第四章控制阀

第四章控制阀

§4-1概述§4-2方向控制阀§4-3压力控制阀§4-4流量控制阀§4-5比例阀和逻辑阀§4-1概述

一、基本类型：

作用：控制调节液流的压力、流量和方向，以满足执行元件在输出的力(力矩)、运动速度及运动方向上的不同要求。

分类：根据用途不同，阀大致可分为三大类：方向控制阀、压力控制阀和流量控制阀。如依据操纵动力分，有手动、机动、电动、液动、气动及电-液动等;如按照连接方式分,有管式、板式、法兰式和集成块式等。§4-1概述

二、基本要求：阀在液压系统中起着神经中枢作用，阀的质量优劣，直接影响液压系统工作的性能。为此，控制阀应具备如下要求：(1)动作灵敏、准确、可靠，工作平稳，冲击和振动小；(2)密封性好；(3)油液流过时泄漏少，压力损失小；(4)结构紧凑，工艺性好，使用维护方便，通用性大。

§4-1概述三、基本性能

结构上看：均由阀体、阀芯和控制动力三大部分组成;

原理上看：均是利用阀芯和阀体的相对位移来改变通流截面面积，而达到控制和调节方向、压力和流量的目的；

共性缺点：都是一个液阻，都会产生压降和温度升高的现象。§4-2方向控制阀类型详细分类单向阀普通单向阀液控单向阀

换向阀按通路分类二通、三通、四通、五通等按工作位置数分类二位、三位、四位等按控制方式分电磁换向阀、液控换向阀按操纵方式分类手动换向阀、气动换向阀、机动换向阀

作用：通断油路或切换油流的方向，以满足执行元件

的启停和改变运动方向的要求。

分类：常见的方向控制阀的类型如下表所示。

§4-2方向控制阀-单向阀

一、单向阀

作用：只允许液流向一个方向流动，不能反向流动；

要求：正向开启压力小，反向泄漏小，压力损失小。

1.普通单向阀

结构：参见图4-1，阀芯还有钢球式，如图4-2。

原理：压力为P1的压力油从阀体的入口流入，推动阀芯

压缩弹簧，油液则经阀芯的径向孔从阀体的出口

流出，其压力降为P2。如反向流入油液，则阀芯

在液压力与弹簧力的共同作用下，堵死阀口，使

油液无法流出。§4-2方向控制阀-单向阀2.液控单向阀

结构：见图4-3

原理：①当控制油口K不通压力油时，与普通单向

阀的工作原理相同；

②当控制油口K通压力油时，油液可以从两

个方向自由流动。

应用实例：图4-4双路油压自锁装置；

图4-5液控单向阀式平衡回路§4-2方向控制阀-换向阀二、换向阀

1.作用、性能要求和分类

作用：利用阀芯和阀体的相对运动接通、关闭油路或

变换油液通向执行元件的方向，以便执行元件

启动停止或变换运动方向。

性能要求：①换向可靠、换向时平稳迅速；②压力损失小;③各关闭阀口的泄漏量小。

分类：§4-2方向控制阀-换向阀

2.工作原理

(1)转阀：利用阀芯的转动，使阀芯与阀体相对位置发生变化来改变油流的方向。图4-6为转阀工作原理和符号图。

(2)滑阀：利用阀芯的移动，使阀芯与阀体相对位置发生变化来改变油液流动的方向。图4-7为滑阀工作原理和符号图.

(3)换向阀的“位”与“通”

位：阀芯相对于阀体停留的工作位置数。职能符号表示为实线方框。通：指阀连接主油路的通口数。既与方框上下边的结点数。参见图4-8换向阀的位置数和通路符号§4-2方向控制阀-换向阀

(4)操纵和定位部分

①手动式换向阀：图4-9摆动手柄，即可改变阀芯与阀体的

相对位置，从而使油路通断。②机动式换向阀：图4-10，挡块移动，压下阀芯，使油路

接通。③电磁式换向阀：图4-11，线圈通电，衔铁被吸动，推动

顶杆使滑阀阀芯移动接通油路。断电后，阀芯在弹簧作

用下复位，使油路换向。§4-2方向控制阀-换向阀④液动式换向阀：图4-12，控制油从K口通入，推

动阀芯移动，使油路接通。断开控制油路，阀

芯在弹簧的作用下复位，油路中断。⑤电-液式换向阀：图4-13，是组合换向阀，利用

电磁阀作先导阀去控制液动阀改变主油路的方向.§4-2方向控制阀-换向阀

3.性能分析

(1)中位机能：三位换向阀，当阀芯处于中间位置时,

阀的通道内部可根据使用需要有各式各样的连通方式，常用的连通型式参见表4-1.这种中间位置通道内部连通型式称为三位换向阀的中位机能。

§4-2方向控制阀-换向阀

(2)液压卡紧现象：滑阀式换向阀中,由于阀芯与阀体孔的加工误差或装配时中心线不重合，进入滑阀配合间隙中的压力油将对阀芯产生不平衡的径向力，而使阀芯的偏心加大，最终使阀芯紧贴在孔壁上，使得操纵滑阀运动发生困难,甚至卡死,这种现象称为液压卡紧现象。图4-14为阀芯径向力不平衡的几种情况。

发生条件：阀芯与阀体孔存在倾斜；阀芯与阀体孔间的缝隙有倒锥度。

解决办法：提高加工和装配精度,避免偏心;开均压槽见图4-15滑阀滑阀环形槽的功用。4.换向阀的应用①利用换向阀换向和卸荷回路；

图4-16换向阀换向卸荷回路

图4-17二位二通阀卸荷回路②利用换向阀实现顺序动作回路；

图4-18行程阀式顺序动作回路§4-2方向控制阀-换向阀本节重点掌握内容1.从功能上讲，液压控制阀分哪三类？它们分别控制和调节液压系统中的什么参数？2.从结构上看，液压控制阀都是由哪三大主要部分构成？3.何谓换向阀的“位”和“通”？举例说明。4.滑阀阀芯的卡紧现象是怎样引起的？如何解决？5.掌握方向控制阀的结构和工作原理。§4-3压力控制阀作用:控制调节系统或回路压力，即定压、稳压。定压:根据系统要求，例如，调定溢流阀入口、即泵的出口压力为某一所需要值。稳压:指无论外负载如何变化，溢流阀都能经过自身的调节把溢流阀入口、即泵的出口压力稳定在初始调定值上不变。原理:利用作用在阀芯上的液压力与弹簧力相平衡进行工作.分类：溢流阀(直动式、先导式)、减压阀、顺序阀(先导式、液控式)和压力继电器.§4-3压力控制阀-溢流阀一、溢流阀通过阀口的溢流，使被控制系统或回路的压力维持恒定。

1.结构和工作原理

(1)直动型溢流阀

结构如图4-19直动型溢流阀

工作原理：通过比较阀芯顶部的弹簧力与阀芯底部的液压力的大小控制阀芯的运动，以实现阀口的开启与开口大小。§4-3压力控制阀-溢流阀

阻尼活塞(阻尼孔)的作用：a.开启、关闭阀口时,提高阀芯的工作稳定性；

b.保证阀芯移动时的对中性。偏流盘的作用：改变油流方向，产生一个与弹簧力相反的射流力,且其大小随弹簧力变化而变化,从而改善阀的启闭特性。直动式溢流阀适用于小流量系统，一般用作安全阀。§4-3压力控制阀-溢流阀定量分析：弹簧预紧力弹簧压缩量当时，当p与T不通当时，阀芯即将上升，此时的压力称作开启压力时，阀口打开，油液由p口经T口溢回油箱，进油压力即不再上升，若阀芯最终平衡在某一位置上保持一定的开口和溢流量，使进油压力保持恒定。§4-3压力控制阀-溢流阀结论：调节弹簧的预压缩量，即可获得不同的调定压力，此压力值基本保持不变；更换弹簧可以获得不同压力等级的溢流阀。应用：小流量液压系统，作安全阀用。此时阀芯上受力平衡方程式为：故相对很小，可以忽略不计，则常数§4-3压力控制阀-溢流阀

(2)先导式溢流阀结构：如图4-20Y1型先导式溢流阀

图4-21先导式溢流阀

图4-22先导式溢流阀原理图

原理：通过控制开启先导阀以达到控制主阀芯的开启、闭合.由图4-22，可得以下方程：忽略则P’由先导阀调定故=常数§4-3压力控制阀-溢流阀

2.溢流阀的特性图4-23溢流阀的启闭特性图4-26溢流阀的压力示波图§4-3压力控制阀-溢流阀3.溢流阀在系统中的应用

图4-27

图4-28

图4-29，图4-30

:举例

图4-31§4-3压力控制阀-减压阀

二、减压阀

原理:

利用液流流经缝隙产生压力降低的原理，

使得阀的出口压力低于进口压力。

应用:

用于要求某一支路压力低于主油路压力

的场合。

要求：出口压力维持恒定，不受入口压力、通

过流量大小的影响。§4-3压力控制阀-减压阀1.结构和工作原理参见图4-33先导式减压阀定量分析：忽略则式中：Fs-弹簧预紧力；-由先导阀调定≈常数§4-3压力控制阀-减压阀●与溢流阀的区别：a.主阀芯结构不同；b.进油口与出油口之间是常开的；c.导阀油液直接接油箱

2.减压阀的应用参见图4-35减压回路在液压系统中，一个油源供应多个支路工作时，由于各支路要求的压力值大小不同，这就需要减压阀去调节，利用减压阀可以组成不同压力级别的液压回路如夹紧油路、控制油路和润滑油路等。本节重点掌握内容1.掌握直动式溢流阀、先导式溢流阀的结构和工作原理。弄清以下相关问题：(1)直动式溢流阀为何不宜用于作高压大流量的溢流阀？(2)采用先导式溢流阀为何能减小系统的压力波动？图4-21所示先导式溢流阀中的阻尼孔2和3各起什么作用？外控口K有何用处？若误把它当成漏油口而接油箱时，会出现的问题？(3)什么是溢流阀的启闭特性？它说明什么问题？溢流阀的动态特性指标有哪些？各说明什么问题？(4)试举例说明溢流阀在系统中的不同应用：溢流恒压、安全限压、远程调压、造成背压、使系统卸荷。2.掌握减压阀的结构和工作原理，了解它在系统中的应用。§4-3压力控制阀-顺序阀三、顺序阀

作用：用压力信号自动控制油路的通断，用于控制同一系统多个执行元件的顺序动作。

分类：按调压方式不同：1、直控式顺序阀

2、液控式顺序阀§4-3压力控制阀-顺序阀1.结构、工作原理参见图4-36先导式顺序阀；

图4-37液控顺序阀；2.顺序阀的应用a、控制系统中多个执行元件的顺序动作；参见图4-38b、在竖缸或液压马达系统中作平衡阀用；参见图4-39c、外控顺序阀作卸荷阀用（与溢流阀同）；d、内控顺序阀可做背压阀用（与溢流阀同）。溢流阀、减压阀、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与主油路并联，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作卸荷和平衡阀用时出口通油箱；当顺序控制时，出口到工作系统泄漏的回油方式泄漏由内部回油外卸回油外卸回油；当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、背压阀用时，阀口是常开状态原始状态阀口开启，工作过程阀口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；远程调压减压、稳压作用顺序控制作用；卸荷作用；平衡（限速）作用；背压作用溢流阀和顺序阀职能符号比较溢流阀顺序阀内控式外控式卸荷式符号说明初始状态阀口关闭，以进口油压与弹簧力平衡；阀溢流口接油箱；弹簧腔内泄回油弹簧处比溢流阀多一个外泄回油箱符号，出口油不通油箱从外部油源引入控制油，有外泄回油箱符号，出口不到油箱控制油为外控（外部引油）§4-3压力控制阀-压力继电器

四、压力继电器

作用：将系统或回路中压力信号转换为电信号的转换装置，即液电信号转换元件。它可利用液压力来启闭电气触点发生电信号，从而控制电气元件(电机、电磁铁、继电器等)的动作,实现电机启停、液压泵卸荷、多个执行元件顺序动作和系统的安全保护。

1.结构和工作原理

参见图4-40压力继电器

2.应用

参见图4-41用压力继电器控制顺序动作回路本节掌握重点1.清楚顺序阀和压力继电器的结构、工作原理及应用。2.清楚溢流阀、减压阀、顺序阀的相同与区别点(4-11题)。3.理解单向顺序阀的应用(参照图4-38、4-39)。练习:4-13,4-22（图4-58）,4-24（图4-60）作业：4-14课堂练习1.若将减压阀的进出口反接，会出现什么情况？2.随着负载压力的增加,2个不同调定压力的减压阀串联后的出口压力决定于哪个减压阀?为什么?另一个阀处于什么状态?两个阀并联呢？3.夹紧油路如图4-55所示，若溢流阀调定压力5MPa，减压阀调定压力为2.5MPa，当活塞运动时(负载为零)，A和B两点的压力各为多少？减压阀处于什么状态？当工件被夹紧时，A和B两点的压力又各为多少？减压阀又处于什么状态？4.若减压阀在使用中不起减压作用，原因是什么？若出口压力调不上去，原因是什么？课堂练习答案1.答：将减压阀进出口反接，即将进油接通减压阀的出油口，

将负载接通减压阀进油口。当来油压力低于减压阀调定

压力时，减压阀阀口不变，保持常开状态；当来油压力

高于减压阀调定压力时，减压阀导阀打开，减压阀口关

小，甚至关闭，有小量油液经导阀泄回油箱。2.答:(a)所示当pj2<pj1时，当F↑时，阀2先动作，把出口C点

压力定在阀2的调定值pj2上，随着流量的不断输入,阀2入口即阀1出口的油压升高，阀1动作，使B点压力定为

pj1，对出口C压力无影响；当pj2

>pj1时，当F↑时，B点为pj1而阀2则因出口压力不会再升高，使其阀口仍处于全开状态，相当于一个通道，不起减压作用。故串联时出口C点压力决定于调定压力较低者。课堂练习答案(b)所示当pj2>pj1时，当F↑时，达到pj1时，阀1导阀打开，其减压阀口关小，出口压力此瞬时由阀1调定为pj1，因阀2阀口仍全开，而泵的供油量又不断输入，故使负载油压继续增加，阀1、2出口(B、C)油压也等值同时增加，故阀1定压失效,此时因出口压力的增加，使阀1导阀开度加大，阀口进一步关小，当负载压力增加到阀2的调定值时，阀2动作,关小其减压阀口，使出口油压定在较高的pj2值上不再升高。此时阀1的入口、出口油压与阀2相同，其导阀开度和导阀调压弹簧压缩量都较原调定值加大，减压阀口可能关闭或关小。课堂练习答案3.答：①活塞运动时（F=0）,pA=pB=0，减压阀阀芯处于最下端，阀口全开；②工件夹紧后，pB=2.5MPa,pA=5MPa工件夹紧后，由于泵的流量仍在输出，致使液压缸进油腔压力憋高，B点压力上升，上升到pj时，减压阀动作，阀芯抬起,阀口关小，稳定其出口压力，使pB=pj=2.5MPa。此时因液压缸停止移动，故已没有经减压阀阀口通向负载的流量，只有经减压阀阀口通向导阀，再经导阀泄回邮箱的一小股液流。但泵的流量仍在输出，而减压阀的过流量又很小,故泵的出口即A点压力很快憋高，并最终将溢流阀顶开，使A点压力为溢流阀的调定值，即pA=py=5MPa。课堂练习答案4.答：①减压阀不起作用，是因为减压阀阀口全开，当减压阀

的负载压力小于减压阀的调定值时，阀芯不能抬起，其

开口最大，不起减压作用；当减压阀入口压力小于其调

定值时，阀口也全开，不起减压作用。

②减压阀出口压力调不上去的原因是：①没有负载②负

载压力小于减压阀调定值③减压阀进出口压差偏低④

减压阀进、出油口接反。§4-4流量控制阀

作用：控制通过阀的流量，达到调节执行元件(缸或马达)运动速度的目的。简言之：控制流量、调节速度。

原理：依靠改变阀口通流截面积的大小或通流通道的长短来改变液阻,以达到调节通过阀口流量的目的。

类型：普通节流阀、调速阀等。

要求：具有足够的调节范围；能保证稳定的最小流量；温度和压力变化对流量的影响要小；调节方便；泄漏小等。§4-4流量控制阀-普通节流阀一、普通节流阀和节流口形式1.结构和工作原理参见图4-422.节流口形式节流阀的主要结构形式取决于节流口的形式，而节流口的形式又直接影响节流阀的性能,因此节流口的形式是研究节流阀的关键所在。典型的节流口结构形式参见图4-43。图4-43所示几种典型结构形式，分别通过轴向移动或旋转阀芯来调节通道截面大小。§4-4流量控制阀-普通节流阀二、流量稳定性分析

理想状态：节流口调节好后，流量保持稳定不变。

影响流量稳定性的因素：

1.节流阀前后压差∆p对流量稳定性的影响式中Q—通过节流口孔道的流量；Aj—节流口通流截面面积；C—由节流口形式、液体流态、油液性质等因素决定的系数;Δp—节流口前、后的压力差；—节流阀指数。对于细长孔=1，对于薄壁小孔=0.5，厚壁孔=0.5～1。§4-4流量控制阀-普通节流阀节流阀的流量特性曲线如下图所示。

§4-4流量控制阀-普通节流阀由上图可以看出(结论)：(1)薄壁小孔随压差的变化最小，故多数阀采用此节流口形式； (2)同一节流口，开口小的流量稳定性好，压差越大，流量稳定性越好。

§4-4流量控制阀-普通节流阀节流阀刚性kT：为了深入分析压差变化对流量的影响，我们引用节流阀刚性kT，它定义为节流阀通流截面Aj一定时，节流阀前后压力差Δp发生的变化量，与由此而引起通过节流阀流量变化量之比。用数学表达式表示即

由于则：

§4-4流量控制阀-普通节流阀

2.温度对流量稳定性的影响A、粘性受温度影响大，引起C的变化，从而影响Q，尤其是细

长孔；B、温度变化引起氧化，杂质影响流量稳定性，出现低速爬行

现象。

防止节流口堵塞的措施A、采用薄壁孔、大水力半径的节流口形式；B、节流口前后压差适中，太大容易升温，太小容易爬行；C、精密过滤油液，保证油液定期更换。§4-4流量控制阀-普通节流阀3.流量调节范围和最小稳定流量节流阀的流量调节范围RQ是指节流阀最大开口量时的流量Qmax与最小开口量时的最小稳定流量Qmin的比值，同时也是最大开口时通流截面积与最小开口时通流截面积的比值，即

最小稳定流量Qmin就是节流阀在最小的开口量和一定的压差下能够长期保持其调节的流量恒定。§4-4流量控制阀-普通节流阀“爬行”现象：有些液压系统的执行元件在低速时出现“爬行”现象。所谓“爬行”是指液压传动中，当液压执行元件在低速下运转时可能产生时断时续的运动现象。爬行现象实质上是当物体在滑动面上作低速相对运动时，在一定条件下产生的停止与滑动相交替的现象。§4-4流量控制阀-调速阀

三、调速阀

作用：调节流量，并在调节后起稳定流量的作用。

结构、工作原理：参见图4-46液压泵出口（即调速阀进口）压力p1，由溢流阀调整，基本保持恒定。调速阀出口的压力p3由活塞上的负载F决定。所以当F增大时调速阀进出口压差p1-p3将减小。如在系统中装的是普通节流阀，则由于压差的变动，影响通过节流阀的流量，因而活塞运动的速度不能保持恒定。§4-4流量控制阀-调速阀我们来分析一下调速阀中减压阀的作用。从图4-46可以看到,减压阀阀芯上端的油腔b通过孔道a和节流阀后的油腔相通,压力为P3,而其肩部腔c和下端油腔d，通过孔道f和e与节流阀前的油腔相通,压力为P2。活塞上负载F增大时,P3也增大,于是作用在减压阀阀芯上端的液压力增大,阀芯下移,减压阀的开口加大,压降减小,因而使P2也增大,结果使节流阀前后的压差P3–P2保持不变。反之亦然。这样就使通过调速阀的流量恒定不变,活塞运动的速度稳定,不受负载变化的影响。§4-4流量控制阀-调速阀减压阀阀芯上所受力的平衡方程式为：

式中：p2-节流阀入口压力，即减压阀的出口压力；p3-节流阀出口压力；G—减压阀阀芯自重（滑阀垂直安放时考虑）；Fs—弹簧的预紧力；Ag—减压阀阀顶端面积；Ff—阀芯移动时的摩擦力；如略去G和Ff的影响可得：