第三講電液系統(tǒng)控制元件

1、第三講 電液系統(tǒng)的控制調(diào)節(jié)元件(方向壓力流量閥)3.1 概述 控制元件主要指各類液壓閥。它們的功用是控制和調(diào)節(jié)液流的方向，壓力和流量，以滿足執(zhí)行元件所需的運(yùn)動(dòng)方向，力（或力矩）和速度的要求，從而使系統(tǒng)按要求進(jìn)行工作。3.1.1電液控制元件分類1. 按用途分類 根據(jù)控制元件在系統(tǒng)中的作用，可分為以下幾類： (1) 方向控制閥 (2) 壓力控制閥 (3) 流量控制閥 2. 按控制方式分類 (1) 開(kāi)關(guān)或定值控制閥：借助手輪，手柄，凸輪，電磁鐵，壓力液體等來(lái) 控制流體通路，定值控制流體的壓力，流量的閥類，統(tǒng)稱開(kāi)關(guān)閥，多用于普通液 氣動(dòng)系統(tǒng)。 (2) 比例控制閥：用與閥的輸入輸出成比例的電信號(hào)控制該閥

2、，使其實(shí)現(xiàn)按一定規(guī)律 比例地控制系統(tǒng)中流體的壓力，流量，多用于開(kāi)環(huán)程序控制系統(tǒng)。(3) 伺服控制閥：將徽小的電氣信號(hào)轉(zhuǎn)換成大功率的流量和壓力輸出，以控制系統(tǒng)中 流體的壓力和流量。多用于高精度，快速響應(yīng)的閉環(huán)控制系統(tǒng) 。(4) 數(shù)字閥：用數(shù)字信息直接控制閥，以控制系統(tǒng)中流體的壓力和流量。3. 按結(jié)構(gòu)形式分類(1) 滑閥 (2) 錐閥(3) 球閥(4) 噴嘴擋板閥(5) 射流管閥4.按連接方式分類 (1) 螺絞連接閥 (2) 法蘭連接閥(3) 板式連接閥(4) 疊加式連接閥(5) 插裝式連接閥3.1.2液壓與氣壓傳動(dòng)的控制元件的性能參數(shù)基本要求：動(dòng)作靈敏，使用可靠；流經(jīng)閥口后的壓力損失??；密封性能

3、好；結(jié)構(gòu)緊湊；安裝調(diào)整，使用維護(hù)方便；通用性大等。1. 控制閥的性能參數(shù) 主要性能參數(shù): 額定壓力和額定流量。 額定壓力: 是指閥最大允許的工作壓力。 額定流量是指閥在額定壓降下，通過(guò)閥的最大流量。2. 控制閥的規(guī)格 閥的規(guī)格大小用通徑Dg表示。3. 控制閥的性能曲線 目前有些閥給出若干特性曲線，如壓力流量曲線，壓力損失流量曲線，進(jìn)口 壓力出口壓力曲線等，比較確切反映了閥的性能。3.2 方向控制閥 作用及工作原理：方向控制閥的主要作用是控制系統(tǒng)中流體流動(dòng)的方向，其工作原理是利用閥芯和閥體間的相對(duì)位置的改變來(lái)實(shí)現(xiàn)通道的接通或斷開(kāi)，以滿足系統(tǒng)對(duì)通道的不同要求。 分類：方向控制閥可分為單向閥和換向閥

4、兩類。3.2.1 單向閥a)管式連接1閥心（錐閥或球閥）；2閥體；3彈簧圖（a）為管式連接的液壓?jiǎn)蜗蜷yb)板式連接 c）圖形符號(hào)1閥心（錐閥或球閥）；2閥體；3彈簧圖（b）為板式連接的液壓?jiǎn)蜗蜷y，圖（c）為單向閥的職能符號(hào)。 圖3.1 單向閥單向閥的主要性能：正向最小開(kāi)啟力，正向流動(dòng)時(shí)的壓力損失及反向泄漏量。應(yīng)用：?jiǎn)蜗蜷y可裝在泵的出口處，防止系統(tǒng)中的流體沖擊影響泵工作；還可用來(lái)分隔通道，防止管路間的相互干擾等。 液控單向閥及其應(yīng)用功能： 液控單向閥是一種通入控制壓力流體后即允許流體雙向流動(dòng)的單向閥。結(jié)構(gòu)： 圖（3.2）為液控單向閥的結(jié)構(gòu)（a）和職能符號(hào)（b）。主要性能： 液控單向閥具有良好的密

5、封性能，其反向泄漏量為零。反向開(kāi)啟的最小控制壓力，當(dāng)P10時(shí)一般為（0.4-0.5）的P2。應(yīng)用： 液控單向閥可于用對(duì)液壓缸進(jìn)行鎖閉，保壓；也用于防止立式液壓缸停止時(shí)自動(dòng)下滑。 液控單向閥的結(jié)構(gòu)圖a)工作原理圖 b)圖形符號(hào)圖3.2 液控單向閥 1活塞；2頂桿；3閥心3.2.2 換向閥 1. 換向閥的工作原理和分類 基本工作原理：換向閥是借助于閥芯與閥體之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使與閥體相連的各通路實(shí)現(xiàn)接通或斷開(kāi)或改變流動(dòng)方向的閥類。 分類：換向閥按其結(jié)構(gòu)可分為： (1) 滑閥式換向閥 (2) 球式換向閥 (3) 邏輯換向閥 (4) 截止式換向閥 (1) 工作原理及主體部分的結(jié)構(gòu)形式 工作原理: 借助于

6、滑閥閥芯在閥體內(nèi)作軸向運(yùn)動(dòng)，使 與閥體相連的各通路實(shí)現(xiàn)接通或斷開(kāi)或改變流動(dòng)方向的閥類。 結(jié)構(gòu): 主體是閥體和閥芯，它是一個(gè)具有多段環(huán)形槽的圓柱體。表3-1列舉了常用的幾種結(jié)構(gòu)形式。 按閥芯移動(dòng)后可以停留的工作位置分有：二位閥；三位閥。 按滑閥的通道分有：二通閥；三通閥；四通閥；五通閥；多路閥等。 換向閥的名稱按其工作位置和通路統(tǒng)稱幾位幾通換向閥。如表3-1中名稱一欄所示的二位二通換向閥；二位三通換向閥等。 滑閥式換向閥的圖形如表3.1中所示。2. 滑閥式換向閥表3.1 常用滑閥式換向閥主體結(jié)構(gòu)形式和圖形符號(hào) (2) 滑閥的中位機(jī)能 三位滑閥在中位時(shí)各通路的連接方式稱為滑閥的中位機(jī)能。不同的滑閥

7、的中位機(jī)能可滿足系統(tǒng)的不同要求。表3.2列舉了三位四通換向閥常用的十種中位機(jī)能。 表3.2 三位四通換向閥中位機(jī)能 在分析和選擇閥的中位機(jī)能時(shí)，通?？紤]以下幾點(diǎn)： 1) 系統(tǒng)保壓 選“O”，“Y”，“J”，“N”，“U”等中位機(jī)能。 2) 系統(tǒng)卸荷 選 “H”，“K”，“M”型等中位機(jī)能。 3) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)換向精度與平穩(wěn)性 選O型，M型，換向過(guò)程易產(chǎn)生沖擊，換向不平穩(wěn)，但換向精度高； 選Y型，換向過(guò)程中工作部件不易制動(dòng)，換向精度低，但換向平穩(wěn)。 4) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)啟動(dòng)的平穩(wěn)性 5) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)需“浮動(dòng)”，選閥在中位，A，B兩口互通（如U型），臥式缸呈“浮動(dòng)”狀態(tài)，可利用其它機(jī)構(gòu)調(diào)整其位置。執(zhí)行機(jī)構(gòu)需在

8、任意位置上停止，選閥在中位，A，B兩口堵塞（如O型，M型），則執(zhí)行機(jī)構(gòu)可在任意位置上停止。 (3) 換向向閥的主要性能 換向向閥的主要性能包括以下幾項(xiàng)： 1) 工作可靠 2) 壓力損失 3) 內(nèi)泄量 4) 換向與復(fù)位時(shí)間 5) 使用壽命 (4) 操作方式 根據(jù)推動(dòng)換向閥移動(dòng)方式可分為：手動(dòng)換向閥；電磁換向閥；液動(dòng)換向閥；電液換向閥；氣控?fù)Q向閥等五種換向閥。 1) 手動(dòng)換向閥 用手操縱杠桿推動(dòng)滑閥閥芯相對(duì)閥體移動(dòng)，從而改變工作位置，改變通道的通斷。 2) 機(jī)動(dòng)換向閥 機(jī)動(dòng)換向閥又稱行程閥。圖所示為二位二通機(jī)動(dòng)換向閥的結(jié)構(gòu)圖和符號(hào)。3) 電磁換向閥 電磁換向閥是利用電磁鐵吸力推動(dòng)閥芯來(lái)改變閥的工作

9、位置。圖為二位三通電磁換向閥的結(jié)構(gòu)圖及符號(hào)。圖所示為三位四通電磁換向閥的結(jié)構(gòu)圖及符號(hào)。 三位四通液動(dòng)換向閥a)換向時(shí)間不可調(diào)式 b) 換向時(shí)間可調(diào)式 4) 液動(dòng)換向閥液動(dòng)換向閥是利用控制油路的壓力油來(lái)改變閥芯位置的換向閥。圖所示為三位四通液動(dòng)換向閥的結(jié)構(gòu)及符號(hào)。 電液換向閥的結(jié)構(gòu)及符號(hào)5) 電液換向閥電液換向閥是由液動(dòng)換向閥和電磁換向閥組合而成。其中電磁換向閥起先導(dǎo)作用，用來(lái)改變控制液流的方向，從而改變起主閥作用的液動(dòng)換向閥的工作位置。圖所示為電液換向閥的結(jié)構(gòu)及符號(hào)。 3.方向閥的應(yīng)用 1) 方向控制回路2) 保壓回路 3.3 壓力控制閥 功能：用于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)壓力控制的閥類統(tǒng)稱壓力控制閥。 分類

10、：常用的壓力控制閥有溢流閥，減壓閥，順序閥和壓力繼電器等。它們都是利用流體的壓力與閥中的彈簧力相平衡的原理來(lái)工作的。3.3.1 溢流閥 溢流閥的基本功用主要有兩點(diǎn)：一是當(dāng)系統(tǒng)壓力超過(guò)或等于溢流閥的調(diào)定壓力時(shí)，系統(tǒng)的液體或氣體通過(guò)閥口溢出一部分，保證系統(tǒng)壓力恒定，作調(diào)壓用；二是在系統(tǒng)中作安全閥用，在系統(tǒng)正常工作時(shí)， 溢流閥處于關(guān)閉狀態(tài)，只有在系統(tǒng)壓力大于或等于其調(diào)定壓力時(shí)才開(kāi)啟溢流，對(duì)系統(tǒng)起過(guò)載保護(hù)作用。 1. 溢流閥結(jié)構(gòu)和工作原理 (1) 直動(dòng)式溢流閥結(jié)構(gòu)和工作原理：直動(dòng)式溢流閥的閥芯有錐閥式，球閥式和滑閥式三種形式。.圖所示為用于油液的低壓直動(dòng)式溢流閥。 特點(diǎn)：直動(dòng)式溢流閥的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，

11、反應(yīng)靈敏。但工作時(shí)易產(chǎn)生振動(dòng)和噪音，壓力波動(dòng)大。一般用于小流量，壓力較低的場(chǎng)合。YF型三節(jié)同心先導(dǎo)式溢流閥（管式）1錐閥（先導(dǎo)閥）；2錐閥座；3閥蓋；4閥體；5阻尼孔；6主閥心；7主閥座；8主閥彈簧；9調(diào)壓（先導(dǎo)閥）彈簧；10調(diào)節(jié)螺釘；11調(diào)壓手輪 (2) 先導(dǎo)式溢流閥結(jié)構(gòu)和工作原理：先導(dǎo)式溢流閥是由先導(dǎo)調(diào)壓閥和溢流主閥兩部分組成。先導(dǎo)閥類似于直動(dòng)式溢流閥，多為錐閥結(jié)構(gòu)。圖所示為先導(dǎo)式溢流閥。 特點(diǎn)：由于先導(dǎo)閥的溢流量?jī)H為主閥額定流量的1左右，因此先導(dǎo)閥閥座孔的面積A開(kāi)口量，調(diào)壓彈簧剛度都不需很大，所以，先導(dǎo)型溢流閥廣泛用于高壓大流量場(chǎng)合。2. 溢流閥的主要性能 (1) 靜態(tài)性能 1) 壓力調(diào)

12、節(jié)范圍 壓力調(diào)節(jié)范圍是指調(diào)壓彈簧在規(guī)定的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)時(shí)，系統(tǒng)壓力平穩(wěn)地上升或下降的最大和最小調(diào)定壓力。 2) 啟閉特性啟閉特性是指溢流閥從開(kāi)啟到閉合過(guò)程中，被控壓力與通過(guò)溢流閥的溢流量之間的關(guān)系。它是衡量溢流閥定壓精度的一個(gè)重要指 標(biāo)。一般用溢流閥處于額定流量，額定壓力時(shí)，開(kāi)始溢流的開(kāi)啟壓力PK及停止溢流的閉合壓力PB分別與Ps的百分比來(lái)衡量。前者稱為開(kāi)啟壓力比，后者稱為閉合壓力比。比值越大及二者越接近，其啟閉特性越好。一般規(guī)定開(kāi)啟比應(yīng)不小于90%，閉合比不小于85%。 3) 卸荷壓力 卸荷壓力指當(dāng)溢流閥作卸荷閥用時(shí)，額定流量下，進(jìn)出口的壓力差。 4) 最大允許流量和最小穩(wěn)定流量 當(dāng)溢流閥在最大

13、允許流量（即額定流量）下工作時(shí)應(yīng)無(wú)噪聲。溢流閥的最小穩(wěn)定流量取決于對(duì)壓力平穩(wěn)性的要求。一般規(guī)定為額定流量的15%. (2) 動(dòng)態(tài)性能 當(dāng)溢流閥從零壓不溢流，進(jìn)口壓力迅速升高并超過(guò)調(diào)定壓力，在額定流量穩(wěn)定溢流，然后逐步衰減到最終穩(wěn)態(tài)壓力，這需要經(jīng)過(guò)一個(gè)短暫的過(guò)渡過(guò)程，我們稱此過(guò)程為動(dòng)態(tài)過(guò)渡過(guò)程。 1) 壓力超調(diào)量 最高瞬時(shí)壓力峰值與額定壓力調(diào)定值Pn的差值稱為壓力超調(diào)量P。衡量溢流閥動(dòng)態(tài)調(diào)壓誤差的性能指標(biāo)是壓力超調(diào)率PP/Pn 100% ，一般要求P 10%-30%。 2) 響應(yīng)時(shí)間t1 從起始穩(wěn)態(tài)壓力P0與最終穩(wěn)態(tài)壓力Pn之差的10%上升到90%的時(shí)間，即圖5-21中A，B兩點(diǎn)間的時(shí)間間隔稱為

14、響應(yīng)時(shí)間。t1越小，溢流閥的響應(yīng)越快。 3)過(guò)渡過(guò)程時(shí)間 t2 從0.9（PnP0）的B點(diǎn)到瞬嚨過(guò)渡過(guò)程儒最終時(shí)刻C點(diǎn)之間的時(shí)間稱為過(guò)渡過(guò)程時(shí)間。C點(diǎn)以后的壓力波形應(yīng)落在圖中給定的（0.95-1.05）（PnP0）限制范圍內(nèi)，否則，C點(diǎn)應(yīng)后移，直至滿足要求為止。t2越小，溢流閥的動(dòng)態(tài)過(guò)程越短。 4) 升壓時(shí)間t 流量階躍變化時(shí)，從0.1（PnP0）到0.9（PnP0）的這段時(shí)間，即圖中A和B兩點(diǎn)間的時(shí)間稱為升壓時(shí)間。t1越小，溢流閥的動(dòng)態(tài)性能越好。 5) 卸荷時(shí)間t2 卸荷信號(hào)發(fā)出后從0.9（PnP0）到0.1（PnP0）的這段時(shí)間，即圖中C和D兩點(diǎn)間的時(shí)間稱為卸荷時(shí)間。t2越小，溢流閥的動(dòng)態(tài)

15、性能越好。3. 溢流閥的應(yīng)用 (1) 作調(diào)壓閥用 在液壓定量泵節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)中如圖，泵輸出的壓力油只有一部分進(jìn)入油缸，多余的油經(jīng)溢流閥流回油箱。溢流閥是常開(kāi)的，這樣使系統(tǒng)壓力穩(wěn)定在調(diào)定值，以保持系統(tǒng)壓力恒定。 (2) 可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程調(diào)壓 先導(dǎo)式溢流閥與直動(dòng)式遠(yuǎn)程調(diào)壓溢流閥配合使用，可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程調(diào)壓。如圖中的閥3為先導(dǎo)溢流閥，閥4為遠(yuǎn)程調(diào)壓閥。 (3) 作安全閥用 系統(tǒng)中安裝作安全閥用的溢流閥，以限制系統(tǒng)的最高壓力。當(dāng)壓力超過(guò)調(diào)定值時(shí)，溢流閥打開(kāi)溢流，保證系統(tǒng)安全工作。如圖液壓回路中的所示閥在回路中作安全閥用；在正常工作時(shí)，溢流閥是常閉的，故其調(diào)整值應(yīng)比系統(tǒng)的最高工作壓力高10-20%，以免

16、溢流閥打開(kāi)溢流，影響系統(tǒng)正常工作。 (4) 作電磁溢流閥用 將先導(dǎo)溢流閥的遙控口與二位二通電磁換向閥連接，可使泵和系統(tǒng)卸荷。 3.3.2 減壓閥 功能：減壓閥是一種利用液流流過(guò)隙產(chǎn)生壓降的原理，使出口壓力低于進(jìn)口壓力的壓力控制閥。 種類：按調(diào)節(jié)要求的不同可分為定值減壓閥和定差減壓閥。 按結(jié)構(gòu)分有直動(dòng)減壓閥和先導(dǎo)減壓閥。 1. 減壓閥結(jié)構(gòu)原理 (1) 定值減壓閥 定值減壓閥是使進(jìn)入流體的壓力減低后輸出，并保持所輸出的減壓值為恒定值。通常應(yīng)用的大多是這類減壓閥。 1) 直動(dòng)式減壓閥2) 先導(dǎo)式減壓閥 圖為用于液壓油的先導(dǎo)式減壓閥的結(jié)構(gòu)。 (2) 定差減壓閥 定差減壓閥可使閥進(jìn)出口壓力差保持為恒定值

17、。圖5.29為定差減壓閥的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。2. 減壓閥的主要性能 (1) 調(diào)壓范圍 它是指減壓閥輸出壓力的可調(diào)范圍,在此范圍內(nèi)要求達(dá)到規(guī)定的精度. (2) 壓力特性 它是指流量為定值時(shí),減壓閥輸入壓力波動(dòng)而引起輸出壓力波動(dòng)的特性. (3) 流量特性 它是指輸入壓力為定值時(shí),輸出壓力隨輸出流量的變化而變化的特性小.3. 減壓閥的應(yīng)用 減壓閥一般用在需減壓或穩(wěn)壓的回路場(chǎng)合. 根據(jù)使用要求選定減壓閥的類型,調(diào)壓精度,再根據(jù)所通過(guò)的最大流量選擇通徑. 減壓回路： 3.3.3 順序閥 功能：順序閥的功用主要是以系統(tǒng)的壓力為信號(hào),使多個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)自動(dòng)地按先后順序動(dòng)作. 1. 順序閥結(jié)構(gòu)原理 順序閥的結(jié)構(gòu)原理與溢流

18、閥基本相同.唯一不同的地方是順序閥的出口不是接通油箱,而是接到系統(tǒng)中繼續(xù)用油之處.因此, 順序閥的內(nèi)泄漏油不能用通道直接引導(dǎo)到順序閥的出油腔,而是由專門的泄油口經(jīng)閥外油管通到油箱. 順序閥根據(jù)結(jié)構(gòu)分,有先導(dǎo)式和直動(dòng)式兩種.根據(jù)控制壓力的來(lái)源不同,有內(nèi)控式與外控式兩種.圖a所示為先導(dǎo)型順序閥。 圖b為內(nèi)控式先導(dǎo)型順序閥. 圖d為DZ型順序閥。 a)外控式 b)內(nèi)控式 c)圖形符號(hào) d) DZ型順序閥 2. 順序閥的應(yīng)用 (1)作順序用： 使多個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)自動(dòng)地按先后順序動(dòng)作. (2) 作卸荷閥用： 把外控式順序閥的出油口接通油箱，將外泄改為內(nèi)泄，即可構(gòu)成卸荷閥。即當(dāng)系統(tǒng)壓力低于順序閥的調(diào)定壓力時(shí)，

19、順序閥不打開(kāi)；當(dāng)系統(tǒng)壓力升高超過(guò)順序閥的調(diào)定壓力時(shí)，順序閥打開(kāi)，系統(tǒng)壓力油通過(guò)順序閥卸荷。 (3) 單向順序閥： 把單向閥與順序閥并聯(lián)，便成為單向順序閥。其工作原理為：當(dāng)油液自入口P1進(jìn)人時(shí)，單向閥關(guān)閉，油液須頂開(kāi)順序閥才能從出口P2流出；而油液從出口P2流進(jìn)時(shí)，順序閥關(guān)閉，但可頂開(kāi)單向閥后從入口P1流出。 (4) 作平衡閥用： 將單向順序閥的進(jìn)油口接通垂直油缸的下腔，使腔內(nèi)的油液形成一個(gè)與活塞等運(yùn)動(dòng)部件質(zhì)量相平衡的背壓，防止活塞等因自重而下滑，即作為平衡閥用。 各種順序閥的職能符號(hào)如表所示。3.3.4 壓力繼電器 功能：壓力繼電器是將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信逞的壓力傳感元件。當(dāng)系統(tǒng)的壓力達(dá)到壓力繼

20、電器預(yù)先調(diào)定的壓力值時(shí)，它發(fā)出電的信號(hào)，操縱電氣元件，使油路換向，卸壓，順序動(dòng)作，關(guān)閉電機(jī)等作用。 分類：常用的壓力繼電器有柱塞式，膜片式，彈簧管式和波紋管式等結(jié)構(gòu)形式。 結(jié)構(gòu)和工作原理 圖為用于液壓系統(tǒng)中的柱塞式壓力繼電器的結(jié)構(gòu)圖。3.4 流量控制閥 功能：流量控制閥是通過(guò)改變節(jié)流口通流面積或通流通道的長(zhǎng)短來(lái)改變局部阻力的大小，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)流量的控制。 分類：常用的流量控制閥有節(jié)流閥，調(diào)束閥，分流節(jié)流閥等。3.4.1 節(jié)流閥 1. 節(jié)流閥的工作原理2. 節(jié)流閥的靜態(tài)流量特性通過(guò)節(jié)流閥的流量q及與其前后壓差P有關(guān)，其關(guān)系可表示為 qKA Pm式中K節(jié)流系數(shù)，它與節(jié)流孔的形狀，流體密度動(dòng)力粘度有關(guān)。 A過(guò)流面積。m節(jié)流閥指數(shù)，由節(jié)流孔的形狀決定。上式為節(jié)流閥的流量特性方程，可用圖形來(lái)表示。 (1)節(jié)流閥的流量穩(wěn)定性 節(jié)流閥的流量特性決定于它的節(jié)流口的結(jié)構(gòu)形式，通過(guò)節(jié)流閥的