情境四液压阀结构分析及应用(白柳)

液压与气动控制情境四液压阀结构分析及应用情境描述液压系统的组成理论学习一、概述二、方向控制阀三、压力控制阀四、流量控制阀（一）控制阀的基本结构和原理基本结构阀芯滑阀、锥阀、球阀；阀体具有与阀芯相配合的阀体孔（或阀体座）及与外接回路相连接的进出口；阀芯驱动装置驱动阀芯在阀体内作相对运动的装置。可采用手动、机动、电动，同时还有流体压力和弹簧的作用；

液压控制阀在液压系统中被用来控制油液的压力、流量和方向，保证执行元件按照要求进行工作。阀体弹簧阀芯一、概述P63按工作特性分：压力控制阀溢流阀、减压阀、顺序阀、···流量控制阀节流阀、调速阀、分流阀···方向控制阀单向阀、换向阀···（二）液压阀的分类P63控制阀功能控制压力控制流量控制方向控制阀二、方向控制阀方向控制阀在液压系统中起阻止和引导油液按规定的流向进出通道，即在油路中起控制油液流动方向的作用。P64方向阀单向阀换向阀普通单向阀液控单向阀转阀式换向阀滑阀式换向阀手动式换向阀机动式换向阀电动式换向阀液动式换向阀电液式换向阀方向控制阀分类1.普通单向阀（一）单向阀直角式直通式P64左端进油，压力油作用在阀芯左端，克服右端弹簧力使阀芯右移，阀口开启，油液从右端流出；若右端进油，压力油与弹簧同向作用，将阀芯紧压在阀座孔上，阀口关闭，油液被截止不能通过。正向导通反向截止工作原理：

单向阀的弹簧刚度较小，一般单向阀的开启压力为0.03~0.05MPa。如果换上刚度较大的弹簧，使阀的开启压力达到0.2~0.6MPa，便可当背压阀使用。☆

结构活塞顶杆阀芯外泄油口a2.液控单向阀（液压锁）

正向流通，反向受控流通，可实现流体的逆向流动。当控制口K不通压力油时，作用与普通单向阀相同，正向流通，反向截止。当控制口K通压力油时，活塞右移通过顶杆顶开阀芯，使油口P1和P2接通，油液正反向均可流动。P66☆工作原理控制活塞上的控制压力最小需为主油路压力的30%左右。3.单向阀的应用☆

单独使用

普通单向阀可以装在泵的出口处，防止系统中的流体冲击影响泵工作，还可以用来分隔通道，防止管路间的相互干扰。液控单向阀通常用于保压、锁紧和平衡回路，用于对液压缸进行锁闭、保压，也用于防止立式液压缸停止时的自动下滑。☆

与其他阀并联组成复合阀如单向顺序阀、单向减压阀、单向节流阀等。P65-66换向阀的分类按阀芯运动的方式：滑阀式和转阀式；按操纵方式：手动、机动、电磁动、液动和电液动；按阀芯在阀体内占据的工作位置：二位、三位、多位等；按阀芯上主油路数量：二通、三通、四通、五通、多通等；按安装方式：管式、板式、法兰式；按阀芯定位方式：钢球定位式、弹簧复位式。换向阀的作用是变换阀芯在阀体内的相对工作位置，使阀体各油口接通或切断，改变油液流动方向，从而控制执行元件的换向或启停。（二）换向阀P67注意：①箭头方向不一定表示油液的实际流动方向！

②P表示进油口，T表示出油口，A和B表示连接其他两个工作油路的油口；③控制方式和复位弹簧的符号画在方框的两侧。方框位；箭头油路为接通状态；P、TA、B油路的接口；油路为截止状态；、☆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）。

1.滑阀式换向阀P67-68P2P1OP换向阀都有两个或两个以上的工作位。其中一个为常态位（即阀芯未受到外力操纵时所处的位置）。“三位阀”图形符号中的“中位”是其常态位。利用弹簧复位的二位阀以靠近弹簧的方框内的通路状态为其常态位。◎

换向阀的常态位绘制系统图时，油路一般应接在换向阀的常态位上。☆结构滑阀式换向阀由阀的主体部分和控制阀芯运动的操纵定位装置组成。①主体部分

阀体：有多级沉割槽的圆柱孔;

＊主体部分结构〈阀芯：有多段环形槽的圆柱体;阀芯在阀体内轴向移动实现油路的启闭和换向。P69②操纵定位装置P68＊手动式——直接用手柄操纵换向阀。常用于起重运输、工程机械。P69＊机动式——也叫行程换向阀，它是用挡铁或凸轮使阀芯移动来控制液流的方向。经常应用于机床液压系统的速度换接回路中。机动换向阀常是二位的，有二通、三通、四通、五通几种。二通的分常闭和常开两种形式。P69＊电磁式——借助于电磁铁吸力推动阀芯在阀体内作相对运动来改变阀的工作位置。一般为两位和三位，通道多为二、三、四、五通。但电磁铁吸力有限，不能直接用来操纵大规格的阀。电磁阀按电源的不同分为交流（用D表示）和直流（用E表示）两种。P70＊液动式——利用控制压力油来改变阀芯位置的换向阀。弹簧对中型适用于压力高、流量大和阀芯移动行程长的场合。P713.滑阀机能（中位机能）换向阀的阀芯处于不同工作位置时，各主油路进出口的连通方式称为阀的机能。对于三位阀，其中间位置各油口的连通方式称为该阀的中位机能。各种中位机能如表所示。该表列出了三位阀常用的十种滑阀机能，因其左位和右位各油口的连通方式均为直通或交叉相通，所以只用一个字母来表示中位的形式。不同的中位机能是通过改变阀芯的形状和尺寸来实现的。P72P73O型（1）中位时，各油口互不相通，系统保持压力，油缸两腔的油液被封闭，处于锁紧状态。（2）中位时，油缸进/回油腔充满压力油，故启动时较平稳；（3）执行元件可在任意位置停止，且停止位置精度高；中位机能举例：H型（1）中位时各油口互通，泵卸荷，油缸活塞处于浮动状态，其他执行元件不能并联使用（即不能用于并联多支路系统）；（2）执行元件停止位置精度低，如活塞两端有效承压面积不等的单杆活塞缸在中位时可能出现油缸自动漂移一方的现象；（3）由于油缸油液回油箱，缸启动有冲击。Y型（1）中位时，A、B、T口连通，P口保持压力，缸两腔连通；（2）泵不卸荷，可并联其他执行机构；（3）换向性能与H相近。（1）中位时，P、A、B连通，T口封闭；（2）可形成差动回路；（3）泵不卸荷，可并联其他执行机构；（4）缸启动平稳；（5）换向最平稳，常用。P型M型（1）中位时，P、T口连通，A、B口封闭；（2）泵卸荷，不可并联其他执行机构；（3）缸启动平稳，与O型相似；X型（1）中位时，各油口半连通，P口保持一定压力；（2）性能介于O、H型之间。K型

P、A、T通，B封闭，泵卸荷，缸启动平稳，换向有些冲击，停位精度高。在分析和选择三位换向阀的中位机能时，通常考虑以下几点：

（1）系统保压：P口被堵塞

（2）系统卸荷：p口与T口畅通

（3）换向平稳性与精度：A、B口都封闭，换向不平稳，但换向精度高

（4）启动平稳性：A、B口都不通T口

（5）液压缸“浮动”：A、B口相连通

（6）液压缸在任意位置停留：A、B口封闭或都与P口相通。P742.转阀式换向阀如图所示是三位四通转阀的工作原理图，当阀芯处于图a位置时，油口PABT

互不相通；当阀芯顺时针方向转过一个角度而处于图b的位置时，油口P通B

、A

通

T；当阀芯逆时针方向转过一个角度而处于图c的位置时，油口P

通A

、B

通

T

。

☆工作原理转阀工作时，因有不平衡的径向力存在，操作很费劲，阀芯易磨损，内泄大，故仅在低压小流量系统中用作先导阀或小型换向阀。三、压力控制阀溢流阀减压阀顺序阀压力继电器压力控制阀是用来控制液压系统中油液压力或通过压力信号实现控制的阀类。通过液压作用力与弹簧力进行比较来实现对油液压力的控制。调节弹簧的预压缩量即调节了阀芯的动作压力，该弹簧是压力控制阀的重要调节零件，称为调压弹簧。观看影片P75溢流阀先导式溢流阀溢流式减压阀顺序阀压力继电器分类：直动型溢流阀先导型溢流阀一、溢流阀作用：控制系统的压力基本恒定，实现稳压、限压、调压·P751、直动式溢流阀（只适用于低压系统）1）当P压力口<F弹簧时，阀口关闭。

2）当P压力口=F弹簧时，阀口即将打开,

此时，P压力口=F弹簧=KX0∴P压力口=KX0/A

3）当P压力口>F弹簧时，阀口打开，P和T通,稳压溢流或安全保护。工作原理:

弹簧的调定压力就是溢流阀的开启压力1、常态下阀口关闭（方框内箭头错开）；2、控制压力取自进油口压力（虚线表示）；3、出口接油箱；4、采用内泄漏方式（弹簧处没有节油箱的标志）。

直动型溢流阀结构简单，灵敏度高，但压力受溢流量的影响较大，不适于在高压、大流量下工作。因为当溢流阀的变化引起阀口开度即弹簧压缩量发生变化时，弹簧力变化较大，溢流阀进口压力也随之发生较大变化，故直动型溢流阀调压稳定性差。P762、先导式溢流阀（广泛应用于中压系统）

先导阀—直动式锥阀和硬弹簧。

主阀—滑阀和软弹簧。

组成P77应用：作溢流阀1、旁接（并联）在定量泵的出口，调节节流阀的开口大小可调节进入执行元件的流量，泵多余的油液则从溢流阀溢回油箱。在工作过程中，阀处于常开状态，液压泵的工作压力决定于溢流阀的调整压力，且基本保持恒定。

至系统P78应用：作安全阀2、旁接在变量泵的出口，此时阀是常闭的。只有当系统压力超过溢流阀调整压力（约为系统压力的1.1倍）时，阀才打开，油液经阀流回油箱，系统压力不再增高，因而可以防止系统过载，起安全保护作用。至系统应用：作背压阀3、将溢流阀接在执行元件的回油路上，可造成一定的回油阻力即背压，用来保证系统运动的平稳性。调节溢流阀的调压弹簧即能调节背压力的大小。

4、先导型溢流阀对泵起溢流稳压作用。当二位二通阀的电磁铁通电后，溢流阀的外控口即接油箱，此时，主阀芯后腔压力接近于零，主阀芯便移动到最大开口位置。由于主阀弹簧很软，进口压力很低，泵输出的油便在此低压下经溢流阀流回油箱，这时，泵接近于空载运转，功耗很小，及处于卸荷状态。应用：卸载电磁溢流阀应用：远程调压5、将先导式溢流阀的远程控制口K接远程调压阀进油口，而远程调压阀出油口接油箱，即构成了远程调压回路。远程调压阀的调定压力一定要低于主溢流阀的调定压力。10MPa二、减压阀当回路内有两个以上执行元件，其中之一需要较低的工作压力，同时其它的执行元件仍需高压运作时，此时就得用减压阀提供一比系统压力低的压力给低压执行元件。减压阀的作用：减压稳压＊它也可以用来稳定油路压力，使其不受油源压力变动及其它阀门工作时引起的压力波动的影响。＊用来减低系统中某部分的压力，使其得到比油泵供油压力低的压力去控制元件，用于夹紧、控制、润滑。减压阀的工作原理：油液流过缝隙产生压力降P79直动型减压阀（较少单独使用）分类：直动、先导先导式减压阀工作原理：当出口压力大于调定压力时，先导阀阀口开启，主阀芯上移，主阀阀口缝隙关小，减压阀起减压稳压作用。P80说明：减压阀的出口压力还与出口的负载有关，若因负载建立的压力低于调定压力，则出口压力由负载决定，此时减压阀不起减压作用，进、出油口压力相等，即减压阀保证出口压力恒定的条件是先导阀开启。先导式减压阀与先导式溢流阀的比较溢流阀减压阀先导阀泄油方式内泄外泄常态阀口常闭阀口常开工作状态进、出油口相通，进油口压力为调整压力。若p进<p出，p出稳定在调定值连接方式并联于系统一般串联于（子）系统出油口情况一般直接接回油箱与减压回路相连控制油口压力取自进油口取自出油口功用定压溢流或安全保护减压或稳压

先导式减压阀与先导式溢流阀结构很相似，它们的主要零件通用。不同的是减压阀主阀芯中间多一个凸肩即三节杆。P81不要与溢流阀的符号混淆！减压阀在系统中的应用一级减压：

1、减压阀可保持减压后压力恒定，但至少应比溢流阀调定压力低0.5MPa。二级减压：2、图为二级调压回路，将减压阀的远程控制口通过二位二通电磁阀与远程调压阀相连便可获得两种预调的压力。稳压：

1）当泵压力pB=pY，夹紧缸使工件夹紧后，A、C点的压力为多少？2）当泵压力由于工作缸快进（主油路），压力降到pB=1.5MPa（工件仍处于夹紧状态）

，A、C点的压力为多少？3）夹紧缸在未夹紧工件前作空载运动时，A、B、C三点的压力各为多少？（不考虑损失）图示回路中，溢流阀的调整压力pY=5MPa，减压阀的调整压力pJ=2.5MPa。试分析下列各情况，并说明减压阀的阀口处于什么状态？说明：减压阀的出口压力与出口的负载有关，若因负载建立的压力低于调定压力，则出口压力由负载决定，此时减压阀不起减压作用，进、出油口压力相等，即减压阀保证出口压力恒定的条件是先导阀开启。1）当泵压力pB=pY，夹紧缸使工件夹紧后，A、C点的压力为多少？pA=pC=2.5MPa2）当泵压力由于工作缸快进，压力降到pB=1.5MPa（工件原先处于夹紧状态）

，A、C点的压力为多少？pA=pB=1.5MPa;pC=2.5MPa3）夹紧缸在未夹紧工件前作空载运动时，A、B、C三点的压力各为多少？（不考虑损失）pA=pB=pC=0MPa夹紧回路如下图所示，若溢流阀的调整压力p1＝3Mpa、减压阀的调整压力p2＝2Mpa，试分析活塞空载运动时A、B两点的压力各为多少？减压阀的阀芯处于什么状态？工件夹紧活塞停止运动后，A、B两点的压力又各为多少？此时，减压阀芯又处于什么状态？

答：当回路中二位二通换向阀处于图示状态时，在活塞运动期间，由于活塞为空载运动，并忽略活塞运动时的摩擦力、惯性力和管路损失等，则B点的压力为零，A点的压力也为零（不考虑油液流过减压阀的压力损失）。这时减压阀中的先导阀关闭，主阀芯处于开口最大位置。当活塞停止运动后B点压力升高，一直升到减压阀的调整压力2Mpa，并保证此压力不变，这时减压阀中的先导阀打开，主阀芯的开口很小。而液压泵输出的油液（由于活塞停止运动）全部从溢流阀溢流回油箱，A点的压力为溢流阀的调定压力3Mpa。利用液压系统压力变化来控制阀口的启闭，从而控制液压系统中各执行元件动作的先后顺序。分类按控制油来源不同内控式（控制压力油来自进油口）

外控式（控制压力油从外部油路引入）

按结构形式不同直动式

先导式

多用于低压系统；

多用于高压系统；

按泄油方式不同内泄式（用于出口接油箱的场合，泄油可经内部通道并入阀的出油口，以简化管路连接）

外泄式

（阀的泄油从泄油口流回油箱）三、顺序阀P82内控内泄内控外泄外控内泄外控外泄

实际应用中，不同控泄方式可通过变换阀的下盖或上盖的安装方位来获得。直动式外控顺序阀

直动式内控顺序阀

P82顺序阀与溢流阀的比较溢流阀顺序阀先导阀泄油方式内泄内泄式、外泄式（压力很低时内泄，多数情况外泄）

常态阀口常闭阀口常闭工作状态进、出油口相通，进油口压力为调整压力进、出油口相通，进油口压力允许随负载的增加而进一步增加。连接方式并联于系统实现顺序动作时串联；作卸荷阀用时并联。出油口情况一般直接接回油箱与负载油路相连功用定压溢流或安全保护不控制系统的压力，只利用系统的压力变化来控制油路的通断。你能识别吗？顺序阀的应用实现多缸的顺序动作：当换向阀处于右位（常态位）时，定位缸活塞杆伸出至终点，无杆腔压力增大，顺序阀被打开。然后，夹紧缸无杆腔进油，活塞杆伸出至终点。电磁铁通电，换向阀左位工作，定位缸和夹紧缸同时退回。P83将外控式顺序阀由外泄改为内泄，可在双泵供油系统中作大流量泵的卸荷阀使用。图示，泵1为大流量泵，泵2为小流量泵，两泵并联。快进时，双泵同时向系统供油；慢速工进时，缸的进油路压力升高，外控顺序阀3被打开，大泵1卸荷，由小泵2单独向系统供油以满足工进的流量要求。可见，顺序阀可作溢流阀用，但溢流阀不能做顺序阀用。控制双泵系统中的大流量泵卸荷：单向顺序阀

与单向阀组成平衡阀：

为了防止立式液压缸及其工作部件因自重而自行下滑，或在下行运动中由于自重而造成失控超速，可将单向阀与顺序阀并联构成的单向顺序阀（平衡阀）接入油路。这里顺序阀的开启压力要足以支承运动部件的自重。换向阀处于左位时，缸下行，顺序阀开启使液压缸下腔产生的背压能平衡自重，不会产生超速。当换向阀处于中位时，顺序阀关闭，液压缸即可悬停。

作背压阀用：将内控顺序阀接在液压缸的回油路上，产生背压，可作背压阀用。（与溢流阀做背压阀情况相似。）四、压力继电器压力继电器——将液压系统的压力信号转换为电信号输出的元件。作用：实现执行元件的顺序控制或安全保护。P83-84压力继电器的应用

实现顺序动作：P84

实现安全保护：压力继电器装在油缸的进油端，当油缸前进碰上挡铁或切削力过大时，其进油腔压力增大，达到压力继电器的调定值时，压力继电器发出电讯号使2DT断电、1DT通电，油缸快速退回（如机床切削力过大时自动退刀）。2DT在液压系统中用来控制液体的流量的阀类称为流量控制阀。四、流量控制阀

工作原理：通过改变阀的节流口过流面积的大小或改变液流通道的长短来改变液流局部阻力的大小，实现对流量的控制，从而控制执行元件的运动速度。常用的流量控制阀有节流阀、调速阀等。观看影片缸的速度v=q/AP85一、节流阀1、组成：

由阀体、阀芯、弹簧、调节手轮等组成。

2、工作原理：调节手轮，阀芯移动A变化，q变化。P87☆节流口的形式轴向三角槽式针阀式偏心槽式P85各有何特点？☆节流口的流量特性方程C——由节流口形状、油液流动状态、油液性质等因素决定的系数；AT——节流口的通流截面面积；△p——节流口进出压差；Φ——由节流口形状决定的节流阀指数，薄壁孔为0.5，细长孔为1。从流量特性方程可见，节流阀的q稳定与否与压差、油温及节流口的形状等因素有关。压力：∵φ越大，Δp对q的稳定性的影响越大。∴阀口宜制成薄壁孔。温度：∵T的改变将引起粘度μ的变化，式中的系数C将发生变化。当节流孔为细长孔时，变化十分明显。∴阀口宜采用锐边或薄壁孔。☆节流孔的堵塞当节流阀开度很小时，流量会出现不稳定，甚至断流的现象。产生原因：油液氧化生成物（如：胶质、沥青质）及原有杂质。

结果：造成系统执行元件速度不稳定。预防措施:↓节流口表面粗糙度；采用半径大的节流口；精细过滤，定期换油；采用电位差较小的金属材料、选用抗氧化稳定性好的油液等。节流阀的应用1与定量泵、溢流阀组成节流调速回路。泵的部分油液经溢流阀回油箱，泵的出口压力由溢流阀调定。进入油缸无杆腔的油液流量由节流阀调定，其稳定性受负载影响P87节流阀的应用2起负载阻尼作用。顺序阀起平衡作用，防止液压缸活塞的加速下落。节流阀起阻尼作用，控制顺序阀的启闭，使顺序阀关闭滞后。节流阀的应用3阻尼缓冲节流阀置于压力表前。阻尼作用强，可以缓冲系统的压力冲击。保护压力表。定差减压阀和节流阀串联而成。节流阀调节输出流量；定差减压阀保持节流阀进出口压差不变；实现输出流量基本恒定，从而使执行元件运动速度不受负载变化的影响。用于负载变化较大、有速度稳定性要求的的场合。二、调速阀P1P2P3P87☆

工作原理调速阀进油口的压力P1=P泵（忽略管道损失），其值由溢流阀调定；油液经减压阀后压力降为P2；

调速阀出口压力为P3，其值取决于系统负载；

减压阀阀芯上端的油腔（b）经孔（a）同节流阀后的压力油相通，压力为P3。

减压阀肩部的油腔（c）和下端的油腔（d）经孔f、c和节流阀前的压力油相通，压力为P2。P88油路：p1→减压缝隙h→p2→c、d减压阀阀芯受力的平衡方程为：→节流阀→p3→缸、b减压阀上下端面积相等，即：令阀芯上的弹簧力为Fs，不考虑活塞自重及摩擦力，则：Ad+Ac=Ab=A根据节流阀小孔流量方程q=CAT

△pφ，可以看出，当C、A不变时，要使q不变，必须保持△pφ为一常数。而p2–p3＝Fｓ／A,平衡减压阀阀芯的弹簧是一个软弹簧，其k值较小，同时，减压口的开度h的变化量也很小，因此，弹簧力Fs可近似看作常量。在调速阀中，△p=p2–p3

；只需保持（p2-p3）=常数，通过阀的流量就可保持稳定。当负载变化时，可保证通过调速阀的流量基本不变，液压缸可获得稳定的运动速度。☆

调速阀的自动调节过程＊

F↑，p3↑，减压阀阀心下移，h↑，减压作用↓，p2↑，使△p=p2-p3基本不变；

＊F↓，p3↓，减压阀阀心上移，h↓，减压作用↑，p2↓，仍使△p=p2-p3基本不变；∴F↑或↓皆有△p≈常数节流阀与调速阀比较：通过节流阀的流量随其进出口压差发生变化，而调速阀的特性曲线基本上是一条水平线，即进出口压差变化时，通过调速阀的流量基本不变。只有当压差很小时，一般△p≤0.5MPa，调速阀的特性曲线与节流阀的特性曲线重合，这是因为此时调速阀中的减压阀处于非工作状态，减压阀口全开，调速阀只相当于一个节流阀。0.5MPaP88例题1：图（a），（b）所示为液动阀换向回路。在主油路中接一个节流阀，当活塞运动到行程终点时切换控制油路的电磁阀3，然后利用节流阀的进油口压差来切换液动阀4，实现液压缸的换向。试判断图示两种方案是否都能正常工作？在（a）图方案中，溢流阀2装在节流阀1的后面，节流阀始终有油液流过。活塞在行程终了后，溢流阀处于溢流状态，节流阀出口处的压力和流量为定值，控制液动阀换向的压力差不变。因此，（a）图的方案可以正常工作。在（b）图方案中，压力推动活塞到达终点后，泵输出的油液全部经溢流阀2回油箱，此时不再有油液流过节流阀，节流阀两端压力相等。因此，建立不起压力差使液