液压与气动技术控制阀及应用.pptx

控制液体的通断和流动方向的阀类，以实现执行元件启停或运动方向变换的要求。（2）压力控制阀限制和调节液压系统工作压力的阀类，以实现执行元件提出的作用力或转矩的要求。（3）流量控制阀控制和调节液压系统中流量大小的阀类，以实现执行元件运动速度变化的要求。对各种阀的共同要求是：阀的工作可靠、动作灵敏、冲击和振动小；密封性好、通流能力强；当油液流过时，压力损失小；结构紧凑，使用维护方便，通用性好。5.1 方向控制阀及应用5.1.1 单向阀及液控单向阀（1）单向阀的结构特点及工作原理单向阀只允许液流在管道内沿一个方向流动，反向流动时不通。图5.1 单向阀图5.1 单向阀（2）单向阀的应用1）用于双泵系统2）作背压阀用（3）液控单向阀的结构特点及工作原理（4）液控单向阀的应用图5.2 单向阀用于双泵系统1液压泵；2单向阀；3溢流阀；4过滤器图5.3 单向阀用作背压阀 1背压阀图5.4 液控单向阀1单向阀；2卸载阀芯；3控制活塞图5.5 液控单向阀用于 液压缸的锁紧1液压泵；2溢流阀；3手动换向阀；4、5液控换向阀；6液压缸5.1.2 换向阀换向阀是利用阀芯和阀体的相对运动来改变液体的流动方向，接通或关闭油路使执行元件换向或停止运动。换向阀的种类较多，按其结构可分为滑阀式和转阀式；按阀芯工作位置可分为二位阀、三位阀、多位阀；根据阀的进出口通道数目可分为二 通阀、三通阀、四通阀；根据操纵方式不同可分为电磁换向阀、液动换向阀、电液换向阀、手动换向阀、机动换向阀等。（1）电磁换向阀这种阀操纵阀芯换向的动力是由电磁铁产生的推力来推动阀芯移动，从而实现控制液流的通断及改变方向。电气信号的控制与传递都较方便，便于自动化和远距离控制。1）电磁换向阀的结构及工作原理 图5.6 三位四通电磁换向阀1衔铁；2线圈；3阀体；4阀芯；5定位套（弹簧座）；6弹簧；7推杆2）换向阀的位、通及滑阀机能“位”是指阀芯的工作位置。阀芯有两种位置的换向阀简称二位阀，阀芯有三种位置的阀简称三位阀。图5.7 工作位置表示法图5.8 封闭油路表示法图5.9 内部通道及液流 方向表示法图5.10 通路性质表示法三位阀的机能指阀芯处于中位时，阀各油口的通断情况。中间位置的工作机能不同就有不同的用途。O型机能M型机能H型机能P型机能图5.11 O型机能换向阀回路图5.12 M型机能换向阀回路图5.13 H型机能换向阀回路图5.14 P型机能换向阀回路Y型机能图5.15 Y型机能换向阀回路3）其他电磁换向阀的结构及应用图5.16 23D25B型电磁换向阀1推杆；2阀芯；3弹簧图5.16 23D25B型电磁换向阀1推杆；2阀芯；3弹簧图5.17 二位三通阀的应用图5.18 二位二通电磁阀工作原理图5.19 二位二通电磁阀图形符号图5.20 二位二通阀卸荷回路（2）液动换向阀从换向阀的工作原理可知，油路的换向过程实际上就是要一股高速流动的液流突然停住，随即又马上改变方向再高速流动。（3）电液换向阀电液换向阀是电磁换向阀和液动阀的组合阀，既可以通过大流量，也能实现自动化控制。图5.21 34Y-25B型液动换向阀图5.22 电液换向阀1、3电磁换向阀；2阀芯；4、8节流阀；5、7单向阀；6主阀芯图5.22 电液换向阀1、3电磁换向阀；2阀芯；4、8节流阀；5、7单向阀；6主阀芯图5.23 用背压阀提高控制油源压力图5.24 手动换向阀1手柄；2阀芯；3弹簧图5.24 手动换向阀1手柄；2阀芯；3弹簧图5.24 手动换 向阀1手柄；2阀芯；3弹簧（4）手动换向阀手动换向阀用手动杠杆来推动阀芯在阀体里移动，以实现液流的换向。（5）机动换向阀机动换向阀又称行程换向阀。它是用挡铁或凸轮推动阀芯移动来控制油液流动方向的。图5.25 多路换向 阀原理图图5.26 多路换向阀 内部线路图图5.27 机动换向阀1滚轮；2阀芯；3弹簧（6）换向阀的选择及应用1）换向阀的选择 因A1A2，故qq1；当换向阀在右位工作时：图5.28 换向阀选用图5.29 二位三通阀控制的差动回路因A1A2，所以，q2q；当A1=2A2时，q2=2q。2）换向阀的应用图5.30 电磁阀控制的顺序动作回路5.2 压力控制阀及应用在液压系统中，用来实现其压力的控制和调节，或以液压力作为控制信号的阀类统称为压力控制阀。它们共同的特点都是利用油液的压力与阀中的弹簧力相平衡这一原理来工作的。5.2.1 溢流阀（1）直动式溢流阀当溢流阀稳定工作时，作用在滑阀上的力是平衡的，阀芯受力的平衡方程式为：一般阀芯的自重和摩擦力较小，可以忽略不计，则式（5.1）简化为：（5.1）（5.2）图5.31 直动式溢流阀1阀体；2阀芯；3调压弹簧；4调压螺帽；5上盖图5.32 溢流阀流量对压力的影响图5.33 先导式溢流阀（2）先导式溢流阀当溢流阀稳定工作时，作用在主阀芯上的力（不计阀芯自重和摩擦力）是平衡的，其力的平衡方程为：（5.3）或图5.34 先导式高压溢流阀图5.35 定量泵系统溢流调压（3）溢流阀的应用图5.36 多级调压回路图5.37 先导式溢流阀卸荷回路5.2.2 减压阀减压阀一般分为两类：定值减压阀和定差减压阀。定差减压阀保持阀的出口压力和进口压力之差为一定值，这种阀通常与节流阀组合构成调速阀。定值减压阀简称为减压阀，除特别声明外，指的都是定值输出减压阀。（1）减压阀的结构和工作原理图5.38 减压阀结构原理图1主阀芯；2阀体；3先导阀芯；4主阀弹簧；5阀盖；6调压螺帽；7调压弹簧；8阀座图5.39 单向减压阀（2）单向减压阀将单向阀和减压阀组合在一起即成为单向减压阀。（3）减压阀的应用图5.40 减压阀应用之一图5.41 减压阀应用之二5.2.3 顺序阀顺序阀是用在具有两个或两个以上执行元件的液压系统中，使各执行元件按预先确定的先后动作顺序工作。顺序阀的结构也有直动式和先导式两种，一般先导式用于压力较高的液压系统中。（1）结构特点及工作原理图5.42 直动式顺序阀图5.43 先导式顺序阀1主阀芯；2阻尼孔；4孔道；6滑阀；7先导阀（2）单向顺序阀单向顺序阀是将顺序阀与单向阀并联起来所形成的，两阀常装在一个阀体内，其结构和图形符号如图5.44所示。这种阀的特点是：当压力油反向流动时，可以不经过顺序阀，而从单向阀自由通过，不受顺序阀的限制。图5.44 单向顺序阀（3）顺序阀的应用图5.45 顺序动作回路图5.46 单向顺序阀作平衡阀使用5.2.4 压力继电器常用的压力继电器有柱塞式和薄膜式两种。（1）结构特点及工作原理（2）压力继电器的应用图5.47 柱塞式压力继电器1柱塞；2顶杆；3调节螺帽；4微动开关图5.48 薄膜式压力继电器1、8调节螺钉；2、9弹簧；3套筒；4弹簧座；5、6、7钢球；10柱塞；11膜片；12销轴；13杠杆；14微动开关图5.48 薄膜式压力继电器1、8调节螺钉；2、9弹簧；3套筒；4弹簧座；5、6、7钢球；10柱塞；11膜片；12销轴；13杠杆；14微动开关图5.49 压力继电器的保压回路图5.50 压力继电器控制的顺序动作回路5.2.5 压力阀的比较溢流阀、减压阀和顺序阀在结构、工作原理和特点上有相似的地方，也有不同之处。溢流阀排出的油不做功，直接回油箱；减压阀和顺序阀（作卸荷阀、平衡阀时除外）排出的油液通向下一级执行元件，输出的油液有一定压力做功。溢流阀的泄漏油是通过阀体内部与回油口接通的；减压阀、顺序阀的泄油口单独引回油箱。溢流阀和内控顺序阀是用进口液压力和弹簧力相平衡进行控制的。溢流阀保持进口油压基本不变，顺序阀达到调定压力后开启，其进、出口油液压力可以高于其调 定压力，顺序阀的阀芯不需随时浮动，只有“开”或“关”两种位置；减压阀是用出口油压进行控制，其阀芯要不断浮动，以保持出口压力基本为恒定。溢流阀和顺序阀的阀口在常态下是关闭的，而减压阀的阀口在常态下是开启的。但溢流阀和减压阀处于工作状态时，溢流口和减压口都是开启的。顺序阀的开启和 关闭位置都是工作位置，因为顺序阀在关闭位置仍需维持一定的进口压力，以免影响其他回路的工作。因此，对顺序阀的阀芯和阀体之间的密封性有一定要求。溢流口和减压口上的压力降都比较大，希望流过顺序阀的液流在阀中形成的压力损失越小越好，一般在0.20.4MPa。在溢流口和减压口上形成的压力降是需要的，它们的开口量较小。需要顺序阀有较小的压力降，故它的开口量也较大。5.2.6 压力阀的选择和调节与液压泵出口并联的溢流阀的调定压力就是液压泵的供油压力pb：（5.4）5.3 流量控制阀及应用5.3.1 节流口的形式及特点（1）节流口的形式任何一个流量控制阀都有一个节流部分，称为节流口。（2）节流口的流量特性公式图5.51 节流口的结构形式实际使用中的节流口介于薄壁孔和细长孔之间，故其流量特性常用下式来描述：（3）影响节流口流量稳定的因素1）压力差2）油温的变化3）节流口的堵塞（5.6）5.3.2 节流阀的结构和工作原理（1）普通节流阀普通节流阀是流量阀中使用最普遍的一种型式，它的结构和图形符号如图5.52所示。（2）单向节流阀图5.53所示为单向节流阀的结构和图形符号。油液正向流动时，从进油口3进入，经阀芯2和阀体4之间的节流缝隙从出油口5流出，此时单向阀不起作用。图5.52 普通节流阀1阀芯；2阀体；3调节手轮；4顶杆；5弹簧图5.53 单向节流阀1弹簧；2阀芯；4阀体；6活塞；7顶杆；9调节手柄图5.53 单向节流阀1弹簧；2阀芯；4阀体；6活塞；7顶杆；9调节手柄5.3.3 调速阀对于节流阀，在工作过程中，虽然阀前的液压力由溢流阀保持恒定，但随着执行元件的负载变化，节流阀出口的液压力就产生变化，节流阀前后的压力差也就发生了变化，因此，进入执行元件的流量就时大时小，造成运动速度不稳定。图5.54 调速阀的 工作原理1定差减压阀阀芯；2节流阀p1是由溢流阀调定的压力，基本上维持恒定值。p3是由外负载所决定的调速阀出口压力，其值为：调速阀两端的压力差为p=p1-p3，将式（5.7）代入，则得：（5.7）（5.8）减压阀稳定工作时其阀芯上所受力的平衡方程式为：如果略去G 和Ff的影响，可得：（5.9）（5.10）图5.55 节流阀和调速阀的特性曲线5.3.4 流量阀的选择及应用流量阀的规格仍根据通过该阀的最高压力和最大流量来选取，同时，要考虑其最小稳定流量是否满足该执行元件最低运动速度的要求和调速性能的要求。在使用中，节流阀的进出油口可以反接，但调速阀当油路反向流动时将不起作用。图5.56 调速阀的速度换接回路5.4 电液比例控制阀及应用5.4.1 电液比例控制阀的特点电液比例控制阀简称比例阀。其结构特点是由比例电磁铁与液压控制阀两部分组成。图5.57 比例电磁铁原理1磁轭；2线圈；3衔铁；4导磁套；5调整弹簧；6调整螺钉5.4.2 电液比例控制阀的结构和工作原理（1）电液比例压力阀比例压力阀的关键部件是比例先导阀。比例先导阀可以和溢流阀、减压阀、顺序阀组合成先导式比例溢流阀、先导式比例减压阀和先导式比例顺序阀。图5.58 比例先导阀原理1锥阀；2弹簧；3带球头的导杆；4比例电磁铁本体；5线圈；6推杆；7衔铁；8手动调节螺钉；9轴承；10空气排出阀（2）电液比例流量阀当比例电磁铁5的线圈上通有控制电流时，电磁力通过推杆4作用于节流阀阀芯的右端，节流阀芯3左移压缩弹簧，弹簧反力作用于阀的左端。当电磁力和弹簧力平衡时，阀芯处于平衡位置，形成的节流口开口度为h。图5.59 比例调速阀1减压阀芯；2节流阀弹簧；3节流阀芯；4推杆；5比例电磁铁（3）电液比例方向阀它是由液动换向阀、减压阀和比例电磁铁三部分组成。一般用电液比例减压阀作为先导阀，利用比例减压阀的出口压力来控制液动换向阀的正反开口量，从而控制液压系统的流量大小和液流方向。图5.60 电液比例方向阀1减压阀芯；2、3油道；4、7比例电磁铁；5液动阀芯；6、8节流阀；9连接板5.4.3 电液比例阀的应用（1）用于压力控制图5.61 电液比例溢流阀的应用图5.62 电液比例节流阀的应用图5.62 电液比例节流阀的应用（2）用于流量控制5.5 二通插装阀及应用二通插装阀（又称插装式锥阀或逻辑阀）简称插装阀。它是20世纪70年代初出现在高压、大流量液压系统中的一种新型开关式阀类。由于其独特的优越性，使插装阀在塑料成型机械、压力机械及重型机械等方面得到了广泛的应用。5.5.1 插装阀的结构和工作原理作用在阀芯上的平衡关系式为：图5.63 二通插装 阀的组成1先导阀；2控制盖板；3插装组件；4插装块体图5.64 插装组件1弹簧；2阀套；3阀芯5.5.2 插装方向控制阀（1）插装式单向阀（2）插装式二位换向阀（3）插装式三位换向阀（5.11）图5.65 插装方向阀结构原理1先导阀；2控制盖板；3插装组件图5.66 插装式单向阀图5.67 插装式液控单向阀图5.68 插装式二位二通换向阀图5.69 插装式三位四通换向阀5.5.3 插装式压力控制阀插装式压力控制阀由插装组件和先导阀（压力阀）组成，其结构原理如图5.70所示。（1）插装式溢流阀（2）插装式减压阀（3）插装式顺序阀图5.70 插装式压力阀结构原理1先导阀；2控制盖板；3插装组件图5.71 插装式溢流阀1插装组件；2块体；3控制盖板图5.72 插装式溢流阀图形符号1先导阀；2压力阀插装组件图5.73 插装式电磁溢流阀图5.74 插装式减压阀图5.75 插装式顺序阀5.5.4 插装式流量控制阀（1）插装式节流阀（2）插装式调速阀5.5.5 二通插装阀的应用图5.76 插装式节流阀1调节螺杆；2控制盖板；3块体图5.77 插装式调速阀图5.78 插装阀组成的节流调速回路1方向插装组件；2、3节流插装组件；4压力插装组件；5先导换向阀；6先导顺序阀；7液压缸图5.79 普通液压阀组成 的节流调速回路1换向阀；2、5、7单向阀；3、8节流阀；4液压缸；6背压阀5.5.6 插装阀的特点插装阀具有以下一些特点：1）能实现一阀多能的控制2）液体流动阻力小、通流能力大3）结构简单、便于制造和集成化4）动态性能好、换向速度快5）密封性能好、内泄漏很小6）工作可靠、对工作介质适应性强5.6 叠加式液压阀叠加式液压阀简称叠加阀，它是近10年发展起来的集成式液压元件。采用这种阀组成液压系统时，不需要另外的连接块，它以自身的阀体作为连接体直接叠合组成所需要的液压传动系统。叠加阀的工作原理与一般液压阀基本相同，但在具体结构和连接尺寸上则不相同。它自成系列，每个叠加阀既有一般液压元件的控制功能，又起到通道体的作用。每一种通径系列的叠加阀其主油路通道和螺栓连接孔的位置都与所选用的相应通径的换向阀相同，因此，同一通径的叠加阀都能按要求叠加起来组成各种不同控制功能的系统。5.6.1 叠加式溢流阀图5.80 叠加式溢流阀1推杆；2、5弹簧；3锥阀；4阀座；6主阀芯图5.80 叠加式溢流阀1推杆；2、5弹簧；3锥阀；4阀座；6主阀芯5.6.2 叠加式流量阀图5.81 叠加式调速阀1单向阀；2、4弹簧；3节流阀；5减压阀图5.81 叠加式调速阀1单向阀；2、4弹簧；3节流阀；5减压阀5.6.3 叠加阀的特点用叠加式液压阀组成的液压系统具有以下特点：用叠加阀组成的液压系统结构紧凑，体积小，重量轻。叠加阀液压系统安装简便，装配周期短。液压系统如有变化、改变工况需要增减元件时，组装方便、迅速。元件之间实现无管连接，消除了因油管、管接头等引起的泄漏、振动和噪声。整个系统配置灵活，维护保养容易。标准化、通用化和集成化程度较高。5.7 阀的集成一个液压系统是由多个控制阀和其他元件组成的。各个控制阀之间如果用管子进行连接，则使得设备占用的空间大，而且安装、维修都不方便，复杂的液压系统尤其是这样。采用板式阀安装在连接板（控制板）上，可以实现无管连接，但连接板需要专门设计，制造也不方便。所谓阀的集成，就是在构造上使多个不同作用的控制阀可以简便、紧凑地集中在一起，不必采用管路连接。5.7.1 集成块式这种方式使用一般的板式阀，将板式阀安装在方形的集成块上，在集成块内部构成阀与阀连接的通路，因此，集成块就是一种代替管路把元件连接起来的六面连接体。图5.82 集成块式1螺母；2垫圈；3顶板；4连接螺栓；5集成块；6底板5.7.2 叠加阀式这种集成方式是由叠加阀相互直接连接而成，不经过任何中间连接体。5.7.3 锥阀式集成锥阀集成液压系统是由油路块体、插装组件、先导阀与控制盖板组成的先导控制部分组合而成的。图5.83 叠加阀式图5.84 锥阀式集成小 结单向阀分成两类：普通单向阀和液控单向阀。普通单向阀（简称单向阀）只允许液流向一个方向通过，液控单向阀既具有普通单向阀的功能，并且只要在控制口通以一定压力的控制油液，液流反向也能通过。换向阀既可用来使执行元件换向，也可用来切换油路。在换向阀的各种结构形式中，滑阀式用得较多；而在各种操纵形式的换向阀中，电磁阀和电液换向阀用得较多。换向阀的“位”、“通”和滑阀“机能”是十分重要的概念，它们对各种形式的换向阀均有相同的意义。一般说来，换向阀哪边有动力就在哪个位置工作。例如，对于电 磁阀当左边得电时，换向阀在左位工作；当右边得电时，换向阀在右位工作。在常态下，对于三位阀，则在中位工作，对于二位阀，则在靠弹簧一端工作。溢流阀是利用作用于阀芯的进油口压力与弹簧力相平衡来工作的。当进口压力低于弹簧力时，阀口关闭；当进口压力超过弹簧力时，阀口打开。弹簧力可以调整，故 液压力也可以调整。当有一定流量通过溢流阀时，阀门必须有一个开口，此开口形成一个液阻，油液通过阀口时，产生压降，这就形成了进油口压力（即溢流压力）。在实际工作时，溢流阀开口大小是根据通过的流量自动调整的。例如，溢流量增加时，将使阀的进口压力增加，主阀芯上的弹簧压缩量加大，阀开口量加大，液阻减小；反之，将使进口压力有所降低，最后在新的位置上取得平衡，并保持进口压力基本不变。溢流量改变引起的压力变化的大小，主要取决于主阀芯上弹簧的刚度。弹簧刚度越小，压力变化也越小。因此，先导式溢流阀较直动式溢流阀稳压性能好。先导式溢流阀有一个遥控口，通过它可以实现远程调压和多级压力控制，或使液压泵卸荷。减压阀（定值）是利用液流通过阀口缝隙所形成的液阻使出口压力低于进口压力，并使出口压力基本保持不变，其结构和工作原理与溢流阀大体相似。顺序阀在油路中相当于一个以油液压力作为信号来控制油路通断的液压开关，它与溢流阀的工作原理基本相同。压力继电器是将压力信号转换为电信号的转换装置。当作用于压力继电器上的控制油压升高（或降低）到调定压力时，压力继电器便发出电信号。压力继电器应装在压力有明显变化的地方，并防止由于液压冲击而引起压力继电器的误动作。油液在流动时，通过的流量与其液阻（表现为压力损失）有关，因此，可用改变液阻（一般为改变通流面积）的办法来调节流量，这种方法称为节流调速。节流阀就是一个可变液阻，是节流调速中最主要最基本的元件。通常希望在节流阀通流面积调定后，流量变化要小。但是，从节流口流量特性方程 可知，节流阀两端压差的变化以及油温的变化都会影响流量的稳定，而且，节流阀在小开口情况下工作时，还会产生堵塞现象，影响低速稳定性。为使这些影响减小，节流口多为薄壁小孔形式。电液比例阀简称比例阀。将手动调节压力、流量等参数的压力阀、流量阀改为电动调节，并使被调整参数和给定的电量（通常是电流）成比例，就成为比例压力阀或比例流量阀。比例阀主要用于实现液压系统中压力、流量等参数的遥控和自动控制。题图5.1题图5.1题图5.2题图5.3题图5.4