液压控制阀课件

液压与气压传动山东理工大学耿端阳

第五章液压控制阀第一节概述

为了控制执行元件（油缸、油马达）的输出力或力矩，运动速度和运动方向，在液压系统中要有操纵控制元件，这就是下面介绍的控制阀。控制阀是液压系统中的一类重要且结构复杂的元件，对其各方面的要求都很高，根据阀在液压系统中的作用不同，一般可分为如下三类阀。一、控制阀的分类1.方向控制阀：控制系统液压油的方向（如单向阀、换向阀）2.压力控制阀：控制系统压力（如溢流阀（安全阀）、顺序阀、减压阀）3.流量控制阀：控制系统流量（如简单节流阀、调速阀）二、液压系统对控制的要求1.动作灵敏，工作平稳可靠，冲击、振动和噪音小。2.油液流经阀时阻力损失要小（不必要的水力损失）。3.密封性要好，泄漏要少（不必要的泄漏）。4.结构要简单、紧凑，体积小，通用性好，寿命长。5.与管路的连接形式：管式、板式、法兰。第二节方向控制阀（方向阀）方向阀是用来控制系统中液压油方向的，有单向阀和换向阀两种。一、单向阀（一）普通单向阀要求：正向通油阻力小，反向密封要好，且动作灵敏。作用：控制系统中液压油方向，只允许有单向流动。结构形式：直通式，直角式与管路连接方式：管式、板式、法兰式、快速接头式阀芯：球形---适用于流量较小的场合，制造工艺简单。锥形---制造工艺较复杂。

1.结构2.工作原理：液流由入口进入阀体，顶开阀芯（克服弹簧力），流向出油口，反向时，阀芯与阀座紧密接触。3.职能符号：

4.应用：(1)作单向阀用（开启压力较小），预先确定，是不可调的。P2P1锁紧油缸，避免向油泵倒灌。平衡重物(2)作背压阀（开启压力较大），目的使在执行元件的回油腔建立压力，使其工作平稳，因此，它往往被装在回油路上。（二）液控单向阀当需反向流动时，可用液控单向阀1.结构P1P2K2.作用原理当控制油口K不通压力油时，油只可以从P1进入，顶开单向阀，从P2流出；若油从P2进入，单向阀关闭，油路不通。当控制油口通压力油时，由于活塞腔的右腔与油箱相通，所以，在压力油作用下，活塞右行，推动顶杆，将单向阀推开，使反向P2与P1相通，这样，油在两个方向上可自由相通。3.职能符号P2P1K4.应用组成液压锁，如图，在任何一个位置都可以将油缸锁住，无论多大的外力均不能使油缸动作。液压修井机起升系统中，若用此系统，则无论在什么高度，我们都可以将钻柱锁停住。若A为高压进口，B为低压出口，则A在打开阀1的同时，把阀2也打开，这样活塞右行；反之，亦然；如果A、B都不通油，则由于阀1,2都关闭，所以活塞不能运动。AB12（四）充液阀（实质上还是液控单向阀）充液阀用于油缸快速行程中，由于形成真空，需要从油箱中补油，或直接向油箱排出大量油液的回路中，以节省功率。充液箱油液控制活塞大弹簧控制油口X小弹簧充液箱阀芯菌状阀芯的液控单向阀常用作立式压机的充液阀。当压机滑块带动液压缸快速空程下降时，充液油箱内的油液由A口到B口向液压缸上腔充液，以防其吸空；当滑块快速回程时，控制口X通以压力油，控制活塞先顶开茵状阀芯中心的卸荷阀，使缸上腔先泄压然后再顶开茵状阀芯，使缸上腔的油液经该阀口快速流回充液箱。BA二、换向阀（一）分类及结构当液压系统中的执行元件需换向时，需要使用换向阀。1.对换向阀的要求：换向平稳，灵敏可靠，无冲击，压力损失小，内部泄漏要少。2.换向阀的分类(1)按换向阀阀芯运动形式可分为：滑阀和转阀两大类。工程上应用较多的是滑阀。(2)按阀芯工作位置可分为：两位，三位和多位阀。(3)按通路情况可分为：二通，三通，四通和多通。(4)按对滑阀阀芯的控制方式不同又可分为：手动（S）、机动（C）（即行程控制换向）、电动（D-交流、E-直流）、液动（Y）、电液动（DY和EY）等。手动换向阀三位四通自动复位式手动换向阀，弹簧3使阀芯2处于自然位置。P为压力油入口，A、B分别接通液动机，O为回油口。环槽a通过阀芯中心孔与回油口相通，手柄向左拨动，阀芯右移，A与P、B与O接通；当手柄右打，阀芯向左移动，P与B、A与O接通，实现换向。当松动手柄，阀芯在弹簧作用下自动回复中立位置。机动换向阀机动换向阀也称行程阀。图示为O型二位二通常闭式行程滑阀和图形符号。阀芯的移动靠挡块或凸轮推压阀杆顶部的滚轮实现。当移开挡块时，阀芯靠其底部的弹簧进行复位。改变挡块斜面角(凸轮的外廓形状)可使滑阀获得合适的移动速度，减小换向时系统中的液压冲击和噪产。三位四通电磁换向阀插头组件壳体隔套衔铁线圈阀芯所以，一般在给换向阀命名时，都按这四个特性来进行，如三位四通电磁换向阀，二位三通手动换向阀等。了解了这些特征后，根据其命名便可以判断结构特点和功能。（二）滑阀式换向阀1.结构和工作原理所有换向阀结构上基本都有主阀体和阀芯两部分（主体结构）组成。

主体结构

滑阀的阀体上开有多个通口，每个通口在阀体上有相应的沉槽，阀芯上的台肩可与两沉槽之间形成柱面密封，各通口之间是断开还是接通，取决于阀芯的不同位置，阀芯通过外力（机械力、电磁力、液压力等）在阀体内相对移动，可以停在不同的工作位置上，从而改变阀体内的通路，来达到使油路换向的目的。

阀体阀芯PA二位二通换向阀PAB二位三通换向阀PABO三位四通换向阀PABO1O2二位五通换向阀PABO1O2三位五通换向阀举例ABPo不吸合左吸合右吸合（三）职能符号的意义1.每个方格表示阀的一个工作位置（一个位），有几个方格就有几个位，对三位阀来说，中间位为常态位，对二位阀来说，靠近弹簧的方格为常态工况。所谓常态位就是不用外部的手段使阀芯移动，而靠弹簧将阀芯定位的初始状态。2.在常态位方格外的每一条线表示一个通路，有几条线便是几通，写A/B/P/O。3.方格内各带箭头的线段表示阀内部通路情况及油流动的方向。“┴”、“┬”表示油路不通。4.左右两边（方格外）表示控制方式，弹簧表示由弹簧来复位。5.靠近电磁铁等控制方式的方格，表示该电磁铁等通电或动作时的通路情况。（四）三位阀的滑阀机能当三位阀的阀芯处于中间位置时（常态位），阀的通路情况称为三位阀的滑阀机能（只有三位阀有这样的概念）。滑阀的机能共有以下几种：O型：P、O、A、B均不通，执行元件双向自锁。泵不卸荷，执行元件起动平稳，因为执行元件回油腔中充满了油。M型：P、O相通，A、B关闭，执行元件双向自锁。油泵卸荷，起动平稳。P、T相通，A、B封闭，活塞闭锁不动；用于泵的卸荷。P型：P、A、B通，O关闭，可联成差动回路。油泵不卸荷，起动平稳。

P、A、B相通，T封闭，泵与缸两腔相通，组成差动回路。Y型：A、B、O通，P关闭，执行元件呈浮动状态。泵不卸荷，起动有冲击。P口封闭，A、B、T三口相通，活塞浮动，在外力作用下可以移动，液压泵不卸荷。此外还有H型，K型、X型、J型等

四口相通，活塞处于浮动状态，在外力作用下可以移动，用于泵卸荷。P、A、T相通，B口封闭，活塞处于闭锁状态，用于泵卸荷。换向阀小结职能符号:位:阀芯的工作位置;通:阀体上油路的通道数;机能:中位时油路的连通方式。控制方式:O型H型P型Y型K型手动机动电磁液动电液（五）三位四通手动换向阀(1)自动弹簧复位式推位、拉位，放开手柄后，阀芯在弹簧作用下，自动回到中间位置。ABPoABPo(2)弹簧钢球定位式能在左、中、右三个位置定位。（六）三位四通电磁阀ABPoABPo中高压电磁阀的代号：34DO-B10H-T3--位数4--通路数D--交流电磁铁O--O型滑阀机能B--板式连接（管式略，板式B，法兰F）10--公称通径10mmH--压力等级（C，H)（七）三位四通液动换向阀K1通油，阀芯右移，P、A接通，B、O接通；K2通油，阀芯左移，P、B接通，A、O接通。

与电动和手动换向阀相对比，其阀芯的改变是由压力油来控制的，用于大流量控制。1.结构和作用原理：将电磁铁换为通控制油路的K1，K2口，即电动改为液动，由K1，K2口进入的控制油来控制滑阀的移动，仍由弹簧控制复位。为了控制滑阀的移动（换向）的时间，在控制油路上接入一单向节流阀，进油不节流，回油节流，称带阻尼器的液动换向阀。ABPoABPo职能符号

简化职能符号（八）电液动换向阀为使液动阀换向，在其控制的油路必须接入一换向装置。由于控制油路流量、压力均不大，因此选用电磁换向阀，这样将两种阀结合在一起，便组成了电、液动换向阀，电磁阀起先导作用，改变控制液流方向，以改变液动阀的位置。先导阀：不与执行机构发生直接联系，起到控制那个控制执行元件的阀的作用。1单向阀2节流阀3电磁铁4电磁阀阀芯5电磁铁6节流阀7单向阀8液动阀阀芯职能符号

简化职能符号应注意：这两个阀放在一起有一个配合问题。为了使液动阀在需要时，能在弹簧的作用下可靠复位，电磁先导阀的滑阀应具有这样的机能，即保证电磁阀在中间位时，液动阀两端控制油路卸荷（互通并通油箱），即也应处于中位。因此，一般电磁阀选用的滑阀机能为“Y”

。C型液动换向阀的滑阀机能也有O、P、Y、M、H…等型。当用M、K、H型时也要特别注意阀的机能特点。三、转阀图示为三位四通转O型机能转阀的工作原理图和图形符号。它由阀芯，阀体等主要元件组成。阀体上开有四个油口P，O，A，B。阀芯上有两个交叉的直通孔。当阀芯处于图b所示位置时，四个油口都关闭；当阀芯处于图a所示位置时，P和B通，A和O通。当阀芯处于图c所示位置，P和A通，B和0通。图d为其图形符号。第三节压力控制阀压力控制阀控制系统的压力，实现执行元件所要求的力或扭矩的要求。包括溢流阀、减压阀和顺序阀等。它们的共同点是利用油液压力和弹簧力相平衡的原理来进行工作。pQ分类按用途：溢流阀减压阀顺序阀平衡阀卸荷阀按阀芯结构：滑阀球阀锥阀按工作原理：直动式先导式一、溢流阀(直动式、先导式）1.作用：调节稳定液压系统的最高压力，并溢出多余的油液，防止系统过载，保证安全。使用中一般并联于主油路，出口接油箱，一般液压系统少不了溢流阀。结构：由两部分组成，控制部分和调节部分。控制部分：阀芯、阀体、弹簧等。调节部分：调节手轮、丝杆、弹簧、锥阀、遥控口等。2.直动式溢流阀的作用原理

pA=kx3.先导式溢流阀的作用原理

pA锥=k锥x锥主阀：锥阀主阀：滑阀阻尼孔主阀先导阀平衡弹簧调压弹簧先导阀关闭时，主阀关闭先导阀打开时，主阀溢流特点：

内部回油内部控制溢流阀

不工作时，阀芯常闭工作时，阀芯常开并联于系统回路中注意：如果溢流法的控制口X接到另一个远程调压阀上，且远程调压阀的开启压力小先导阀的调定压力，则主阀上端的压力就由远程调压阀来决定。4.职能符号方框表示溢流阀阀体；实线表示油路；箭头表示内部通路及方向；虚线表示控制油路；连在进油路表示由进油控制；弹簧表示与液压力相平衡来控制阀芯；U表示下部回油箱。中高压溢流阀的代号：YF-L10BYF--溢流阀

L--连接方式（L--螺纹连接，B--板式连接，F--法兰连接）

10--公称直径10mm通径

B--工作压力范围5.应用(1)溢流稳压作用，作溢流阀用在定量泵节流调速系统中，如图所示，液压泵输出的压力油只有一部分进入油缸，多余的经溢流阀流回油箱，溢流阀是常开的，这样使系统压力保持恒定。(2)保障系统的安全液压系统都要装安全用的溢流阀，以限制系统油液的最高压力，超过时，安全溢流阀打开溢流。安全用溢流阀在系统正常工作的情况下是关闭的，仅在油压高于正常的工作压力时才打开。因为溢流阀的开启压力低于调定压力，故溢流阀的调整值应比系统的最高工作压力高10-20%，以免溢流阀打开溢流影响系统正常工作。(3)调压（背压）在需要调压的油路上装溢流阀，即可实现该油路工作压力的调节。调压溢流阀在工作时是处于溢流的状态，此时油路的压力由溢流阀的调压弹簧力决定。

(4)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，从而实现液压系统的远程调压。(5)使泵和系统卸荷将先导式溢流阀的遥控口与二位二通电磁换向阀连接，则当二位二通阀的PO口处于相通的状态时，系统中的油液在压力很小的情况下即可顶起溢流阀的主阀芯流向油箱，系统便处于卸荷状态，泵进行空负荷运转。X口接到另一个调压阀上，并要使远程调压法的开启压力小于先导阀的调定压力(6)多级调压习题1.何为先导阀？为什么会有电液动换向阀？2.如图1中为各阀的调定压力，问Y阀的调定压力分别为2Mpa及4Mpa时，A点所达到的最大工作压力分别为多少？3.图3示系统中，已知两溢流阀的调定压力分别为Py1=5，Py2=2，试问活塞向左和向右运动时，油泵可能达到的最大工作压力分别是多少？

DTPy1Py2图3图1YA5Mpa1Mpa3Mpa例题选讲Pp=20X105pa例题选讲Pp=(30+20+40)X105=90X105pa例题选讲电磁阀不通电时：Pp=(60+70)X105=130X105pa电磁阀通电后：Pp=70X105pa例题选讲Pp=20X105pa二、顺序阀1.作用当一主油路同时向几个执行元件供油，并要求顺序动作时，就使用顺序阀，顺序阀串联于系统之中，当进油口压力达到或超过顺序阀预调压力时，阀口开启，油液通过，因此，顺序阀相当于压力开关，它是利用系统本身的压力来控制执行元件的先后顺序动作。顺序阀的结构及工作原理与溢流阀基本相同，唯一不同的是顺序阀的出口不是接油箱，而是接到系统中继续用油的地方，除非作卸荷阀用。不工作时，阀芯常闭，工作时，阀芯常开，串联或并联于系统。

直动式顺序阀2.结构顺序阀按结构有直动式和先导式两种，根据控制方式的不同，又有(直）内控顺序阀、外（远）控顺序阀和卸荷阀三种。3.顺序阀的工作原理

内部控制，外部回油

外部控制，外部回油

外部控制，内部回油

溢流阀内控外控4.先导式顺序阀先导式顺序阀与先导式溢流阀结构与原理基本相似，所不同的是先导式顺序阀有专门的泄油口。这是因为顺序阀的出油口要接到工作回路上，泄油口接到工作回路上因为有一定的工作压力（作用在滑阀的上部）而不能工作。P1P2P1P35.单向顺序阀a.内控单向顺序阀（内部控制，外部泄油）b.外控单向顺序阀（外部控制，外部泄油）c.内控单向平衡阀（内部控制，内部泄油）d.外控单向平衡阀（外部控制，内部泄油）6.顺序阀的应用(1)实现执行机构顺序动作(2)作卸荷阀用(3)用于产生平衡力(4)用于产生背压减压阀顺序阀溢流阀三、减压阀1.作用减压阀用于系统上有压力高低不同的两条或两条以上的油路同时工作的场合，或要求稳定的压力时。串联于系统中。减压阀有定值减压阀和定差减压阀两种。定值减压阀串联于系统中，减低油压后输出，并使出口压力为恒定值。此阀用的较多。定差减压阀则保证阀的进口和出口两侧的油压为恒定的差值，这种阀通常与节流阀组合构成调速阀。

2.直动式定值减压阀的结构与工作原理当阀芯处于原始位置时，阀口打开，进出口油路沟通，阀芯位置由出口油路压力决定；当出口压力小于弹簧反力，则阀口全开；当出口压力大于弹簧力时，阀芯上移，阀口减小，所以出口压力基本已定。3.先导式减压阀的结构与工作原理减压阀特点：

减压阀出口压力不受进口压力波动的影响。这是因为如进口压力增加或减少时，出口压力企图随之增加或减小，但主阀能及时关小或开大阀口，使出口压力保持不变，在工作状态下，减压阀的主阀是常开的，所以减压阀是常开阀。由于出口压力由锥阀弹簧的调定压力所决定，所以改变弹簧的压缩量，就可调节减压阀的出口压力。使用减压阀时，它的泄油口必须单独回油（外部泄油），不能有背压，否则影响阀的灵敏度。4.符号定值减压阀的职能符号如图所示，与溢流阀职能符号不同之处是：控制油路与阀的出口相连；泄油单独回油。滑阀通道处于常开状态。减压阀也有遥控口，接入控制油路可外（远）控出口的压力。

5.单向减压阀在某些液压系统中，当油液向一个方向流动时，要求减压阀起减压作用，而反向流动时减压阀不起作用。因此常把一个定值减压阀和一个单向阀并联起来，组合在一起，称为单向减压阀。职能符号如图所示。6.减压阀的应用(1)使不同的油路或执行元件得到不同的压力。

(2)稳定油路工作压力。使工作油路的压力不受系统压力变化的影响。(3)保证流量稳定。减压阀与节流阀连接，可保证流量稳定。(4)单向减压阀四、压力继电器1.结构与工作原理压力继电器是将液压信号转换为电信号控制的液压传感元件。当系统的压力达到继电器预先调定的压力时，它发出控制电信号的动作，操纵电器元件，使油路换向、卸压、实现顺序动作，或关闭电机起安全保护作用。柱塞式薄膜式微动开关调节螺钉顶杆柱塞p>ps

，微动开关闭合，发出电信号。p<ps

，微动开关断开，电信号撤销。柱塞式：薄膜式1、调节螺钉2、弹簧3、衬套4、弹簧座5、6、7钢珠8、调节螺塞9、弹簧10、柱塞11、膜片12、轴13、杠杆14、微动开关控制油口和液压系统相连，当油压升高到调定的压力值时，薄膜11推动柱塞10上升压缩弹簧2，直到弹簧座4的台肩碰到套3为止。柱塞10上升的同时，经钢珠7压缩弹簧9；另一方面柱塞10推动钢珠6，使杠杆13绕轴12逆时针方向转动．当压下微动开关14的触头，发出电信号。当系统的压力下降到一定值时，弹簧2和9通过钢珠5和7将柱塞10压下，钢珠6重新落入柱塞10的锥面内，将杠杆13推回，微动开关14的触头复位，电信号消失。压力继电器的动作压力可用螺塞1调节。举例举例压力阀小结作用：控制液压系统中的压力。共性：利用液压力和弹簧力比较，控制阀口的开与关；或控制开口大小。溢流阀：控制进口压力减压阀：控制出口压力顺序阀：控制阀口通与不通，进而控制执行元件的动作顺序。平衡阀：装在执行元件的回油路上，平衡重物。卸荷阀：使油泵卸荷。要求：掌握各种阀的工作原理及应用场合。第四节流量控制阀用于控制液压系统的流量，以满足执行元件所提出的速度要求。控制油液流量的阀统称为节流阀，它一般用在定量泵系统中，利用改变阀孔过流面积来调节流量。对节流阀的要求1.节流阀阀孔不易堵塞；2.节流前后的压力差和温度变化对流量影响要小；3.节流后的压力损失要小。流量控制阀可分为节流阀、调速阀和溢流节流阀等。一、节流口的基本形式针阀式节流口偏心式节流口轴向三角槽式节流口周边缝隙式节流口轴向缝隙式节流口二、节流阀的结构及工作原理1.简式节流阀

P1P2螺纹调节机构阀体阀心2.单向节流阀阀芯带有轴向三角槽，通过改变阀芯与阀体的相对位置，可以改变阀孔的过流面积，即改变了通过阀的流量。此种阀只能单向节流，反向畅通不节流，为单向节流阀。油液从进油口P1流入，经孔道a和阀芯2左端的三角槽进入孔道b，再从出油口P2流出。p1p23.单向行程节流阀通过行程控制，用于减少通过阀的流量，实现执行机构的减速或逐渐停止，以避免出现冲击现象和精确定位的目的。举例简单节流阀并联一个单向阀单向节流阀单向行程节流阀三、节流阀的流量特性及影响因素流过节流阀阀口的流量与阀口截面积，两端压差，流体性质等有关，用式表达:C：由节流口、液体流态、液体性质决定；A节：节流口的通流截面积；：节流口形状决定的指数，0.5～1之间。几点结论：1.QA节，当A节一定时，则Q与P和油液性质有关；2.若P发生变化，则Q也随着改变；

3.若油温T发生变化，则系数C发生改变，从而引起Q的变化。但有些工作机要求速度稳定，即在A节调定后，要求Q不随外载P和油温T的变化的影响，这样便出现了所谓调速阀。根据补偿的要求不同,分为压力补偿调速阀和温度补偿调速阀。四、调速阀1.结构压力补偿调速阀是由定差减压阀和简单节流阀串联组成的。2.工作原理减压阀阀芯的力平衡方程：

F弹+p2A=pmA

P=pm-p2=F弹/A

A一定，弹簧较软，F弹受位移的变化影响小，也可认为是一常数，因而P是一个常数，从而Q一定，意味着Q不受外载和进口压力的影响。具体分析如下:若外载p2，F弹+p2>pmA滑阀下移，开度增加，pmP=pm-p2不变外载p2，F弹+p2<pmA滑阀上移pmP不变若p1p2F弹+p2<pmA滑阀上移pmP不变若p1p2F弹+p2>pmA滑阀下移pmP不变五、溢流节流阀六、分流集流阀在一个系统中，两个执行元件完全一样，分流阀可以使两个执行元件在不同的负载时以相同的速度运动或以比例速度运动。分流：Q1=Q2=Q/2Q1Q2Q分流阀集流：Q1＝Q2=Q/2Q1Q2Q集流阀根据分流量分为等量分（集）流和比例分（集）流。根据油液的流动方向分为出口分流阀；进口分流阀；双向分流阀。原理：等量分（集）流就是保证两个节流阀口两端的压力降都相同。第五节比例控制阀随着工业自动化水平的提高，许多液压系统要求油流的压力和流量能连续地或按比例地跟随控制信号而变化。若仅用普通的控制阀很难实现这种控制。若用电液伺服阀组成伺服系统当然能实现这种控制，但伺服系统的控制精度和动态性能大大超过了这些液压系统的要求，使得系统复杂、成本高、制造和维护困难。为了满足生产中这类液压系统的要求，近几年来发展了比例控制阀，以它组成开环比例控制或闭环比例控制系统。比例阀的结构特点是由比例电磁铁与液压控制阀两部分组成。相当于在普通液压控制阀上装上比例电磁铁以代替原有的手调控制部分。电磁铁接收输入的电信号，连续地或按比例地转换成力或位移。液压控制阀受电磁铁输出的力或位移控制，连续地或按比例地控制油流的压力和流量。由于比例阀实现了用电信号控制液压系统的压力和流量，因此它兼有液压机械传递功率大，反应快，电气设备易操纵控制，电信号易放大、传递和检测的优点，适用于遥控、自动化和程序控制。比例电磁铁比例电磁铁是一个直流电磁铁，不过和一般电磁阀所用的电磁铁有所不同。后者只要求有吸合和断开两个位置，并且为了增加吸力，在吸合时磁路中几乎没有气隙。而对比例电磁铁则要求吸力或位移和给定电流成比例，并在衔铁的全部工作位置上，磁路中保持一定的气隙。根据被控制的