第五章液压控制元件1~3节.ppt

第五章 液压控制元件,包括：压力控制元件流量控制元件方向控制元件重点介绍种类、工作原理、结构特点等技术问题,5.1 液压控制元件的分类及典型结构,第五章 液压控制元件,分类,分类,第五章 液压控制元件,根据结构形式分,滑阀、锥阀、球阀等,分类,第五章 液压控制元件,根据安装连接形式不同分:管式连接、板式连接、插装式、叠加式等,根据安装连接形式不同分:管式连接、板式连接、插装式、叠加式等,根据安装连接形式不同分:管式连接、板式连接、插装式、叠加式等,根据安装连接形式不同分:管式连接、板式连接、插装式、叠加式等,5.2 压力控制阀,第五章 液压控制元件,压力控制阀包括溢流阀、减压阀、顺序阀和压力继电器等。一、溢流阀,用途：用来保持系统或回路的压力恒定，或在系统中起安全保护作用。,5.2 压力控制阀,第五章 液压控制元件,压力控制阀包括溢流阀、减压阀、顺序阀和压力继电器等。一、溢流阀,直动型溢流阀又分为：锥阀式、球阀式和滑阀式。锥阀式直动型溢流阀（如右图）,分类：直动型和先导型,5.2 压力控制阀,第五章 液压控制元件,压力控制阀包括溢流阀、减压阀、顺序阀和压力继电器等。一、溢流阀,直动型溢流阀图形符号典型结构：DBD型（插装式）,5.2 压力控制阀,第五章 液压控制元件,一、溢流阀,直动型溢流阀DBD型（插装式）阀芯开启时的受力平衡方程：,此阀定压精度高，工作压力可达40MPa、流量可达330L/min。,水平时,结构设计保证,5.2 压力控制阀,第五章 液压控制元件,一、溢流阀,直动型溢流阀球阀式直动型溢流阀（插装式，如下图）。阀芯开启时的受力平衡方程为：,此阀静特性较好，工作压力可达63MPa、流量可达330L/min。,5.2 压力控制阀,第五章 液压控制元件,一、溢流阀,1、直动型溢流阀：使用,5.2 压力控制阀,第五章 液压控制元件,一、溢流阀,先导型溢流阀图形符号典型结构：三节同心先导型溢流阀（如下图）。,5.2 压力控制阀,第五章 液压控制元件,一、溢流阀,先导型溢流阀三节同心先导型溢流阀（如下图）。,主阀芯和先导阀芯的受力平衡方程：,设计保证：,要点：阻尼孔降压作用；先导阀的流量只有主阀的1%左右；适用于高压、大流量场合；遥控和卸荷控制；溢流阀的泄油口一般与回油口合并，无外泄口。,5.2 压力控制阀,第五章 液压控制元件,一、溢流阀,先导型溢流阀：使用（远程调压与卸荷）,5.2 压力控制阀,第五章 液压控制元件,一、溢流阀,先导型溢流阀二节同心先导型溢流阀（如下图）。,与三节同心的区别：主阀芯仅与阀套和主阀座有同心度要求，免除了与阀盖的配合，结构简单，加工和装配方便。过流面积大，在相同流量的情况下，主阀开启的高度小；或在同样开度的情况下，通流能力大；因而体积小、重量轻；主阀芯和阀套可以通用化，便于组织批量生产。,5.2 压力控制阀,第五章 液压控制元件,一、溢流阀,先导型溢流阀,使用溢流阀应注意：1）溢流阀的出口应直接接回油箱；如果回液有背压，用此结构的阀将使被控压力增大；2）通过固定液阻和先导阀的流量很小，固定液阻为0.61.2的细长孔，容易堵塞而致使溢流阀不能正常工作（结果将会如何？）。3）遥控口K直接接回液箱时，用于卸载；4）遥控口K接远程调压阀时，远程调压力应低于先导阀的调定压力。,5.2 压力控制阀,第五章 液压控制元件,一、溢流阀,先导型溢流阀,思考题：右图所示的压力设置是否正确？若有误，请改正？并说明其工作原理。变化题型：用一个先导溢流阀、一个直动溢流阀和一个三位三通电磁换向阀组成一个二级调压并卸荷的回路；试设计一个三级调压并卸荷的回路（使用元件不限，但使用元件个数越少越好）。两个或三个溢流阀串联使用的情况。,5.2 压力控制阀,第五章 液压控制元件,一、溢流阀,先导型溢流阀,思考题：两个或三个溢流阀串联使用的情况。,5.2 压力控制阀,第五章 液压控制元件,一、溢流阀,先导型溢流阀,思考题：两个或三个溢流阀串联使用的情况。,5.2 压力控制阀,第五章 液压控制元件,一、溢流阀,先导型溢流阀,思考题：两个或三个溢流阀串联使用的情况。,5.2 压力控制阀,第五章 液压控制元件,一、溢流阀,先导型溢流阀,思考题：两个或三个溢流阀串联使用的情况。,5.2 压力控制阀,第五章 液压控制元件,一、溢流阀,溢流阀的特性分析,（1）溢流阀的主要性能指标：静态性能指标压力调节范围：调压弹簧在规定的范围内调节时，系统压力在无突跳和延滞现象，平稳地上升或下降能够达到的最大和最小压力值。（如何改变溢流阀的调压范围？）启闭特性：指溢流阀从开启到闭合的过程中，被控压力与通过溢流阀的溢流量之间的关系。开启压力pk、闭合压力pb（调整使其处于额定压力ps和额定流量工况下）、开启压力比、闭合压力比。一般应使：,5.2 压力控制阀,第五章 液压控制元件,一、溢流阀,溢流阀的特性分析,（1）溢流阀的主要性能指标：卸荷压力：溢流阀用作卸荷阀时，额定流量下其进、出口的压力差（0.5MPa）。最大允许流量和最小稳定流量：溢流阀应在最大允许流量（额定流量）下无噪声；其最小稳定流量取决于压力平稳性的要求，一般规定为额定流量的15%。,5.2 压力控制阀,第五章 液压控制元件,一、溢流阀,溢流阀的特性分析,（1）溢流阀的主要性能指标：,b.动态性能指标 溢流量由零阶跃变化到额定流量时，其进口压力（系统压力）将迅速升高并超过额定压力的调定值，然后再衰减到最终稳定压力，完成动态过渡过程。压力超调量p：瞬时最高峰值压力与额定压力调定值之差；常用压力超调率表示，要求：,p0-起始稳态压力；pn-最终稳态压力；,5.2 压力控制阀,第五章 液压控制元件,思考题：压力超调大了会出现何种情况？,5.2 压力控制阀,第五章 液压控制元件,一、溢流阀,溢流阀的特性分析,（1）溢流阀的主要性能指标：b.动态性能指标 响应时间t1：点A（起始稳态压力）到点B（最终稳态压力）所用的时间，其值越小响应越快；,5.2 压力控制阀,第五章 液压控制元件,一、溢流阀,溢流阀的特性分析,（1）溢流阀的主要性能指标：b.动态性能指标 过渡过程时间t2：点B到点C（95%（pn-p0）所用的时间，其值越小表明溢流阀的动态过渡过程越短。,5.2 压力控制阀,第五章 液压控制元件,一、溢流阀,溢流阀的特性分析,（1）溢流阀的主要性能指标：b.动态性能指标升压时间t1：等于响应时间t1；卸荷时间t2：卸荷信号发出后，从0.10.9（pn-p0）的时间。t1 和t2越小表明溢流阀的动态性能越好。,5.2 压力控制阀,第五章 液压控制元件,一、溢流阀,溢流阀的特性分析,（2）先导型溢流阀的静态特性分析自学P134138（不作掌握要求）,5.2 压力控制阀,第五章 液压控制元件,二、减压阀,功用：使其出口压力低于进口压力的压力控制阀。可以分为定压输出减压阀、定差减压阀和定比减压阀三种。,1.定压输出减压阀分直动型和先导型，先导型中又分“出口压力控制式”和“进口压力控制式”两种。出口压力控制式定压输出减压阀图形符号典型结构：工作过程：先导阀调压、主阀减压。,5.2 压力控制阀,第五章 液压控制元件,二、减压阀,1.定压输出减压阀b.进口压力控制式定压输出减压阀 设有“控制油流量恒定器”,减压阀的特点：阀芯在初始位置时，阀口开度最大，压降最小（为0）；以出口或进口压力控制先导阀动作，以此来实现主阀阀芯的平衡；当先导阀的调定压力大于减压阀的进口压力（进口压力控制）或出口压力（出口压力控制）时，减压阀则起不到减压作用；先导阀的溢流口必须直接引回液箱（外泄）；遥控口K所接的遥控溢流阀设定压力应低于先导阀的设定压力；正常工作时，先导阀的设定压力应低于减压阀的进口压力p1（为什么？,先导压力为0如何？）。,5.2 压力控制阀,第五章 液压控制元件,思考题：先导型溢流阀和先导减型压阀所用的先导阀和远程调压阀是什么阀？,5.2 压力控制阀,第五章 液压控制元件,二、减压阀,2.定差减压阀功能：是使进出口压力差保持为定值。用于调速阀。图形符号：典型结构：,5.2 压力控制阀,第五章 液压控制元件,二、减压阀,3.定比减压阀功能：是使进出口压力间保持一定的比例。图形符号：典型结构：,5.2 压力控制阀,第五章 液压控制元件,二、减压阀,4.减压阀应用,5.2 压力控制阀,第五章 液压控制元件,二、减压阀,4.减压阀应用思考题:两个或三个减压阀串联使用的情况分析。,5.2 压力控制阀,第五章 液压控制元件,二、减压阀,4.减压阀应用思考题:两个或三个减压阀串联使用的情况分析。,5.2 压力控制阀,第五章 液压控制元件,二、减压阀,4.减压阀应用思考题:两个或三个减压阀串联使用的情况分析。(要看负载大小）,5.2 压力控制阀,第五章 液压控制元件,二、减压阀,4.减压阀应用思考题:两个或三个减压阀串联使用的情况分析。,5.2 压力控制阀,第五章 液压控制元件,三、顺序阀,功用：利用压力控制阀口通断的压力阀。常用于控制多个执行元件顺序动作。有内控式和外控式，直动式或先导式。图形符号。工作原理：下图为内控式先导型顺序阀。,此阀在主阀全开时，为保证主阀动作压差，通过先导阀的泄漏流量损失太大。将底盖旋转90度并打开螺堵，即成为外控式顺序阀（图a）,5.2 压力控制阀,第五章 液压控制元件,三、顺序阀,此阀泄漏流量和功率损失较前者大为减小。把外控顺序阀的出油口接通油箱，且将外泄改为内泄，即构成卸荷阀。,5.2 压力控制阀,第五章 液压控制元件,三、顺序阀,顺序阀与单向阀并联即构成单向顺序阀。,5.2 压力控制阀,第五章 液压控制元件,三、顺序阀,内控外泄的特点：阀口开启的压力取决于调压弹簧的设定的弹簧预紧力；阀口开启后，若出口压力P2（取决于负载）大于阀的开启压力Px，阀口将全开，无压力损失；P2近似等于P1；若阀口开启后的出口压力P2小于阀的开启压力Px，则阀的进口压力P1由阀芯的受力平衡方程和阀口的压力-流量方程来决定，进口压力P1应大于P2，阀口的压力损失为P=P1-P2；弹簧腔的泄液口应引回油箱（外泄（为什么？）。,5.2 压力控制阀,第五章 液压控制元件,三、顺序阀,特点：背压阀（平衡阀）：弹簧腔（内腔）的泄液口与出口相通（内泄），出口接回油箱，阀设置在回液路上，阀的开启压力和开启状态完全由调压弹簧决定；（内控内泄型，相当于溢流阀？）,5.2 压力控制阀,第五章 液压控制元件,三、顺序阀,特点：卸载阀：弹簧腔（内腔）的泄液口与出口相通（内泄），出口接回油箱，进口旁接低压大流量泵的出口，控制阀芯活塞的压力油引自高压小流量泵的出口（外控）；（外控内泄型，相当于遥控或它控溢流阀？）,5.2 压力控制阀,第五章 液压控制元件,三、顺序阀,特点：,液压开关：设置于系统某一支路，弹簧腔的泄液直接接回液箱（外泄），控制口与外接压力相连（外控）；当控制压力高于弹簧的调定压力时，阀口全开使进口压力油顺利通过阀口至其出口进入下游的执行元件；当控制压力低于弹簧的调定压力时，阀口不开，进出口不通。,思考题：两个内控外泄顺序阀串联或并联连接使用的情况？（要分析进口压力是否大于设定开启压力）,5.2 压力控制阀,第五章 液压控制元件,三、顺序阀,思考题：两个内控外泄顺序阀串联或并联连接使用的情况？,5.2 压力控制阀,第五章 液压控制元件,三、顺序阀,思考题：两个顺序阀串联或并联连接使用的情况？,5.2 压力控制阀,第五章 液压控制元件,四、压力继电器 功用：利用液体的压力来启闭电气触点的液压电气转换元件。有柱塞式、膜片式、弹簧管式和波纹管式。右图为柱塞式压力继电器。,功用：如图所示，压力继电器用在顺序动作回路中。当执行元件工作压力达到压力继电器调定压力时，压力继电器将发出电信号，使电磁铁得电，换向阀换向，从而实现两液压缸的顺序动作。,5.2 压力控制阀,5.2 压力控制阀,思考题：有一个阀，看起来是先导式压力阀，但铭牌掉了，看不清是溢流阀、减压阀还是顺序阀，请你用最简单的方法判定它是哪类阀。（说明理由）,5.3 流量控制阀,第五章 液压控制元件,功用：通过改变节流口通流面积或通流通道的长短来改变局部阻力的大小，以实现对流量的控制。包括：节流阀、调速阀、溢流节流阀和分集流阀等。,一、节流阀 1.工作原理：如右图。2.流量特性：,（对薄壁孔）,（对细长孔）,各种阀口形式及其过流面积见表5-2（P146148）,5.3 流量控制阀,第五章 液压控制元件,一、节流阀 节流阀的流量特性曲线如右：,3.节流阀的刚度T定义：节流阀前后压差p的变化与流量q的波动值的比值，即：,结论：p相同时，A小则T大；A一定时，p越小，T越低；所以节流阀有一个0.20.4MPa左右的最低压差工作条件。减小m值可以提高刚度，薄壁小孔的节流刚度较好；油温变化对细长孔有影响，但对薄壁小孔没有影响。,5.3 流量控制阀,第五章 液压控制元件,一、节流阀,4.节流口堵塞及最小稳定流量,堵塞现象：阀口开度较小时，阀口前后的压差虽不变，但流量出现时多时少的脉动现象，若开度进一步减小，则流量脉动增大，在阀口未完全关闭之前就出现间歇式或完全断流，节流阀完全丧失调节工作能力。堵塞的原因有二：介质中有污染物堵塞阀口；介质中的极化分子被阀口金属分子吸附而使阀口堵塞，吸附层厚度可达58m.抗堵塞措施：采用大水力半径的薄刃式节流口；精密过滤；节流口用材料选用电位差较小的材料（钢/钢最好、钢/铜次之、铝/铝最差）；使用不易产生极化分子的油液。最小稳定流量：不同的节流阀有一个能够正常工作的最小稳定流量限制，其代表节流阀的抗堵塞性能。特殊设计的微流量阀在0.3MPa的压差下可达到5ml/min，一般薄刃节流口的最小稳定流量为2030 ml/min，针形或偏心槽式节流孔的最小稳定流量为80 ml/min。,5.3 流量控制阀,第五章 液压控制元件,一、节流阀,5.节流阀的特点及应用,结构简单，通过调节节流口的过流面积来调节过流流量；对流量的控制属于开环控制，实际流量会随着负载的变化而引起的进出口压差的变化和温度的变化而波动；应用于一般对流量稳定性要求不高的场合。,5.3 流量控制阀,第五章 液压控制元件,二、调速阀,工作原理采用了压力补偿，定差减压阀在节流阀之前。工作原理和图形符号,特点：节流阀+它控式定差减压阀串联组成节流阀阀口过流面积一定时，进出口的压差由定差减压阀保持基本恒定；负载变化（出口压力）或进口压力变化时，可以自动调节保持输出流量基本恒定。因为对减压阀有：Ft+kx+P3A=P2AFt+kx=（P2-P3）AP2-P3=（Ft+kx）/AP=P2-P3=（Ft+kx）/A Ft/A=const所以有：,5.3 流量控制阀,第五章 液压控制元件,二、调速阀,工作原理采用了压力补偿，定差减压阀在节流阀之后。工作原理和图形符号,特点：节流阀+它控式定差减压阀串联组成节流阀阀口过流面积一定时，进出口的压差由定差减压阀保持基本恒定；负载变化或进口压力变化时，可以自动调节保持输出流量基本恒定。因为对减压阀有：Ft+kx+P2A=P1AFt+kx=（P1-P2）AP1-P2=（Ft+kx）/AP=P1-P2=（Ft+kx）/A Ft/A=const所以有：,5.3 流量控制阀,第五章 液压控制元件,二、调速阀,静态特性节流阀和调速阀的流量特性如右当节流口前后压差很小时，节流阀如调速阀的流量特性相同，这是因为调速阀的减压阀没有起到压力补偿的作用；所以调速阀的最低工作压差应保持在0.40.5MPa以上。,5.3 流量控制阀,第五章 液压控制元件,二、调速阀,3.使用,思考题：调速阀没有起到稳定执行元件速度的作用，与普通节流阀的作用效果一样。问可能是什么原因？,5.3 流量控制阀,第五章 液压控制元件,三、温度补偿调速阀,为进一步提高流量控制精度，可在阀的结构上采取温度补偿措施。其节流阀的芯杆由热膨胀系数较大的材料（如聚氯乙烯塑料）制成，称为温度补偿杆。,5.3 流量控制阀,第五章 液压控制元件,四、旁通调速阀,又称为溢流节流阀，也是一种压力补偿阀。此溢流阀还带一个安全阀，以免系统过载。,5.3 流量控制阀,第五章 液压控制元件,四、旁通调速阀,使用：由于该阀是一种压力补偿阀，其入口压力是pp是随负载压力p1而变化的，系统溢流阀无溢流，属变压系统，功率利用比较合理，系统发热量小。因而，其效率高，适用于运动平稳性要求较高、功率较大的节流调速系统。,液压元件分类,流量控制阀外形图,5.3 流量控制阀,第五章 液压控制元件,五、分流集流阀,分流集流阀是分流阀、集流阀和分流集流阀的总称。分流阀：使液压系统由同一个能源向两个执行元件供应相同的流量（等量分流），或按一定比例向两个执行元件供应流量（比例分流），以实现两个执行元件速度保持同步或定比关系。集流阀：从两个执行元件收集等流量或按比例的回油量，以实现其间的速度同步或定比关系。分流集流阀：兼有分流阀和集流阀的功能。,5.3 流量控制阀,第五章 液压控制元件,五、分流集流阀,分流阀的工作原理,5.3 流量控制阀,第五章 液压控制元件,五、分流集流阀,分流集流阀的工作原理,5.3 流量控制阀,第五章 液压控制元件,五、分流集流阀,分流精度等量分流（集流）阀的分流误差表示为：一般=13%。误差产生的主要原因有：两个可变节流孔处的液动力不完全相等。阀芯与阀套的摩擦力。阀芯两端的弹簧力不相等。两个固定节流孔几何尺寸误差。固定节流孔前后压差对分流误差的影响（最大流量不超过最小流量的一倍，一般为额定流量的60100%，以控制固定节流孔的前后压差）。另外，液压缸的加工误差及其泄漏、分流阀之后设置的其它阀的外部泄漏、油路中的泄漏等均会对同步精度造成直接的影响。,5.3 流量控制阀,第五章 液压控制元件,五、分流集流阀,4.应用,