液压或气压系统进行控制是技术发展的必然趋向。但电液比例阀或伺服阀能接收的信号是连续变化的电压或电流，而计算机的指令是“开”或“关”的数字信息，要用计算机控制必须进行数/模转换，其结果是使设备复杂，成本提高，可靠性降低。在这种技术的要求下，20世纪80年代初期出现了电液数字控制阀。

用数字信息直接控制的阀称为电液数字控制阀，简称数字阀。它可直接与计算机接口，不需要数/模转换板。数字阀与电液伺服阀、电液比例阀相比，其结构简单，工艺性好、价廉，抗污染能力强，重复性好，工作稳定可靠，功耗小。接受计算机数字控制的方法有多种，目前常用的有增量控制法和脉宽调制法，相应地数字阀也分增量式数字阀和脉宽调制式数字阀两类。当今技术较成熟的是增量式数字阀，即用步进电动机驱动液压阀。已有数字流量阀、数字压力阀和数字方向流量阀等系列产品。§4.6电液数字控制阀用计算机21电液数字阀发展20世纪80年代初发展起来的可用计算机实现电液系统控制的新型元件，目前应用较少。返回电液数字阀发展20世纪80年代初发展起来的可用计算机返回22(1).增量式数字阀(2)脉宽调制式数字阀分类(1).增量式数字阀(2)脉宽调制式数字阀分类23(1).增量式数字阀(1).增量式数字阀24增量式数字流量阀组成步进电动机、滚珠丝杠、阀芯、阀套、阀杆、传感器等返回增量式数字流量阀组成步进电动机、滚珠丝杠、阀芯、返回25增量式数字阀由步进电机带动工作，步进电机直接用数字量控制，其转角与输入的数字式信号脉冲数成正比，其转速随输入的脉冲频率的不同而变化。由于步进电机是以增量控制的方式进行工作的，故此阀称为增量式数字阀。增量式数字阀按其用途不同，有流量阀、压力阀和方向流量阀之分。图5.49所示为步进电机直接驱动的数字流量阀。增量式数字阀由步进电机带动工作，步进电机直接用数字量控制，其26数字阀结构(2/4)

在数字流量阀中，步进电机按计算机的指令转动，通过滚珠丝杆5变为轴向位移，使节流阀心6打开阀口，从而控制流量。此阀有两个面积梯度不同的节流口，阀心移动时首先打开左节流口7，由于非全周边通流，故流量较小，继续移动时打开全周边通流的右节流口8，流量增大。由于液流从轴向流入，且流出阀心时与轴线垂直，所以阀在开启时的液动力可以将向右作用的液压力部分抵消掉。阀从节流阀心、阀套1和连杆2的相对热膨胀中获得温度补偿。数字阀结构(2/4)在数字流量阀中27数字阀结构(3/4)图5.50所示为先导式数字方向流量阀的图形符号，其结构与电液换向阀类似，只是以步进电机取代了电磁先导阀中的电磁铁，通过控制步进电机的旋转方向和角位移的大小，不仅可以改变阀的液流方向，还可以控制各油口的输出流量，这里不再叙述。将普通压力阀的手动机构改用步进电机控制，即可构成数字压力阀。数字阀结构(3/4)图5.50所示28(2)脉宽调制式数字阀脉宽调制放大器、电磁铁、阀芯、阀套、阀杆、传感器等(2)脉宽调制式数字阀脉宽调制放大器、电磁铁、阀芯、29(2)脉宽调制式数字阀脉宽调制式数字阀可以直接用计算机进行控制，控制阀的开和关以及开和关的时间间隔（即脉宽），就可控制液流的方向、流量和压力。这种阀的阀心多为锥阀、球阀和喷嘴挡板阀，可快速切换，且只有开和关两个位置，故又称快速开关型数字阀。图5.51所示为二位二通电磁锥阀式开关型数字阀。当电磁铁3不通电时，衔铁2在右端弹簧（图中未画出）的作用下使锥阀关闭；当电磁铁3有脉冲信号通过时，电磁吸力使衔铁带动左端的锥阀开启。

(2)脉宽调制式数字阀302.数字阀的应用

图5.52所示为增量式数字阀的应用原理。计算机发出需要的脉冲序列，经驱动电源放大后使步进电机工作，每个脉冲使步进电机沿给定方向转动一个固定的步距角，再通过凸轮或螺纹等机构使转角转换成位移量，带动阀心移动一定的距离。因此，根据步进电机原有的位置和实际走的步数，可使数字阀得到相应的开度。

2.数字阀的应用图5.52所示为增31液压马达的主要性能参数(2/6)

图5.53所示为脉宽调制式数字阀的使用原理。计算机发出的脉冲信号，经脉宽调制放大器放大后进入快速开关数字阀中的电磁铁，通过控制开关阀开启时间的长短来控制流量，在需要作两个方向运动的系统中要有两个快速开关数字阀分别控制不同方向的运动。

液压马达的主要性能参数(2/6)图32

4、7电液比例控制阀

作用

分类特点返回4、7电液比例控制阀作用返回33作用

连续或按比例地随输入电气信号的变化而调节和控制液流压力、方向和流量。返回作用连续或按比例地随输入电返回34分类

简化结构、降低精度的电液伺服阀按结构<*比例电磁铁+普通液压阀

外型与普通电磁铁相同，但吸力∝I

比例压力阀按控制参数<比例流量阀

比例方向阀下一页分类简化结构、降低精度的35特点既具有结构简单，通用性强的特点，又具有伺服阀能远程、连续操纵优点，故而又称“廉价伺服阀”返回特点既具有结构简单，通用性强的特点，返回36概述1.电机械转换器电―机械转换器是比例阀的控制部分，目前常用的形式有比例电磁铁、动圈式力马达、力矩马达、伺服电机和步进电机等五种。(1)比例电磁铁比例电磁铁是一种直流电磁铁，但和普通电磁阀用的电磁铁不同，它要求吸力（或位移）与输入电流成比例，并在衔铁的全部工作位置上，磁路中保持一定的气隙。按其输出位移的形式分有单向移动式和双向移动式两种。图5.54a所示为单向移动式比例电磁铁。线圈2通电后形成的磁路经壳体5、导向套12的右段、衔铁10后，分成两路：一路由导向套左段的锥端到轭铁1而产生斜面吸力；另一路直接由衔铁的左段端面到轭铁而产生表面吸力。其合力即为比例电磁铁的输出力（吸力），其特性如图5.54b所示。概述1.电机械转换器电―机械转换37在图5.54b中，特性曲线分为三段，在气隙很小的区段上，吸力虽大，但随位置的改变而急剧变化；而在气隙较大的区段上，吸力明显下降；吸力随位置变化较小的区段是比例电磁铁的工作区段。由于在此区段内具有基本水平的位移—力特性，所以改变线圈中的电流，即可在衔铁上得到与其成比例的吸力。如在衔铁左侧加一弹簧9，便可得到与电流成正比的位移。比例电磁铁(2/4)在图5.54b中，特性曲线分为三段38

图5.55所示为双向移动式比例电磁铁。它由两个单向直流比例电磁铁相对组合而成。比例电磁铁(3/4)图5.55所示为双向移动式比例电磁39

在壳体内对称地安放着两对线圈：一对为励磁线圈，它们极性相反互相串联或并联，由一恒流电源供给恒定的励磁电流，在磁路内形成初始磁通；另一对为控制线圈，它们极性相同互相串联，仅有励磁电流时，左右两端的电磁吸力大小相等，方向相反，衔铁处于平衡状态，输出力为零。当有控制电流通过时，两控制线圈分别在左右两半环形磁路内产生极性相同、大小相等的控制磁通，它们与原有初始磁通叠加，在左右工作气隙内产生差动效应，形成了与控制电流方向和大小相对应的输出力。由于采用了初始磁通，避开了铁磁材料磁化曲线起始段的影响，它不仅具有良好的位移—力水平特性，而且无零位死区，线性好，滞环小，动态响应较快。

比例电磁铁(4/4)在壳体内对称地安放着两对线圈：一对40(2)动圈式力马达图5.56所示为动圈式力马达。它也是一种移动式电—机械转换器。运动件是线圈。当可动控制线圈4中通入控制电流时，线圈在磁场中受力而移动。此力的方向由电流方向及固定磁通方向按左手定则来确定。力的大小与磁场强度及电流大小成正比。

动圈式力马达(1/1)动圈式力马达的线性行程范围大（±2～4mm），滞环小，可动件质量小，工作频率较宽，结构简单，但如采用湿式方案，动圈受油的阻尼较大，影响频宽，因此适合作为气压比例元件。

(2)动圈式力马达动圈式力马达41(3)力矩马达图5.57所示为动圈式永磁力矩马达。它由上下两块导磁体3，左右两块永久磁铁，带扭轴（弹簧管）的衔铁4及套在衔铁上的两个控制线圈组成。衔铁悬挂在扭轴上，它可以绕扭轴在a、b、c和d四个气隙中摆动。

力矩马达(1/2)(3)力矩马达力矩马达(1/242当线圈控制电流为零时，四个气隙中均有永久磁铁所产生的固定磁场的磁通，因此作用在衔铁上的吸力相等，衔铁处于中位平衡状态。通入控制电流后，所产生的控制磁通与固定磁通叠加，两个气隙中的磁通增大，在另两个气隙中的磁通减小，因此作用在衔铁上吸力失去平衡，产生力矩而使衔铁偏转。当作用在衔铁上的电磁力矩与扭轴的弹性变形力矩及外负载力矩平衡时，衔铁在某一扭轴位置上处于平衡状态。力矩马达输出力矩较小，适合控制喷嘴挡板类的先导级阀。其自振频率高，功率重量比大，抗加速度零漂性能好，但工作行程很小（小于0.2mm）,制造精度要求高，抗干扰能力差一些。力矩马达(2/2)当线圈控制电流为零时，四个气隙中均43(4)伺服电机

伺服电机是可以连续旋转的电－机械转换器。其输出转速与输入电压成正比，并能实现正反向速度控制。它属于功率很小的微特电机，其输出转速与输入电压的传递函数可近似视为一阶延迟环节，机电时间常数一般在十几毫秒到几十毫秒之间，某些低惯量的直流伺服电机仅为几毫秒到二十几毫秒。伺服电机具有起启转矩大，调速范围宽，机械特性和调节特性的线性度好，控制方便等优点。

伺服电机(1/1)(4)伺服电机伺服电机(1/144

(5)步进电机步进电机是一种数字式旋转运动的电－机械转换器，它可将脉冲信号转换为相应的角位移。每输入一个脉冲信号，电动机就转过一个步距角，其转角与输入的数字式信号脉冲数成正比，转速随输入的脉冲频率而变化。当输入反向脉冲时，步进电机将反向旋转。由于它直接用数字量控制，不需经过数/模转换，就能与计算机联用，控制方便，调速范围宽，位置精度较高，工作时步数不易受电压波动和负载影响。步进电机需要专门的驱动电源，一般包括变频信号源、脉冲分配器和功率放大器。

步进电机(1/1)(5)步进电机步进电机(1/1452.比例阀的结构(1)比例压力阀液压比例压力阀按用途不同，有比例溢流阀、比例减压阀、比例顺序阀之分。按结构特点分有直动式和先导式比例压力阀。图5.58所示为直动式比例溢流阀结构图。比例电磁铁1通电后产生吸力，经推杆2和传力弹簧3作用在锥阀上，当锥阀底面的液压力大于电磁吸力时，锥阀被顶开而溢流，连续地改变控制电流的大小，即可连续地按比例地控制锥阀的开启压力。2.比例阀的结构(1)比例压力46液压控制元件——集流阀插装阀与叠加阀电液数字控制阀电液伺服阀电液比例控制阀课件47图5.59所示为先导式比例溢流阀结构图。其下部主阀与普通溢流阀相同。上部为先导压力阀。该阀还附有一个手动调整的先导阀9，用于限制比例溢流阀的最高压力，以避免因电子仪器发生故障使得控制电流过大，压力超过系统允许最大压力的可能性。如将比例先导压力阀的回油及先导阀9的回油都与主阀回油分开，则可作比例顺序阀使用。

比例压力阀(2/3)图5.59所示为先导式比例溢流阀结48图5.60所示为先导式比例减压阀。动圈式力马达推杆端部起挡板作用，挡板的位移与输入的控制电流成比例，从而改变喷嘴挡板之间的可变液阻，控制了喷嘴前的先导压力。比例压力阀(3/3)图5.60所示为先导式比例减压阀。49(2)比例流量阀

比例流量阀是通过控制比例电磁铁线圈中的电流来改变阀心的开度（有效断面积），实现对输出流量的连续成比例控制。其外观和结构与压力型相似。所不同的是压力型的阀心具有调压特性，靠先导压力与比例电磁力相平衡，来调节先导压力的大小；而流量型的阀心具有节流特性，靠弹簧力与比例电磁力相平衡，来调节流量的大小和流通方向。按通道数的不同，比例流量阀又有二通和三通之分。比例流量阀主要应用于缸或马达的位置或速度控制。比例流量阀有比例节流阀和比例调速阀两大类。它们是由电－机械比例转换器与流量阀组合而成。比例节流阀是在普通节流阀的基础上，利用电－机械比例转换器对节流阀口进行控制而组成比例节流阀。

比例流量阀(1/2)(2)比例流量阀比例流量阀(150

比例调速阀如图5.61所示。比例电磁铁1的输出力作用在节流阀心2上，与弹簧力、液动力、摩擦力相平衡，一定的控制电流对应一定的节流开度。通过改变输入电流的大小，即可改变通过调速阀的流量。

比例流量阀(2/2)比例调速阀如图5.61所示。比例电51(3)比例方向控制阀把插装方向阀中的电磁铁换成比例电磁铁即构成比例方向控制阀。比例方向控制阀不仅用来改变液流方向，还可以控制流量的大小。它和普通换向阀的外形相似，但阀心的结构有区别，它可以实现不同的中位机能。在比例电磁铁的前端可附有位移传感器（或称差动变压器），这种电磁铁称为行程控制比例电磁铁。位移传感器能准确地测定比例电磁铁的行程，并向电放大器发出电反馈信号。电放大器将输入信号和反馈信号加以比较后，再向电磁铁发出纠正信号，以补偿误差，这样便能消除液动力等干扰因素，保持准确的阀心位置或节流口面积。这是20世纪70年代末比例阀进入成熟阶段的标志。80年代以来，由于采用各种更加完善的反馈装置和优化设计，比例阀的动态性能虽仍低于伺服阀，但静态性能已大致相同，而价格却低廉得多。

比例方向控制阀(1/3)(3)比例方向控制阀比例方向控52图5.62所示为先导式比例方向控制阀的结构图。当比例电磁铁1收到信号时，在先导阀的工作油口B产生一个恒定的压力，B腔的油液压力通过控制油道作用在主阀心的右端，推动主阀心左移直至与主阀心的弹簧相平衡，主阀心上所开的节流槽相对于主阀体上的控制台阶有一定的开口量，连续地给比例电磁铁1输入电信号，就会使主阀的P腔到A腔、B腔到O腔成比例地输出流量。

比例方向控制阀(2/3)图5.62所示为先导式比例方向控制53若给比例电磁铁2输入电信号，就会使主阀的P腔到B腔、A腔到O腔成比例地输出流量。比例阀是介于普通阀与伺服阀之间的控制阀。与普通阀比，它能提高系统参数的控制水平，虽不如伺服阀的性能好，但成本低，对系统的污染要求比伺服系统低。为此，它广泛应用于要求对液压参数进行连续远距控制或程序控制，但对控制精度和动态特性要求不太高的系统。如系统的液压参数的设定值超过三个，使用比例阀对其进行控制是最恰当的。此外，利用斜波信号作用在比例方向阀上，可以对机构的加速和减速实现有效的控制；利用比例方向阀和压力补偿器实现负载补偿，便可精确地控制机构的运动速度而不受负载影响。比例方向控制阀(3/3)若给比例电磁铁2输入电信号，就会使主54液压控制元件——集流阀插装阀与叠加阀电液数字控制阀电液伺服阀电液比例控制阀课件55

4、5集流阀、插装阀与叠加阀

4、6电液数字控制阀

4、7电液伺服阀、电液比例控制阀

目的任务重点难点提问作业5.4讲5.5讲5.6讲5.7讲

4、5集流阀、插装阀与叠加阀

4、6电液数字控制阀56重点难点比例阀与普通阀的区别

插装阀和数字阀的工作原理和应用返回重点难点比例阀与普通阀的区别返回574.5.1分流集流阀(1)分流集流阀图5.41a所示为等量分流集流阀的结构原理图，5.41b为其图形符号。阀心5、6在各自弹簧力的作用下处于中间位置的平衡状态。若负载压力p3≠p4，如果阀心仍留在中间位置，必然使p1≠p2，这时连成一体的阀心将向压力小的一侧移动，相应地可变节流口减小，使压力上升，直至p1=p2，阀心停止运动，由于两个固定节流孔1和2的面积相等，所以通过两个固定节流孔的流量q1=q2，而不受出口压力p3及p4变化的影响。4.5.1分流集流阀(1)分流58液压控制元件——集流阀插装阀与叠加阀电液数字控制阀电液伺服阀电液比例控制阀课件59分流集流阀(2/4)在分流工况时，如图5.41c所示，由于p0大于p1和p2，所以阀心5、6处于相互分离状态，互相勾住。若负载压力p3＜p4，如果阀心仍留在中间位置，必然使p1＜p2。这时连成一体的阀心将左移，可变节流口3减小，使上升，直至p1=p2，阀芯停止运动，由于两个固定节流孔1和2的面积相等，所以通过两个固定节流孔的流量q1=q2，而不受出口压力p3及p4变化的影响。在集流工况时，如图5.41d所示，由于p0小于p1和p2，所以阀心5、6处于相互压紧状态。设负载压力p3＜p4，如果阀心仍留在中间位置，必然使p1＜p2。这时压紧成一体的阀心将左移，可变节流口4减小，使下降，直至p1=p2，阀心停止运动，故q1=q2，而不受出口压力p3及p4变化的影响。

分流集流阀(2/4)在分流工况时，60分流集流阀(3/4)(2)分流阀的工作原理图5.42a为等量分流阀的结构原理图，图5.42b为等量分流阀的图形符号。进口压力为，流量为，进入阀后分为两路分别通过两个面积相等的固定节流孔1、2，并且分别进入油室a、b腔，然后由可变节流口3、4经出口通往两个执行元件。分流集流阀(3/4)(2)分流61分流集流阀(4/4)若两个执行元件负载相等则分流阀的出口压力p3=p4，因为阀中两支流通道的尺寸完全对称，所以输出的流量亦对称，q1=q2=q0/2，且p1=p2。当由于负载不对称而出现p3≠p4，且设p3＞p4时，阀心来不及运动而处于中间位置，必定使q1＜q2，进而有p0－p1＜p0－p2，则使p1＞p2。此时阀心在不对称压力的作用下左移，使可变节流口3增大，节流口4减小，从而使q1增大，q2减小，直至q1=q2，p1=p2。阀心才在一个新的平衡位置上稳定下来，输往两个执行元件中的流量相等，速度保持同步。(3)集流阀的工作原理集流阀是按固定比例将两股液流自动合成单一液流的流量控制阀。图5.42c所示为等量集流阀的图形符号。其工作原理类同于分流集流阀的集流工况，这里不再叙述。分流阀通常用于同步精度要求不太高的同步系统中，但需要注意执行元件的加工误差及泄漏对其同步精度有影响。

分流集流阀(4/4)若两个执行元件624、5、2插装阀（插装式锥阀或逻辑阀）20世纪70年代初发展起来的一种新元件，是古老锥阀的新应用。下一页4、5、2插装阀（插装式锥阀或逻辑阀）20世纪70年代初631.插装阀概述(1)插装阀的组成普通的阀在流量小于200～300L/min的系统中性能良好，但用于大流量系统并不一定具有良好的性能，特别是阀的集成更成为难题。20世纪70年代初，插装阀的出现为此开辟了新途径。插装阀（图5.43）也称为插装式锥阀，它是以插装单元为主阀，配以适当的盖板和不同的先导控制阀组合而成的具有一定控制功能的组件。它可以组成方向阀、压力阀和流量阀。

1.插装阀概述(1)插装阀的64插装阀概述(2/3)(2)插装阀结构（插装件）的结构和工作原理插装阀单元具体结构参看图5.44。它由阀套1、阀心2、弹簧3、盖板4和密封件等组成。主阀心上腔作用着X口的液压力和弹簧力，A口和B口的液压力作用在阀心的下锥面上，用X口的控制油压力控制主通道A和B间的通断，这是一个二通插装阀。

插装阀概述(2/3)(2)插装65插装阀概述(3/3)盖板用来固定和密封插装阀单元，沟通控制油路和主阀控制腔之间的联系。在盖板4内也可装嵌节流螺塞等徽型控制元件（如单向阀、梭阀、流量控制器和先导压力阀等），还可安装位移传感器等电器附件，以便构成某种控制功能的组合阀。若干个不同控制功能的二通插装阀组装在一个或多个插装块体内，便组成液压回路。就工作原理而言，二通插装阀相当于一个液控单向阀。A和B为主油路的两个仅有的工作油口，所以称为二通阀，X为控制油口。通过控制油口压力大小的控制，即可控制主阀心的启闭和油口A、B的流向和压力。

插装阀概述(3/3)盖板用来固定和662.插装方向阀(1)插装单向阀插装单向阀如图5.45所示，将插装单元的控制口X与A或B连通，即成为普通单向阀；在其控制盖板上接一个二位三通换向阀作先导阀，便可成为液控单向阀。

2.插装方向阀(1)插装单向阀67插装方向阀(2/2)(2)插装换向阀图5.46a所示为二位三通插装换向阀。在该阀中，当电磁铁断电时，A与O通，P封闭；当电磁铁通电时，A与P通，O封闭，相当于一个二位三通电液换向阀。图5.46b为三位三通插装换向阀，当电磁铁处于中位时，A、O与P均不通；当电磁铁1YA通电时，A与O通，P封闭；当电磁铁2YA通电时，A与P通，O封闭，相当于一个三位三通电液换向阀。图5.46c为四位三通插装换向阀。用多个先导阀（如上述各电磁阀）和多个主阀相配，可构成复杂的组合二通插装换向阀，这是普通换向阀做不到的。插装方向阀(2/2)(2)插装68液压控制元件——集流阀插装阀与叠加阀电液数字控制阀电液伺服阀电液比例控制阀课件69(3)插装压力阀

图5.47a所示为插装溢流阀。当B口通油箱，A口的压力油经节流小孔进入控制腔X，并与溢流阀通，便成为先导式溢流阀；若B口不通油箱而接负载，便成为先导式顺序阀。图5.47b为插装卸荷阀。在插装溢流阀的控制腔X再接一个二位二通电磁换向阀，当电磁铁断电时，具有溢流阀功能；当电磁铁通电时，即为卸荷阀。图5.47c为插装减压阀。将插装单元作为常开式滑阀结构，B为一次压力进口，A为出口，A腔的压力油经节流小孔

与控制腔X通，并与先导阀进口通，由于控制油取自A口，因而能得到恒定的二次压力，相当于定压输出减压阀。(3)插装压力阀70液压控制元件——集流阀插装阀与叠加阀电液数字控制阀电液伺服阀电液比例控制阀课件71

(4)插装流量阀图5.48a所示为插装节流阀的结构图，单元的锥阀尾部带节流窗口，锥阀的开启高度由行程调节器（或螺杆）来控制，从而控制流量，成为插装节流阀。在插装方向控制阀的盖板上增加阀心行程调节器，以调节阀心的开度，这个方向阀就兼具了可调节流阀的功能。阀心上开有三角槽，以便于调节开口大小。若用比例电磁铁取代节流阀的手调装置，则可组成二通插装电液比例节流阀。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，如图5.48c所示。(4)插装流量阀代节流阀72液压控制元件——集流阀插装阀与叠加阀电液数字控制阀电液伺服阀电液比例控制阀课件73(5)插装阀及其集成系统的特点

（a）插装阀结构简单，通流能力大，故用通径很小的先导阀与之配合便可构成通径很大的各种二通插装阀，最大流量可达10000L/min。b）不同的阀有相同的插装主阀，一阀多能，便于实现标准化。（c）泄漏小，便于无管连接，先导阀功率小，具有明显的节能效果。插装阀目前广泛用于冶金、船舶、塑料机械等大流量系统中。(5)插装阀及其集成系统的特点744、5、2叠加阀

返回4、5、2叠加阀返回75§4.6电液数字控制阀用计算机对液压或气压系统进行控制是技术发展的必然趋向。但电液比例阀或伺服阀能接收的信号是连续变化的电压或电流，而计算机的指令是“开”或“关”的数字信息，要用计算机控制必须进行数/模转换，其结果是使设备复杂，成本提高，可靠性降低。在这种技术的要求下，20世纪80年代初期出现了电液数字控制阀。

用数字信息直接控制的阀称为电液数字控制阀，简称数字阀。它可直接与计算机接口，不需要数/模转换板。数字阀与电液伺服阀、电液比例阀相比，其结构简单，工艺性好、价廉，抗污染能力强，重复性好，工作稳定可靠，功耗小。接受计算机数字控制的方法有多种，目前常用的有增量控制法和脉宽调制法，相应地数字阀也分增量式数字阀和脉宽调制式数字阀两类。当今技术较成熟的是增量式数字阀，即用步进电动机驱动液压阀。已有数字流量阀、数字压力阀和数字方向流量阀等系列产品。§4.6电液数字控制阀用计算机76电液数字阀发展20世纪80年代初发展起来的可用计算机实现电液系统控制的新型元件，目前应用较少。返回电液数字阀发展20世纪80年代初发展起来的可用计算机返回77(1).增量式数字阀(2)脉宽调制式数字阀分类(1).增量式数字阀(2)脉宽调制式数字阀分类78(1).增量式数字阀(1).增量式数字阀79增量式数字流量阀组成步进电动机、滚珠丝杠、阀芯、阀套、阀杆、传感器等返回增量式数字流量阀组成步进电动机、滚珠丝杠、阀芯、返回80增量式数字阀由步进电机带动工作，步进电机直接用数字量控制，其转角与输入的数字式信号脉冲数成正比，其转速随输入的脉冲频率的不同而变化。由于步进电机是以增量控制的方式进行工作的，故此阀称为增量式数字阀。增量式数字阀按其用途不同，有流量阀、压力阀和方向流量阀之分。图5.49所示为步进电机直接驱动的数字流量阀。增量式数字阀由步进电机带动工作，步进电机直接用数字量控制，其81数字阀结构(2/4)

在数字流量阀中，步进电机按计算机的指令转动，通过滚珠丝杆5变为轴向位移，使节流阀心6打开阀口，从而控制流量。此阀有两个面积梯度不同的节流口，阀心移动时首先打开左节流口7，由于非全周边通流，故流量较小，继续移动时打开全周边通流的右节流口8，流量增大。由于液流从轴向流入，且流出阀心时与轴线垂直，所以阀在开启时的液动力可以将向右作用的液压力部分抵消掉。阀从节流阀心、阀套1和连杆2的相对热膨胀中获得温度补偿。数字阀结构(2/4)在数字流量阀中82数字阀结构(3/4)图5.50所示为先导式数字方向流量阀的图形符号，其结构与电液换向阀类似，只是以步进电机取代了电磁先导阀中的电磁铁，通过控制步进电机的旋转方向和角位移的大小，不仅可以改变阀的液流方向，还可以控制各油口的输出流量，这里不再叙述。将普通压力阀的手动机构改用步进电机控制，即可构成数字压力阀。数字阀结构(3/4)图5.50所示83(2)脉宽调制式数字阀脉宽调制放大器、电磁铁、阀芯、阀套、阀杆、传感器等(2)脉宽调制式数字阀脉宽调制放大器、电磁铁、阀芯、84(2)脉宽调制式数字阀脉宽调制式数字阀可以直接用计算机进行控制，控制阀的开和关以及开和关的时间间隔（即脉宽），就可控制液流的方向、流量和压力。这种阀的阀心多为锥阀、球阀和喷嘴挡板阀，可快速切换，且只有开和关两个位置，故又称快速开关型数字阀。图5.51所示为二位二通电磁锥阀式开关型数字阀。当电磁铁3不通电时，衔铁2在右端弹簧（图中未画出）的作用下使锥阀关闭；当电磁铁3有脉冲信号通过时，电磁吸力使衔铁带动左端的锥阀开启。

(2)脉宽调制式数字阀852.数字阀的应用

图5.52所示为增量式数字阀的应用原理。计算机发出需要的脉冲序列，经驱动电源放大后使步进电机工作，每个脉冲使步进电机沿给定方向转动一个固定的步距角，再通过凸轮或螺纹等机构使转角转换成位移量，带动阀心移动一定的距离。因此，根据步进电机原有的位置和实际走的步数，可使数字阀得到相应的开度。

2.数字阀的应用图5.52所示为增86液压马达的主要性能参数(2/6)

图5.53所示为脉宽调制式数字阀的使用原理。计算机发出的脉冲信号，经脉宽调制放大器放大后进入快速开关数字阀中的电磁铁，通过控制开关阀开启时间的长短来控制流量，在需要作两个方向运动的系统中要有两个快速开关数字阀分别控制不同方向的运动。

液压马达的主要性能参数(2/6)图87

4、7电液比例控制阀

作用

分类特点返回4、7电液比例控制阀作用返回88作用

连续或按比例地随输入电气信号的变化而调节和控制液流压力、方向和流量。返回作用连续或按比例地随输入电返回89分类

简化结构、降低精度的电液伺服阀按结构<*比例电磁铁+普通液压阀

外型与普通电磁铁相同，但吸力∝I

比例压力阀按控制参数<比例流量阀

比例方向阀下一页分类简化结构、降低精度的90特点既具有结构简单，通用性强的特点，又具有伺服阀能远程、连续操纵优点，故而又称“廉价伺服阀”返回特点既具有结构简单，通用性强的特点，返回91概述1.电机械转换器电―机械转换器是比例阀的控制部分，目前常用的形式有比例电磁铁、动圈式力马达、力矩马达、伺服电机和步进电机等五种。(1)比例电磁铁比例电磁铁是一种直流电磁铁，但和普通电磁阀用的电磁铁不同，它要求吸力（或位移）与输入电流成比例，并在衔铁的全部工作位置上，磁路中保持一定的气隙。按其输出位移的形式分有单向移动式和双向移动式两种。图5.54a所示为单向移动式比例电磁铁。线圈2通电后形成的磁路经壳体5、导向套12的右段、衔铁10后，分成两路：一路由导向套左段的锥端到轭铁1而产生斜面吸力；另一路直接由衔铁的左段端面到轭铁而产生表面吸力。其合力即为比例电磁铁的输出力（吸力），其特性如图5.54b所示。概述1.电机械转换器电―机械转换92在图5.54b中，特性曲线分为三段，在气隙很小的区段上，吸力虽大，但随位置的改变而急剧变化；而在气隙较大的区段上，吸力明显下降；吸力随位置变化较小的区段是比例电磁铁的工作区段。由于在此区段内具有基本水平的位移—力特性，所以改变线圈中的电流，即可在衔铁上得到与其成比例的吸力。如在衔铁左侧加一弹簧9，便可得到与电流成正比的位移。比例电磁铁(2/4)在图5.54b中，特性曲线分为三段93

图5.55所示为双向移动式比例电磁铁。它由两个单向直流比例电磁铁相对组合而成。比例电磁铁(3/4)图5.55所示为双向移动式比例电磁94

在壳体内对称地安放着两对线圈：一对为励磁线圈，它们极性相反互相串联或并联，由一恒流电源供给恒定的励磁电流，在磁路内形成初始磁通；另一对为控制线圈，它们极性相同互相串联，仅有励磁电流时，左右两端的电磁吸力大小相等，方向相反，衔铁处于平衡状态，输出力为零。当有控制电流通过时，两控制线圈分别在左右两半环形磁路内产生极性相同、大小相等的控制磁通，它们与原有初始磁通叠加，在左右工作气隙内产生差动效应，形成了与控制电流方向和大小相对应的输出力。由于采用了初始磁通，避开了铁磁材料磁化曲线起始段的影响，它不仅具有良好的位移—力水平特性，而且无零位死区，线性好，滞环小，动态响应较快。

比例电磁铁(4/4)在壳体内对称地安放着两对线圈：一对95(2)动圈式力马达图5.56所示为动圈式力马达。它也是一种移动式电—机械转换器。运动件是线圈。当可动控制线圈4中通入控制电流时，线圈在磁场中受力而移动。此力的方向由电流方向及固定磁通方向按左手定则来确定。力的大小与磁场强度及电流大小成正比。

动圈式力马达(1/1)动圈式力马达的线性行程范围大（±2～4mm），滞环小，可动件质量小，工作频率较宽，结构简单，但如采用湿式方案，动圈受油的阻尼较大，影响频宽，因此适合作为气压比例元件。

(2)动圈式力马达动圈式力马达96(3)力矩马达图5.57所示为动圈式永磁力矩马达。它由上下两块导磁体3，左右两块永久磁铁，带扭轴（弹簧管）的衔铁4及套在衔铁上的两个控制线圈组成。衔铁悬挂在扭轴上，它可以绕扭轴在a、b、c和d四个气隙中摆动。

力矩马达(1/2)(3)力矩马达力矩马达(1/297当线圈控制电流为零时，四个气隙中均有永久磁铁所产生的固定磁场的磁通，因此作用在衔铁上的吸力相等，衔铁处于中位平衡状态。通入控制电流后，所产生的控制磁通与固定磁通叠加，两个气隙中的磁通增大，在另两个气隙中的磁通减小，因此作用在衔铁上吸力失去平衡，产生力矩而使衔铁偏转。当作用在衔铁上的电磁力矩与扭轴的弹性变形力矩及外负载力矩平衡时，衔铁在某一扭轴位置上处于平衡状态。力矩马达输出力矩较小，适合控制喷嘴挡板类的先导级阀。其自振频率高，功率重量比大，抗加速度零漂性能好，但工作行程很小（小于0.2mm）,制造精度要求高，抗干扰能力差一些。力矩马达(2/2)当线圈控制电流为零时，四个气隙中均98(4)伺服电机

伺服电机是可以连续旋转的电－机械转换器。其输出转速与输入电压成正比，并能实现正反向速度控制。它属于功率很小的微特电机，其输出转速与输入电压的传递函数可近似视为一阶延迟环节，机电时间常数一般在十几毫秒到几十毫秒之间，某些低惯量的直流伺服电机仅为几毫秒到二十几毫秒。伺服电机具有起启转矩大，调速范围宽，机械特性和调节特性的线性度好，控制方便等优点。

伺服电机(1/1)(4)伺服电机伺服电机(1/199

(5)步进电机步进电机是一种数字式旋转运动的电－机械转换器，它可将脉冲信号转换为相应的角位移。每输入一个脉冲信号，电动机就转过一个步距角，其转角与输入的数字式信号脉冲数成正比，转速随输入的脉冲频率而变化。当输入反向脉冲时，步进电机将反向旋转。由于它直接用数字量控制，不需经过数/模转换，就能与计算机联用，控制方便，调速范围宽，位置精度较高，工作时步数不易受电压波动和负载影响。步进电机需要专门的驱动电源，一般包括变频信号源、脉冲分配器和功率放大器。

步进