液压与气压传动 第5版 课件 第四章 液压控制阀

液压与气压传动流体动力与控制工程系讲课教师：刘银水1液压阀概述液压控制阀是液压传动系统中的控制元件，用来控制系统中油液流动方向、流量的大小、系统压力高低，从而实现对执行元件的启动、停止、运动方向、速度的大小、克服负载的能力、动作顺序进行调节与控制。2液压阀概述一、液压阀工作原理与组成动画演示组成：阀芯阀体控制机构3液压阀概述二、液压阀的分类1、根据阀芯结构形式分类⑴滑阀4液压阀概述二、液压阀的分类1、根据阀芯结构形式分类⑵锥阀5液压阀概述二、液压阀的分类1、根据阀芯结构形式分类⑶球阀6液压阀概述二、液压阀的分类2、根据用途不同分类压力控制阀：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。7液压阀概述二、液压阀的分类3、根据控制方式不同分类定值或开关控制阀：被控制量为定值或阀口启闭控制液流通路的阀类，包括普通控制阀、插装阀、叠加阀。比例控制阀：被控制量与输入信号成比例连续变化的阀类，包括普通比例阀和带内反馈的电液比例阀。伺服控制阀：被控制量与输入信号及反馈量成比例连续变化的阀类，包括机液伺服阀和电液伺服阀。数字控制阀：用数字信息直接控制阀口的启闭，来控制液流的压力、流量、方向的阀类，可直接与计算机接口，不需要D/A转换器。8液压阀概述二、液压阀的分类4、根据安装连接型式不同分类管式连接：阀体进出口由螺纹或法兰与油管连接。安装方便。板式连接：阀体进出口通过连接板与油管连接。便于集成。插装式：将阀芯、阀套组成的组件插入专门设计的阀块内实现不同功能。结构紧凑。叠加式：是板式连接阀的一种发展形式，多个接口相同的阀叠加在一起安装。9液压阀概述二、液压阀的分类4、根据安装连接型式不同分类10液压阀概述三、液压阀的性能参数1、公称通径代表阀的通流能力的大小，对应于阀的额定流量。与阀的进出油口连接的油管应与阀的通径相一致。阀工作时的实际流量应小于或等于它的额定流量，最大不得大于额定流量的1.1倍。2、额定压力阀长期工作所允许的最高压力。对于压力控制阀，实际最高压力有时还与阀的调压范围有关；对于换向阀，实际最高压力还可能受它的功率极限的限制。11液压阀概述四、对液压阀的基本要求1、动作灵敏，使用可靠，工作时冲击和振动要小。2、阀口全开时，液流压力损失要小；阀口关闭时，密封性能要好。3、所控制的参数（压力或流量）要稳定，受外干扰时变化量要小。4、结构紧凑，安装、调试、维护方便，通用性要好。12压力控制阀压力控制阀是用来控制液压系统中油液压力或通过压力信号实现控制的阀类。它包括溢流阀、减压阀、顺序阀、压力继电器。压力控制阀的基本工作原理：以调节弹簧作为负载，通过液压作用力与弹簧力进行比较来实现对油液压力的控制。调节弹簧的预压缩量即调节了阀芯的动作压力，该弹簧是压力控制阀的重要调节零件，称为调压弹簧。13压力控制阀一、溢流阀溢流阀旁接在液压泵的出口，保证系统压力恒定或限制其最高压力；有时也旁接在执行元件的进口，对执行元件起安全保护作用。根据结构型式，可分为直动型和先导型。14压力控制阀一、溢流阀151、直动型溢流阀⑴工作原理压力控制阀一、溢流阀161、直动型溢流阀⑴工作原理压力控制阀一、溢流阀对应调压弹簧一定的预压缩量，阀的进口压力基本为一定值；调节弹簧的预压缩量，可调节溢流阀的进口压力；

阀的进口压力会受流量变化的影响，定压精度不高，一般用调压偏差Δp=ps-pk

和nk=pk/ps来描述其静态特性。⑵结构特点171、直动型溢流阀压力控制阀一、溢流阀动画演示18⑴工作原理2、先导型溢流阀压力控制阀一、溢流阀19⑴工作原理2、先导型溢流阀压力控制阀一、溢流阀202、先导型溢流阀压力控制阀一、溢流阀2、先导型溢流阀先导阀和主阀阀芯分别处于受力平衡，其阀口都满足压力流量方程。阀的进口压力由两次比较得到，压力值主要由先导阀调压弹簧的预压缩量确定，主阀弹簧起复位作用。通过先导阀的流量很小，是主阀额定流量的1％，因此其尺寸很小，即使是高压阀，其弹簧刚度也不大，阀的调节性能有很大改善。主阀芯开启是利用液流流经阻力孔形成的压力差。阻力孔一般为细长孔，孔径很小φ=0.8~1.2mm，孔长l=

8~12mm，工作时易堵塞，将导致主阀口常开无法调压，因此大都采用两级同心结构。先导阀前腔有一控制口，用于卸荷和遥控。⑵结构特点21压力控制阀一、溢流阀2、先导型溢流阀⑶先导型溢流阀遥控口接法远程调压卸荷22压力控制阀一、溢流阀2、先导型溢流阀⑷溢流阀功用

用作溢流阀

用作安全阀

用作卸荷阀

用作背压阀23压力控制阀一、溢流阀2、先导型溢流阀⑸溢流阀基本性能参数调压范围：在规定的范围内调节时，阀的输出压力能平稳的升降，无突跳或迟滞现象。为改善高压溢流阀的调节性能，往往通过更换四根刚度不同的弹簧0.6～8、4～16、8～20、16～32MPa实现四级调压。A）静态性能24压力控制阀一、溢流阀2、先导型溢流阀⑸溢流阀基本性能参数压力流量特性：溢流阀的进口压力随流量变化而波动的性能，又称为启闭特性。（ps-pk）、（ps-pb）称为调压偏差，调压偏差小好

nk=pk/ps称为开启压力比，

nb=pb/ps

称为闭合压力比，nk

、nb大好。25A）静态性能压力控制阀一、溢流阀2、先导型溢流阀⑸溢流阀基本性能参数卸荷压力：溢流阀做卸荷阀时，额定流量下进、出口的压力差称为卸荷压力。最大允许流量和最小稳定流量：溢流阀溢流阀在最大允许流量下（即额定流量）下工作时应无异常噪声；最小稳定压力取决于对压力平稳性的要求，一般规定为额定流量的15%。26A）静态性能压力控制阀一、溢流阀2、先导型溢流阀⑸溢流阀基本性能参数压力超调量响应时间过渡过程时间升压时间27B）动态性能压力控制阀一、溢流阀2、先导型溢流阀⑸溢流阀基本性能参数卸荷时间28B）动态性能压力控制阀二、减压阀减压阀是利用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。定压减压阀定差减压阀定比减压阀调节要求不同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。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。29压力控制阀二、减压阀1、定压减压阀⑴直动式减压阀30压力控制阀1、定压减压阀（演示动画）⑵出口压力控制式先导型31二、减压阀压力控制阀二、减压阀1、定压减压阀⑶结构特点

与先导型溢流阀比较：减压阀为出口压力控制，保证出口压力为定值，溢流阀为进口压力控制，保证进口压力恒定。减压阀阀口常开；溢流阀阀口常闭。减压阀出口压力油去工作，有一定的压力，因此有单独的泄油口；溢流阀弹簧腔的泄漏油经阀体內流道內泄至出口。减压阀与溢流阀一样有遥控口，可实现泄压或远程调压。32压力控制阀二、减压阀33K值较小2、定差减压阀压力控制阀二、减压阀3、定比减压阀弹簧力远小于液压力34压力控制阀三、顺序阀顺序阀是一种利用系统压力控制阀口通断的压力阀，使系统中多个执行元件按顺序动作。35压力控制阀三、顺序阀36压力控制阀三、顺序阀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。37压力控制阀三、顺序阀1、内控外泄顺序阀内控外泄顺序阀与溢流阀非常相象：阀口常闭，进口压力控制，但是该阀出口油液要去工作，所以有单独的泄油口。其进口压力先要达到阀的调定压力，而出口压力取决于负载。当负载压力高于阀的调定压力时，进口压力等于出口压力，阀口全开；当负载压力低于调定压力时，进口压力等于调定压力，阀的开口一定。38压力控制阀三、顺序阀391、内控外泄顺序阀压力控制阀三、顺序阀2、内控内泄顺序阀内控内泄顺序阀的图形符号和工作原理与溢流阀相同。多串联在执行元件的回油路上，使回油具有一定压力，保证执行元件运动平稳。40压力控制阀三、顺序阀3、外控内泄顺序阀41外控内泄顺序阀等同于二位二通阀，可作卸载阀，如双泵供油回路中阀3是泵1的卸载阀。压力控制阀三、顺序阀4、外控外泄顺序阀外控外泄顺序阀可作液动开关和限速锁。如远控平衡阀可限制重物下降的速度。42压力控制阀四、压力继电器压力继电器是一种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。43液压与气压传动流体动力与控制工程系讲课教师：刘银水44方向控制阀方向控制阀在液压系统中阻止和引导油液按规定的流向进出通道，即在油路中控制油液的流动方向。45方向控制阀一、单向阀单向阀普通单向阀（单向阀）液控单向阀梭阀1、普通单向阀普通单向阀是只允许液流一个方向流动，反向则被截止的方向阀。要求正向液流通过时压力损失小，反向截止时密封性能好；动作灵敏，工作时无撞击和噪声。46方向控制阀一、单向阀1、普通单向阀（动画演示）

左端进油·，压力油作用在阀芯左端，克服右端弹簧力使阀芯右移，阀口开启，油液从右端流出；若右端进油，压力油与弹簧同向作用，将阀芯紧压在阀座孔上，阀口关闭，油液被截止不能通过。正向开启压力只需（0.03～0.05）MPa，反向截止时为线密封，且密封力随压力增高而增大，密封性能良好。开启后进出口压力差（压力损失）为（0.1～0.3）MPa。

47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，使油液一个方向流经单向阀，另一个方向流经节流阀等。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。一、单向阀1、普通单向阀方向控制阀一、单向阀1、普通单向阀49方向控制阀一、单向阀2、液控单向阀50方向控制阀一、单向阀2、液控单向阀当控制油口不通压力油时，油液只能从p1→p2；当控制油口通压力油时，正、反向的油液均可自由通过。根据控制活塞上腔的泄油方式不同分为内泄式和外泄式。卸载式液控单向阀，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％，没有卸载小阀芯的液控单向阀的控制压力为工作压力的40％～50％。控制压力油油口不工作时，应使其通回油箱，否则控制活塞难以复位，单向阀反向不能截止液流。51方向控制阀一、单向阀3、梭阀A口中的压力始终与P1口与P2口中压力较高者相通，又称为压力选择阀。52方向控制阀二、换向阀换向阀利用阀芯在阀体孔内作相对运动，使油路接通或切断，从而改变油流方向。要求压力损失小、泄漏小、换向动作迅速。结构类型滑阀式转阀式球阀式连通主油路数二通三通四通工作位置二位三位四位阀芯运动方式手动机动电磁动液动电液动阀芯定位方式钢球定位弹簧复位53方向控制阀二、换向阀1、不同“通”和“位”换向阀54方向控制阀二、换向阀2、滑阀式换向阀的结构55阀芯与阀体孔配合处为台肩，阀体孔内沟通油液的环形槽为沉割槽，阀体在沉割槽处有对外连接油口。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。方向控制阀二、换向阀3、滑阀式换向阀的操作方式⑴手动换向阀（动画演示）56方向控制阀二、换向阀3、滑阀式换向阀的操作方式⑵机动换向阀57方向控制阀二、换向阀3、滑阀式换向阀的操作方式⑶电磁换向阀（动画演示）58方向控制阀二、换向阀3、滑阀式换向阀的操作方式⑷液动换向阀59方向控制阀二、换向阀3、滑阀式换向阀的操作方式⑸电液换向阀60方向控制阀二、换向阀614、转阀式换向阀方向控制阀二、换向阀5、球式换向阀⑴电磁球式换向阀常开型62方向控制阀二、换向阀5、球式换向阀⑵液控球式换向阀常开型常闭型63方向控制阀二、换向阀6、滑阀的中位机能64方向控制阀二、换向阀7、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；压力损失：包括阀口压力损失和流道压力损失。换向阀的压力损失除与通流量有关，还与阀的机能、阀口流动方向有关；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。泄漏不仅带来功率损失，而且引起油液发热。因此阀芯与阀体要同心，并要有足够的封油长度。65方向控制阀二、换向阀7、换向阀的性能换向平稳性：就是要求换向时压力冲击要小。手动换向阀和电液换向阀可以控制换向时间来减小换向冲击；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。66液压与气压传动流体动力与控制工程系讲课教师：刘银水67流量控制阀流量控制阀是通过改变阀口大小或流道的长短来改变液阻，以实现流量调节的阀。节流阀调速阀分流集流阀68流量控制阀一、流量控制原理通过孔口和缝隙的流量方程：KL——节流系数，常数；A——过流面积；Δp——前后压力差；m——指数；0.5≤m≤1。69流量控制阀一、流量控制原理70流量控制阀二、节流阀节流阀在本质上相当于一个可变节流口，其借助控制机构使阀芯相对于阀体孔运动改变阀口过流面积。71流量控制阀二、节流阀1、结构与工作原理（动画演示）1-调节螺母2-阀体3-阀芯72流量控制阀二、节流阀2、流量特性与刚性刚性越大，节流阀性能越好；薄壁小孔m=0.5，多用作节流阀的阀口；

Δp

越小，刚度越低，必须大于某一最小值才能正常工作；但不宜过大，否则会造成较大的压力损失，以及阀口堵塞。73流量控制阀二、节流阀3、节流口堵塞最小稳定流量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，这种现象称为节流阀的堵塞现象。为此对节流阀有一个能正常工作的最小流量的限制，这个限制值称为节流阀的最小稳定流量。74流量控制阀二、节流阀4、节流阀的应用当节流阀前后Δp一定时，改变A可改变流经阀的流量——起节流调速作用，如阀3当q一定时，改变A可改变阀前后压力差Δp——起负载阻尼作用，如阀1当q＝0时，安装节流元件可延缓压力突变的影响——起压力缓冲作用，如阀275流量控制阀三、调速阀当节流阀和定差减压阀串联使用时，若连接节流阀的负载发生变化较大时，可保证节流阀前后压力差不变，使得通过节流阀的流量基本保持不变，这样就解决了负载变化较大时执行元件的速度稳定性问题。76流量控制阀三、调速阀1、工作原理（动画演示）77流量控制阀三、调速阀2、流量稳定性分析调速阀用于调节执行元件运动速度，并保证其速度的稳定。当检测的压力差偏离预定值时，定差减压阀阀芯产生相应位移，改变减压缝隙进行压力补偿，保证节流阀前后的压力差基本不变。阀芯位移势必引起弹簧力和液动力波动，流经调速阀的流量只能基本稳定，调速阀的速度刚性可近似为∞。为保证定差减压阀的压力补偿作用，调速阀的进出口压力差应大于弹簧力Ft和液动力Fs

所确定的最小压力差，否则无法保证流量稳定。78流量控制阀三、调速阀3、静态特性79流量控制阀三、调速阀4、旁通型调速阀80流量控制阀三、调速阀4、旁通型调速阀节流阀和差压式溢流阀的进口并联；节流阀前后压力差不变（流量不变），进口压力（系统压力）随着负载变化而发生变化；调速回路效率较高。81流量控制阀四、分流集流阀分流集流阀是用来保证多个执行元件速度同步的流量控制阀，又称为同步阀。它包括分流阀、集流阀和分流集流阀三种控制类型。82流量控制阀四、分流集流阀1、分流阀83动画演示流量控制阀四、分流集流阀2、分流集流阀84液压阀的连接方式一、螺纹连接85液压阀的连接方式二、法兰连接86液压阀的连接方式三、板式连接87液压阀的连接方式四、叠加式连接88液压阀的连接方式五、插装式连接89插装阀和叠加阀管式连接和板式连接的液压阀一般为滑阀型结构，因其具有一定的密封长度，阀口启闭时存在死区，灵敏性较差；密封方式为间隙密封，密封性能较差。90插装阀和叠加阀在锥阀基础上，发展出了可以实现压力、流量、方向控制的二通插装阀组件；将这些基本组件插入特定加工的阀块，通过盖板和不同的先导阀即可组成插装阀。组成：阀芯阀套弹簧