液压传动上课教案5.1 方向控制阀

黄石理工学院1本章提要

液压控制阀按其作用可分为方向控制阀、压力控制阀和流量控制阀三大类。本章介绍方向控制阀。

方向控制阀是用来改变液压系统中各油路之间液流通断关系的阀类。如单向阀、换向阀及压力表开关等。本章主要介绍方向控制阀和方向控制回路。2本章提要阀口特性与阀芯的运动阻力，节流边与液压桥路单向阀换向阀换向回路与锁紧回路液压阀的连接方式本章主要内容为：3液压控制阀的分类:方向控制阀——用于控制液流的流动方向；压力控制阀——用于控制液流的压力大小；流量控制阀——用于控制液流的流量大小；1.按功能:

可用于控制液流的压力、方向和流量的元件或装置称为液压控制阀。4滑阀——阀芯为多端圆柱体，阀芯相对阀体作轴向运动；锥阀——阀芯为锥柱体，阀芯相对阀体作轴向运动；转阀——阀芯为带圆周方向槽的圆柱体，阀芯相对阀体转动；2.按阀芯结构:3.按控制方式:有手动操作、电磁铁控制、比例电磁铁控制、液压控制等。4.按安装方式:有板式阀、管式阀、叠加阀、插装阀等。55.1阀口特性与阀芯的运动阻力对于各种滑阀、锥阀、球阀、节流孔口，通过阀口的流量均可用下式表示：5.1.1

阀口流量公式及流量系数

式中:阀口通流面积；阀口前、后压差；流量系数；液体密度。（5-1）61、滑阀的流量系数

流量系数Cq与雷诺数Re有关。对于滑阀，若阀口为锐边，可取Cq＝0.6～0.65。

锥阀阀口流量系数约为Cq=0.77~0.82。2、锥阀的流量系数7

单向阀只允许经过阀的液流单方向流动，而不许反向流动。单向阀有普通单向阀和液控单向阀两种。

5.2单向阀5.2.1普通单向阀

图5.10普通单向阀(b)正向导通，反向不通8单向阀的工作原理

A-B导通，B-A不通不能作单向阀B-A导通，A-B不通9A-B导通，B-A不通B-A导通，A-B不通10不能作单向阀11上图所示的阀属于管式连接阀，此类阀的油口可通过管接头和油管相连，阀体的重量靠管路支承，因此阀的体积不能太大太重。321ABAB3211—阀体；2—阀芯；3—弹簧；直通式单向阀中的油流方向和阀的轴线方向相同。12

直角式单向阀的进出油口A(P1)、B(P2)的轴线均和阀体轴线垂直。ABAB图5.11(a)所示的阀属于板式连接阀，阀体用螺钉固定在机体上，阀体的平面和机体的平面紧密贴合，阀体上各油孔分别和机体上相对应的孔对接，用“O”形密封圈使它们密封。13

直角式单向阀的进出油口A(P1)、B(P2)的轴线均和阀体轴线垂直。ABAB

不但单向阀有管式连接和板式连接之分，其它阀类也有管式连接和板式连接之分。大多数液压系统都采用板式连接阀。141一阀体；2一阔芯；3一弹簧；

A一进油口；

B一出油口。管式阀板式阀图5.11普通单向阀直通式直角式15(2)对单向阀的要求

①开启压力要小。

②能产生较高的反向压力，反向的泄漏要小。

③正向导通时，阀的阻力损失要小。 ④阀芯运动平稳，无振动、冲击或噪声。(3)单向阀的符号单向阀和其它阀组合后，成为组合阀，例如单向顺序阀、单向节流阀等。AB图5.10（C）单向阀的职能符号165.1.2液控单向阀(1)液控单向阀的工作原理和图形符号17(1)简式内泄型液控单向阀

此类阀不带卸荷阀芯，无专门的泄油口。

简式内泄型液控单向阀1—阀体；2—阀芯；3—弹簧；4—阀盖；5—阀座；6—控制活塞；7—下盖。A—正向进油口;B—正向出油口

K—控制口18图5.13简式外泄型液控单向阀1—控制活塞；2—顶杆；3—阀芯。(1)简式外泄型液控单向阀

此类阀不带卸荷阀芯，有专门的泄油口，外泄油口通油箱，故可用于较高压力系统。P1—正向进油口;P2—正向出油口K—控制口泄油口19内泄式图5.14(a)带卸荷阀的内泄式液控单向阀2-主阀芯;3-卸荷阀芯;5-控制活塞123456ABK(3)带卸荷阀的液控单向阀若在控制口K加控制压力，先顶开卸荷阀芯3，B腔压力降低，活塞5继续上升并顶开主阀芯2，大量液流自B腔流向A腔，完成反向导通。此阀适用于反向压力很高的场合。20图5.14(b)带卸荷阀的液控单向阀(外泄式)2-主阀芯;3-卸荷阀芯;5-控制活塞A-正向进油口;B-正向出油口;K-控制口ABKKL123456AB

(4)液控单向阀符号

ABK〈a〉内泄式ABK〈b〉外泄式2125134图中，用单向阀5将系统和泵隔断，泵开机时泵排出的油可经单向阀5进入系统;泵停机时，单向阀5可阻止系统中的油倒流。普通单向阀和液控单向阀的应用（1）用单向阀将系统和泵隔断

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(2)用单向阀将两个泵隔断在下图中，1是低压大流量泵，2是高压小流量泵。低压时两个泵排出的油合流，共同向系统供油。高压时，单向阀的反向压力为高压，单向阀关闭，泵2排出的高压油经过虚线表示的控制油路将阀3打开，使泵1排出的油经阀3回油箱，由高压泵2单独往系统供油，其压力决定于阀4。这样，单向阀将两个压力不同的泵隔断，不互相影响。214323(3)用单向阀产生背压在右图中，高压油进入缸的无杆腔，活塞右行，有杆腔中的低压油经单向阀后回油箱。单向阀有一定压力降，故在单向阀上游总保持一定压力，此压力也就是有杆腔中的压力，叫做背压，其数值不高一般约为0.5MPa。在缸的回油路上保持一定背压，可防止活塞的冲击，使活塞运动平稳。此种用途的单向阀也叫背压阀。背压阀pb24(4)用单向阀和其它阀组成复合阀由单向阀和节流阀组成复合阀，叫单向节流阀。用单向阀组成的复合阀还有单向顺序阀、单向减压阀等。在单向节流阀中，单向阀和节流阀共用一阀体。当液流沿箭头所示方向流动时，因单向阀关闭，液流只能经过节流阀从阀体流出。若液流沿箭头所示相反的方向流动时，因单向阀的阻力远比节流阀为小，所以液流经过单向阀流出阀体。此法常用来快速回油。从而可以改变缸的运动速度。25在右图中，通过液控单向阀往立式缸的下腔供袖，活塞上行。停止供油时，因有液控单向阀，活塞靠自重不能下行，于是可在任一位置悬浮。将液控单向阀的控制口加压后，活塞即可靠自重下行。若此立式缸下行为工作行程，可同时往缸的上腔和液控单向阀的控制口加压，则活塞下行，完成工作行程。ABKG(5)用液控单向阀使立式缸活塞悬浮26

(6)用两个液控单向阀使液压缸双向闭锁将高压管A中的压力作为控制压力加在液控单向阀2的控制口上，液控单向阀2也构成通路。此时高压油自A管进入缸，活塞右行，低压油自B管排出，缸的工作和不加液控单向阀时相同。同理，若B管为高压，A管为低压时，则活塞左行。若A、B管均不通油时，液控单向阀的控制口均无压力，阀1和阀2均闭锁。这样，利用两个液控单向阀，既不影响缸的正常动作，又可完成缸的双向闭锁。锁紧缸的办法虽有多种，用液控单向阀的方法是最可靠的一种。12AB27

换向阀能改变液流方向，将换向阀与缸连接可以很方便地使缸的活塞改变运动方向。5.3换向阀换向阀的类型有

按阀的结构形式：滑阀式、转阀式、球阀式、锥阀式。

按阀的操纵方式：手动式、机动式、电磁式、液动式、电液动式、气动式。

按阀的工作位置数和控制的通道数：二位二通阀、二位三通阀、二位四通阀、三位四通阀、三位五通阀等。

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换向阀的工作原理

TPAB

如下图，换向阀阀体2上开有4个通油口P、A、B、T。换向阀的通油口永远用固定的字母表示，它所表示的意义如下：P—压力油口；A、B—工作油口；T——回油口。PTBA29PTBAPTABTPABPTABTPABTPABPTAB30PTABTPAB下图表示阀芯处于中位时的情况,此时从P口进来的压力油没有通路。A、B

两个油口也不和T口相通。31TPAB下图表示人向一侧搬动控制手柄，阀芯左移，或者说阀芯处于左位的情况。此时P口和A口相通，压力油经P、A到其它元件；从其它元件回来的油经B、阀芯中心孔，T回油箱。PTAB左位32PTABTPAB下图表示人向另一侧搬动控制手柄阀芯右移，或者说阀芯处于右位时的情况。此时，从P口进来的压力油经P、B

到其它元件。从其它元件回来的油经A、T回油箱。右位335.3.1换向机能5.3.1.1换向阀的“通”和“位”“通”和“位”是换向阀的重要概念。不同的“通”和“位”构成了不同类型的换向阀。“位”(Position)一指阀芯的位置，通常所说的“二位阀”、“三位阀”是指换向阀的阀芯有两个或三个不同的工作位置，“位”在符号图中用方框表示。所谓“二通阀”、“三通阀”、“四通阀”是指换向阀的阀体上有两个、三个、四个各不相通且可与系统中不同油管相连的油道接口，不同油道之间只能通过阀芯移位时阀口的开关来沟通。34表5.1不同的“通”和“位”的滑阀式换向阀主体部分的结构形式和图形符号名称结构原理图图形符号二位二通

二位三通

二位四通

三位四通

35表5.1中图形符号的含义如下：用方框表示阀的工作位置，有几个方框就表示有几“位” 方框内的箭头表示油路处于接通状态，但箭头方向不一定表示液流的实际方向方框内符号“┻”或“┳”表示该通路不通方框外部连接的接口数有几个，就表示几“通”36表5.1中图形符号的含义如下：一般，阀与系统供油路连接的进油口用字母P表示；阀与系统回油路连通的回油口用T(有时用O)表示；而阀与执行元件连接的油口用A、B等表示。有时在图形符号上用L表示泄漏油口。换向阀都有两个或两个以上的工作位置，其中一个为常态位，即阀芯未受到操纵力时所处的位置，图形符号中的中位是三位阀的常态位。利用弹簧复位的二位阀则以靠近弹簧的方框内的通路状态为其常态位。绘制系统图时，油路一般应连接在换向阀的常态位上。

375.3.1.2滑阀机能

滑阀式换向阀处于中间位置或原始位置时，阀中各油口的连通方式称为换向阀的滑阀机能。

两位阀和多位阀的机能是指阀芯处于原始位置时,阀各油口的通断情况。

三位阀的机能是指阀芯处于中位时,阀各油口的通断情况。三位阀有多种机能现只介绍最常用的几种。38（l）二位二通换向阀

二位二通换向阀其两个油口之间的状态只有两种：通或断。

二位二通换向阀的滑阀机能有：常闭式（O型）、常开式（H型）。图5.15二位二通换向阀的滑阀机能

二位阀的原始位置：若为手动控制，则是指控制手柄没有动作的位置；若为液压控制则是指失压的位置若为电磁控制则是指失电的位置。39

（2）三位四通换向阀

三位四通换向阀的滑阀机能有很多种，常见的有表5.1中所列的几种。中间一个方框表示其原始位置，左右方框表示两个换向位。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型式。PTABO型机能40②因P口封闭，泵不能卸荷，泵排出的压力油只能从溢流阀排回油箱。③可用于多个换向阀并联的系统。当一个分支中的换向阀处于中位时,仍可保持系统压力，不致影响其它分支的正常工作。PTABO型机能①缸的两腔被封闭,活塞在任一位置均可停住,且能承受一定的正向负载和反向负载。1）O型机能

阀芯处于中位时,P,A,B,T

四个油口均被封闭，其特点是：412）H型机能

阀芯处于中位时,P,A,B,T四个油口互通。PTABH型机能①虽然阀芯已除于中位，但缸的活塞无法停住。中位时油缸不能承受负载。②不管活塞原来是左行还是右行，缸的各腔均无压力冲击，也不会出现负压。换向平稳无冲击，换向时无精度可言③泵可卸荷。④不能用于多个换向阀并联的系统。因一个分支的换向阀一旦处于中位，泵即卸荷，系统压力为零，其它分支也就不能正常工作了。H型机能的特点如下：423）M型机能阀芯处于中位时,A、B

油口被封闭，P、T

油口互通。M型机能是取O型机能的上半部，H型机能的下半部组成的，故兼有二者的特点。M型机能如下：①活塞可停在任一位置上，用能承受双向负载。②缸的两腔会出现压力冲击或负压，依活塞原来的运动方向而定。活塞有前冲。③泵能卸荷。④不宜用于多个换向阀并联的系统。PTABM型机能43此种机能目的是构成差动连接油路，使单活塞杆缸的活塞增速。4）P型机能

阀芯处于中位时，P、A、B油口互通，油口T被封闭。PTABP型机能44O型机能H型M型P型45Y型机能――Ｐ封闭，Ａ、Ｂ、Ｔ互通。Ｋ型机能――Ｐ、Ａ、Ｔ互通，Ｂ封闭。Ｘ型机能――Ｐ、Ａ、Ｂ、Ｔ之间只有很小的缝隙连通。Ｊ型机能――Ｐ、Ａ封闭，Ｂ、Ｔ互通。Ｃ型机能――Ｐ、Ａ相通，Ｂ、Ｔ封闭。Ｎ型机能――Ｐ、Ｂ封闭，Ａ、Ｔ互通。Ｕ型机能――Ｐ、Ｔ封闭，Ａ、Ｂ互通。除上述四种常用的机能外，根据油口通断情况不同尚可组合成多种机能，不过这些机能多用在特殊场合。这些机能是：（见书p57）46图5.17三位四通手动换向阀弹簧复位方式钢珠定位方式手动换向阀主要有弹簧复位和钢珠定位两种型式。图5.17(a)所示为钢球定位式三位四通手动换向阀。图5.17(b)则为弹簧自动复位式三位四通手动换向阀。5.3.2换向阀的操纵方式5.3.2.1手动换向阀47图5.17三位四通手动换向阀中位手柄阀芯复位弹簧48图5.17三位四通手动换向阀左位手柄阀芯复位弹簧49图5.17三位四通手动换向阀右位手柄阀芯复位弹簧50旋转移动式手动换向阀

图5.17(c)所示为旋转移动式手动换向阀，旋转手柄可通过螺杆推动阀芯改变工作位置。这种结构具有体积小、调节方便等优点。由于这种阀的手柄带有锁，不打开锁不能调节，因此使用安全。51此类控制方式的“信号源”是缸的运动件。例如将挡块固定在运动的活塞杆上，当挡块触压阀推杆2的滚滚轮1时，推杆2即推动阀芯3换向。挡块和推杆2端部的滚轮脱离接触后，阀芯即可靠弹簧复位。此种阀的控制方式因和缸的行程有关，也有管此类阀叫“行程阀”。1—滚轮2—推杆3—阀芯图5.18机动换向阀5.3.2.2机动换向阀52

电磁换向阀是利用电磁铁吸力推动阀芯来改变阀的工作位置。（1）直流电磁铁和交流电磁铁5.3.2.3电磁换向阀阀用电磁铁根据所用电源的不同，有以下三种：

①交流电磁铁。寿命较短。

②直流电磁铁。需要专用直流电源，使用寿命较长。③本整型电磁铁。本整型指交流本机整流型。（2）干式、油浸式、湿式电磁铁

不管是直流还是交流电磁，都可做成干式和湿式的。湿式电磁铁具有吸着声小、寿命长、温升低等优点。53图5.19三位四通电磁换向阀右电磁铁通电换向左、右电磁铁断电（复中位）左电磁铁通电换向（3）电磁换向阀的工作原理54

图5.20所示为交流式二位三通电磁换向阀。当电磁铁断电时，阀芯2被弹簧7推向左端，P和A接通；当电磁铁通电时，铁芯通过推杆3将阀芯2推向右端，使P和B接通。

（4）电磁换向阀的典型结构

图5.20交流式二位三通电磁换向阀

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图5.21为直流湿式三位四通电磁换向阀。当两边电磁铁都不通电时，阀芯2在两边对中弹簧4的作用下处于中位，P、T、A、B口互不相通；当右边电磁铁通电时，推杆6将阀芯2推向左端，P与A通，B与T通；当左边电磁铁通电时，P与B通，A与T通。图5.21直流湿式三位四通电磁换向阀

565.3.2.4液动换向阀液动换向阀是利用控制压力油来改变阀芯位置的换向阀。对三位阀而言，按阀芯的对中形式，分为弹簧对中型和液压对中型两种。57阀芯两端分别接通控制油口K1和K2。当对液动滑阀换向平稳性要求较高时，还应在滑阀两端K1、K2控制油路中加装阻尼调节器。调节阻尼调节器节流口大小即可调整阀芯的动作时间。图5.22弹簧对中型三位四通液动换向阀

58p1p21、5—对中弹簧；2、4—定位套筒；3—阀芯；k1、k2—控制油口图5.22弹簧对中型三位四通液动换向阀

59电磁换向阀起先导作用，控制液动换向阀的动作；液动换向阀作为主阀，用于控制液压系统中的执行元件。5.3.2.5电液动换向阀图5.23外部控制、外部回油的弹簧对中电液换向阀

电液换向阀是电磁换向阀和液动换向阀的组合。电液换向阀用在大流量的液压系统中。60图5.23外部控制、外部回油的弹簧对中电液换向阀

电液换向阀有弹簧对中和液压对中两种型式。若按控制压力油及其回油方式进行分类则有：外部控制、外部回油；外部控制、内部回油；内部控制、外部回油；内部控制、内部回油等四种类型。615.3.3电磁球式换向阀

密封性好，介质可以是水、乳化液和矿物油；工作压力可高达63MPa。图5.24常开型二位三通电磁球式换向阀。621—电磁铁；2—杠杆；3—左推杆；4—左阀座；5—钢球；6—右阀座；7—右推杆；8—弹簧图5.24电磁球式换向阀原理635.4方向阀在换向与锁紧回路中的应用

对于换向要求高的主机（如各类磨床），若用手动换向阀就不能实现自动往复运动，一般采用特殊设计的机液换向阀，以行程挡块推动机动先导阀，由它控制一个可调式液动换向阀来实现工作台的换向，既可避免“换向死点”，又可消除换向冲击。这种换向回路，按换向要求不同可分为时间控制制动式和行程控制制动式两种。5.4.1.1简单换向回路

5.4.1.2复杂换向回路

简单换向回路，只需在泵与执行元件之间采用标准的普通换向阀即可。

5.4.1换向回路

64图5.25时间控制制动式换向回路（1）时间控制制动式换向回路65图5.25时间控制制动式换向回路

其制动时间可通过节流阀J1和J2的开口量