液压元件与系统 第4版 课件 第12、13章 插装阀、电液比例阀_第1页
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文档简介

第十二章插装阀第一节二通插装阀控制技术的发展及其技术特点

第二节盖板式二通插装阀的结构和工作原理

第三节盖板式二通插装阀的控制组件

第四节螺纹插装阀第一节二通插装阀控制技术的发展及其技术特点一、二通插装阀控制技术的形成和发展

二、二通插装阀控制的技术特点一、二通插装阀控制技术的形成和发展(1)发展初期(1970年~1974年)这一期间主要有德国的Rexroth、Bosch和英国的Towler等公司开始研究二通插装阀,但主要工作着重于对基本结构形式和控制原理的探讨。

(2)发展中期(1975年~1979年)经过各公司的前期努力,在一些产品上试用并获得成功。

(3)现期(1979年至今)1)1979年7月,德国标准化研究所正式颁布了世界上第一个关于二通插装阀控制技术的标准,意味着该技术已经成熟。2)亚琛工业大学在Backe教授液阻理论的基础上对二通插装阀控制技术进行了比较系统的研究,并取得了很大进展。二、二通插装阀控制的技术特点1)二通插装阀的单个控制组件都可以按照液阻理论做成一个单独受控的阻力。

2)这些“单个控制阻力”由主级和先导级组成,根据先导控制信号独立地进行控制。

3)根据对每一个排油腔的控制主要是对它的进油和回油的阻力控制的基本准则,因此原则上可以对一个排油腔分别设置一个输入阻力和一个输出阻力。

1)通过组合插件与阀盖,可构成方向、流量以及压力等多种控制功能。

2)流动阻尼小,通流能力大,特别适用于大流量的场合。

3)由于绝大部分是锥阀式结构,内部泄漏非常小,无卡死现象。

4)动作速度快。

5)抗污染能力强,工作可靠。

6)结构简单,易于实现元件和系统的“三化”,并简化系统。二、二通插装阀控制的技术特点第二节盖板式二通插装阀的结构和工作原理一、盖板式二通插装阀的组成

二、盖板式二通插装阀的工作原理

三、插装件

四、控制盖板

五、先导控制阀一、盖板式二通插装阀的组成图12-1盖板式二通插装阀的组成

1—先导元件2—控制盖板3—插装件4—插装块体一、盖板式二通插装阀的组成1.插装件

2.控制盖板

3.先导控制阀1.插装件图12-2插装件基本结构形式

a)结构图b)图形符号

1—阀芯2—弹簧

3—阀套4—密封件2.控制盖板控制盖板由盖板体、节流螺塞、内嵌先导控制元件以及其他附件等构成。它主要用来固定插装件并保证密封,内嵌先导控制元件和节流螺塞,安装先导控制阀以及位移传感器,行程开关等电气附件,沟通插装块体内控制油路和主阀组件的连接并实施控制3.先导控制阀先导控制阀是用于控制主阀组件动作的较小通径规格的控制阀。常用的先导控制阀主要有ϕ6mm和ϕ10mm通径的电磁换向阀以及以它为基础的叠加阀组。二、盖板式二通插装阀的工作原理

(12-3)(12-4)三、插装件1.面积比

2.阀芯的尾部结构

3.弹簧1.面积比

(12-5)(12-6)2.阀芯的尾部结构图12-3插装阀阀芯的尾部结构3.弹簧弹簧是插装阀的主要组成零件之一。弹簧的设计对插装件的静、动态特性有很大影响。插装阀通常配置不同刚度的弹簧,并用开启压力来表示它们的区别。由于开启压力与面积比有关,一般以面积比αA为1∶1.5时的开启压力来表示。四、控制盖板1.盖板体

2.内嵌先导控制元件1.盖板体盖板体是控制盖板的主体,其基本结构形式有方形和圆形之分,方形中有带凸肩和不带凸肩(平盖板)之分。盖板体内的控制通道用来沟通先导控制部分和主油路及主阀芯控制腔的连接,控制通道的通径通常按相关标准的规定进行设计。盖板体的一个重要用途是安装先导电磁换向阀或叠加阀组。2.内嵌先导控制元件(1)梭形阀元件

(2)单向阀元件

(3)先导液控单向阀元件

(4)压力控制元件(1)梭形阀元件图12-4梭形阀(球形)元件(2)单向阀元件单向阀元件是控制盖板中大量采用的内嵌先导元件,其基本结构有球形和锥形两种,它是一种二位二通阀。采用多个单向阀元件后,可以使控制盖板具有二通道、三通道、四通道等多种通道的压力选择功能。

(3)先导液控单向阀元件在图12-4中,如果利用一个小控制活塞,由外部或内部引入控制压力油驱动,推动钢球,则可构成先导液控型单向阀元件。图12-5先导压力控制元件(4)压力控制元件(4)压力控制元件图12-6微流量控制器五、先导控制阀1.滑阀型电磁换向阀

2.球式电磁换向阀1.滑阀型电磁换向阀1)阀芯为多台肩结构,和五槽式阀体配合构成“四边控制节流口”。

2)电磁铁多采用“湿式”结构,有直流、交流和本整型等种类。2.球式电磁换向阀球式电磁换向阀也称为电磁球阀,有二位三通和二位四通等类型。关于球式电磁换向阀的结构、工作原理及其特点可参见本书第十一章第四节的相关内容。第三节盖板式二通插装阀的控制组件一、盖板式二通插装阀的方向控制组件

二、盖板式二通插装阀的压力控制组件

三、盖板式二通插装阀的流量控制组件

四、盖板式二通插装阀的复合控制组件一、盖板式二通插装阀的方向控制组件图12-7基本型单向阀组件

a)结构b)图形符号一、盖板式二通插装阀的方向控制组件图12-8普通单向阀符号

a)控制通道与A油口相连通的单向阀符号b)控制通道与B油口相连通的单向阀符号一、盖板式二通插装阀的方向控制组件图12-9带滑阀式先导电磁阀的方向控制组件

a)结构b)图形符号

1—先导元件2—控制盖板3—插入元件一、盖板式二通插装阀的方向控制组件图12-10方向控制组件

a)外控式方向控制组件b)改变控制盖板的通道来改变位置机能的内控式方向控制组件一、盖板式二通插装阀的方向控制组件图12-11一个先导阀与四个方向阀插装件组成的二位四通阀一、盖板式二通插装阀的方向控制组件图12-12一个先导阀与四个方向阀插装件组成的三位四通阀及换向回路

a)插装阀回路b)等效回路一、盖板式二通插装阀的方向控制组件图12-13两个先导阀与四个方向阀插装件组成的四位四通阀及换向回路

a)插装阀回路b)等效回路二、盖板式二通插装阀的压力控制组件图12-14插装溢流阀组件及卸荷回路

a)插装溢流阀回路b)等效回路

1—液压泵2—先导调压阀3—二位二通电磁换向阀二、盖板式二通插装阀的压力控制组件图12-15减压控制组件

a)结构b)图形符号

1—减压阀插装件2—先导调压元件3—控制盖板4—微流量调节器三、盖板式二通插装阀的流量控制组件图12-16节流式流量控制组件

a)结构b)图形符号

1—行程调节器2—控制盖板3—流量阀插装件三、盖板式二通插装阀的流量控制组件图12-17二通型流量控制组件

a)结构b)图形符号

1—定差减压阀插装件2—节流阀插装件四、盖板式二通插装阀的复合控制组件图12-18复合控制阀及其等效液压系统

a)复合控制阀b)等效液压系统

1、3—方向阀插装件2—流量阀插装件4、5—压力阀插装件第四节螺纹插装阀一、螺纹插装阀与盖板式二通插装阀的比较

二、螺纹插装阀的功能类别

三、压力控制螺纹插装阀

四、流量控制螺纹插装阀

五、方向控制螺纹插装阀一、螺纹插装阀与盖板式二通插装阀的比较(1)功能实现螺纹式插装阀多依靠自身来提供完整的液压阀功能,盖板式二通插装阀一般依靠先导阀来实现完整的液压阀功能。

(2)阀芯形式螺纹插装阀既有锥阀,也有滑阀;盖板式二通插装阀多为锥阀。

(3)安装形式螺纹插装阀组件依靠螺纹与块体联接;盖板式二通插装阀的阀芯、阀套等插入阀体,依靠盖板联接在块体上。

(4)标准化与互换性两种插孔都有相应标准,插件互换性好,便于维修。

(5)适用范围盖板式二通插装阀适用于16通径及以上的高压大流量系统,螺纹插装阀适用于小流量系统。二、螺纹插装阀的功能类别二、螺纹插装阀的功能类别图12-19二通、三通和四通螺纹插装阀阀体功能油口的布置

a)二通b)三通c)三通短型d)四通三、压力控制螺纹插装阀1.溢流阀

2.滑阀型三通减压阀

3.顺序阀

4.卸荷阀1.溢流阀图12-20螺纹式插装溢流阀

a)直动式b)先导式2.滑阀型三通减压阀图12-21滑阀型三通减压阀

a)直动式b)先导式3.顺序阀

图12-22滑阀型直动式顺序阀4.卸荷阀四、流量控制螺纹插装阀1.针阀

2.压力补偿型流量调节阀

3.分流集流阀1.针阀

图12-24针阀2.压力补偿型流量调节阀图12-26由两个螺纹插装阀构成的二通型流量控制阀2.压力补偿型流量调节阀图12-27由定差溢流阀和可调节流阀构成的三通型流量控制阀3.分流集流阀图12-28压力补偿不可调分流集流阀

a)中位b)分流工况c)集流工况五、方向控制螺纹插装阀1.二通方向控制阀

2.三通方向控制阀

3.四通方向控制阀

4.单向阀与液控单向阀1.二通方向控制阀图12-29二通方向控制阀

a)锥阀型电液常闭二通阀b)滑阀型电磁常闭二通阀

c)锥阀型电液常开二通阀d)滑阀型电磁常开二通阀2.三通方向控制阀

图12-30二位三通电磁滑阀2.三通方向控制阀图12-32二位四通电磁滑阀3.四通方向控制阀4.单向阀与液控单向阀第十三章电液比例阀第一节概述

第二节电液比例压力阀

第三节电液比例流量阀

第四节电液比例方向阀

第五节高性能电液比例方向阀第一节概述一、电液比例阀的分类和组成

二、电液比例阀的特点

三、电液比例阀的基本性能要求一、电液比例阀的分类和组成在介绍电液比例阀的分类和组成之前,有必要了解比例阀的技术发展状况。其发展大致可分为三个阶段:第一阶段(20世纪60年代到70年代)是将比例电磁铁代替普通液压阀的开关型电磁铁或调节手柄,液压阀部分的结构原理和设计准则几乎没有变化,大多不含受控参数的反馈闭环。其工作频宽小(为1~5Hz),稳态滞环在4%~7%之间,多用于开环控制。二、电液比例阀的特点1)能方便地实现自动控制、远程控制和程序控制。

2)把电的快速性、灵活性等优点与液压传动功率大等优点结合起来,能连续、按比例地控制执行元件的力、速度和方向,并能防止压力或速度变化时的冲击现象。

3)简化了系统,减少了元件使用量。

4)制造简便,价格比伺服阀低廉,但比普通液压阀高。

5)使用条件、保养和维护与普通液压阀相当,抗污染性能较好。

6)电液比例阀可以用于没有反馈的开环控制系统,如图13-1所示;对有些场合需要进行位置控制或提高系统性能时,电液比例阀也可以组成闭环控制系统,如图13-2所示。图13-1电液比例阀组成的开环控制系统图13-2电液比例阀组成的闭环控制系统二、电液比例阀的特点三、电液比例阀的基本性能要求1.静态性能指标

2.动态性能指标1.静态性能指标(1)滞环HZ

(2)非线性度

(3)分辨率

(4)重复精度图13-3电液比例阀的滞环(1)滞环HZ

(1)滞环HZ

(13-1)(2)非线性度(13-2)(3)分辨率电液比例阀输出的流量或压力发生微小变化时,所需要的输入电流的最小变化率与额定输入电流的百分比,称为分辨率。对于电液比例阀,分辨率小时静态性能好,但分辨率不能过小,否则会使阀的工作不稳定。(4)重复精度

图13-4重复精度示意图2.动态性能指标(1)阶跃响应特性(2)频域响应特性(1)阶跃响应特性阶跃响应特性用于反映电液比例阀在时域的动态特性,其响应时间、过渡过程时间、最大超调量等性能指标的定义与溢流阀阶跃响应特性中的相关指标相同或相近,可参见本书第九章第一节的相关内容。

(2)频域响应特性1)幅频宽f-3db。幅频宽是指控制输出量与控制输入量的幅值比下降到0.707时的频率。

2)相频宽f-90°。相频宽是指控制输出量相对于控制输入量的相位达到90°时的频率。

3)最大幅值比Mr。最大幅值比是指幅频特性上的最大幅值比,工程应用中规定最大幅值比必须小于2dB。(2)频域响应特性图13-5输入不同幅值的电信号时电液比例流量阀的频率响应特性曲线第二节电液比例压力阀一、直动式电液比例溢流阀

二、先导式比例溢流阀

三、电液比例减压阀一、直动式电液比例溢流阀1.不带反馈的直动式电液比例溢流阀

2.带反馈的直动式电液比例溢流阀1.不带反馈的直动式电液比例溢流阀(1)工作原理(2)主要结构参数(1)工作原理图13-6不带反馈的直动式电液比例溢流阀

a)结构图b)图形符号

1—比例电磁铁2—推杆3—传力弹簧4—锥阀芯(1)工作原理图13-7直动式电液比例溢流阀的-I特性曲线(2)主要结构参数1)锥阀半锥角α。

2)锥阀阻尼孔直径d0和阀座孔直径d。

3)传力弹簧。1)锥阀半锥角α。α角一般取值较小(10°~20°),因为在流量一定时,较小的α角使锥阀的开度y较大,有利于提高抗污染能力。但α角过小将导致阀口稳态液动力增大,以致需要更大的比例电磁铁。2)锥阀阻尼孔直径d0和阀座孔直径d。对开关控制型溢流阀,阻尼孔直径d0通常取较小值,因为该孔直径太大有可能出现尖叫声和压力振动。而电液比例溢流阀中由于比例电磁铁本身就是一个较好的阻尼器,因此d0可适当加大,以减小该孔造成的压力降,得到较小的最低控制压力。3)传力弹簧。由于传力弹簧只起传力作用,因此与开关控制型溢流阀不同,弹簧刚度对电液比例溢流阀的启闭特性并无影响。2.带反馈的直动式电液比例溢流阀图13-9带位置电反馈的直动式比例溢流阀

1—阀体2—比例电磁铁3—位移传感器4—阀座5、6—弹簧7—弹簧座8—排气螺钉二、先导式比例溢流阀1.间接检测先导式比例溢流阀

2.直接检测先导式比例溢流阀1.间接检测先导式比例溢流阀图13-10间接检测先导式比例溢流阀

a)结构图b)图形符号

1—先导油流道2—主阀弹簧3、4—节流孔5—先导阀座6—先导阀7—外泄口8—先导阀芯

9—比例电磁铁10—手调限压阀11—主阀级12—主阀芯13—内部先导油口螺塞1.间接检测先导式比例溢流阀图13-11先导式比例溢流阀的原理框图2.直接检测先导式比例溢流阀图13-12直接检测式比例溢流阀

1—反馈推杆2—先导阀阀芯3—比例电磁铁4—主阀阀芯2.直接检测先导式比例溢流阀(13-4)(13-5)(13-6)三、电液比例减压阀1.带限压阀的二通先导式比例减压阀

2.带压力补偿流量控制器的二通先导式比例减压阀

3.电液比例三通型减压阀1.带限压阀的二通先导式比例减压阀图13-13带限压阀的二通先导式比例减压阀

a)结构图b)图形符号

1、5、6—节流孔2—压力表接口3—先导油流道4—主阀7—先导阀8—先导阀芯

9—比例电磁铁10—限压阀11—主阀芯组件12—单向阀2.带压力补偿流量控制器的二通先导式比例减压阀图13-14带压力补偿流量控制器的二通先导式比例减压阀

1—节流孔2—过载保护阀3—液阻4—先导油流道5—压力补偿流量控制器6—先导阀

7—先导阀芯8—比例电磁铁9—主阀芯组件10—主阀11—单向阀3.电液比例三通型减压阀图13-15直动式三通型比例减压阀原理简图

1—比例电磁铁2—对中弹簧3—阀芯4—阀体3.电液比例三通型减压阀图13-16双向三通型比例减压阀

1、3—测压柱塞2—阀芯4、6—比例电磁铁5—阀体第三节电液比例流量阀一、直动式比例流量阀

二、先导式比例流量阀一、直动式比例流量阀图13-17直动式比例调速阀

a)结构图b)图形符号

1—比例电磁铁2—节流阀芯3—定差减压阀4—弹簧一、直动式比例流量阀图13-18直接控制式比例流量阀原理二、先导式比例流量阀1.先导式位置反馈型比例流量阀

2.先导式流量反馈型比例流量阀二、先导式比例流量阀图13-19先导式比例流量阀反馈控制原理框图1.先导式位置反馈型比例流量阀(1)直接位置反馈型

(2)位移-力反馈型

(3)位移-电反馈型(1)直接位置反馈型图13-20直接位置反馈型比例节流阀

1—比例电磁铁2—先导阀3—主节流口4—主阀(2)位移-力反馈型

图13-21位移-力反馈型比例节流阀(3)位移-电反馈型2.先导式流量反馈型比例流量阀图13-23流量-位移-力反馈型二通比例流量阀

a)工作原理图b)结构图

1—主节流阀2—流量传感器3—先导阀4—比例电磁铁2.先导式流量反馈型比例流量阀图13-24流量-位移-力反馈型

三通比例流量阀

1—电液比例先导阀2—流量传感器

3—主调节器4—反馈弹簧

5—限压先导阀第四节电液比例方向阀一、电液比例方向阀的特点

二、电液比例方向阀的类型

三、直动式比例方向节流阀

四、先导式比例方向节流阀

五、比例方向流量阀一、电液比例方向阀的特点1)比例方向阀处于零位时阀口有较大的重叠量(正遮盖量)。

2)比例方向阀阀口的最大开启量设计得较大,接近普通换向阀,因此,比例方向阀在通过全流量时的压力损失小,一般为0.25~0.8MPa,有利于降低系统的能耗和温升。

3)比例方向阀可以设计成具有与常规方向阀类似的多种中位机能,以满足不同系统的控制要求。

4)由于现代电液比例方向阀中引入了各种内部反馈控制,因此比例方向阀的静态性能除了零位死区外,其他诸如滞环、线性度、重复精度等,都已经可以接近或达到电液伺服阀的水平。

5)由于比例方向阀的死区特性以及阀口开启量大的特点,因此设计时不能像伺服阀一样,简单地按零位附近线性化处理,而应充

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