第5章液压控制阀.docx

第5章液压控制阀内容提要本章主要介绍液压控制元件（压力阀、流量阀、方向阀等）在液压系统中的作用、工作原理、性能、职能符号及其应用。基本要求、重点和难点基本要求：通过本章学习，要求掌握压力阀、流量阀、方向阀的工作原理，性能、特性及其在液压系统中的应用。重点： 压力阀中的先导式溢流阀、减压阀。 流量阀中的普通节流阀、调速阀。 方向阀中滑阀式电磁阀、电液换向阀。难点： 直动式溢流阀与先导式溢流阀的流量压力特性比较。 减压阀的作用。 调速阀的基本工作原理。 换向阀的换向原理和滑阀机能。 5.1概述5.1.1液压控制阀的功用、分类1.液压控制阀的功用液压控制阀是液压系统中用来控制油液的流动方向或调节其压力和流量的元件。借助于这些阀,便能对执行元件的启动、停止、运动方向、速度、动作顺序和克服负载的能力进行调节与控制，使各类液压机械都能按要求协调地进行工作。液压控制阀对液压系统的工作过程和工作特性有重要的影响。2.液压控制阀的基本共同点及要求尽管液压阀的种类繁多，且各种阀的功能和结构形式也有较大的差异，但它们之间均保持下述基本共同点：1）在结构上，所有液压阀都是由阀体、阀芯、和驱动阀芯动作的元、部件组成；2）在工作原理上，所有液压阀的开口大小、进出口间的压差以及通过阀的流量之间的关系都符合孔口流量公式，仅是各种阀控制的参数各不相同而已。液压系统中所使用的液压阀均应满足以下基本要求：1）动作灵敏，使用可靠，工作时冲击和振动小；2）油液流过时压力损失小；3）密封性能好；4）结构紧凑，安装、调整、使用、维护方便，通用性大。3.液压控制阀的分类液压控制阀按不同的特征和方式可分为以下几类，如表5.1所示。表5.1液压控制阀的分类分类方法种类详细分类按用途分压力控制阀溢流阀、减压阀、顺序阀、比例压力控制阀、压力继电器等流量控制阀节流阀、调速阀、分流阀、比例流量控制阀等方向控制阀单向阀、液控单向阀、换向阀、比例方向控制阀按操纵方式分人力操纵阀手把及手轮、踏板、杠杆机械操纵阀挡块、弹簧、液压、气动电动操纵阀电磁铁控制、电一液联合控制按连接方式分管式连接螺纹式连接、法兰式连接板式及叠加式连接单层连接板式、双层连接板式、集成块连接、叠加式插装式连接螺纹式插装、法兰式插装按控制原理分开关或定值控制阀压力控制阀、流量控制阀、方向控制阀电液比例阀电液比例压力阀、电液比例流量阀、电液比例换向阀、电液比例复合阀、电液比例多路阀、伺服阀单、两极 （喷嘴挡板式、动圈式）电液流量伺服阀、三级电液流量伺服阀、电液压力伺服阀、气液伺服阀、机液伺服阀数字控制阀数字控制压力阀、数字控制流量阀与方向阀 4.液压控制阀的基本参数1）公称通径公称通径代表阀的通流能力大小，对应阀的额定流量。与阀的进出口连接油管的规格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）额定压力额定压力代表阀在工作时允许的最高压力。对压力控制阀,实际最高压力有时还与阀的调压范围有关；对换向阀,实际最高压力还可能受其功率极限的限制。5.1.2.阀口的结构形式和流量计算公式1.阀口的结构形式液压阀中常见阀口的结构形式如图5-1所示。图5-1阀口的形式（a）（b）滑阀式 （c）错位孔式 （d）三角槽式（e）弓形孔式 （f）偏心槽式（g）斜槽式 （h）转楔式 （i）旋转槽式 （j）针阀式（k）缝隙式2.流量计算公式各种液压阀阀口都以接近于薄壁小孔为目标，这正是为了减小液压油的粘温特性对阀口通流性能的影响。工程上阀口的流量计算公式 （5-1）式中 与阀口形状、液体流态、油液性质有关的系数；流量指数，取值范围为0.51， 越小，节流口越接近于薄壁小孔，越大，节流口越接近于细长孔；通流截面面积；流经阀口的压差； 5.1.3液动力驱动阀芯的方式有手动、机动、电磁驱动、液压驱动等多种。其中手动最简单，电磁驱动易于实现自动控制，但高压、大流量时手动和电磁驱动方式常常无法克服巨大的阀芯阻力，这时不得不采用液压驱动方式。稳态时（即阀芯与阀体是相对静止的），阀芯运动的主要阻力为：液压不平衡力、稳态液动力、摩擦力（含液压卡紧力）；动态时（即阀芯与阀体是相对运动的）还有瞬态液动力、惯性力等。阀芯的稳态液动力和瞬态液动力在高压、大流量时可达数百至数千牛，影响阀芯的操纵稳定性，因此有必要了解它们的特性。下面以应用广泛的滑阀为例进行介绍。1.稳态液动力稳态液动力是阀芯移动完毕，开口固定之后，液流流过阀口时因动量变化而作用在阀芯上的力。图5-2示油液流过阀口的两种情况。图5-2滑阀的稳态液动力（a）液流流出阀口 （b）液流流入阀口根据动量方程，取阀芯两凸肩间的容腔中液体作为控制体，可得这两种情况下的轴向液动力都是，其方向都是促使阀口关闭的。用薄壁小孔的速度公式和流量公式代入上式。可得 （5-2）式中 流量系数；小孔速度系数；小孔截面积；小孔前后压差；液流速度方向角。在高压大流量的情况下，稳态液动力将会很大，使阀芯的操纵成为突出的问题.这时必须采取措施补偿或消除这个力。图5-3（a）采用特种形状的阀腔；（b）在阀套上开斜孔，使流出和流入阀腔液体的动量互相抵消，从而减小轴向液动力；（c）改变阀芯的颈部尺寸，使液流流过阀芯时有较大的压降，以便在阀芯两端面上产生不平衡液动力，抵消轴向液动力。图5-3 稳态液动力的补偿法（a）特种形状阀腔 （b）阀态开斜孔 （c）液流产生压降2.瞬态液动力瞬态液动力是滑阀在移动过程中（即开口大小发生变化时）阀腔中液流因加速或减速而作用在阀芯上的力。这个力只与阀芯移动速度有关（即与阀口开度的变化率有关），与阀口开度本身无关。图5-4瞬态液动力（a）开口加大，液流流出阀口 （b）开口加大，液流流入阀口图5-4示阀芯移动时出现瞬态液动力的情况。当阀口开度发生变化时，阀腔内长度为l那部分油液的轴向速度亦发生变化，也就是出现了加速或减速，于是阀芯就受到了一个轴向的反作用力，这就是瞬态液动力。很明显，若流过阀腔的瞬时流量为，阀腔的截面积为，阀腔内加速或减速部分油液的质量为，阀芯移动的速度为，则有 （5-3） 因为，当阀口前后的压差不变或变化不大时，流量的变化率为将上式代入式（5-3），得 （5-4）滑阀上瞬态液动力的方向，视油液流入还是流出阀腔而定。图5-4（a）中油液流出阀腔，则阀口开度加大时长度为l的那部分油液加速，开度减小时油液减速，两种情况下瞬态液动力作用方向都与阀芯的移动方向相反，起着阻止阀芯移动的作用，相当于一个阻尼力。这时式（5-4）中的取正值，并称之为滑阀的“正阻尼长度”。反之，图5-4（b）中油液流入阀腔，阀口开度变化时引起液流流速变化的结果，都是使瞬态液动力的作用方向与阀芯移动方向相同，起着帮助阀芯移动的作用，相当于一个负的阻尼力。这种情况下式（5-4）中的取负值，并称之为滑阀的“负阻尼长度”。滑阀上的“负阻尼长度”是造成滑阀工作不稳定的原因之一。滑阀上如有好几个阀腔串联在一起，阀芯工作的稳定与否就要看各个阀腔阻尼长度的综合作用结果而定。5.1.4卡紧力 液压卡紧是一种特殊的流体力学现象，对液压元件性能的影响很大。液压元件的运动副中有很多环形缝隙，如滑阀阀芯与阀体之间的缝隙等，这些缝隙一般都充满油液。正常情况下，移动阀芯时所需的力只须克服粘性摩擦力，数值要求不大。电磁换向阀是一种利用电磁铁来推动阀芯实现换向的液压阀，其电磁推力仅3050N，使用效果很好，得到大量的应用。由于电磁换向阀可很方便地实现与PLC、单片机及工业控制计算机的接口，使液压系统成为一种理想的计算机控制对象。但是，有时情况会变得很糟，特别是在中、高压系统中，当阀芯停止移动一段时间后（一般约5分钟），这个阻力可以增大到数百牛顿，阀芯仅依靠电磁力根本无法推动，就像“卡死了”一样，系统因而无法完成预定的动作。导致这种情况出现的原因，是阀的缝隙处产生了“液压卡紧”。1.卡紧力产生的原因出现液压卡紧有可能是因油温升高导致阀芯膨胀引起的，也有可能是异物进入配合面或配合面划伤破坏了配合副的间隙引起的，但更常见的是阀芯严重偏心使阀体之间形成了直接的机械接触。除了制造方面的问题之外，径向不平衡力也是造成阀芯偏心的原因。如果缝隙中的液体压力在周向不是均匀分布的，则在此不均匀的压力的作用下，阀芯或者将贴靠阀体，或者将被推向中心。滑阀阀芯在制造中总难免有一定的锥度，根据压力差方向与锥度方向之间的关系，可以分为顺锥和倒锥两种情形。如果阀芯与阀孔之间是完全同心的，不论顺锥还是倒锥，其缝隙中的压力分布在圆周方向将是完全对称的，不会产生径向力。但如果阀芯与阀孔不同心，情况就变得复杂起来。图5-5缝隙中的压力分布（a）倒锥形缝隙 （b）顺锥形缝隙 （c）均压槽的作用图5-5（a）所示是不同心时的倒锥及其缝隙中的压力分布，缝隙最小处压力降低得比较慢，而缝隙最大处压力降低得要快一些。两处径向力存在一定的差值，这个径向不平衡力的作用将使阀芯偏心进一步加大。图5-5（b）所示是不同心时的顺锥及其缝隙中的压力分布，缝隙最小处压力降低得比较快，而缝隙最大处压力降低得要慢一些。两处径向力存在一定的差值，这个径向不平衡力的作用将使阀芯偏心减小。倒锥是一种不稳定状态，偏心越大，径向不平衡力就越大，反过来进一步加大偏心，形成恶性循环，最终使阀芯贴靠阀孔，造成液压卡紧。尽管顺锥有利于减小偏心，但工程上很难保证阀芯处的缝隙一定是顺锥，特别是在缝隙两端压力差方向会改变时更是如此。2.减小卡紧力的措施为了减小液压卡紧力，可以采取下述一些措施。1）提高阀的加工和装配精度，避免出现偏心。阀芯的圆度和圆柱度误差不大于0.003-0.005，要求带顺锥，阀芯的表面粗糙度值不大于0.2。阀孔的值不大于0.4。2）在阀芯台肩上开出平衡径向力的均压槽。均压槽可使同一圆周上各处的压力油互相沟通，减小径向不平衡力，使阀芯在中心定位。3）使阀芯或阀套在轴向或圆周方向上产生高频小振幅的振动或摆动。4）精细过滤油液。 液压元件中普遍采用的均压槽结构，可以有效地防止或减轻倒锥导致的液压卡紧的影响，如图5-5(c)所示。均压槽是在阀芯上沿轴向分布的一系列环形浅槽，其作用是通过槽的沟通使缝隙相应截面处周向的压力趋于一致。这样，相当于把一个大的倒锥，分割成了若干个小的倒锥，这些小倒锥所产生的径向不平衡力已经降低到了微乎其微的程度。一般地，均压槽的尺寸是：宽0.3-0.5，深0.5-0.8，槽距1-5。阀芯表面粗糙度过大或小的污染物进入缝隙中，也会产生类似效果的液压卡紧现象。因此，除采用开均压槽的方法来控制液压卡紧外，必须从制造、抗污染等多方面入手，才能取得好的效果。换向阀、压力阀以及液压泵等中，均存在液压卡紧现象，这是液压元件中的一个共性问题，必须予以高度重视。液压元件制造精度要求高，如阀芯的圆度和锥度允差为0.003-0.005，表面粗糙度的数值不大于0.20等，均较一般机械零件的要求高，很大程度上是为了防止发生液压卡紧。5.2压力控制阀5.2.1概述在液压传动系统中，控制油液压力高低或利用压力实现某些动作的液压阀统称压力控制阀,简称压力阀。压力阀按其功能可分为溢流阀，减压阀，顺序阀和压力继电器等。这类阀的共同点都是利用作用在阀芯上的液压力和弹簧力相平衡的原理工作的。5.2.2溢流阀溢流阀是通过阀口的溢流，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。溢流阀按其结构原理分为直动型和先导型。对溢流阀的主要要求是：调压范围大，调压偏差小，压力振摆小，动作灵敏，过流能力大，嗓声小。1 直动式溢流阀1)直动式溢流阀的工作原理和结构图5-6（a）所示为锥阀式(还有球阀式和滑阀式)直动型溢流阀的工作原理图。当进油口P从系统接入的油液压力不高时，锥阀芯2被弹簧3紧压在阀体1的孔口上，阀口关闭。当进口油压升高到能克服弹簧阻力时，便推开锥阀芯使阀口打开，油液就由进油口P流入，再从回油口T流回油箱(溢流)，进油压力也就不会继续升高。当通过溢流阀的流量变化时，阀口开度即弹簧压缩量也随之改变。但在弹簧压缩量变化甚小的情况下，可以认为阀芯在液压力和弹簧力作用下保持平衡，溢流阀进口处的压力基本保持为定值。拧动调压螺钉4改变弹簧预压缩量，便可调整溢流阀的溢流压力。这种溢流阀因压力油直接作用于阀芯，故称直动型溢流阀。直动型溢流阀一般只能用于低压小流量处，因控制较高压力或较大流量时，需要装刚度较大的硬弹簧或阀芯开启的距离较大，不但手动调节困难，而且阀口开度（弹簧压缩量）略有变化便引起较大的压力波动，压力不能稳定。系统压力较高时宜采用先导型溢流阀。图5-6直动式溢流阀（a） 结构原理图（b）DBD型直动型溢流阀结构原理图 （c）阀芯局部放大图1-阀体 2-锥阀芯 3,9-弹簧 4-调节螺钉 5-上盖 6-阀套 7-阀芯 8-插块阀体 10-偏流盘 11-阀锥 12-阻尼活塞若阀芯的面积为，则此时阀芯下端受到的液压力为，调压弹簧的预紧力为，当时，阀芯即将开启，这一状态时的压力称之直动溢流阀的开启压力，用表示。即 或 （5-5） 式中 -弹簧的刚度-弹簧的预压缩量当时，阀芯上移，弹簧进一步受到压缩，溢流阀开始溢流。直到阀芯达到某一新的平衡位置时停止移动。此时进油口的压力为。 式中由于阀芯的移动使弹簧产生的附加压缩量。由于阀芯移动量不大（即变动很小），所以当阀芯处于平衡状态时，可认为阀进口压力基本保持不变。图5-6（b）为德国力士乐公司的DBD型直动型溢流阀的结构图。图中锥阀下部为减振阻尼活塞，见图5-6（c）的局部放大图。这种阀是一种性能优异的直动型溢流阀，其静态特性曲线较为理想，接近直线，其最大调节压力为40。这种阀的溢流特性好，通流能力也较强，既可作为安全阀又可作为溢流稳压阀使用。该阀阀芯7由阻尼活塞12、阀锥11和偏流盘10三部分组成（见图5-6（c）阀芯局部放大）。在阻尼活塞的一侧铣有小平面，以便压力油进入并作用于底端。阻尼活塞作用有两个：导向和阻尼。保证阀芯开始和关闭时既不歪斜又不偏摆振动，提高了稳定性。阻尼活塞与阀锥之间有一与阀锥对称的锥面，故阀芯开启时，流入和流出油液对两锥面的稳态液动力相互平衡，不会产生影响。此外，在偏流盘的上侧支承着弹簧，下侧表面开有一圈环形槽，用以改变阀口开启后回油射流的方向。对这股射流运用动量方程可知，射流对偏流盘轴向冲击力的方向正与弹簧力相反，当溢流量及阀口开度X增大时，弹簧力虽增大，但与之反向的冲击力亦增大，相互抵消，反之亦然。因此该阀能自行消除阀口开度X变化对压力的影响。故该阀所控制的压力基本不受溢流量变化的影响，锥阀和球阀式阀芯结构简单，密封性好，但阀芯和阀座的接触应力大。实际中滑阀式阀芯用得较多，但泄漏量较大。2）溢流阀的性能溢流阀的性能主要有静态性能和动态性能两种。 静态特性 溢流阀的静态性能是指阀在系统压力没有突变的稳态情况下，所控制流体的压力、流量的变化情况。溢流阀的静态特性主要指压力-流量特性、启闭特性、压力调节范围、流量许用范围、卸荷压力等。a.溢流阀的压力-流量特性 溢流阀的压力-流量特性是指溢流阀入口压力与流量之间的变化关系。图5-7为溢流阀的静态特性曲线。其中为直动式溢流阀的开启压力，当阀入口压力小于时，溢流阀处于关闭状态，通过阀的流量为零；当阀入口压力大于时，溢流阀开始溢流。图5-7中为先导阀的开启压力，当阀进口压力小于时，先导阀关闭，溢流量为零，当压力大于时，先导阀开启，然后主阀芯打开，溢流阀开始溢流。在两种阀中，当阀入口压力达到调定压力时，通过阀的流量达到额定溢流量。由溢流阀的特性分布可知：当阀溢流量发生变化时，阀进口压力波动越小，阀的性能越好。由图5-7溢流阀的静态特性曲线可见，先导式溢流阀性能优于直动式溢流阀。 图5-7溢流阀的静态特性曲线 图5-8溢流阀的启闭特性曲线b.溢流阀的启闭特性启闭特性是表征溢流阀性能好坏的重要指标，一般用开启压力比率和闭合压力比率表示。当溢流阀从关闭状态逐渐开启，其溢流量达到额定流量的1%时所对应的压力，定义为开启压力，与调定压力之比的百分率，称之为开启压力比率。当溢流阀从全开启状态逐渐关闭，其溢流量为其额定流量的1%时，所对应的压力定义为闭合压力，与调定压力之比的百分率，称之为闭合压力比率。开启压力比率与闭合压力比率越高，阀的性能越好。一般开启比率应90%，闭合比率应85%。图5-8为溢流阀的启闭特性曲线。曲线1为先导式溢流阀的开启特性，曲线2为闭合特性。c.溢流阀的压力稳定性系统在工作时，由于油泵的流量脉动及负载变化的影响，导致溢流阀的主阀芯一直处于振动状态，阀所控制的油压也因此产生波动。衡量溢流阀的压力稳定性用两个指标度量：一是在整个调压范围内阀在额定流量状态下的压力波动值，二是在额定压力和额定流量状态下，3内的压力偏移值。上述两个指标越小，溢流阀的压力稳定性就越好。d.溢流阀的卸荷压力将溢流阀的遥控口与油箱连通后，油泵处于卸荷状态时，溢流阀进出油口压力之差称之为卸荷压力。溢流阀的卸荷压力越小，系统发热越少，一般溢流阀的卸荷压力不大于0.2,最大不应超过0.45。e.压力调节范围 溢流阀的压力调节范围是指溢流阀能够保证性能的压力使用范围。溢流阀在此范围内调节压力时，进口压力能保持平稳变化，无突跳、迟滞等现象。在实际情况下，当需要溢流阀扩大调压范围时，可通过更换不同刚度的弹簧来实现。如国产调压范围为1231.5的高压溢流阀，更换四种刚性不等的调节弹簧可实现0.57、3.514、721和1435四种范围的压力调节。f.许用流量范围 溢流阀的许用流量范围一般是指阀额定流量的15%100%之间。阀在此流量范围内工作，其压力应当平衡、嗓声小。 动态特性 溢流阀的动态特性，是指在系统压力突变时，阀的响应过程中所表现出的性能指标。图5-9为溢流阀的动态特性曲线。此曲线的测定过程是：将处于卸荷状态下的溢流阀突然关闭时（一般是由小流量电磁阀切断通油池的遥控口），阀的进口压力迅速提升至最大峰值，然后振荡衰减至调定压力，再使溢流阀在稳态溢流时开始卸荷。经此压力变化循环过程后，可以得出以下动态特性指标：图5-9溢流阀的动态特性曲线 a压力超调量 最大峰值压力与调定压力之差，称之为压力超调量，用表示。压力超调量越小，阀的稳定性越好。b过渡时间 指溢流阀从压力开始升高达到稳定在调定压力所需的时间，用符号t表示。过渡时间越小，阀的灵敏性越高。c. 压力稳定性 溢流阀在调压状态下工作时，由于泵的压力脉动而引起系统压力在调定压力附近产生有规律的波动，这种压力的波动可以从压力表指针的振摆看到，此压力振摆的大小标志阀的压力稳定性。阀的压力振摆越小，压力稳定性越好。一般溢流阀的压力振摆应小于0.2。2.先导型溢流阀先导型溢流阀是由先导阀和主阀组成。先导阀用以控制主阀芯两端的压差，主阀芯用于控制主油路的溢流。图5-10（a）所示为一种板式连接的先导型溢流阀的结构原理图。由图可见，先导型溢流阀由先导阀1和主阀2两部分组成。先导阀就是一个小规格的直动型溢流阀，而主阀阀芯是一个具有锥形端部、上面开有阻尼小孔的圆柱筒。 （a） (b) (c)图5-10先导型溢流阀工作原理（a）结构原理图 （b）一般符号或直动型符号 （c）先导型符号在图5-10（a）中，油液从进油口P进入，经阻尼孔R到达主阀弹簧腔，并作用在先导阀锥阀阀芯上（一般情况下，外控口K是堵塞的）。当进油压力不高时，液压力不能克服先导阀的弹簧阻力，先导阀口关闭，阀内无油液流动。这时，主阀芯因前后腔油压相同，故被主阀弹簧压在阀座上，主阀口亦关闭。当进油压力升高到先导阀弹簧的预调压力时，先导阀口打开，主阀弹簧腔的油液流过先导阀口并经阀体上的通道和回油口T流回油箱。这时，油液流过阻尼小孔R，产生压力损失，使主阀芯两端形成了压力差，主阀芯在此压差作用下克服弹簧阻力向上移动，使进、回油口连通，达到溢流稳压的目的。调节先导阀的调压螺钉，便能调整溢流压力。更换不同刚度的调压弹簧，便能得到不同的调压范围。先导型溢流阀的阀体上有一个远程控制口K，当将此口通过二位二通阀接通油箱时，主阀芯上端的弹簧腔压力接近于零，主阀芯在很小的压力下便可移动到上端，阀口开至最大，这时系统的油液在很低的压力下通过阀口流回油箱，实现卸荷作用。如果将K口接到另一个远程调压阀上（其结构和溢流阀的先导阀一样），并使打开远程调压阀的压力小于先导阀的调定压力，则主阀芯上端的压力就由远程调压阀来决定。使用远程调压阀后便可对系统的溢流压力实行远程调节。溢流阀的图形符号如图5-10（b）、（c）所示。其中，图5-10（b）所示为溢流阀的一般符号或直动型溢流阀的符号；图5-10（c）为先导型溢流阀的符号。图5-11所示为先导型溢流阀的一种典型结构。先导型溢流阀的稳压性能优于直动型溢流阀。但先导型溢流阀是二级阀，其灵敏度低于直动型阀。 图5-11先导型溢流阀1-阀体 2-主阀套 3-弹簧 4-主阀芯 5-先导阀阀体 6-调节螺钉 7-调节手枪8-弹簧 9-先导阀阀芯 10-先导阀阀座 11-柱塞 12-导套 13-消振垫3.溢流阀的应用 溢流阀在每一个液压系统中都有使用。主要应用有：1）作溢流阀用 在图5-12所示用定量泵供油的节流调速回路中，当泵的流量大于节流阀允许通过的流量时，溢流阀使多余的油液流回油箱，此时泵的出口压力保持恒定。图5-12溢流阀起溢流定压的作用 图5-13溢流阀作安全阀用2）作安全阀用 在图5-13由变量泵组成的液压系统中，用溢流阀限制系统的最高压力，防止系统过载。系统在正常工作状态下，溢流阀关闭；当系统过载时，溢流阀打开，使压力油经阀流回油箱。此时，溢流阀为安全阀。3）作背压阀用 在图5-14所示的液压回路中，溢流阀串联在回油路上，溢流产生背压，使运动部件运动平稳性增加。4）作卸荷阀用 在图5-15所示的液压回路中，在溢流阀的遥控口串接一小流量的电磁阀，当电磁铁通电时，溢流阀的遥控口通油箱，此时液压泵卸荷。溢流阀此时作为卸荷阀使用。图5-14溢流阀作背压阀用 图5-15溢流阀作卸荷阀用5.2.3减压阀减压阀是使其出口压力低于进口压力，并使出口压力可以调节的压力控制阀。在液压系统中减压阀用于降低或调节系统中某一支路的压力,以满足某些执行元件的需要。对减压阀的主要要求是：出口压力维持恒定，不受入口压力、通过流量大小的影响。减压阀按其工作原理亦有直动型和先导型之分。按其调节性能又分为是保证出口压力为定值的定值减压阀；保证进出口压力差不变的定差减压阀；保证进出口压力成比例的定比减压阀。其中定值减压阀应用最广，简称减压阀。这里只介绍定值减压阀。1.直动型减压阀 1）直动型减压阀工作原理和结构图5-16（a）所示为直动型减压阀的工作原理，图5-16（b）所示为直动型或一般减压阀符号，当阀芯处在原始位置上时，它的阀口是打开的，阀的进、出口沟通。这个阀的阀芯由出口处的压力控制，出口压力末达到调定压力时阀口全开，阀芯不工作。当出口压力达到调定压力时，阀芯上移，阀口关小，整个阀处于工作状态了。如忽略其他阻力，仅考虑阀芯上的液压力和弹簧力相平衡的条件，则可以认为出口压力基本上维持在某一固定的调定值上。这时如出口压力减小，阀芯下移，阀口开大，阀口处阻力减小，压降减小，使出口压力回升到调定值上。反之，如出口压力增大，则阀芯上移，阀口关小，阀口处阻力加大，压降增大，使出口压力下降到调定值上。 图5-16直动型减压阀工作原理 （a）结构原理图 （b）一般减压阀职能符号2）直动型减压阀的性能理想的减压阀在进口压力、流量发生变化或出口负载增大时，其出口压力始终稳定不变。但实际上是随、的变化，或负载的增大而有所变化。故减压阀的静态特性主要有特性和特性。以图5-16所示的直动型减压阀为例，若忽略减压阀阀芯的自重、摩擦力和稳态液动力，则阀芯上的力的平衡方程为： （5-6）式中 当阀芯开口时的弹簧的预压缩量；阀芯的工作面积。由此得 （5-7）当时，则式（5-7）可写为： （5-8）图5-17所示为减压阀静态特性曲线。其中图5-17（a）、（b）分别为特性曲线和特性曲线。在图5-17（a）的特性曲线中，各曲线的拐点（转折点）是阀芯开始动作的点，拐点所对应的压力即该曲线的调定压力。当出口压力小于其调定压力时，当出口压力大于其调定压力时，。在图5-17（b）的特性曲线中，当时，随着的增加，略有下降，且大则下降的少，但总的来说下降的不多，且是可调的。图5-17 减压阀的静态特性 （a）特性曲线 （b）特性曲线当减压阀的出油口处不输出油液时，它的出口压力基本上仍能保持恒定，此时有少量的油液通过减压阀开口经先导阀和泄油管流回油箱，保持该阀处于工作状态。3）减压阀的特点减压阀和溢流阀有以下几点不同之处： 减压阀保持出口处压力基本不变，而溢流阀保持进口处压力基本不变； 在不工作时，减压阀进出口互通，而溢流阀进出口不通； 为保证减压阀出口压力调定值恒定，它的控制腔需通过泄油口单独外接油箱；而溢流阀的出油口是通油箱的，所以它的控制腔和泄漏油可通过阀体上的通道和出油口接通，不必单独外接油箱。2.先导型减压阀图5-18（a）为传统型先导式减压阀。它是由先导阀和主阀两部分组成。图中为进油口，为出油口，压力油通过主阀芯4下端通油槽a、主阀芯内阻尼孔b，进入主阀芯上腔c后，经孔d进入先导阀前腔。当减压阀出口压力小于调定压力时，先导阀芯2在弹簧作用下关闭，主阀芯4上下腔压力相等，在弹簧的作用下，主阀芯处于下端位置。此时，主阀芯4进出油之间的通道间隙e最大，主阀芯全开，减压阀进出口压力相等。当阀出口压力达到调定值时，先导阀芯2打开，压力油经阻尼孔b产生压差，主阀芯上下腔压力不等，下腔压力大于上腔压力，其差值克服主阀弹簧3的作用使阀芯抬起，此时通道间隙e减小，节流作用增强，使出口压力低于进口压力，并保持在调定值上。当调节手轮1时，先导阀弹簧的预压缩量受到调节，使先导阀所控制的主阀芯前腔的压力发生变化，从而调节了主阀芯的开口位置，调节了出口压力。由于减压阀出口为系统内的支油路，所以减压阀的先导阀上腔的泄漏口必须单独接油箱。图5-18（b）为先导式减压阀的职能符号。 图5-18 传统型先导式减压阀（a）结构图 （b）职能符号1-手轮 2-先导阀芯 3-主阀弹簧 4-主阀芯3减压阀的应用1）减压回路 图5-19为减压回路，在主系统的支路上串一减压阀，用以降低和调节支路液压缸的最大推力。2）稳压回路 如图5-20所示，当系统压力波动较大，液压缸2需要有较稳定的输入压力时，在液压缸2进油路上串一减压阀，在减压阀处于工作状态下，可使液压缸2的压力不受溢流阀压力波动的影响。图5-19 减压回路 图5-20稳压回路3） 单向减压回路当需要执行元件正反向压力不同时，可用图5-21的单向减压回路。图中的用双点划线框起的单向减压阀是具有单向阀功能的组合阀。图5-21 单向减压回路5.2.4顺序阀顺序阀是以压力为控制信号，自动接通或断开某一支路的液压阀。由于顺序阀可以控制执行元件顺序动作，由此称之为顺序阀。顺序阀按其控制方式不同，可分为内控式顺序阀和外控式顺序阀。内控式顺序阀直接利用阀的进口压力油控制阀的启闭，一般称之为顺序阀；外控式顺序阀利用外来的压力油控制阀的启闭，称之为液控顺序阀。按顺序阀的结构不同，又可分为直动式顺序阀和先导式顺序阀。1.直动型顺序阀1）直动型顺序阀工作原理和结构图5-22所示为一种直动型内控顺序阀的工作原理。压力油由进油口经阀体4和下盖7的小孔流到控制活塞6的下方，使阀芯5受到一个向上的推动作用。当进口油压较低时，阀芯在弹簧2的作用下处于下部位置，这时进、出油口不通。当进口油压力增大到预调的数值以后，阀芯底部受到的推力大于弹簧力，阀芯上移，进出油口连通，压力油就从顺序阀流过。顺序阀的开启压力可以用调压螺钉1来调节。在此阀中，控制活塞的直径很小，因而阀芯受到的向上推力不大，所用的平衡弹簧就不需太硬，这样可以使阀在较高的压力下工作。图5-22（b）、（c）是直动型顺序阀的职能符号。 a） 图5-22 顺序阀的工作原理 a）原理图 b）内控外泄式直动型顺序阀的职能符号 c）外控内泄式直动型顺序阀的职能符号1-调压螺钉 2-弹簧 3-阀盖 4-阀体 5-阀芯 6-控制活塞 7-下盖2）直动型顺序阀的性能顺序阀在结构上与溢流阀十分相似,但在性能和功能上有很大区别,主要有：溢流阀出口接油箱，顺序阀出口接下一级液压元件；溢流阀采取内泄漏，顺序阀一般为外泄漏；溢流阀主阀芯遮盖量小，顺序阀主阀芯遮盖量大；溢流阀打开时阀处于半打开状态，主阀芯开口处节流作用强，顺序阀打开时阀芯处于全打开状态，主通道节流作用弱。2先导型顺序阀 图5-23（a）为先导型顺序阀。该阀是由主阀与先导阀组成。压力油从进油口进入，经通道进入先导阀下端，经阻尼孔和先导阀后由泄漏口L流回油箱。当系统压力不高时，先导阀关闭，主阀芯两端压力相等，复位弹簧将阀芯推向下端，顺序阀进出油口关闭；当压力达到调定值时，先导阀打开，压力油经阻尼孔时形成节流，在主阀芯两端形成压差，此压力差克服弹簧力，使主阀芯抬起，进出油口打开。图5-23（b）为先导型顺序阀职能符号。图5-23 先导型顺序阀（a）结构图 （b）职能符号3顺序阀的应用1）实现执行元件的顺序动作 图5-24为实现定位夹紧顺序动作的液压回路。缸A为定位缸，缸B为夹紧缸。要求进程时（活塞向下运动），A缸先动作，B缸后动作。B缸进油路上串联一单向顺序阀，将顺序阀的压力值调定到高于A缸活塞移动时的最高压力。当电磁阀的电磁铁通电时，A缸活塞先动作，定位完成后，油路压力提高，打开顺序阀，B缸活塞动作。回程时，两缸同时供油，B缸的回油路经单向阀回油箱，缸A、B的活塞同时动作。图5-24 定位夹紧顺序动作回路2）与单向阀组合成单向顺序阀 如图5-25所示。在平衡回路上，以防止垂直或倾斜放置的执行元件和与之相连的工作部件因自重而自行下落。3）做卸荷阀用 图5-26为实现双泵供油系统的大流量泵卸荷的回路。大量供油时泵1和泵2同时供油，此时供油压力小于顺序阀3的控制压力；少量供油时，供油压力大于顺序阀3的控制压力，顺序阀3打开，单向阀4关闭，泵2卸荷。只有泵1继续供油。溢流阀起安全阀作用。图5-25 用单向顺序阀的平衡回路 图5-26 双泵供油系统回路 4）做背压阀用 用于液压缸回油路上，增大背压，使活塞的运动速度稳定。如图5-27所示。 图5-27 顺序阀做背压阀用 5.2.5压力继电器1.压力继电器的工作原理，结构及性能压力继电器是利用液体压力来启闭电气触点的液压-电气转换元件，它在油液压力达到其设定压力时，发出电信号，控制电气元件动作，实现泵的加载或卸荷、执行元件的顺序动作或系统的安全保护和连锁等其他功能。任何压力继电器都由压力-位移转换装置和微动开关两部分组成。按前者的结构分，有柱塞式，弹簧管式、膜片式和波纹管式四类，其中以柱塞式最常用。 (a) (b)图5-28 柱塞式压力继电器（a） 结构原理 （b） 一般职能符号1-柱塞 2-顶杆 3-调节螺钉 4-微动开关图5-28（a）所示为柱塞式压力继电器的结构原理。压力油从油口P通入，作用在柱塞l的底部，若其压力达到弹簧的调定值时，便克服弹簧阻力和柱塞表面摩擦力推动柱塞上升，通过顶杆2触动微动开关4发出电信号。图5-28（b）所示为压力继电器的一般符号。压力继电器的性能参数主要有：1）调压范围 指能发出电信号的最低工作压力和最高工作压力的范围。2）灵敏度和通断调节区间压力升高继电器接通电信号的压力（称开启压力）和压力下降继电器复位切断电信号的压力（称闭合压力）之差为压力继电器的灵敏度。为避免压力波动时继电器时通时断，要求开启压力和闭合压力间有一可调节的差值范围，称为通断调节区间。3）重复精度 在一定的设定压力下，多次升压（或降压）过程中，开启压力和闭合压力本身的差值称为重复精度。4）升压或降压动作时间 压力由卸荷压力升到设定压力，微动开关触角闭合发出电信号的时间，称为升压动作时间，反之称为降压动作时间。1.压力继电器的应用1）安全控制回路 图5-29为采用压力继电器的安全控制（保护）回路。当系统压力达到压力继电器事先调定的压力值时，压力继电器即发出电信号，使由其控制的系统停止工作，对系统起安全保护作用。2）实现执行元件的顺序动作 详见7.6.1顺序动作回路中采用压力继电器的顺序动作回路图5-29采用压力继电器的安全控制回路53流量控制阀5.3.1概述 流量控制阀是通过改变节流口面积的大小，从而改变通过阀的流量。在液压系统中，流量阀的作用是对执行元件的运动速度进行控制。常见的流量控制阀有节流阀、调速阀、溢流节流阀等。 对流量控制阀的主要要求是：具有足够的调节范围；能保证稳定的最小流量；温度和压力变化对流量的影响要小；调节方便，泄漏小等。5.3.2节流阀节流阀的工作原理和结构 图5-30（a）所示为一种普通节流阀的结构。这种节流阀的节流通道呈轴向三角糟式。