第四章 控制元件

第1章液压与气压传动基础常用的液压控制阀一其它液压控制元件二常用气动控制阀三其它气动控制元件

四任务1液压控制阀液压控制阀概述

作用用来控制系统中流体的流动方向或调节其压力和流量的。分类（具体参考表4-1）方向控制阀压力控制阀流量控制阀阶段一液压控制阀概述一个形状相同的阀，可以因为作用的不同而具有不同的功能。压力阀和流量阀利用通流截面的节流作用控制系统的压力和流量，而方向阀则利用通流通道的更换控制流体的流动方向。这就是说，尽管阀存在着各种各样的不同类型，它们之间还是保持着一些基本共同之处。①在结构上，所有的阀都由阀体、阀芯(座阀或滑阀)和驱使阀芯动作的零、部件(如弹簧、电磁铁)组成。②在工作原理上，所有阀的开口大小，进、出口之间的压差以及流过阀的流量之间的关系都符合孔口流量公式，仅是各种阀控制的参数各不相同而已。

2．阀的分类分类方法种类详细分类按机能分压力控制阀溢流阀、减压阀、顺序阀、卸荷阀、平衡阀、比例压力控制阀、缓冲阀、仪表截止阀、限压切断阀、压力继电器等流量控制阀节流阀、单向节流阀、调速阀、分流阀、集流阀、比例流量控制阀、排气节流阀等方向控制阀单向阀、液控单向阀、换向阀、行程减速阀、充液阀、梭阀、比例方向控制阀、快速排气阀、脉冲阀等按操纵方式分人力操纵阀手把及手轮、踏板、杠杆机械操纵阀挡块、弹簧、液压、气动液／气动阀液动阀、气动阀电动操纵阀电磁铁控制、电一液联合控制按连接方式分管式连接螺纹式连接、法兰式连接板式及叠加式连接单层连接板式、双层连接板式、集成块连接、叠加阀插装式连接螺纹式插装、法兰式连接插装按控制信号形式分开关定值控制阀(普通液压阀)定值控制液流的压力和流量模拟量伺服阀根据输入信号，成比例、连续、远距离控制液流的压力、方向和流量比例阀根据输入信号，成比例、连续、远距离控制液流的压力、方向和流量数字量数字阀根据输入的脉冲数或脉冲频率，控制液流的压力和流量。只能用于小流量控制场合，如电液控制的先导控制级3．阀的性能要求①动作灵敏，使用可靠，工作时冲击和振动小，噪声小，寿命长。②流体流过时压力损失小。③密封性能好。④结构紧凑，安装、调整、使用、维护方便，通用性强。阶段二方向控制阀

方向控制阀主要用来通断油路或改变油液流动的方向，从而控制执行元件的启动、停止或改变运动方向。它分为单向阀和换向阀两类。普通单向阀分类

作用：控制油液使之只能按一个方向流动。结构：阀体、阀芯（钢球式、锥形）、弹簧等普通单向阀结构钢球式结构简单，密封性较差，适用于低压、小流量系统。液控单向阀液控单向阀的作用是使油液沿阀的正向流动，而反向时通过控制油路，使油液流通。当液流反向流动时液控单向阀的泄漏量很小，几乎为零，因此具有良好的单向密封性能；又在一定条件下允许正反向液流自由通过，因此多用在执行元件需要长时间保压、锁紧的系统，也常用于防止立式液压缸停止运动时因自重而下滑的回路中。液控单向阀正向流通，反向受控流通

液控单向阀结构普通单向阀+液控装置换向阀作用变换阀芯在阀体内的相对工作位置，使阀体各油口连通或断开，从而控制执行元件的换向或启停。2.换向阀换向阀是利用阀芯对阀体的相对运动，使油路接通、关断或变换液流的方向，从而实现液压执行元件及其驱动机构的启动、停止或变换运动方向。换向阀的种类很多，其分类方式也各有不同，一般来说按操作方式来分有手动、机动、电磁动、液动和电液动等多种；按阀芯工作时在阀体中所处的位置有二位和三位等；按换向阀所控制的通路数不同有二通、三通、四通和五通等；按阀芯相对于阀体的运动方式来分有滑阀、转阀和球阀等。系列化和规格化了的标准换向阀，由专门的工厂生产。下面主要介绍滑阀式换向阀。(1)换向阀的工作原理任何换向阀都是由阀体和阀芯两个主要部件组成，其工作原理是通过外力(机械力、电磁力、液压力等)使阀芯在阀体内作相对运动来达到使油路换向的目的。滑阀式换向阀的结构阀体：有多级沉割槽的圆柱孔阀芯：有多段环行槽的圆柱体滑阀式换向阀的分类按工作位置数分类：二位、三位、四位等按通路数分类：二通、三通、四通、五通等

电磁换向阀液动换向阀按控制方式分类<

电液换向阀机动换向阀手动换向阀气动换向阀(1)换向阀的工作原理滑阀式换向阀基本概念位:阀芯相对于阀体的工作位置数。通：阀体对外连接的主要油口数（不包括控制油口和泄漏油口）。图形符号含义

位：用方格表示，几位即几个方格通：↑，不通：┴、┬，箭头首尾和堵截符号与一个方格有几个交点即为几通。P、A、B、T有固定方位，p—进油口，T—回油口，A.、B—与执行元件连接的工作油口弹簧—W、M，画在方格两侧。常态位置：原理图中，油路应该连接在常态位置。二位阀，靠弹簧的一格，三位阀，中间一格。(1)换向阀的工作原理换向阀中阀芯相对于阀体的运动需要有外力操纵来实现，常用的操纵方式有手动、机动(行程)、电磁动、液动和电液动。

(2)中位机能当液压缸或液压马达需在任何位置均可停止时，要使用三位阀(即除前进端与后退端外，还有第三个位置)，此阀双边皆装弹簧，如无外来的推力，阀芯将停在中间位置，称此位置为中间位置，简称中位。换向阀中间位置各接口的连通方式称为中位机能。(3)换向阀的结构①手动换向阀。手动换向阀是利用手动杠杆机构推动滑阀的阀芯移动，来改变阀芯和阀体的相对工作位置，控制液体流动的方向。

手动换向阀特征:利用手动杠杆操纵阀心运动以控制流向.

钢球定位式分类<

弹簧复位式。

手动换向阀②机动换向阀。机动换向阀是借助于运动部件上的挡铁或凸轮推动滚轮使阀芯移动的。当挡铁或凸轮脱离滚轮后，阀芯靠弹簧恢复到原始位置机动换向阀特征利用挡铁或凸轮使阀芯运动以控制流向机动换向阀分类常为二位阀，有二位、二通、三通、四通

举例：二位二通机动换向阀

组成：阀体、阀芯、弹簧、滚轮等二位二通机动换向阀

③电动换向阀。电动换向阀又称电磁换向阀，它是利用电磁铁通电吸合时产生的力推动阀芯来控制液流方向的。它是电气系统与液压系统之间的信号转换元件，由于它可以借助于按钮开关、行程开关、限位开关、压力继电器等发出的电信号进行控制，故操纵方便，自动化程度高，在换向阀中应用最为广泛。③电动换向阀。④液动换向阀液动换向阀是利用控制油路的液压油来改变阀芯位置的换向阀。⑤电液动换向阀电液动换向阀是电磁换向阀和液动换向阀的组合。电磁换向阀起先导作用，它可以改变控制液流的流向，以改变液动换向阀的阀芯位置，所以能用较小的电磁铁来控制较大的液流流向。电液动换向阀常用的有2位4通和3位4通等几种形式。阶段三压力控制阀压力控制阀简称压力阀，主要用来控制系统或回路的压力。其工作原理是利用作用于阀芯上的液压力与弹簧力相平衡来进行工作。根据功用不同，压力阀可分为溢流阀、减压阀、顺序阀、平衡阀和压力继电器等，具体如下：1.溢流阀溢流阀是通过阀口的溢流，使被控制系统或回路的压力维持恒定，实现调压、稳压和限压的作用。对溢流阀的主要性能要求是：调压范围大，调压偏差小，工作平稳，动作灵敏，过流能力大，压力损失小，噪声小等。(1)溢流阀的工作原理溢流阀工作时阀芯随着系统压力的变化而上下移动，从而维持系统压力近于恒定。(2)直动式溢流阀直动式溢流阀是使作用在阀芯上进油压力直接与弹簧力相平衡。直动式溢流阀的滑动阻力大(弹簧较硬)，特别是当流量较大时，阀的开口大，使弹簧有较大的变形量，这样，阀所控制的压力，随着溢流流量的变化而有较大的变化(压力变化值大)，故只适用于低压系统中。(3)先导式溢流阀先导式溢流阀由先导阀I和主阀Ⅱ两部分组成。先导阀为锥阀式，用来控制压力，主阀是滑阀式，用来控制溢流流量。先导式溢流阀工作原理图（4）溢流阀的应用①稳压溢流。②安全保护。③使泵卸荷。④形成背压。⑤远程和多级调压。2.减压阀

减压阀是使阀的出口压力(低于进口压力)保持恒定的压力控制阀，当液压系统的某一部分的压力要求稳定在比供油压力低的压力上时，一般常用减压阀来实现。减压阀有直动式和先导式之分，直动式较少单独使用，先导式应用较多。

(1)先导式减压阀的工作原理及结构先导式减压阀，它同先导式溢流阀相类似，其先导阀也是一个小规格的直动式溢流阀，不同的是主阀结构。先导式减压阀的控制压力引自出口。(2)减压阀的应用①减压作用。②稳压作用。3.顺序阀顺序阀实质上是一个由压力油液控制其开启的二通阀。当油液压力达到调定值时，进、出油口相通，压力油液经出油口输出。顺序阀常用于控制各执行元件的顺序动作，所以称为顺序阀。根据控制油路的不同，可分为直控顺序阀(简称顺序阀)和液控顺序阀(远控顺序阀)。

(1)直控顺序阀P1为进油口，P2为出油口。进油口的压力油通过阀芯中间的小孔作用在阀芯的底部。顺序阀与溢流阀的区别

①溢流阀的出油口通往油箱，顺序阀的出油口一般是通往另一工作油路。所以顺序阀的进出油液都是有一定压力的。②溢流阀打开时，进油口压力基本上是保持在调定值附近的，顺序阀则打开后进油压力可以继续升高。③溢流阀的内部泄漏可以通过出油口回油箱，而顺序阀则因出油口不是通往油箱的，所以要有单独的泄油口L。(2)液控顺序阀液控顺序阀与直控顺序阀的主要差别在于液控顺序阀阀芯的下部有一个控制油口K。(3)单向顺序阀顺序阀与单向阀组合在一起构成单向顺序阀，可以实现单方向顺序动作。（4）顺序阀的应用①用于顺序动作回路。②起平衡阀的作用。4.压力继电器压力继电器是一种将液压系统的压力信号转换为电信号输出的元件.它的作用是在液压系统中的油压达到一定数值后，发出电信号，控制电气元件动作，实现系统的程序控制或安全保护。压力继电器按其结构特点可分为柱塞式、弹簧式和膜片式等

(1)压力继电器的结构和工作原理压力继电器按其结构特点可分为柱塞式、弹簧式和膜片式等。拧动调节螺母，改变弹簧对柱塞作用力的大小，可以调节发出电信号时油的压力数值。(2)压力继电器的应用用于实现液压缸的顺序动作。用于实现保压和卸荷(2)压力继电器的应用采用压力继电器控制比较方便，但由于其灵敏度高，易受系统中压力冲击影响而产生一些误动作，所以适用于压力冲击比较小的系统，同时注意一个系统中压力继电器数目不宜过多。为了提高工作可靠性，通常使用延时压力继电器代替普通压力继电器。

5．溢流阀、减压阀和顺序阀的比较溢流阀减压阀顺序阀控制压力从阀的进油端引压力油去实现控制从阀的出油端引压力油去实现控制从阀的进油端或从外部油源引压力油构成内控式或外控式连接方式溢流阀的油路与主油路并联，阀出口直接通油箱串联在减压油路上，出口油到减压部分去工作当作为卸荷和平衡作用时，出口通油箱；当顺序控制式，出口到工作系统泄漏的回油方式泄漏由内部回油外泄回油(设置外泄口)外泄回油，当作卸荷阀用时为内泄回油阀芯状态原始状态阀口关闭，当安全阀用：阀口是常闭状态；当溢流阀、背压阀用：阀口是常开状态原始状态阀口开启，工作过程也是微开状态原始状态阀口关闭，工作过程中阀口常开作用安全作用；溢流、稳压作用；背压作用；卸荷作用减压、稳压作用顺序控制作用；卸荷作用；平衡(限速)作用；背压作用阶段四流量控制阀

流量控制阀是靠改变工作开口(节流口)的大小来调节通过阀口的流量，以改变执行机构(液压缸或液压马达)运动速度的液压元件，简称流量阀。

1.常用节流口形式a—针阀式；b—偏心式；c—轴向三角槽式；d—周向缝隙式；e—轴向缝隙式

2.节流阀

(1)普通节流阀结构简单，制造容易，体积小。但负载和温度的变化对流量稳定性影响较大，因此只适用于负载和温度变化不大或速度稳定性要求较低的液压系统。(2)单向节流阀结构和图形符号（3）节流阀的压力特性节流元件用来调节流量是有条件的，即要求一个接受节流元件压力信号的环节（与之并联的溢流阀或恒压变量泵），通过这一环节来补偿节流元件的流量变化。3.调速阀要避免负载压力变化对阀流量的影响，应设法保证在负载变化时阀中的节流口前后压差不变。调速阀就是根据这一设想而产生的。

(1)调速阀工作原理调速阀由定差减压阀和节流阀串联组成。调速阀与节流阀的流量特性节流阀的流量随其进出口压差的变化而变化；调速阀在其进出口压差大于一定值后，流量基本不变。但在调速阀进出口压差很小时，由于定差减压阀阀芯被弹簧推至最右端，减压口全部打开，不起减压作用，此时流量特性与节流阀相同(曲线重合部分)。所以要保证调速阀正常工作，应使其进出口最小压差△pmin>0.5MPa。(2)调速阀的应用调速阀和节流阀一样，也是在定量泵液压系统中，与溢流阀配合组成节流调速系统，以控制执行元件的运动速度。由于调速阀的流量与负载变化无关，因此适用于执行元件的负载变化大，而运动速度稳定性又要求较高的节流调速系统。

4．行程减速阀一般的加工机械，如车床、铣床，其刀具尚未接触工件时，需快速进给以节省时间，开始切削则应慢速进给，以保证加工质量；或是液压缸前进时，本身冲力过大，需要在行程的末端使其减速，以便液压缸能停止在正确的位置上，此时就需要用行程减速阀。行程减速回路

5．限速切断阀在液压举升系统中，为防止意外情况发生时由于负载自重而超速下落，常设置一种当管路流量超过一定值时自动切断油路的安全保护阀。任务二其他液压控制元件近20年随着制造工业发展出现的新型液压控制阀，如叠加阀、插装阀、电液比例控制阀、电液数字阀等，它们的出现扩大了液压系统的使用范围，为液压技术的发展、普及和推广开辟了新的道路。阶段一叠加阀

1.叠加阀的类型根据其工作功能，叠加阀可以分为单功能叠加阀和复合功能叠加阀两类。（1）单功能叠加阀单功能叠加阀与普通板式液压阀一样，也有压力控制阀(溢流阀、减压阀、顺序阀等)、流量控制阀(节流阀、调速阀等)和方向控制阀(只有单向阀，主换向阀不属于叠加阀)等。在一块阀体内，可以组装为一个单阀，也可以组装为双阀。一个阀体内有P、T、A、B4条以上通路，所以阀体内组装各阀根据其通道连接情况，可形成多种不同的控制组合方式。叠加式溢流阀叠加式溢流阀的工作原理与一般的先导式溢流阀相同。(2)复合功能叠加阀复合功能叠加阀，又称为多机能叠加阀。它是在一个控制阀芯单元中实现两种以上控制机能的叠加阀，多采用复合结构形式。电动单向调速阀2.由叠加阀组成的液压系统的特点

(1)由叠加阀组成的液压系统的优点①结构紧凑，体积小，重量轻，安装简便，装配周期短。②若液压系统有变化，改变工况需要增减元件时，组装方便迅速。③元件之间实现元管连接，消除了因油管、管接头等引起的泄漏、振动和噪声。④整个系统配置灵活，外观整齐，维护保养容易。⑤标准化、通用化和集成化程度高。2.由叠加阀组成的液压系统的特点(2)由叠加阀组成的液压系统缺点回路形式少，通径较小，品种规格尚不能满足较复杂和大功率液压系统的需要。我国生产的叠加阀现有6mm、10mm、16mm、20mm、32mm5个通径系列，额定压力为20MPa，额定流量为10～200L／min。阶段二插装阀插装阀又称逻辑阀，其特点是通流能力大、密封性能好、动作灵敏、结构简单，因而主要用于流量较大或对密封性能要求较高的系统。目前在液压压力机、注塑成形机、压铸机等高压大流量系统中应用广泛。插装阀是以锥阀组件(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。由插装阀所组装成的液压回路通常含有下列基本元件：油路板、插件体、盖板、引导阀等。

(1)油路板所谓油路板，是指在方块钢体上挖有阀孔，用以承装插装阀的集成块(2)插件体插件体主要由锥形阀、弹簧套管、弹簧及若干个密封垫圈所构成，插件体本身有两个主通道，是用于配合油路板上A、B通路的。插装阀的组成

(3)盖板盖板安装在插件体的上面，其内有控制油路，它和油路板上X、Y控制油路相通以作为引导压力或泄油，以使插件体做开闭的动作。控制油路中还有阻尼孔，用以改善阀的动态特性。

(4)引导阀引导阀为控制插装阀动作的小型电磁换向阀或压力控制阀，叠装在盖板上。

2．插装阀用作换向控制阀插装阀如用作换向控制阀且能双向导通时(A→B，B→A)，则AX／AA=1．5，有关换向控制插装阀如图所示。

2．插装阀用作换向控制阀插装式单向阀液控单向阀

2．插装阀用作换向控制阀二位二通电磁换向阀二位三通电磁换向阀

3．插装阀用作压力控制阀用插装式锥阀控制油腔K的油液进行压力控制，即可构成各种压力控制阀，以控制高压大流量液压系统的工作压力。用直动式溢流阀作为先导阀来控制插装式主阀，在不同的油路连接下便构成不同的压力阀。

3．插装阀用作压力控制阀

4．插装阀用作流量控制阀二通插装流量控制阀是在二通插装阀的控制盖板上，增加阀芯行程调节器来控制阀芯开口的大小，改变通流面积，实现控制流量的作用，即可构成插装式节流阀。实际应用时，起节流阀作用的插装阀芯一般采用滑阀结构，并在阀芯上开节流沟槽。

阶段三电液比例控制阀电液比例控制阀简称比例阀，它是根据输入的电信号连续地、按比例地控制液压系统中液流的压力、流量和方向，使之与输入电信号成比例地变化，并可阻止液压冲击的控制阀。大多数的比例阀是在普通液压阀的基础上，用比例电磁铁取代原有的手调机构或通断型电磁铁，以实现对阀输出参数的连续、成比例地控制。阶段四电液数字阀数字阀是用数字信息直接控制阀口的启闭，从而控制液流压力、流量、方向的液压控制阀。任务三常用气动控制阀气动控制阀按其作用分为方向控制阀、压力控制阀、流量控制阀三大类。其作用就是保证气动执行元件具有一定的力(力矩)和速度，按预定的方向与程序正常地工作。阶段一方向控制阀气动方向控制阀和液压方向控制阀相似，分类方法也大致相同。在气压传动系统中改变压缩空气的流动方向和气流的通断，控制执行元件启动、停止及运动方向。按其作用特点可分为单向型和换向型两种，其阀芯结构主要有截止式和滑阀式。1.单向型控制阀单向型控制阀中包括单向阀、或门型梭阀、与门型梭阀和快速排气阀。（1）单向阀单向阀是气流只能一个方向流动而不能反向流动的方向控制阀。其工作原理与液压单向阀一样。（1）单向阀单向阀应用于不允许气流反向流动的场合，如空压机向气罐充气时，在空压机与气罐之间安装一个单向阀，当空压机停止工作时，可防止气罐中的压缩空气回流到空压机。单向阀还常与节流阀、顺序阀等组合成单向节流阀、单向顺序阀使用。(2)或门型梭阀在气压传动系统中，当两个通路P1和P2均与另一通路A相通，而不允许P1与P2相通时，就要用或门型梭阀。由于阀芯像织布梭子一样来回运动，因而称之为梭阀，该阀相当于两个单向阀的组合。在逻辑回路中，它起到或门的作用。(3)与门型梭阀(双压阀)与门型梭阀又称双压阀，该阀只有当两个输入口P1、P2同时进气时，A口才有输出。(3)快速排气阀快速排气阀又称快排阀，它是为加快气缸运动速度作快速排气用的。本阀常装在气缸和换向阀之间，它使气缸的排气不经换向阀而快速排出，缩短了工作周期。使用时，应让其尽可能靠近排气装置。2.换向型方向控制阀

（1）电磁控制阀电磁控制换向阀是利用电磁力的作用推动阀芯换向，从而改变气流方向的气动换向阀。按动作方式，可分为直动式和先导式两大类。①直动式电磁换向阀利用电磁力直接推动阀杆(阀芯)换向，根据操纵线圈的数目有单线圈和双线圈，可分为单电控和双电控两种。(a)原始状态(b)通电状态②先导式电磁换向阀先导式电磁换向阀是由直动式电磁阀和气控换向阀组成。直动式电磁阀作为先导阀，利用它输出的先导气体压力来操纵气控主阀的换向。（2）气压控制阀气压控制换向阀，是利用气体压力来使主阀芯运动而使气体改变流向的。按控制方式不同分为加压控制、卸压控制和差压控制三种。加压控制是指所加的控制信号压力是逐渐上升的，当气压增加到阀芯的动作压力时，主阀便换向；卸压控制是指所加的气控信号压力是减小的，当减小到某一压力值时，主阀换向；差压控制是使主阀芯在两端压力差的作用下换向。（2）气压换向阀气控换向阀按主阀结构不同，又可分为截止式和滑阀式两种主要形式。滑阀式气控换向阀的结构和工作原理与液动换向阀基本相同。在此主要介绍截止式换向阀。阶段二压力控制阀气动系统不同于液压系统。液压传动系统是每个装置上一般均自带液压泵，而气动系统是先将空气压缩机输出的压缩空气输送到并储存在贮气罐内，然后通过管道提供给各个气动装置工作。而贮气罐的空气压力比每个设备实际需要的压力高些。有时还需要用压力阀定压、保压、减压等。还有的气动回路依靠压力的变化实现多个执行元件的顺序动作控制。总之压力控制阀按其功用分为减压阀、顺序阀和安全阀。

1．减压阀减压阀是把来自气源的较高输入压力减至设备或分支系统所需的较低的输出压力，可调节并保持输出压力值的稳定，使输出压力不受系统流量、负载和压力值波动的影响。所以减压阀的作用就是调压和减压。（1）直动式减压阀QTY型直动式减压阀的结构图（2）先导式减压阀

2．顺序阀顺序阀是依靠气路中压力的作用而控制执行元件按顺序动作的压力阀。压力阀一般很少单独使用，常与单向阀并联组成单向顺序阀。3．安全阀安全阀又叫溢流阀，当贮气罐或回路中超过某一调定值时，为保证气动系统管路设备的安全，安全阀打开，自动往外排气卸压，当压力降到调定压力以下时，阀重新关闭，维持贮气罐或回路中的压力基本稳定。故把限制系统最高压力的压力控制阀称为安全阀。安全阀按调定方式有直动式和先导式。直动式安全阀先导式安全阀由小型直动式减压阀和主阀组成。由减压阀减压后的空气从控制口X进入主阀内，代替了弹簧实现安全控制。此结构能在阀门开启和关闭过程中使控制压力保持不变。阀的流量特