第五章液压控制阀

第5章液压控制阀5.1概述作用:在液压系统中被用来控制液流的压力、流量和方向，保证执行元件按照要求进行工作。属控制元件。5.1.1液压阀分类---按结构形式滑阀锥阀：密封性能好，且动作灵球阀：性能与锥阀相同转阀5.1.1液压阀分类--按用途不同压力控制阀

用来控制和调节液压系统液流压力的阀类，如溢流阀、减压阀、顺序阀等。流量控制阀

用来控制和调节液压系统液流流量的阀类，如节流阀、调速阀、分流集流阀、比例流量阀等。方向控制阀

用来控制和改变液压系统液流方向的阀类，如单向阀、液控单向阀、换向阀等。5.1.1液压阀分类---按安装连接形式不同管式连接螺纹连接法兰连接板式连接

插装式叠加式

5.1.2对液压阀的基本要求动作灵敏，使用可靠，工作时冲击和振动要小。阀口全开时，液流压力损失要小；阀口关闭时，密封性能要好。所控制的参数（压力或流量）要稳定，受外干扰时变化量要小。结构紧凑，安装、调试、维护方便，通用性要好。5.2方向控制阀功用在液压系统中控制液流的方向类型单向阀换向阀5.2.1单向阀功用是只允许液流一个方向流动，反向则被截止。结构及工作原理锥阀芯，弹簧要求正向开启压力仅为（0.03~0.05）MPa

反向截止时密封性能好。1.普通单向阀普通单向阀的应用常被安装在泵的出口，一方面防止压力冲击影响泵的正常工作，另一方面防止泵不工作时系统油液倒流经泵回油箱。被用来分隔油路以防止高低压干扰。与其他的阀组成单向节流阀、单向减压阀、单向顺序阀等。安装在执行元件的回油路上，使回油具有一定背压。作背压阀的单向阀应更换刚度较大的弹簧，其正向开启压力为（0.3～0.5）MPa单向阀的应用举例2.液控单向阀功用允许液流正向流动,反向是否允许流动由控制口X控制工作原理当控制油口不通压力油时，油液只能从p1→p2作用与普通单向阀相同，当控制油口通压力油时，正、反向的油液均可自由通过。液控单向阀结构

液控单向阀不同结构根据控制活塞上腔的泄油方式不同分为内泄式和外泄式复式结构液控单向阀，单向阀芯内装有卸载小阀芯。控制活塞上行时先顶开小阀芯使主油路卸压，再顶开单向阀阀芯，其控制压力仅为工作压力的4.5％液控单向阀的应用用于保压回路

用于锁紧回路例5-1图示的液压缸，A1=30X10-4m2，A2=12X10-4m2，F=30X103N，，液控单向阀用作闭锁以防止液压缸下滑，阀内控制活塞面积Ak是阀芯承压面积A的三倍，若摩擦力，弹簧力均忽略不计，试计算需要多大的控制压力才能开启液控单向阀？开启前液压缸中最高压力为多少？5.2.2换向阀换向阀是利用阀芯在阀体孔内作相对运动，使油路接通或切断而改变油流方向的阀。换向阀的分类按结构形式可分：滑阀式、转阀式、球阀式。按阀体连通的主油路数可分：两通、三通、四通…等按阀芯在阀体内的工作位置可分：两位、三位按操作阀芯运动的方式可分：手动、机动、电磁动、液动、电液动等。下面以滑阀式换向阀为例讲解其工作原理。1.滑阀式换向阀的结构阀体在沉割槽处有对外连接油口。阀芯台肩和阀体沉割槽可以是两台肩三沉割槽，也可以是三台肩五沉割槽。当阀芯运动时，通过阀芯台肩开启或封闭阀体沉割槽，接通或关闭与沉割槽相通的油口。

阀芯与阀体孔配合处——台肩阀体孔内沟通油液的环形槽——沉割槽2.换向阀的工作原理变换阀芯在阀体内的相对作位置使油路接通或切断而改变油流方向的阀控制执行元件换向或停止2.换向阀的工作原理变换阀芯在阀体内的相对作位置使油路接通或切断而改变油流方向的阀控制执行元件换向或停止2.换向阀的工作原理变换阀芯在阀体内的相对作位置使油路接通或切断而改变油流方向的阀控制执行元件换向或停止3.位、通及图形符号4.换向阀的操作方式---(1)手动换向阀用手动(或脚踏)杠杆操纵阀心换位的根据阀芯的定位方式分为弹簧钢球定位式弹簧自动复位式特点是操作灵活、工作可靠，但费力。三位四通手动换向阀操作4.换向阀的操作方式---(2)机动换向阀通过安装在运动部件上的撞块或凸轮推动阀芯换位的特点是结构简单，动作可靠，换向位置精度高，但管路连接复杂4.换向阀的操作方式---(3)电磁换向阀阀芯运动是藉助于电磁力和弹簧力的共同作用电磁铁可以是直流、交流或交本整流的电磁吸力有限，电磁通流量小于100L/min。三位四通电磁换向阀两电磁铁都断电,阀心处于中位三位四通电磁换向阀左电磁铁通电,阀心处于左位三位四通电磁换向阀右电磁铁通电,阀心处于右位利用控制油路的油压推动阀芯移动的方向控制阀特点：液动换向间的阀心换位需要利用另一个小换向间来改变控制油的流向，故经常与其它控制方式的换向阀结合使用。4.换向阀的操作方式---(4)液动换向阀4.换向阀的操作方式---(5)电液换向阀

由电磁换向阀与液动换向阀组合而成液动换向阀实现主油路的换向，称为主阀电磁换向阀改变液动阀控制油路的方向，称为先导阀。电液换向阀工作原理两电磁铁断电先导阀处于中位主阀两端通T口在对中弹簧作用下,主阀处于中位电液换向阀工作原理先导阀上左电磁铁通电先导阀换位主阀右端通P口,左端通T口主阀换位P口通A口B口通T口电液换向阀工作原理先导阀上右电磁铁通电先导阀换位主阀左端通P口,右端通T口主阀换位P口通B口A口通T口电液换向阀工作原理电液换向阀工作原理电液换向阀工作原理电液换向阀的要点为保证液动阀回复中位，电磁阀的中位必须是A、B、T油口互通。控制油可以取自主油路的P口（内控），也可以另设独立油源X（外控）。内控时，主油路必须保证最低控制压力（0.3~0.5MPa)；外控时，独立油源的流量不得小于主阀最大通流量的15％，以保证换向时间要求液动阀两端控制油路上的节流阀可以调节主阀的换向速度5.三位滑阀的中位机能在中位时各油口的连通方式体现了换向阀的控制机能在结构上阀体是通用阀芯台肩的尺寸和形状不同。三位滑阀的中位机能的应用使泵卸载的有H、K、M型使执行元件停止的有O、M型使执行元件浮动的有H、Y型使液压缸实现差动的有P型。

O型H型P型Y型K型M型6.换向阀的性能换向可靠性换向信号发出后阀芯能灵敏地移到工作位置；换向信号撤除后阀芯能自动复位。同一通径的电磁阀，机能不同，可靠换向的压力流量范围不同，一般用工作极限曲线表示。压力损失包括阀口压力损失和流道压力损失。一般不超过1MPa。内泄漏量滑阀式换向阀为环形间隙密封，工作压力越高，内泄漏越大。因此阀芯与阀体要同心，并要有足够的封油长度。换向平稳性换向时压力冲击要小。换向时间和换向频率交流电磁铁的换向时间约为0.03~0.15s，直流电磁铁的换向时间约为0.1~0.3s；换行频率为60~240次/min。例5-2一液压系统因没有现成的电液动换向阀，而用一个小规格三位四通“P”型电磁换向阀作先导阀和一个大规格三位四通“O”型液动换向阀作主阀组成一个电液动换向阀，系统装好后发现主阀换向不灵敏，不准确，请分析原因并提出改进意见。

答:从图中看出，由于先导阀采用了“P”型中位机能，使主阀在中位时阀芯两端始终通压力油。当先导阀换向到左位或右位时，主阀阀芯两端必有一端先卸掉油压后，才能使主阀芯移动，造成了主阀换向滞后。选用具有“Y”型中位机能的先导阀就会避免这一滞后现象。这是因为采用“Y”型中位机能时，主阀芯两端始终通油箱，两端控制压力为零（不考虑管路损失）。一旦先导阀换向，主阀某一端立刻得到压力信号，立即执行换向动作。

5－3试说明图示回路中液压缸往复移动的工作原理。为什么无论是进还是退，只要负载G一过中线，液压缸就会发生断续停顿的现象？为什么换向阀一到中位，液压缸便左右推不动？5.3压力控制阀作用用来控制液压系统中油液压力或利用压力变化实现控制动作类型溢流阀减压阀顺序阀压力继电器5.3.1溢流阀作用——溢流、稳压在溢去系统多余的油液的同时使泵的供油压力得到调整并保持基本稳定按结构形式分直动型溢流阀先导型溢流阀1.直动型溢流阀结构阀体：进油口旁接在泵的出口，出口接油箱。阀芯（锥形）弹簧调压螺钉(1)直动型溢流阀工作原理阀体原始状态，阀芯在弹簧力的作用下处于最下端位置，进出油口隔断。进口油液经阀芯径向孔、轴向孔作用在阀芯底端面，当液压力等于或大于弹簧力时，阀芯上移，阀口开启，进口压力油经阀口溢回油箱。此时阀芯受力平衡，阀口溢流满足压力流量方程。(2).直动型溢流阀工作原理要点对应调压弹簧一定的预压缩量xo，阀的进口压力p

基本为一定值。p称为阀的调定压力.阀口开启时阀芯受力平衡方程pπD

2/4=K（xo+L）弹簧腔的泄漏油经阀内泄油通道至阀的出口引回油箱直动式只适合低压小流量.2.先导型溢流阀由先导阀和主阀组成先导阀是一个小流量直动型溢流阀，其阀芯为锥阀主阀芯上有一阻尼孔，且上腔作用面积略大于下腔作用面积，其弹簧只在阀口关闭时起复位作用。(1)先导型溢流阀结构(2)先导型溢流阀工作原理油液：P口→主阀前腔→阻尼孔→主阀后腔→先导阀芯P进口<P调定液压力<弹簧力先导阀关闭主阀内油液无流动主阀P前腔=P后腔主阀关闭，无溢流(2)先导型溢流阀工作原理P进口=P调定液压力=弹簧力先导阀开启主阀内油液流动，阻尼孔产生压力损失主阀P前腔＞P后腔(2)先导型溢流阀工作原理主阀开启，溢流(2)先导型溢流阀工作原理泵出口堵住泵产生流量全部溢流P泵

=P调定结论：先导阀的作用是控制和调节溢流压力，主阀的功能则在于溢流.(2)先导型溢流阀工作原理外控口X接油箱P泵

≈0泵卸荷三级同心先导型溢流阀二级同心先导型溢流阀(3)先导型溢流阀遥控口接法1远程调压阀实际上是一个独立的压力先导阀，旁接在先导型溢流阀遥控口起远程调压作用，其调定压力必须低于先导阀的调定压力。无论哪个起作用，泵的溢流量始终经主阀阀口回油箱。先导阀前腔有一遥控口，在该控制口接远程调压阀可实现远控(3)先导型溢流阀遥控口接法2先导阀遥控口，接电磁阀通回油箱可实现卸载。(4)溢流阀的功用为定量泵系统稳压溢流----溢流阀接在泵的出口,与系统油路并联为变量泵系统提供安全保护使泵卸载----电磁溢流阀可以在执行机构不工作时使泵卸载。例5-4先导式溢流主阀芯中的阻尼小孔起什么作用？是否可以将阻尼小孔加大或堵塞?解：阻尼小孔的作用是产生主阀芯动作所需要的压力差，是先导型溢流阀正常工作的关键。如扩大，则不能产生足够的压力差使主阀芯动作；若堵塞，则阀不工作.例5-5如图所示，试确定下列各种情况下系统的调定压力各为多少？（1）1YA、2YA和3YA都断电；（2）2YA通电，1YA和3YA断电；（3)1YA通电，2YA和3YA断电。5.3.2减压阀功用用于降低系统某一支路油液的压力液流流过缝隙产生压力损失，使其出口压力低于进口压力的压力控制阀。按调节要求不同，有定值减压阀，定差减压阀，定比减压阀。1.定值减压阀的结构原理减压阀由压力先导阀和主阀组成。出口压力油引至主阀芯上腔和先导阀前腔，当出口压力大于减压阀的调定压力时，先导阀开启，主阀芯上移，减压缝隙关小，减压阀才起减压作用且保证出口压力为定值。图形符号2.减压阀的特点与功用减压阀用在液压系统中获得压力低于系统压力的二次油路上，如夹紧回路、润滑回路和控制回路。必须说明，减压阀出口压力还与出口负载有关，若负载压力低于调定压力时，出口压力由负载决定，此时减压阀不起减压作用。3.减压阀与先导型溢流阀比较控制压力减压阀是出口压力控制，保证出口压力为定值溢流阀是进口压力控制，保证进口压力为定值。不工作时阀口状态减压阀阀口常开溢流阀阀口常闭泄油口减压阀有单独的泄油口溢流阀弹簧腔的泄漏油经阀体內流道內泄至出口。外控口减压阀与溢流阀一样有外控口。5.3.3顺序阀功用:利用压力变化控制油路通断1.顺序阀工作原理结构组成直动型,内控外泄式工作原理阀口常闭当PA<P调定,阀口关闭,油路断,A口与B口断开1.顺序阀工作原理当PA≥P调定,阀口开启,油路通,A口通B口,不起稳压作用2.顺序阀分类按控制油来源不同分内控和外控，按弹簧腔泄漏油引出方式不同分内泄和外泄。通过改变上盖或底盖的装配位置可得到.内控内泄内控外泄外控内泄外控外泄3.顺序阀的四种图形符号4.顺序阀与先导型溢流阀比较控制压力都是进口压力控制不工作时阀口状态都是常闭泄油口顺序阀一般有单独的泄油口溢流阀出口处接油箱,顺序阀出口处接二次油路。5.顺序阀应用举例——控制多个

执行元件顺序动作5.顺序阀应用举例——与单向阀组成平衡阀用于支撑立式液压缸执行机构的重量防止液压缸下落问题：为什么要并联一个单向阀？5.顺序阀应用举例——控制双泵系统中的

大流量泵卸荷泵1——低压、大流量泵2——高压、小流量快速进退时，系统压力p较低，顺序阀3关闭，双泵同时供油慢速工进时，系统压力p升高，顺序阀3打开，低压泵1卸荷，泵2供油5.4.4压力继电器功用将液压系统的压力信号转换为电信号输出的元件其作用是实现执行元件的顺序控制或安全保护压力继电器的应用举例用在顺序动作回路中当执行元件工作压力达到压力继电器调定压力时，压力继电器将发出电信号，使电磁铁得电，换向阀换向，从而实现两液压缸的顺序动作。例5-6阀的铭牌不清楚时，不用拆开，如何判断哪个是溢流阀和减压阀及顺序阀？能否将溢流阀做顺序阀使用？为什么?答:第一步认出减压阀。减压阀在静止状态时是常开的，进、出油口相通；而溢流阀和顺序阀在静止状态时是常闭的。根据这一特点，向各阀进油口注入清洁的油液，能从出油口通畅地排出大量油液者，必然是减压阀，出油口不出油的阀为溢流阀或顺序阀。第二步判断是溢流阀还是顺序阀。直动式溢流阀有两个油口，一是进油口P，另一是出油口T；直动式顺序阀除了具有进、出油口之外，还有一个外泄油口Y，所以油口数多的是顺序阀，少的是溢流阀。先导式溢流阀有进出油口各一个，还有一个外控口，而且遥控口不用时用丝堵堵死，所以从表面上看只有两个孔，而先导式顺序阀除了有进、出油口外，还有一个外泄油口和一个外控口。由此可知，油口多者是顺序阀，少者是溢流阀。虽然溢流阀和顺序阀在结构上基本相同，但由于溢流阀是内部泄油，而顺序阀是外部泄油，所以溢流阀不能直接作顺序阀使用。如果将溢流阀进行适当的改造，即把溢流阀的泄油通道堵死，另钻一小孔，变为外部泄油，并把泄漏油引至油箱，这时溢流阀可作为顺序阀使用。例5-7如图所示液压系统，两液压缸有效面积为A1=A2=100c㎡，缸1的负载F1=35000N，缸2运动时的负载为零，不计摩擦阻力、惯性力和管路损失。溢流阀、顺序阀和减压阀的调整压力分别为4MPa、3MPa、2MPa。求下列三种情况下A上和C点的压力。（1）液压泵启动后，两换向阀处于中位。（2）1YA通电，液压缸1活塞移动时及活塞运动到终点时。（3）1YA断电，2YA通电，液压缸2活塞运动时及活塞杆碰到固定挡铁时。5.4流量控制阀功用：通过改变阀口大小来改变液阻实现流量调节，控制执行元件的速度类型节流阀、调速阀、溢流节流阀和分流集流阀。流量控制原理流经小孔的流量

q=KLA(Δp)m当压力差一定时，改变开口面积即改变液阻就可改变流量。节流元件的节流口结构有锥形、三角槽形、矩形、三角形等。流量特性方程q=CA(Δp)Φ它反映了流经节流阀的流量q与阀前后压力差Δp和开口面积A之间的关系。影响流量稳定性的因素负载变化→执行元件工作压力随之变化→ΔP发变化→流量也就随之变化。油温变化→系数c值就发生变化→流量变化。故薄刃口多作节流阀阀口。流量特性和影响稳定的因素节流阀的最小稳定流量

节流阀的阻塞现象：节流阀在很小开口下工作时，流经阀的流量会出现周期性脉动，甚至间歇式断流的现象最小稳定流量：节流阀能正常工作（不阻塞）的最小流量防止节流阀阻塞的措施是：油液要精密过滤节流阀两端压差要适当，一般取压差ΔP=0.2～0.3MPa5.4.1节流阀1.结构原理主要零件有阀芯、阀体和螺母。阀体上开有进油口和出油口。阀芯一端开有三角尖槽，另一端加工有螺纹，旋转阀芯即可轴向移动改变阀口过流面积。为平衡液压径向力，三角槽须对称布置。2.节流阀的应用起节流调速作用当节流阀前后Δp一定时，改变A可改变流经阀的流量。起负载阻尼作用当q一定时，改变A可改变阀前后压力差Δp起压力缓冲作用当q＝0时，安装节流元件可延缓压力突变的影响5.4.2调速阀功用消除负载变化对流量稳定的影响结构组成由定差减压阀与节流阀串连而成。节流阀是调节元件.定差减压阀是压力补偿元件,它保证了节流阀前后的压力差基本不变.1.调速阀工作原理油液:液压泵→p1→减压口→p2→节流阀→p3→液压缸减压阀心受力平衡p2A=p3A+Fs调速阀工作原理F↑→p3↑→主阀心左移→x↑→压降↓→p2↑

→(p2-p3)不变F↓→p3↓→主阀心右移→x↓→压降↑→p2↓

→(p2-p3)不变2.调速阀图形符号3.调速阀流量特性和最小压差流量特性曲线当其前后两端的压力差(P2-P3)>ΔPm以后，流量是稳定的。当(P2-P3)<ΔPm，流量随压差的变化而变化(减压阀处于非工作状态)，其变化规律与节流阀相一致。最小压差ΔPm=1MPa（中低压阀约0.5MPa）系统设计时，分配给调速阀的压差应略大于此值。例5-8双缸回路如图所示，A缸速度可用节流阀调节。试回答：（1）在A缸运动到底后，B缸能否自动顺序动作而向右移？说明理由。（2）在不增加也不改换元件的条件下，如何修改回路以实现上述动作？请作图表示。判断题1.通过节流阀的流量与节流阀口的通流截面积成正比，与其两端的压差大小无关。2.当将普通顺序阀的出油口与油箱连通时，顺序阀即可当溢流问用。3.节流阀和调速阀都是用来调节流量及稳定流量的流量控制阀。4.单向阀可以用来作背压阀。5.因电磁吸力有限，对液动力较大的大流量换向阀则应选用液动