液壓控制元件概述20120420

第四章液壓控制元件第一節(jié)概述第二節(jié)方向控制閥第三節(jié)壓力控制閥第四節(jié)流量控制閥第五節(jié)疊加式液壓閥第六節(jié)二通插裝閥第七節(jié)液壓閥的連接1第一節(jié)概述一、液壓閥的作用

液壓閥是液壓系統(tǒng)中控制液流流動方向，壓力高低、流量大小的控制元件。

二、液壓閥的基本結(jié)構(gòu)及原理

液壓閥基本結(jié)構(gòu)包括閥芯、閥體和驅(qū)動閥芯在閥體內(nèi)作相對運(yùn)動的裝置，其中驅(qū)動裝置形式有手調(diào)機(jī)構(gòu)、彈簧、電磁鐵或液壓力。2三、液壓閥的基本工作原理利用閥芯在閥體內(nèi)作相對運(yùn)動來控制閥口的通斷及閥口的大小，實(shí)現(xiàn)壓力、流量或方向的控制。流經(jīng)閥口的流量q與閥口前后的壓力差Δp有關(guān),始終滿足壓力流量方程（流量公式q=KAΔpm）；作用在閥芯上的力是否平衡則需要具體分析。3四、液壓閥的分類1、根據(jù)結(jié)構(gòu)形式分滑閥、錐閥、球閥滑閥為間隙密封，閥芯與閥口存在一定的密封長度，因此滑閥運(yùn)動存在一個死區(qū)。閥口的壓力流量方程為式中，D－閥的直徑；

x－開口量；小孔流量系數(shù)速度收縮4錐閥閥芯半錐角一般為12°～20°，閥口關(guān)閉時為線密封（πd），密封性能好且動作靈敏。閥口的壓力流量方程為5球閥性能與錐閥相同閥口的壓力流量方程為式中，x－閥的軸向位移；R－球閥半徑。62、根據(jù)用途不同分壓力控制閥：用來控制和調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)液流壓力，如溢流閥、減壓閥、順序閥等流量控制閥：用來控制和調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)液流流量的，如節(jié)流閥、調(diào)速閥、溢流節(jié)流閥等方向控制閥：用來控制和改變液壓系統(tǒng)液流方向的，如單向閥、液控單向閥、換向閥等。7五、控制閥的共性特點(diǎn)閥的結(jié)構(gòu)：均由閥體、閥芯和控制動力三大部分組成；工作原理：利用閥芯與閥體的相對移動，改變通流面積（面），從而控制液體的壓力、流向和流量；液體流過各種閥均會產(chǎn)生壓力損失和溫升現(xiàn)象從功能上來說，閥不能對外做功，只能用以滿足執(zhí)行元件的壓力、速度和換向等要求。82、對控制閥的要求：動作靈敏、準(zhǔn)確，可靠平穩(wěn)，沖擊振動??；密封性能要好，油液流過時漏損少，壓力損失小；結(jié)構(gòu)緊湊，工藝性好，使用維護(hù)方便，通用性好。9方向控制閥在液壓系統(tǒng)中起阻止和引導(dǎo)油液按規(guī)定的流向進(jìn)出通道，即在油路中起通斷油路或改變油液流動方向的作用。方向閥單向閥換向閥普通單向閥液控單向閥轉(zhuǎn)閥式換向閥滑閥式換向閥手動式換向閥機(jī)動式換向閥電動式換向閥液動式換向閥電液式換向閥第二節(jié)方向控制閥

directioncontrolvalves10一、單向閥（checkvalve）使油只能在一個方向上流動，其反方向被堵塞。單向閥的構(gòu)造及符號如圖5－1所示。管式單向閥（一）普通單向閥圖形符號11普通單向閥12壓力油從閥體左端的通口流入時克服彈簧3作用在閥芯上的力，使閥芯向右移動，打開閥口，并通過閥芯上的徑向孔a、軸向孔b從網(wǎng)體右端的通口流出；

13當(dāng)壓力油從閥體右端的通口流入時，液壓力和彈簧力一起使閥芯壓緊在閥座上，使閥口關(guān)閉，油液無祛通過，

14一般單向閥的開啟壓力在0.035-0.05MPa，作背壓閥使用時，更換剛度較大的彈簧，使開啟壓力達(dá)到0.2-0.6MPa。15單向閥使用的注意點(diǎn)（1）正常工作時，單向閥的工作壓力要低于單向閥的額定壓力；通過單向閥的流量要在通徑允許的額定流量范圍內(nèi)，并且應(yīng)不產(chǎn)生較大的壓力損失。（2）單向閥的開啟壓力有多種，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)功能要求選擇適用的開啟壓力，應(yīng)盡量低，以減小壓力損失；但作背壓功能的單向閥其開啟壓力較高，通常由背壓值確定。16（3）在選用單向閥時，除了要根據(jù)需要合理選擇開啟壓力外，還應(yīng)特別注意工作時流量應(yīng)與閥的額定流量相匹配，因?yàn)楫?dāng)通過單向閥的流量遠(yuǎn)小于額定流量時，單向閥有時會產(chǎn)生振動。流量越小，開啟壓力越高，油中含氣越多，越容易產(chǎn)生振動。17（4）注意認(rèn)清進(jìn)出口方向，保證安裝正確，否則會影響液壓系統(tǒng)的正常工作。特別是單向閥用在泵的出口時，如反向安裝可能損壞泵或燒壞電動機(jī)。單向閥安裝位置不當(dāng)，會造成自吸能力弱的液壓泵的吸空故障。18應(yīng)采取必要措施，防止液壓泵產(chǎn)生吸空故障，如在連接液壓泵和單向閥的接頭或法蘭上開一排氣口，當(dāng)液壓泵產(chǎn)生吸空故障時，可以松開排氣螺塞，使泵內(nèi)的空氣直接排出。若還不夠，可從排氣口向泵內(nèi)罐油；或使液壓泵的吸油口低于油箱的最低液面，以便油液靠自重能自動充滿泵體；或選用開啟壓力較小的單向閥等措施。19（5）單向閥閉鎖狀態(tài)下的泄漏量非常小，甚至為零，但是經(jīng)過一段時間的使用，因閥座和閥芯的磨損就會引起泄漏，而且有時泄漏量非常大，會導(dǎo)致單向閥的失效，故當(dāng)閥芯磨損后應(yīng)注意研磨修復(fù)。（6）單向閥的正向自由流動的壓力損失也較大，一般為開啟壓力的3～5倍，約為0.2～0.4MPa，高的可達(dá)0.8MPa。故使用時應(yīng)充分考慮，慎重選用，能不用的就不用。20（二）液控單向閥液控單向閥的圖形符號21單向閥有何作用？安裝在泵出口處，防止系統(tǒng)壓力突然升高而損壞油泵。即起止回作用。液壓泵停止時，保持液壓缸的位置。區(qū)分高、低壓力油，防止高壓油進(jìn)入低壓系統(tǒng)。有時系統(tǒng)同時采用兩種壓力要求的油。選擇液流方向。22單向閥有何作用？背壓閥，對系統(tǒng)起緩沖作用

。利用單向閥的背壓作用，保持控制回路有個較小壓力。與節(jié)流閥或減壓閥并聯(lián)，正向慢速，反向快速；正向減壓，反向自由流通。與順序閥并聯(lián)，組合閥。23液控單向閥有何作用？能使油液正、反向流動?；y式換向閥有間隙泄漏，加液控單向閥保持壓力。用于液壓缸的“支承”，防止活塞和滑塊因滑閥泄漏而下降。24液控單向閥有何作用？充油閥，立式液壓缸下降迅速，產(chǎn)生吸空和負(fù)壓。組合換向閥（三位三通）。25二、換向閥1、作用：換向閥是利用閥芯對閥體的相對位置改變（相對運(yùn)動）來控制油路接通、關(guān)斷或改變油液流動方向的。（一）基本概念26272、性能要求：（1）工作時壓力損失要小，一般Δp=0.1—0.3MPa；（2）各關(guān)閉閥口的泄漏量要?。唬?）換向可靠，平穩(wěn)迅速。283、分類按閥芯運(yùn)動方式：滑閥式、轉(zhuǎn)閥式按操縱方式：手（腳）動、機(jī)動、電（磁）動、液動、電液動按工作位數(shù)：二位、三位等按通道數(shù)：二通、三通、四通、五通等密封性能差，徑向不平衡流量小294、換向閥的“位”與“通”“通”：是指閥上各種接油管的進(jìn)、出口“位”：閥的幾個工作位置與閥芯在閥體中的對應(yīng)位置進(jìn)油口通常標(biāo)為P，回油口標(biāo)為R或T，出油口則以A、B來表示。30換向閥的“位”和“通”的符號3132規(guī)定：P口通泵（進(jìn)油口），T通油箱（回油口）A、B通工作腔，L為泄油口，K為控制口33（二）換向閥的工作原理34手柄左扳，閥左位工作；（a）35（b）換向閥動作原理說明(b)松開手柄，閥中位工作36（c）換向閥動作原理說明(c)手柄右扳，閥右位工作37轉(zhuǎn)閥圖示PA相通，BT相通，轉(zhuǎn)到另一位置，通路則不相同。38（三）換向閥的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)391、手動換向閥手動換向閥是利用手動杠桿改變閥芯位置來實(shí)現(xiàn)換向的，如圖4－7所示為手動換向閥的圖形符號。圖4－7(a)為自動復(fù)位式手動換向閥，手柄左扳則閥芯右移，閥的油口P和A通，B和T通；手柄右扳則閥芯左移，閥的油口P和B通，A和T通；放開手柄，閥芯2在彈簧3的作用下自動回復(fù)中位（四個油口互不相通）換向閥的驅(qū)動方式及其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)40圖4－7手動換向閥(a)圖為自動復(fù)位式三位四通手動換向閥(b)圖為定位式三位四通手動換向閥41如果將該閥閥芯右端彈簧3的部位改為圖4－7(b)的形式，即成為可在三個位置定位的手動換向閥，圖4－7(c)、

圖4－7(d)所示為手動換向閥的圖形符號圖。自動復(fù)位式三位四通手動換向閥手動換向閥42機(jī)動換向閥又稱行程閥，主要用來控制液壓機(jī)械運(yùn)動部件的行程。它借助于安裝在工作臺上的擋鐵或凸輪來迫使閥芯移動，從而控制油液的流動方向。機(jī)動換向閥通常是二位的，有二通、三通、四通和五通幾種。其中二位二通、三通機(jī)動換向閥又分常閉和常開兩種。2、機(jī)動換向閥43圖4－8機(jī)動換向閥(a)結(jié)構(gòu)；(b)職能符號44圖4－8(a)所示為滾輪式二位二通常閉式機(jī)動換向閥若滾輪未壓住，則油口P和A不通當(dāng)擋鐵或凸輪壓住滾輪時，閥芯右移，則油口P和A接通。如圖（4－8b）所示為其職能符號。45電磁換向閥是利用電磁鐵的通、斷電而直接推動閥芯來控制油口的連通狀態(tài)的。如圖4－9所示為二位三通電磁換向閥3、電磁換向閥1-推桿，2-閥芯，3-彈簧46圖4－10三位五通電磁閥(a)結(jié)構(gòu)；(b)職能符號三位五通電磁換向閥當(dāng)左邊電磁鐵通電，右邊電磁鐵斷電時，閥油口的連接狀態(tài)為P和A通，B和T2通，T1堵死；當(dāng)右邊電磁鐵通電，左邊電磁鐵斷電時，P和B通，A和T1通，T2堵死當(dāng)左右電磁鐵全斷電時，五個油口全部堵死。47電磁閥操作簡便，能遠(yuǎn)距離自動控制，應(yīng)用廣泛。但由于電磁鐵吸力有限，適用于q<100L/min場合流量q>100L/min，要用液動閥或電液動閥。48電磁閥有交流（用“D”表示，如“34D—10B”）和直流（用“E”表示，如“34E—10”）及本整式（本體整流式）三種。交流有220V、380V和36V三種直流有110V、24V和12V三種49交流電磁鐵換向時間短，接線簡單，費(fèi)用低。而換向沖擊大，噪音大，當(dāng)滑閥卡住時容易燒壞，工作可靠性差。直流電磁鐵啟動力小，沖擊小，壽命長，安全，工作可靠性好，但要有專門的直流電源，費(fèi)用高，當(dāng)電壓不夠時吸力不夠。50電磁閥的電磁鐵又分干式和濕式兩種。干式電磁鐵不允許油液進(jìn)入電磁鐵內(nèi)部，故推桿處有可靠的密封，推桿運(yùn)動摩擦阻力大。濕式電磁鐵的銜鐵和推桿可浸在油液內(nèi)工作，故電磁鐵的相對運(yùn)動件之間就不需要密封裝置，減少了閥芯的運(yùn)動阻力，提高了換向可靠性。濕式電磁鐵性能好，但價格高。51圖4－11所示為三位四通液動換向閥當(dāng)K1通壓力油，K2回油時，P與A接通，B與T接通當(dāng)K2通壓力油，K1回油時，P與B接通，A與T接通當(dāng)K1、K2都未通壓力油時，P、T、A、B四個油口全部堵死液動換向閥主要用于大流量的液壓系統(tǒng)中4、液動換向閥(a)結(jié)構(gòu)；(b)職能符號525、電液換向閥電液換向閥是由電磁換向閥和液動換向閥組合而成的電磁換向閥起先導(dǎo)作用，它可以改變和控制液流的方向，從而改變液動換向閥的工作位置由于操縱液動換向閥的液壓推力可以很大，因此主閥可以做得很大，允許有較大的流量通過電液動換向閥主要用于高壓大流量的液壓系統(tǒng)中53圖4－12(a)三位四通電液換向閥54圖4－12(b)、(c)三位四通電液換向閥(b)職能符號；(c)簡化職能符號55該閥的工作狀態(tài)（不考慮內(nèi)部結(jié)構(gòu)）和普通電磁閥一樣，但工作位置的變換速度可通過閥上的節(jié)流閥調(diào)節(jié)56（四）換向閥的性能和特點(diǎn)1、中位機(jī)能當(dāng)液壓缸或液壓馬達(dá)需在任何位置均可停止時，須使用3位閥，此閥雙邊皆裝彈簧，如無外來的推力，閥芯將停在中間位置，簡稱為中位。對于各種操縱方式的三位四通和五通的換向閥，閥芯在中間位置時各油口的連通情況稱為換向閥的中位機(jī)能。換向閥不同的中位機(jī)能可以滿足液壓系統(tǒng)的不同工作要求。57表5-4三位換向閥的中位機(jī)能58中位機(jī)能的應(yīng)用1）系統(tǒng)保壓中位為“O”型，如圖所示，P口被堵塞時，此時油需從溢流閥流回油箱，增加功率消耗；但是液壓泵能用于多缸系統(tǒng)。592）系統(tǒng)卸荷：中位“M”型，圖4－14所示，當(dāng)方向閥于中位時，因P、T口相通，泵輸出的油液不經(jīng)溢流閥即可流回油箱，由于直接接油箱，所以泵的輸出壓力近似為零，也稱泵卸荷，減少功率損失。603）液壓缸快進(jìn)：中位“P”型，圖4－15所示，當(dāng)換向閥于中位時，因P、A、B相通，故可用作差動回路。61在分析和選擇三位換向閥的中位機(jī)能時，通?？紤]：（1）系統(tǒng)保壓當(dāng)P口被堵塞時，系統(tǒng)保壓，液壓泵能用于多缸系統(tǒng)；當(dāng)P口不太通暢地與T口相通時（如X型），系統(tǒng)能保持一定的壓力供控制油路使用。62（2）系統(tǒng)卸荷在中位時，P口通暢地與T口相通時，系統(tǒng)卸荷。（3）換向平穩(wěn)性和精度當(dāng)液壓缸A、B兩口都堵塞時，換向過程中易產(chǎn)生液壓沖擊，換向不平穩(wěn)，但換向精度高；反之，A、B兩口都通T口時，換向過程中工作部件不易制動，換向精度低，但液壓沖擊小。有通道還在流動63（4）啟動平穩(wěn)性閥在中位時，液壓缸某腔如通油箱，（如K型）則啟動時該腔內(nèi)因無足夠的油液起緩沖作用，啟動不平穩(wěn)。（5）液壓缸浮動和在任意位置上停止閥在中位時，當(dāng)A、B兩油口互通時（U型），臥式液壓缸呈浮動狀態(tài)，可利用其他機(jī)構(gòu)移動工作臺，調(diào)整其位置。當(dāng)A、B兩口堵塞或與P口連接（在非差動情況下），則可使液壓缸在任意位置處停止。64換向閥P（O型）ABT1T2（T）PABT1T2PABT三位四通三位五通各油口全部封閉，系統(tǒng)不卸荷。液壓缸充滿油液，從靜止到啟動平穩(wěn)；制動時運(yùn)動慣性引起的液壓沖擊較大；換向精度高。65換向閥（H型）ABPT1T2（T）PABT1T2ABPT三位四通三位五通各油口全部連通，系統(tǒng)卸荷，缸成浮動狀態(tài)。液壓缸兩腔接油箱，從靜止到啟動有沖擊；制動時油口互通，故制動較O型平穩(wěn)；但換向位置變化大。66換向閥（Y型）ABPT1T2（T）PABT1T2ABPT三位四通三位五通泵不卸荷，缸兩腔通回油，缸成浮動狀態(tài)。因?yàn)橐簤焊變汕唤佑拖?，從靜止到啟動有沖擊；制動性能介于O型和Y型之間。67換向閥（J型）ABPT1T2（T）PABT1T2PABT三位四通三位五通P與A不通,B與T通,泵不卸荷，缸停止。68換向閥（C型）ABPT1T2（T）PABT1T2ABPT三位四通三位五通一側(cè)啟動平穩(wěn)，一側(cè)啟動有沖擊。69換向閥（P型）ABPT1T2（T）PABT1T2PABT三位四通三位五通P與A、B連通，形成差動回路；回油口封閉。從靜止到啟動較平穩(wěn)；制動時缸兩腔均通壓力油，故制動平穩(wěn)；換向位置變動比H型的小，應(yīng)用廣泛。70換向閥（K型）ABPT1T2（T）PABT1T2ABPT三位四通三位五通泵卸荷，缸一腔封閉一腔接回油。兩個方向換向時性能不同。71換向閥（X型）ABPT1T2（T）PABT1T2BPAT三位四通三位五通各油口半開接通，P口保持一定的壓力，換向性能介于O型和H型之間。72換向閥（M型）ABPT1T2（T）PABT1T2ABPT三位四通三位五通液壓泵卸荷，缸兩腔封閉。從靜止到啟動較平穩(wěn)；制動性能與O型相同；可用于油泵卸荷液壓缸鎖緊的液壓回路中。73換向閥（U型）ABPT1T2（T）PABT1T2ABPT三位四通三位五通泵保壓，缸兩腔連通，成浮動狀態(tài)。啟動有沖擊，制動時運(yùn)動慣性較大。74三位換向閥除了在中間位置時有各種滑閥機(jī)能外，有時也把閥芯在其一端位置時的油口連通情況設(shè)計成特殊的機(jī)能。以兩個字母來表示滑閥在中間狀態(tài)和一端狀態(tài)的滑閥機(jī)能。常用的有OP型和MP型。OP型MP型OP型和MP型主要用于差動回路75討論題某執(zhí)行元件要求中途停頓時壓力油卸荷，應(yīng)選用何種機(jī)能的三位四通換向閥？畫出中位機(jī)能為H型的三位五通換向閥的圖形符號。76答：M型PT1T2AB772、滑閥的液動力由教材P29動量方程的運(yùn)用可知，油液通過換向閥時作用在閥芯上的液動力有穩(wěn)態(tài)力和瞬態(tài)力兩種。穩(wěn)態(tài)力是在閥芯移動完畢，開口固定后液流流過閥口時因動量變化而作用在閥芯上的力，有使閥口關(guān)小的趨勢。流量越大，穩(wěn)態(tài)力越大。在高壓大流量情況下這個力相當(dāng)大，使閥芯的操縱成為突出問題。流出流入動量流量變化，βρqv78瞬態(tài)力是滑閥在移動過程中閥腔中液流因速度變化而產(chǎn)生的力，此力的大小主要取決于閥口開度的變化率?；y上瞬態(tài)液動力的方向，根據(jù)油液流入閥口還是流出閥口而定，無論閥口開度增大還是減小，油液流出閥口時，作用在閥芯上的瞬態(tài)液動力與閥芯的移動方向相反;油液流入閥口時，作用在閥芯上的瞬態(tài)力與閥芯的移動方向相同。793、液壓卡緊現(xiàn)象為防閥的內(nèi)漏，閥芯和閥體間的間隙很小，當(dāng)縫隙中有油液時，移動只需克服粘性摩擦力，其數(shù)值很小。但實(shí)際上，特別在中、高壓系統(tǒng)中，當(dāng)閥芯停止運(yùn)動五分鐘后這個阻力可能很大，（幾百牛頓）使閥芯從新移動十分費(fèi)力，這就是液壓卡緊現(xiàn)象。80產(chǎn)生液壓卡緊現(xiàn)象的原因：閥芯和閥體孔的幾何形狀誤差、中心線不重合、間隙過小、裝配太緊、閥體孔與閥芯的熱變形、進(jìn)入配合間隙的污染物等。主要是由于幾何形狀誤差和同軸度誤差8182閥芯無形狀誤差，軸線平行但不重合，閥芯周圍間隙內(nèi)的壓力分布為線性，且各向相等，閥芯所受徑向力平衡。83閥芯因加工誤差帶倒錐度（高壓側(cè)直徑較大）閥芯與閥體孔軸線平行但不重合時，閥芯徑向力不平衡，使閥芯向軸線偏移方向偏移(使偏心量增大)直至接觸，產(chǎn)生液壓卡緊現(xiàn)象。84若間隙小的一端在低壓側(cè)（順錐）閥芯有偏心，也將產(chǎn)生徑向不平衡力，但此力力圖減小偏心量，有自定心作用。有利于減小液壓卡緊現(xiàn)象。85閥芯表面有局部凸起相當(dāng)于閥芯碰傷、殘留毛刺或縫隙中楔入污物，閥芯受到的徑向力不平衡力作用而和閥孔相接觸后，縫隙中的油液被擠出，閥芯和閥孔間形成干摩擦，從而產(chǎn)生液壓卡緊。86若閥芯和閥體的中心線不平行，徑向不平衡力最大。液壓卡緊現(xiàn)象普遍存在與各種閥和柱塞副中。87緩解液壓卡緊的措施：提高閥芯閥體的加工精度（閥芯的圓度和圓柱度允差為0.003～

0.005mm，Ra0.2μm，閥體孔Ra0.4μm