液压元件与系统-第3版-教学-李壮云-8-液压控制阀概述.pptx

第八章液压控制阀概述第一节液压控制阀的分类第二节液压阀上的作用力第三节阀口压力流量特性第四节液压阀的级间耦合第五节液压阀的控制输入装置第六节液压控制阀的噪声第七节液压控制阀的材料及工艺要求第一节液压控制阀的分类一、根据在液压系统中的功用分类二、根据控制信号的形式分类三、根据阀芯结构形式分类四、根据连接和安装方式分类一、根据在液压系统中的功用分类1.压力控制阀2.流量控制阀3.方向控制阀1.压力控制阀压力控制阀是指用来控制和调节液压系统中液流的压力或利用压力进行控制的阀类，如溢流阀、减压阀、顺序阀、电液比例溢流阀、电液比例减压阀等。2.流量控制阀流量控制阀是指用来控制和调节液压系统中液流流量的阀类，如节流阀、调速阀、分流阀、电液比例流量阀等。3.方向控制阀方向控制阀是指用来控制和改变液压系统中液流方向的阀类，如单向阀、换向阀等。二、根据控制信号的形式分类1.开关或定值控制阀2.伺服控制阀3.比例控制阀4.数字控制阀1.开关或定值控制阀这是最常见的一类液压阀，又称为普通液压阀。此类阀采用手动、机动、电磁铁和控制压力油等控制方式定值控制液流的压力和流量、启闭液流通路或控制液流方向。2.伺服控制阀这是一种根据输入信号(电气、机械、气动等)及反馈量成比例地连续控制液压系统中液流的流量和流动方向或压力的阀类，又称为随动阀。3.比例控制阀比例控制阀又可分为普通比例阀和高性能比例阀。普通比例阀可以根据输入信号的大小连续、成比例、远距离地控制液压系统中液流的压力、流量和流动方向。4.数字控制阀数字控制阀的输入信号是脉冲信号，它根据输入的脉冲数或脉冲频率来控制液压系统的流量或压力。数字控制阀具有抗污染能力强、重复性好、工作稳定可靠等优点。三、根据阀芯结构形式分类1.滑阀类2.提升阀类3.喷嘴挡板阀类1.滑阀类滑阀类的阀芯为圆柱形，通过阀芯在阀体孔内的滑动来改变液流通路开口的大小，以实现对液流压力、流量及方向的控制。2.提升阀类提升阀类有锥阀、球阀、平板阀等，利用阀芯相对阀座孔的移动来改变液流通路开口的大小，以实现对液流压力、流量及方向的控制。3.喷嘴挡板阀类喷嘴挡板阀是利用喷嘴和挡板之间的相对位移来改变液流通路开口的大小，以实现控制的阀类。该类阀主要用于伺服阀和比例阀的先导级。四、根据连接和安装方式分类1.管式阀2.板式阀3.插装阀4.叠加阀1.管式阀管式阀阀体上的进出油口通过管接头或法兰与管路直接连接。其连接方式简单，质量轻，在移动式设备或流量较小的液压元件中应用较广。其缺点是阀只能沿管路分散布置，装拆维修不方便。2.板式阀板式阀由安装螺钉固定在过渡板上，阀的进出油口通过过渡板与管路连接。过渡板上可以安装一个或多个阀。当过渡板安装有多个阀时，又称为集成块，安装在集成块上的阀与阀之间的油路通过块内的流道沟通，可减少连接管路3.插装阀插装阀主要有二通插装阀、三通插装阀和螺纹插装阀。二通插装阀是将其基本组件插入特定设计加工的阀体内，配以盖板、先导阀组成的一种多功能复合阀。4.叠加阀叠加阀是在板式阀基础上发展起来的、结构更为紧凑的一种形式。阀的上下两面为安装面，并开有进出油口。第二节液压阀上的作用力一、液压力二、液动力三、液压侧向力与摩擦力四、弹簧力五、重力和惯性力一、液压力图8-1作用在锥阀上的液压力一、液压力(8-1)(8-2)(8-3)二、液动力1.稳态液动力2.瞬态液动力1.稳态液动力图8-2滑阀的液动力a)液流经环形通道从阀口流出b)液流经阀口流入环形通道1.稳态液动力图8-3锥阀的稳态液动力1.稳态液动力(8-4)(8-5)1.稳态液动力1)采用具有特殊阀腔形状的负力窗口补偿稳态液动力，如图8-5所示。2)在阀套上开斜孔补偿稳态液动力。3)开多个径向小孔补偿稳态液动力。4)利用压降补偿稳态液动力。图8-4二通插装阀稳态液动力实测曲线a)全周阀口b)非全周阀口1.稳态液动力图8-5利用负力窗口补偿稳态液动力1.稳态液动力图8-7开多个径向小孔补偿稳态液动力1阀芯2阀套3阀体1.稳态液动力图8-8利用压降补偿稳态液动力1.稳态液动力2.瞬态液动力图8-9滑阀的瞬态液动力2.瞬态液动力（8-6）（8-7）（8-8）三、液压侧向力与摩擦力（8-9）（8-10）三、液压侧向力与摩擦力图8-10倒锥与顺锥a)倒锥b)顺锥三、液压侧向力与摩擦力1)提高加工精度。2)在阀芯台肩上开圆周方向的均压槽，均压槽内的液体压力处处相等，起到径向力平衡的作用。3)在保证密封要求的前提下减小配合长度。4)对于比例阀或伺服阀，可在控制信号中加入高频小振幅的颤振信号。四、弹簧力（8-11）五、重力和惯性力图8-11喷嘴挡板控制的滑阀的当量质量第三节阀口压力流量特性一、滑阀的压力流量特性二、锥阀和球阀的压力流量特性一、滑阀的压力流量特性图8-12圆柱滑阀示意图一、滑阀的压力流量特性（8-13）（8-14）（8-15）（8-16）二、锥阀和球阀的压力流量特性图8-13锥阀和球阀结构示意图a)、b)锥阀c)球阀二、锥阀和球阀的压力流量特性1.阀口过流面积A2.流量系数Cd1.阀口过流面积A1)当锥阀阀座孔无倒角(重叠量s0)时(图)，锥阀阀口的过流面积为2)当锥阀阀座孔有不大的倒角时(图8-13b)，因为重叠量s0，这时应取阀座孔大小直径的平均值dm(d1d2)/2进行计算。3)球阀(图8-13c)阀口的过流面积为（8-17）（8-19）（8-20）（8-21）2.流量系数Cd（8-23）第四节液压阀的级间耦合一、液压力耦合二、位置耦合三、位移力耦合四、电信号耦合五、复合耦合一、液压力耦合图8-14先导式溢流阀模型一、液压力耦合二、位置耦合最简单的位置耦合是将前一级与后一级直接相连。例如，在图13-20所示的直接位置反馈型比例节流阀中，主级阀的位移被反馈到先导级，当先导阀移动时，主阀一直跟踪先导阀位移，直到主阀与先导阀间的单控制边阀口保持在一个微小开度的稳定位置时为止，此时主阀芯上的液压力与弹簧力平衡。三、位移力耦合在电液控制阀中，电/机械转换器的输入信号是电流(电压)，输出量是力或力矩。为了使先导级获得相应的位移，就要将先导阀与电/机械转换器采用位移力耦合方式。这只要增加某种弹性构件(弹簧、弹性杆)作为力位移的转换器，即可将电/机械转换器的输出力或力矩转换为位移量。四、电信号耦合在电液控制阀中，将输出物理量(流量、压力、位移等)由传感器进行检测并转换成电信号后，直接馈送到放大器输入端以构成全程闭环系统，可为显著提高液压阀的静态、动态性能创造有利条件，并且有可能灵活地采用各种电量校正和控制方法。五、复合耦合当液压阀的级间耦合采用单一的耦合方式不能达到要求时，可采用几种方式相复合的方法。具有代表性的示例是新型电液比例流量阀所采用的流量位移力反馈耦合(参见图13-23)。第五节液压阀的控制输入装置一、控制放大器二、电/机械转换器一、控制放大器1)线性度好，精度高，具有较宽的控制范围和较强的带载能力。2)动态响应快，频带宽。3)功率放大级的功耗小。4)抗干扰能力强，有很好的稳定性和可靠性。5)控制功能强，能实现控制信号的生成、处理、综合、调节、放大。6)输入输出参数、连接端口和外形尺寸标准化、规范化。一、控制放大器1)用以产生各处电路所需直流电压的电源变换电路。2)满足各种外部设备需要的输入接口，如模拟量输入接口、数字量输入接口等。3)用于改善电液控制阀或系统动态品质的调节器，如PI、PD、PID调节器等。4)为适应不同控制对象与工况要求的信号处理电路，如斜坡发生器、阶跃发生器、平衡电路、初始电流设定电路等。5)为减小摩擦力等因素导致的滞环而设置的颤振信号发生器。6)功率放大电路和测量放大电路等。图8-16控制放大器的典型构成一、控制放大器二、电/机械转换器1.阀用开关型电磁铁2.比例电磁铁3.动铁式力矩马达4.动圈式力马达5.伺服电动机6.步进电动机1.阀用开关型电磁铁1.阀用开关型电磁铁图8-17干式直流电磁铁1连接板2挡铁3线圈护箔4外壳5线圈6衔铁7导磁套8后盖9防尘套10插头组件1.阀用开关型电磁铁图8-19吸力特性曲线a)直流电磁铁b)交流电磁铁1.阀用开关型电磁铁图8-20干式交流电磁铁与阀的连接1推杆2叠层铁心3线圈4动密封5静密封6滑阀7阀体2.比例电磁铁(1)单向比例电磁铁(2)双向极化式比例电磁铁(1)单向比例电磁铁图8-21耐高压直流比例电磁铁的结构与特性a)结构b)特性1推杆2壳体3线圈4衔铁5轴承环6隔磁环7导套8限位片9极靴(1)单向比例电磁铁图8-22位置调节型比例电磁铁图8-23双向极化式比例电磁铁1壳体2左、右线圈3导向套4隔磁环5轭铁6衔铁7推杆(2)双向极化式比例电磁铁3.动铁式力矩马达图8-24动铁式永磁力矩马达1弹簧管2永久磁铁3导磁体4衔铁4.动圈式力马达图8-25动圈式力马达1永久磁铁2内导磁体3外导磁体4可动控制线圈5线圈骨架6对中弹簧 7滑阀阀芯5.伺服电动机图8-26不同控制电压时直流伺服电动机的机械特性6.步进电动机步进电动机是一种数字式的回转运动电-机械转换器，它可以将脉冲电信号变换为相应的角位移。每输入一个脉冲信号，电动机就转过一个步距角。第六节液压控制阀的噪声一、液压控制阀噪声的诱因二、噪声的测量一、液压控制阀噪声的诱因1.阀芯振动或颤振噪声2.气穴噪声3.冲击压噪声4.高速喷射涡流声1.阀芯振动或颤振噪声为了控制压力(压力差)或使阀芯复位，液压控制阀的阀芯上均作用有弹簧力，这种阀芯、弹簧结构是一个易振动体，其工作过程即为一个振荡过程。2.气穴噪声1)合理选定控制阀节流口前后的工作压差，还可采用多级节流形式以降低每一级的工作压差。2)溢流阀的出口应直接接回油箱，不要与其他回油管连接，以免形成有害的背压。3)在系统高处设置排气装置，排除阀内的空气。3.冲击压噪声1)在换向阀阀芯上设置锥面或三角槽，使阀口通流截面缓变。2)尽可能选用直流电磁铁换向的换向阀。3)采用电液比例换向阀，并通过调节阻尼器延缓主阀换向时间，或将先导控制压力调至主阀芯换向所需的最低压力。4)在液压缸中设置缓冲机构，以缓和撞击力。4.高速喷射涡流声当卸荷溢流阀突然卸荷或换向阀动作使系统高压回路泄压时，高压大流量的油液经阀口高速泄压回油箱，此时全部压力能转化为速度能和热能。二、噪声的测量1.概述2.噪声测量分析仪器3.噪声的测量环境1.概述（8-24）2.噪声测量分析仪器2.噪声测量分析仪器3.噪声的测量环境第七节液压控制阀的材料及工艺要求一、阀芯的加工二、阀体的加工一、阀芯的加工1.粗加工2.半精加工3.热处理4.精加工1.粗加工阀芯外圆和长度应留有足够的加工余量。粗加工后零件应进行调质处理，使其硬度在2530HRC之间2.半精加工用弹簧夹头或软三爪夹紧工件外圆，平端面，钻中心孔，车外圆并留有适当余量。3.热处理半精加工后阀芯应采用真空淬火等热处理方法，使其硬度为6066HRC。然后进行稳定化处理，即-70-80冷处理2h和160低温时效处理4h。4.精加工1)粗磨外圆及凸肩。2)稳定化处理。3)精磨外圆。4)光整加工。二、阀体的加工1)钻扩镗铰推研；2)钻扩镗铰研；3)钻镗镗铰研(珩)；4)扩镗镗铰研(珩)；5)钻刚性镗铰研(珩)；6)钻刚性镗铰金刚石铰；7)扩刚性镗铰金刚石铰；8)钻扩铰珩金刚石铰；9)钻扩镗铰刚性镗铰金刚石铰；10)扩镗镗铰金刚石铰。1)钻扩镗铰推研；这种工艺方案适用范围较广，适合于阀孔尺寸较大的阀体加工。扩镗镗铰工序可在加工中心上一次完成。使用双刃扩孔钻可起到找直阀孔的作用，粗、精镗的加工量越来越小，起进一步减小表面粗糙度值和提高直线度的作用，铰孔主要起确定尺寸的作用。2)钻扩镗铰研；阀孔经扩孔后采用刚性镗铰工艺进行半精加工，然后用金刚石铰刀铰削。其基本特点是适用于长径比较大的孔，其稳定性好，并且刚性镗铰刀前后带导向，保证了工件的直线度要求，再加上内冷却排屑，大大改善了加工条件，保证了表面粗糙度要求。