华东交通大学 液压与气压传动 §53 压力控制阀

第五章液压控制阀-§5.3

压力控制阀§5.3

压力控制阀2024/1/26第五章液压控制阀-§5.3

压力控制阀§5.3压力控制阀定义：指液压系统中控制油液压力的上下或利用压力实现某些动作的液压阀，简称压力阀。共同点利用阀芯上的液压力和弹簧力平衡的原理工作。调压弹簧端的油液直接接油箱，称为泄漏油，以确保阀芯上液压力与弹簧预压缩量的近似比例关系，这个弹簧称为调压弹簧。调节弹簧预压缩量，即调节了阀芯的动作压力。2024/1/26第五章液压控制阀-§5.3

压力控制阀压力控制阀的类型2024/1/26第五章液压控制阀-§5.3

压力控制阀-5.3.1溢流阀5.3.1溢流阀〔短片〕溢流阀：通过阀口溢流，使被控制系统或回路的压力维持恒定，实现稳压、调压或限压作用。特别说明：溢流阀是压力阀，不是流量阀。按结构原理分类直动式先导式2024/1/26第五章液压控制阀-§5.3

压力控制阀-5.3.1溢流阀1．溢流阀的结构及工作原理〔1〕直动式溢流阀工作原理：右图为锥阀式直动型溢流阀，弹簧3有一定的预压缩量。组成：阀芯、阀体、弹簧、调压螺钉。油路连接：进口P旁接在泵的出口，回油口T接到油箱。当进口P油压不高时：弹簧3把锥阀2压在阀体1孔口上，阀口关闭。当进口P油压升高到能克服弹簧3的阻力时：锥阀2被推开，即阀口翻开，进口P的油液从回油口T流回油箱，即溢流，进口P压力亦即溢流压力不再升高。2024/1/26第五章液压控制阀-§5.3

压力控制阀-5.3.1溢流阀当通过溢流阀的流量变化：弹簧压缩量改变，即阀口开度变化，如压缩量变化很小，可认为锥阀上液压力和弹簧力平衡，进口P压力根本保持定值。溢流压力调节：改变弹簧3预压缩量，溢流压力得到调整。此弹簧为调压弹簧。改变弹簧刚度，得到不同调压范围。右边左图为德国力士乐公司的DBD型锥阀式直动型溢流阀。2024/1/26第五章液压控制阀-§5.3

压力控制阀-5.3.1溢流阀锥阀式溢流阀的特点锥阀芯和球阀式阀芯一样结构简单，密封性好，但阀芯和阀座接触应力大。滑阀式阀芯用得多，但泄漏大。见右图。直动式溢流阀的特点：①进油口处的压力直接由弹簧调定，故称为直动式溢流阀。②结构简单，灵敏度高。③当压力较高或流量较大时：弹簧刚度大或阀芯开度大〔或阀芯直径大〕，调节力大，且阀口开度(即弹簧压缩量)略变化就引起较大压力变化，仅用于低压小流量场合。直动式溢流阀的图形符号见右图。2024/1/26第五章液压控制阀-§5.3

压力控制阀-5.3.1溢流阀〔2〕先导式溢流阀右图为一种板式连接的先导式溢流阀的结构原理图。组成先导阀1：小规格直动式溢流阀，其上弹簧是调压弹簧，较“硬〞。主阀2：阀芯3端部为锥形，有阻尼小孔R，弹簧用于阀芯复位，克服摩擦力，较“软〞。工作原理油液进入进油口P，经阻尼孔R到主阀弹簧腔，作用于先导阀锥阀芯(外控口X一般堵死)。2024/1/26第五章液压控制阀-§5.3

压力控制阀-5.3.1溢流阀进油压力p不高时：液压力小于先导阀弹簧预调力，其阀口关闭，阀内油液不流动。主阀芯上下腔油压相同，弹簧压在阀座上，主阀口关闭。进油压力p高到能克服先导阀弹簧预调力时：先导阀阀口翻开，进油中一小局部油液即泄漏油，经阻尼孔R通过先导阀口与回油T一起流回油箱。阻尼孔R有油液流动，进出口有压差(p-p′)，当压差增大时，主阀芯能克服弹簧力上移，主阀口开启，进口油液绝大局部从主阀口流向回油口T回油箱，实现溢流稳压。2024/1/26第五章液压控制阀-§5.3

压力控制阀-5.3.1溢流阀压力调节：主阀弹簧腔压力p′通过先导阀弹簧来调节，而进口压力p与p′相差很小，即相当于调整了p。此弹簧是调压弹簧。改变其刚度，得到不同调压范围。外控口X：也称远程控制口或遥控口。X接油箱：主阀弹簧腔压力为零，只需很小压力便可克服弹簧力使主阀口全开，油液通过主阀口回油箱的压力损失很小，使进口压力p接近于零，实现卸荷。X接远程调压阀：调定压力小于先导阀调定压力，先导阀口关闭，远程阀口翻开，由其调压，即远程调压。2024/1/26第五章液压控制阀-§5.3

压力控制阀-5.3.1溢流阀2024/1/26第五章液压控制阀-§5.3

压力控制阀-5.3.1溢流阀图5.6为先导式溢流阀的一种典型结构。先导式溢流阀图形符号：当不知是直动式还是先导式溢流阀时，可用一般符号即直动式式溢流阀的图形符号表示：2024/1/26第五章液压控制阀-§5.3

压力控制阀-5.3.1溢流阀先导式溢流阀特点①先导阀控制溢流压力，主阀溢流。②先导阀通过泄漏油，流量小(额定流量1％，1～5L/min)，阀口直径小，锥阀芯液压力小，调压弹簧调整轻便，适于中、高压。③阻尼孔R：在其上有液流流动时形成主阀芯开启压力。阻尼孔过大，压差(p-p′)=0，主阀芯无法动；阻尼孔堵塞，(p-p′)很大，主阀芯全开。均使溢流阀失效。阻尼孔为细长孔，直径0.8～1.2mm，孔长8～12mm。④主阀弹簧“软〞，流量变化引起进口压力波动小，稳压性能优于直动式溢流阀。⑤主阀开启在先导阀开启后，灵敏度低于直动式溢流阀。⑥远程控制口X：实现远程调压、多级调压和卸荷等。2024/1/26第五章液压控制阀-§5.3

压力控制阀-5.3.1溢流阀远控调压卸荷2024/1/26第五章液压控制阀-§5.3

压力控制阀-5.3.1溢流阀2．溢流阀的静态特性静态特性：指溢流阀在稳定工作状态下的性能。主要有：压力-流量特性启闭特性〔1〕直动式溢流阀的压力-流量特性静力学方程阀芯上的受力平衡方程略去阀芯自重Fg、摩擦力Ff和稳态液动力Fbs进口压力由弹簧力Fs决定。Fs变化很小时，溢流阀进口压力恒定。2024/1/26第五章液压控制阀-§5.3

压力控制阀-5.3.1溢流阀实际压力p：溢流阀工作时由于流量变化导致阀口开度xR变化，弹簧力和稳态液动力也变化，因而进口处压力发生微小变化，令弹簧预压缩量为xc，弹簧刚度为ks，那么开启压力pc：指溢流阀刚开始溢流(即阀口将开未开，xR=0)时的进口压力，其值为：2024/1/26第五章液压控制阀-§5.3

压力控制阀-5.3.1溢流阀闭合压力pk：指溢流阀阀口完全关闭时的压力。调定压力pT：指随着溢流量增加，阀芯上升，阀口开度xR加大，p值亦加大，当溢流阀通过额定流量qS时，阀芯上升到相应位置时的进口压力。亦称全流压力。见图5.7。静态调压偏差：指全流压力与开启压力之差(pT-pc)。见图5.7a。开启比：开启压力与全流压力之比〔pc/pT〕。溢流阀开启比越大，静态调压偏差就越小，控制的压力越稳定。闭合比：指闭合压力与全流压力之比〔pk/pT〕。2024/1/26第五章液压控制阀-§5.3

压力控制阀-5.3.1溢流阀直动式溢流阀的“压力-流量〞特性方程即：溢流阀溢流时通过阀口的流量q2024/1/26第五章液压控制阀-§5.3

压力控制阀-5.3.1溢流阀溢流特性曲线讨论溢流特性曲线：指任设一xc值，得对应的开启压力pc值，代入“压力-流量〞特性方程，画出的曲线，如图5.7，实际上一般还是通过实验获得的。理想的溢流特性曲线：一条在pT处平行于流量坐标的直线，即p到达pT且不管溢流量多少，压力始终为pT。实际的溢流特性曲线：受溢流量影响，要求尽可能接近理想曲线。直动式溢流阀中流量变化对压力的影响，约为0.2～0.4MPa。2024/1/26第五章液压控制阀-§5.3

压力控制阀-5.3.1溢流阀2024/1/26第五章液压控制阀-§5.3

压力控制阀-5.3.1溢流阀先导式溢流阀的静力学方程仿照直动式溢流阀静力学方程，其主阀芯上腔的除了受弹簧力FS=kS〔xc+xR〕作用外，还有先导阀前的液压力p′A，即溢流时先导阀调整的主阀芯上端压力p′是定值，与p值很接近，因主阀弹簧“软〞，溢流量变化引起Fs变化小，即p变化小。先导式溢流阀的特性曲线有两段(图5.7a)，AB段是先导阀的p-q特性，即A点对应先导阀开启压力，此时先导阀刚开启而主阀关闭；BC段是主阀的p-q特性，B点对应主阀开启压力。先导式溢流阀的特性曲线比起直动式的平缓得多，即开启比比直动式的大，静态调压偏差也比直动式的小。2024/1/26第五章液压控制阀-§5.3

压力控制阀-5.3.1溢流阀〔2〕启闭特性启闭特性：指溢流阀开启和闭合全过程中的p-q特性。粘滞现象：溢流阀阀芯所受摩擦力Ff在阀口开启时为正，闭合时为负，方向相反，使得相同溢流量下，开启压力pc大于闭合压力pk，如图5.7b中间，实线和虚线分别为开、闭曲线，出现粘滞现象。不灵敏区：指在某溢流量下，开、闭曲线压力坐标的差值(如pn-pn′或pc-pk)。压力在不灵敏区升降时，阀口开度无变化。不灵敏区加大了调压偏差和压力波动。先导式溢流阀的不灵敏区比直动式的小。2024/1/26第五章液压控制阀-§5.3

压力控制阀-5.3.1溢流阀为保证溢流阀良好的启闭特性，一般规定开启比≥90%，闭合比≥85%。规定：把溢流阀调到全流量时的额定压力，开启中溢流量加大到额定流量的1%时的压力为开启压力pc；闭合中溢流量减小到额定流量的1%时的压力为闭合压力pk。〔3〕压力调节范围压力调节范围：指调压弹簧在规定范围内调节，压力平稳上升或下降、无突跳及迟滞现象时的最大和最小调定压力，如图5.7b。一般分为0.6～8、4～16、8～20、16～32MPa，实现四级调压。2024/1/26第五章液压控制阀-§5.3

压力控制阀-5.3.1溢流阀〔4〕额定流量额定流量：指溢流阀的最大允许流量。额定流量下溢流阀应无噪声。最小稳定流量：取决于它的压力平稳性要求，一般规定为额定流量的15%。〔5〕压力损失和卸载压力压力损失：指调压弹簧预压缩量为零且阀的流量为额定值时，溢流阀的进口压力值。卸载压力：指先导式溢流阀远程控制口通油箱且阀的流量为额定值时，溢流阀的进口压力值。压力损失略大于卸载压力，因主阀上腔油液要经先导阀回油箱，液流阻力稍大。但两种情况进口压力只克服主阀弹簧力和液动力，都很小，小于0.5MPa。2024/1/26第五章液压控制阀-§5.3

压力控制阀-5.3.1溢流阀〔6〕压力超调量压力超调量：指溢流阀由卸荷突然变为额定压力工况或由零流量变为额定压力、额定流量工况，由于阀芯惯性、粘性摩擦及油液压缩性影响，进口压力先迅速上升到一峰值pmax，衰减波动后稳定为额定压力值ps，峰值pmax与额定压力值ps之差值Δp。压力超调量是溢流阀动态性能的一种描述，一般限制超调量不得大于额定值的30%。图5.8为溢流阀由零压力、零流量过渡为额定压力、额定流量的动态性能曲线。2024/1/26第五章液压控制阀-§5.3

压力控制阀-5.3.1溢流阀3．溢流阀的要求及应用对溢流阀要求：调压范围大，调压偏差小，压力振摆小，动作灵敏，过流能力大，噪声小。溢流阀的应用①溢流阀，稳压。②平安阀，过载保护。③背压阀，接系统回油路，形成回油阻力，使执行元件运动平稳。2024/1/26第五章液压控制阀-§5.3

压力控制阀-5.3.2减压阀5.3.2减压阀减压阀：指是利用液流流过缝隙产生压力损失原理，使其出口压力低于进口的压力控制阀。用于支路需比主系统低且稳定的压力的场合。如夹紧支路、控制支路或润滑支路。分类按调节要求分：定值减压阀：应用广，就是常说的减压阀。定差减压阀：进出口压力差恒定，常与别的阀联用。定比减压阀：进出口压力成比例。按结构原理分：直动式：应用少先导式：应用多2024/1/26第五章液压控制阀-§5.3

压力控制阀-5.3.2减压阀1．减压阀的工作原理和结构直动式减压阀工作原理原始状态：阀口全开，进、出口沟通。出口压力油引至阀芯底部与弹簧力平衡。当出口压力小于弹簧调定压力时：阀芯不动，阀口全开，减压阀不工作。当出口压力达弹簧调定压力时：阀芯上移，阀口关小，减压阀工作。忽略其它阻力，仅考虑阀芯上液压力和弹簧力平衡，出口压力p2由弹簧预压缩量调定，低于进口压力。减压阀进出口均为压力油，其弹簧腔的泄漏油L须单独接油箱2024/1/26第五章液压控制阀-§5.3

压力控制阀-5.3.2减压阀减压阀工作的动态调节p2↓→阀芯下移→阀口↑→阀口阻力↓→压降↓→p2上升到调定值p2↑→阀芯上移→阀口↓→阀口阻力↑→压降↑→p2回下降到调定值直动式减压阀图形符号

直动式减压阀图形符号2024/1/26第五章液压控制阀-§5.3

压力控制阀-5.3.2减压阀先导式减压阀的工作原理类似先导式溢流阀先导阀：小规格直动式溢流阀。主阀：开有阻尼小孔的减压阀。有外控口X：可远程调压或多级压力控制。先导式减压阀的图形符号(图5.10b)减压阀的通用图形符号同直动式减压阀2024/1/26第五章液压控制阀-§5.3

压力控制阀-5.3.2减压阀减压阀减压的特点阀不工作时的p2值：与负载有关p2＜调定压力→阀口全开→p2=p1；进口压力p1＜调定压力→阀口全开→p2=p1；出口接油箱和负载压力为零时，p2=0；因阀口是全开的，进口压力p1=0。阀工作时的p2值：与负载无关

p2＝调定压力→阀口关小→p2＜p1。2024/1/26第五章液压控制阀-§5.3

压力控制阀-5.3.2减压阀减压阀和溢流阀的不同点①减压阀：出口压力控制，保证出口压力为定值；溢流阀：进口压力控制，保证进口压力为定值。②阀不工作时减压阀：进、出口完全沟通且压力相等。溢流阀：进、出口那么不通。③泄油口L减压阀：进、出口是压力油，泄漏油需单独外接油箱。溢流阀：出油口通油箱，泄漏油可在阀体内和出油口连④遥控口：和先导式溢流阀一样，遥控口接溢流阀，可进行压力遥控或多级压力控制。2024/1/26第五章液压控制阀-§5.3

压力控制阀-5.3.2减压阀2．静态特性理想的减压阀在进口压力、流量变化或负载增加，出口压力p2总是稳定不变的。实际上p2是随p1、q的变化或负载的增大有所变化，故减压阀的静态特性主要有p1-p2和p2-q特性。如图5.9a直动式减压阀，忽略减压阀阀芯自重、摩擦力和稳态液动力，设xc为当阀芯开口xR=0时的弹簧的预压缩量，A为阀芯的工作面积，那么阀芯力平衡方程为2024/1/26第五章液压控制阀-§5.3

压力控制阀-5.3.2减压阀2024/1/26第五章液压控制阀-§5.3

压力控制阀-5.3.2减压阀减压阀静态特性曲线p2-p1特性曲线：各曲线拐点是阀芯动作开始点，对应压力p2为该曲线调定压力，当出口压力p2小于调定压力时，p2=p1，当出口压力p2大于调定压力时，p2=const。p2-q特性曲线：当p1=const，随q增加，p2略下降，p1越大那么p2下降越少(图中p1max)，但下降不多，且p2可调。当出口无油液输出时：出口压力恒定。对先导式减压阀：少量油液通过减压阀开口经先导阀和泄油口回油箱，保持阀处于工作状态。2024/1/26第五章液压控制阀-§5.3

压力控制阀-5.3.2减压阀3．应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夹紧回路润滑回路控制回路2024/1/26第五章液压控制阀-§5.3

压力控制阀-5.3.3顺序阀5.3.3顺序阀顺序阀：指用压力控制原理控制多执行元件动作顺序的压力阀。即用压力来控制阀口通断。1．工作原理原始状态：进出口不通。压力油由P1引至控制活塞6，阀芯5受向上推力。进口油压较低时：阀芯处于最下位，进、出口不通。进口油压增至预调值：阀芯液压力压缩弹簧上移，阀口开启。2024/1/26第五章液压控制阀-§5.3

压力控制阀-5.3.3顺序阀顺序阀分类按结构不同分直动式先导式：类似先导式溢流阀，也有遥控口X。差异：溢流阀：出口压力为零，泄漏油内部连通回油口；顺序阀：出口有压力，泄漏油单独引回油箱。顺序阀：控制活塞直径小，阀芯推力小，弹簧较软，可用于高压。按控制油来源分：内控、外控按泄油方式分：外泄、内泄内控内泄内控外泄外控内泄外控外泄2024/1/26第五章液压控制阀-§5.3

压力控制阀-5.3.3顺序阀内控内泄内控外泄外控内泄外控外泄2024/1/26第五章液压控制阀-§5.3

压力控制阀-5.3.3顺序阀顺序阀特点进口顺序阀：开启压力一定，开启前进出口不通；开启后进口压力可进一步上升。溢流阀：开启压力一定，开启前进出口不通；开启后，进口压力恒定。出口顺序阀：接二次油路、有压力。溢流阀：接油箱、无压力。泄油口顺序阀：外泄型要单独泄油口。溢流阀：与回油口接通。2024/1/26第五章液压控制阀-§5.3

压力控制阀-5.3.3顺序阀转换顺序阀可作溢流阀，内控内泄式即溢流阀；溢流阀不可作顺序阀。内控式顺序阀p1＜设定压力→阀口关闭p1

≥设定压力→阀口开启外控式顺序阀阀口开启与否与p1无关，仅取决控制压力大小。顺序阀主要性能：与溢流阀相仿，但为使执行元件准确实现顺序动作，要求调压偏差小，故调压弹簧刚度小。关闭状态内泄漏要小。2024/1/26第五章液压控制阀-§5.3

压力控制阀-5.3.3顺序阀2．应用①作顺序阀：控制多执行元件顺