液压与气压传动4本.ppt

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1、,第四章 控制元件,液压与气压传动,Chapter 4 控制元件本章主要内容：4.1 阀的概述 4.2 方向控制阀及其应用 4.3 压力控制阀及其应用 4.4 流量控制阀及其应用 4.5 新型液压元件及其应用,第四章 控制元件,液压与气压传动,目的任务:,重点难点:,了解液压与传动中各种控制元件的功用、工作原理、结构形式和性能特点；掌握主要控制元件的控制机制及其特性分析方法。,换向阀的位、通、滑阀机能的概念；先导式溢流阀的结构、工作原理、特性；减压阀、溢流阀的区别；调速阀的结构、工作原理、特性；比例阀与普通阀的区别；各种控制阀符号的含义。,第四章 控制元件,液压与气压传动,Part 4.1 阀

2、的概述,阀有三大类：方向阀、压力阀和流量阀。,压力阀和流量阀利用通流截面的节流作用控制系统的压力和流量。方向阀则利用通流通道的更换控制流体的流动方向。,在结构上，所有的阀都由阀体、阀心（座阀或滑阀）和驱使阀心动作的元、部件（如弹簧、电磁铁）组成。在工作原理上，所有阀的开口大小，进、出口间的压差以及流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。,阀是用来控制系统中流体的流动方向或调节其压力和流量的,第四章 控制元件,液压与气压传动,Part 4.1.1 阀的分类,第四章 控制元件,液压与气压传动,第四章 控制元件,液压与气压传动,第四章 控制元件,液压与气压传动,P

3、art 4.1.2 阀性能的基本要求,动作灵敏，使用可靠，工作时冲击和振动小，噪声小，寿命长。,流体流过时压力损失小。,密封性能好。,结构紧凑，安装、调整、使用、维护方便，通用性大。,系统中所用的阀，应满足如下要求：,第四章 控制元件,液压与气压传动,Part 4.1.3 阀的参数,阀的规格参数：表示阀的大小，用阀的进、出油口的名义通径表示,阀的性能参数：最大工作压力、开启压力、压力调整范围、允许背压、最大流量、额定压力损失、最小稳定流量等,参数：,第四章 控制元件,液压与气压传动,Part 4.2方向控制阀,表4-4 方向控制阀的类型,常用的方向控制阀的类型如表4-4所示。,School o

4、f Mechanical Engineering,第四章 控制元件,液压与气压传动,1.单向阀,液压系统中常用的单向阀有普通单向阀和液控单向阀两种。,普通单向阀的作用，是使油液只能沿一个方向流动，不许它反向倒流。,图4-8单向阀a）结构图 b）图形符号图1阀体 2阀心 3弹簧,普通单向阀,图4-8所示为一种管式普通单向阀的结构。压力油从阀体左端的通口P1流入时，克服弹簧3作用在阀心2上的力，使阀心向右移动，打开阀口，并通过阀心上的径向孔a、轴向孔b从阀体右端的通口P2流出。但是压力油从阀体右端的通口P2流入时，它和弹簧力一起使阀心锥面压紧在阀座上，使阀口关闭，油液无法从P2口流向P1口。图4-

5、8b所示是单向阀的图形符号图（后同）。,单向阀的阀心也可以用钢球式的结构，其制造方便，但密封性较差，只适用于小流量的场合。,第四章 控制元件,液压与气压传动,在普通单向阀中，通油方向的阻力应尽可能小，而不通油方向应有良好的密封。另外，单向阀的动作应灵敏，工作时不应有撞击的噪声。单向阀弹簧的刚度一般都选得较小，使阀的正向开启压力仅需0.030.05MPa。如采用刚度较大的弹簧，使其开启压力达0.20.6MPa，便可用作背压阀。,单向阀的性能参数主要有：正向最小开启压力、正向流动时的压力损失以及反向泄漏量等。这些参数都和阀的结构和制造质量有关。,单向阀常被安装在泵的出口，可防止系统压力冲击对泵的影

6、响，另外泵不工作时可防止系统油液经泵倒流回油箱。单向阀还可用来分隔油路防止干扰。单向阀和其他阀组合，便可组成复合阀。,School of Mechanical Engineering,东南大学机械工程学院,第四章 控制元件,液压与气压传动,液控单向阀,图4-9所示为普通型外泄式液控单向阀。当控制口K处无控制压力通入时，其作用和普通单向阀一样，压力油只能从通口P1流向通口P2，不能反向倒流。当控制口K有控制压力油，且其作用在控制活塞1上的液压力超过P2腔压力和弹簧4作用在阀心3上的合力时（控制活塞上腔通泄油口），控制活塞推动推杆2使阀心上移开启，通油口P1和P2接通，油液便可在两个方向自由通流。

7、这种结构在反向开启时的控制压力较小。,液控单向阀有普通型和带卸荷阀心型两种，每种又按其控制活塞的泄油腔的连接方式分为内泄式和外泄式两种。,图4-9中，如没有外泄油口，而进油腔P1和控制活塞的上腔直接相通的话，则是内泄式液控单向阀。这种结构较为简单，在反向开启时，K腔的压力必须高于P1腔的压力，故控制压力较高，仅适用于P1腔压力较低场合。,图4-9 普通型液控单向阀1控制活塞 2推杆 3阀心 4弹簧,第四章 控制元件,液压与气压传动,在高压系统中，液控单向阀反向开启前P2口的压力很高，所以使之反向开启的控制压力也较高，且当控制活塞推开单向阀心时，高压封闭回路内油液的压力突然释放，会产生很大的冲击

8、，为了避免这种现象且减小控制压力，可采用如图4-10所示的带卸荷阀心的液控单向阀。作用在控制活塞1上的控制压力推动控制活塞上移，先将卸荷阀心6顶开，P2和P1腔之间产生微小的缝隙，使P2腔压力降低到一定程度，然后再顶开单向阀心实现P2到P1的反向通流。,图4-10带卸荷阀心的液控单向阀（内泄）1控制活塞 2推杆 3阀心 4弹簧座 5弹簧 6卸荷阀心,第四章 控制元件,液压与气压传动,液控单向阀的一般性能与普通单向阀相同，但有反向开启最小控制压力要求。当P1口压力为零时，反向开启最小控制压力，普通型的为（0.40.5）p2，而带卸荷阀心的为0.05p2，两者相差近10倍。必须指出，其反向流动时的

9、压力损失比正向流动时还小，因为在正向流动时，除克服流道损失外，还须克服阀心上的液动力和弹簧力。,液控单向阀在系统中主要用途有：,1）对液压缸进行锁闭；2）作立式液压缸的支承阀；3）某些情况下起保压作用。,顺便指出，也有一种液控单向阀，其控制压力的作用是使阀心关闭的，但这种阀仅在特殊场合中使用。,第四章 控制元件,液压与气压传动,第四章 控制元件,液压与气压传动,.换向阀,换向阀是利用阀心在阀体中的相对运动，使液流的通路接通、关断，或变换流动方向，从而使执行元件启动、停止或变换运动方向。,1）流体流经阀时的压力损失要小。2）互不相通的通口间的泄漏要小。3）换向要平稳、迅速且可靠。,对换向阀的主要

10、要求：,换向阀应满足：,第四章 控制元件,液压与气压传动,换向阀的工作原理：,图4-11所示为滑阀式换向阀的工作原理。阀心在中间位置时，流体的全部通路均被切断，活塞不运动。当阀心移到左端时，泵的流量流向A口，使活塞向右运动，活塞右腔的油液流经B口和阀流回油箱；反之，当阀心移到右端时，活塞便向左运动。因而通过阀心移动可实现执行元件的正、反向运动或停止。,图4-11 滑阀式换向阀工作原理和图形符号a）示意图 b）图形符号,第四章 控制元件,液压与气压传动,换向阀的结构形式：,换向阀的功能主要由其控制的通路数及工作位置所决定。图4-11所示的换向阀有三个工作位置和四条通路（P、A、B、T），称为三位

11、四通阀。,阀体和滑阀阀心是滑阀式换向阀的结构主体。,表4-5列出了常见滑阀式换向阀主体部分的结构原理、图形符号和使用场合。以表中末行的三位五通阀为例，阀体上有P、A、B、T1、T2五个通口，阀心有左、中、右三个工作位置。当阀心处在图示中间位置时，五个通口都关闭；当阀心移向左端时，通口T2关闭，通口P和B相通，通口A和T1相通；当阀心移向右端时，通口T1关闭，通口P和A相通，通口B和T2相通。这种结构型式由于具有使五个通口都关闭的工作状态，故可使受它控制的执行元件在任意位置上停止运动。,结构主体,第四章 控制元件,液压与气压传动,表4-5 滑阀式换向阀主体部分的结构形式,第四章 控制元件,液压与

12、气压传动,换向阀都有两个或两个以上的工作位置，其中一个是常位，即阀心未受外部操纵时所处的位置。绘制液压系统图时，油路一般应连接在常位上。,滑阀的操纵方式,1）手动换向阀 图4-12所示为手动换向阀及其图形符号。图4-12a所示为弹簧自动复位结构的阀，松开手柄，阀心靠弹簧力恢复至中位（常位），适用于动作频繁、持续工作时间较短的场合，操作比较安全，常用于工程机械。图4-12b所示为弹簧钢球定位结构的阀，当松开手柄后，阀仍然保持在所需的工作位置上，适用于机床、液压机、船舶等需保持工作状态时间较长的情况。这种阀也可用脚踏操纵。将多个手动换向阀组合在一起，用以操纵多个执行元件的运动，便构成多路阀。,第四

13、章 控制元件,液压与气压传动,图4-12 手动换向阀（三位四通）a）弹簧自动复位结构 b）弹簧钢球定位结构,第四章 控制元件,液压与气压传动,2）机动换向阀 图4-13所示为机动换向阀及其图形符号，它依靠挡铁或凸轮来压迫阀心移动，从而实现液流通、断或改变流向。,图4-13 机动换向阀1滚轮 2阀心 3弹簧,3）电磁换向阀 电磁换向阀借助于电磁铁吸力推动阀心动作来改变液流流向。这类阀操纵方便，布置灵活，易实现动作转换的自动化，因此应用最广泛。图4-14所示为电磁换向阀的结构及图形符号。电磁阀的电磁铁按所用电源的不同，分为交流型、直流型和交流本整型三种；按电磁铁内部是否有油侵入，又分为干式、湿式和

14、油浸式三种。,第四章 控制元件,液压与气压传动,图4-14 交流二位三通电磁换向阀及其干式电磁铁结构图1衔铁 2线圈 3密封圈 4推杆 5阀心 6弹簧 7阀体,第四章 控制元件,液压与气压传动,图4-15 直流三位四通电磁换向阀及其湿式电磁铁结构图1阀体 2阀心 3弹簧座 4弹簧 5挡块 6导磁套7推杆 8街铁 9线圈,第四章 控制元件,液压与气压传动,4）液动换向阀 液动换向阀是利用控制油路的压力油来改变阀心位置的换向阀。图4-16所示为三位四通液动换向阀及图形符号。当控制油路的压力油从控制油口K1进入滑阀左腔、滑阀右腔经控制油口K2接通回油时，阀心在其两端压差作用下右移，使压力油口P与A相

15、通、B与T相通；当K2接压力油、K1接回油时，阀心左移，使P与B相通、A与T相通；当K1和K2都通回油时，阀心在两端弹簧和定位套作用下处于中位，P、A、B、T相互均不通。必须指出，液动换向阀还需另一个阀来操纵其控制油路的方向。,图4-16 三位四通液动换向阀,第四章 控制元件,液压与气压传动,5）电液换向阀 图4-17所示为电液换向阀的结构原理及其图形符号。由图可见，当两个电磁铁都不通电时，电磁阀阀心4处于中位，液动阀（主阀）阀心8因其两端都接通油箱，也处于中位。电磁铁3通电时，电磁阀阀心移向右位，压力油经单向阀1接通主阀心的左端，其右端的油则经节流阀6和电磁阀而接通油箱，于是主阀心右移，移动

16、速度由节流阀6的开口大小决定。同理，当电磁铁5通电，电磁阀阀心移向左位时，主阀心也移向左位，其移动速度由节流阀2的开口大小决定。,在电液换向阀中，控制主油路的主阀心不是靠电磁铁的吸力直接推动的，是靠电磁铁操纵控制油路上的压力油液推动的，因此推力可以很大，操纵也很方便。此外，主阀心向左或向右的移动速度可分别由节流阀2或6来调节，这就使系统中的执行元件能够得到平稳无冲击的换向。所以，这种操纵型式的换向性能是较好的，适用于高压、大流量的场合。,第四章 控制元件,液压与气压传动,图4-17 电液换向阀1、7单向阀 2、6节流阀 3、5电磁铁 4电磁阀阀心 8液动阀阀心（主阀心）,第四章 控制元件,液压

17、与气压传动,滑阀机能,换向阀的滑阀机能分为工作位置机能和过渡状态机能，前者是指滑阀处于某个工作位置时，其各个油口的连通关系；后者则指滑阀从一个工作位置变换到另一个工作位置的过渡过程中，它的各个油口的瞬时连通关系。不同的滑阀机能对应有不同的功能。滑阀机能对换向阀的换向性能和系统的工作特性有着重要的影响。,第四章 控制元件,液压与气压传动,几种常用换向阀的滑阀机能见表4-7。,表4-7 二位换向阀滑阀工作位置机能,第四章 控制元件,液压与气压传动,表4-7 三位换向阀滑阀工作位置机能,第四章 控制元件,液压与气压传动,注：阀心两端工作位置的接通形式，除常用的交叉通油外，也可设计成特殊的OP型或MP

18、型。,第四章 控制元件,液压与气压传动,在分析和选择三位换向阀中位工作机能时，通常考虑以下因素：,1）系统保压当P口被堵塞，系统保压，液压泵能用于多缸系统。当P口不太通畅地与T口接通时（如X型），系统能保持一定的压力供控制油路使用。2）系统卸荷P口通畅地与T口接通，系统卸荷，既节约能量，又防止油液发热。3）换向平稳性和精度当液压缸的A、B两口都封闭时，换向过程不平稳，易产生液压冲击，但换向精度高。反之，A、B两口都通T口时，换向过程中工作部件不易制动，换向精度低，但液压冲击小。4）起动平稳性阀在中位时，液压缸某腔若通油箱，则起动时该腔因无油液起缓冲作用，起动不太平稳。5）液压缸“浮动”和在任意

19、位置上的停止阀在中位，当A、B两口互通时，卧式液压缸呈“浮动”状态，可利用其他机构移动，调整位置。当A、B两口封闭或与P口连接（非差动情况），则可使液压缸在任意位置停下来。,第四章 控制元件,液压与气压传动,换向阀的主要性能：,（1）工作可靠性工作可靠性指电磁铁通电以后能否可靠地换向，而断电后能否可靠地复位。工作可靠性主要取决于设计和制造，和使用也有关系。液动力和液压卡紧力的大小对工作可靠性影响很大，而这两个力与通过阀的流量和压力有关。所以电磁阀也只有在一定的流量和压力范围内才能正常工作。这个工作范围的极限称为换向界限，如加图1所示。（2）压力损失 由于电磁阀的开口很小，故液流流过阀口时产生较

20、大的压力损失。加图2所示为某电磁阀的压力损失曲线。一般地说，阀体铸造流道中的压力损失比机械加工流道中的损失小。（3）内泄漏量在各个不同工作位置，在规定的工作压力下，从高压腔漏到低压腔的泄漏量为内泄漏量。过大的内泄漏量不仅会降低系统的效率，引起过热，而且还会影响执行元件的正常工作。,第四章 控制元件,液压与气压传动,图4-20 电磁阀的换向界限,图4-21 电磁阀的压力损失,第四章 控制元件,液压与气压传动,（4）换向和复位时间换向时间指从电磁铁通电到阀心换向终止的时间；复位时间指从电磁铁断电到阀心回复到初始位置的时间。减小换向和复位时间可提高机构的工作效率，但会引起液压冲击。一般说来，交流电磁

21、阀的换向时间约为0.030.05s，换向冲击较大；而直流电磁阀的换向时间约为0.10.3s，换向冲击较小。通常复位时间比换向时间稍长。（5）换向频率换向频率是在单位时间内阀所允许的换向次数。目前交流单电磁铁的电磁阀的换向频率一般为60次/min以下。（6）使用寿命使用寿命指电磁阀用到它某一零件损坏，不能进行正常的换向或复位动作或使用到电磁阀的主要性能指标超过规定指标时经历的换向次数。电磁阀的使用寿命主要决定于电磁铁。湿式电磁铁的寿命比干式的长，直流电磁铁的寿命比交流的长。,第四章 控制元件,液压与气压传动,第四章 控制元件,液压与气压传动,第四章 控制元件,液压与气压传动,图4-77 多路阀的

22、基本油路形式a）并联油路 b）串联油路 c）串并联油路,第四章 控制元件,液压与气压传动,Part 4.3 压力控制阀,表4-10 压力控制阀的分类,常用的压力控制阀的类型如表4-10所示。,第四章 控制元件,液压与气压传动,1.溢流阀,溢流阀是能过阀口的溢流，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。对溢流阀的主要要求：调压范围大，调压偏差小，压力振摆小，动作灵敏，过流能力大，噪声小。,工作原理和结构形式,功用和要求,图4-22 直动式滑阀型溢流阀1调节螺母2弹簧3上盖4阀心5阀体,（1）直动式溢流阀图4-22所示为直动式滑阀型溢流阀的结构及其图形符号。压力油从进口P进入阀

23、后，经孔f和阻尼孔g后作用在阀心4的底面c上。当进口压力较低时，阀心在弹簧2预调力作用下处于最下端，由底端螺母限位。由阀心与阀体5构成的节流口有重叠量l将P与T口隔断，阀处于关闭状态。,第四章 控制元件,液压与气压传动,下图所示为直动式锥阀型和球阀型溢流阀的结构。节流口密封性能好，不需重叠量，可直接用于高压大流量场合。,图a所示高压大流量直动式溢流阀锥阀型结构的最高压力、流量分别可达40MPa和300L/min，图b所示的球阀型结构的最高压力、流量可达63MPa和120L/min。,图4-23 高压大流量直动式溢流阀a）锥阀型 b）球阀型,第四章 控制元件,液压与气压传动,（2）先导式溢流阀,

24、图4-24 二级同心式先导溢流阀1主阀心 2阻尼孔 3主阀弹簧 4先导阀心5先导阀弹簧 6调压手轮 7螺堵,第四章 控制元件,液压与气压传动,直动式溢流阀的“压力一流量”特性方程,图4-25 溢流阀的特性曲线,根据特性方程画出来的曲线称为溢流特性曲线，如图4-16所示。溢流阀的理想溢流特性曲线最好是一条在pT处平行于流量坐标的直线，即仅在p达到pT时才溢流，且不管溢流量多少，压力始终保持在pT值上。,第四章 控制元件,液压与气压传动,当溢流阀的溢流量由零到额定流量发生阶跃变化时，其进口压力将如图4-26所示迅速升高并超过其调定压力值，然后逐步衰减并稳定在调定压力值上。这过程即为溢流阀的动态特性

25、。,图4-26 溢流阀的动态特性,溢流阀的动态特性,第四章 控制元件,液压与气压传动,评价溢流阀阶跃响应指标主要有：,1）压力超调量 系最大峰值压力和调定压力之差p与阀的调定压力pT比的百分值，即p/pT100%。性能良好的溢流阀的压力超调量一般应小于30%。2）压力上升时间 压力开始上升第一次达到调定压力值所需时间t1，它反映阀的快速性。3）过渡过程时间 压力开始上升到最后稳定在调定压力pT5%pT所需时间t2。4）压力卸荷时间 压力由调定压力降到卸荷压力所需的时间t3。,第四章 控制元件,液压与气压传动,溢流阀的主要用途有：,1）作溢流阀，溢流阀有溢流时，可维持阀进口亦即系统压力恒定。2）

26、作安全阀，系统超载时，溢流阀才打开，对系统起过载保护作用，而平时溢流阀是关闭的。3）作背压阀，溢流阀（一般为直动式的）装在系统的回油路上，产生一定的回油阻力，以改善执行元件的运动平稳性。4）用先导式溢流阀对系统实现远程调压或使系统卸荷。,第四章 控制元件,液压与气压传动,第四章 控制元件,液压与气压传动,第四章 控制元件,液压与气压传动,第四章 控制元件,液压与气压传动,2.减压阀,减压阀分定值、定差和定比减压阀三种，其中最常用的是定值减压阀。如不指明，通常所称的减压阀即为定值减压阀。,功用和要求,在同一系统中，往往有一个泵要向几个执行元件供油，而各执行元件所需的工作压力不尽相同的情况。若某执

27、行元件所需的工作压力较泵的供油压力低时，可在该分支油路中串联一减压阀。油液流经减压阀后，压力降低，且使其出口处相接的某一回路的压力保持恒定。这种减压阀称为定值减压阀。,对减压阀的要求是：出口压力维持恒定，不受进口压力、通过流量大小的影响。,第四章 控制元件,液压与气压传动,工作原理和结构,减压阀也有直动式和先导式两种。,图4-27 直动式减压阀工作原理,图4-29 先导式二通减压阀,第四章 控制元件,液压与气压传动,1）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。2）在不工作时，减压阀进出口互通，而溢流阀进出口不通。3）为保证减压阀出口压力调定值恒定，它的先导阀弹簧腔需通过泄

28、油口单独外接油箱；而溢流阀的出油口是通油箱的，所以它的先导阀弹簧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（当然也可外泄）。,先导式减压阀和先导式溢流阀有以下几点不同之处：,第四章 控制元件,液压与气压传动,应用,减压阀主要用在系统的夹紧、电液换向阀的控制压力油、润滑等回路中。必须指出，应用减压阀必有压力损失，这将增加功耗和使油液发热。当分支油路压力比主油路压力低很多，且流量又很大时，常采用高、低压泵分别供油，而不宜采用减压阀。,第四章 控制元件,液压与气压传动,第四章 控制元件,液压与气压传动,3.顺序阀,顺序阀用来控制多个执行元件的顺序动作。通过改变控制方式、泄油方式和二次

29、油路的接法，顺序阀还可具有其他功能，如作背压阀、平衡阀或卸荷阀用。,工作原理和结构,顺序阀也有直动式和先导式之分，根据控制压力来源的不同，它有内控式和外控式之分；根据泄油方式，它有内泄式和外泄式两种。,第四章 控制元件,液压与气压传动,直动式内控外泄顺序阀的工作原理,图4-32 顺序阀的工作原理a）结构 b）内控外泄式顺序阀符号c）外控外泄式顺序阀符号,第四章 控制元件,液压与气压传动,顺序阀的结构与溢流阀相似。两者主要差别是：,顺序阀的出口通常与负载油路相通，而溢流阀的出口则与回油相通，因此顺序阀调压弹簧中的泄漏油和先导控制油必须外泄，如内泄阀将无法开启；而溢流阀的泄漏油和先导控制油可内泄也

30、可外泄。溢流阀的进口压力调定后是不变的，而顺序阀的进口压力在阀开启后将随出口负载增加而进一步升高。,第四章 控制元件,液压与气压传动,图4-33 先导式顺序阀1阀体 2阀心 3阻尼孔 4盖板,第四章 控制元件,液压与气压传动,性能,顺序阀的主要性能和溢流阀相仿。此外，顺序阀为使执行元件准确地实现顺序动作，要求阀的调压偏差小，因而调压弹簧的刚度小一些好。另外，阀关闭时，在进口压力作用下各密封部位的内泄漏应尽可能小，否则可能引起误动作。,应用,1）控制多个执行元件的顺序动作。2）与单向阀组成平衡阀，保持垂直放置的液压缸不因自重而下落。3）用外控顺序阀可在双泵供油系统中，当系统所需流量较小时，使大流

31、量泵卸荷。卸荷阀便是由先导式外控顺序阀与单向阀组成的。4）用内控顺序阀接在液压缸回油路上，产生背压，以使活塞的运动速度稳定。,第四章 控制元件,液压与气压传动,第四章 控制元件,液压与气压传动,4.压力继电器,压力继电器是利用液体压力信号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功能。国内现通常将之归入压力阀类，而国外则通常称之为压力开关而将之归入液压附件类。,第四章 控制元件,液压与气压传动,压力继电器的主要性能包括：,（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之

32、间的范围。（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的差值，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，微动开关触点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。,第四章 控制元件,液压与气压传动,Part 4.4 流量控制阀,流量控制阀是通过改变可变节流口面积大小，从而控制通

33、过阀的流量，达到调节执行元件（缸或马达）运动速度的阀类。,常用的液压流量控制阀有节流阀、调速阀、旁通式调速阀（溢流节流阀）、分流集流阀和限速切断阀等。,液压系统中使用的流量控制阀应满足如下要求：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小；调节方便；泄漏小等。,第四章 控制元件,液压与气压传动,1.流量控制原理,由第一章“流体力学基础”知，当流体流经细长孔时，液流作层流流动，流过的流量q和细长孔两端的压差p成线性关系；而当流体流经薄壁孔口时，流量q与孔口两端压差p的平方根成正比。一般情况下，流经阀可变节流口（以下简称阀口）的流量公式可写成：,（4-20）,式中 K 常数

34、；A(x)可变节流孔的通流面积；x 开口量；m 指数，0.5m1。,由式（4-20）可知，在一定压差p下，改变阀心开口x可改变阀口的通流面积A(x)，从而可改变通过阀的流量。这就是流量控制的基本原理。,第四章 控制元件,液压与气压传动,由式（4-20）还可以看出，通过阀口的流量，和阀口前后压差、油温及阀口形状等因素密切相关。,（1）压差p对流量稳定性的影响 在使用中，当阀口前后压差变化时，使流量不稳定。式（4-20）中的m越大，p的变化对流量的影响越大，因此阀口制成薄壁孔（m=0.5）比制成细长孔（m=1）的好。（2）温度对流量稳定性的影响 油温的变化引起油液粘度的变化，从而对流量发生影响。这

35、在细长孔式阀口上是十分明显的。而对锐边或薄壁型阀口来说，当雷诺数Re大于临界值时，流量系数不受油温影响；但当压差小，通流面积小时，流量系数与Re有关，流量要受到油温变化的影响。因而阀口应采用锐边或薄壁型的为好。（3）最小稳定流量和流量调节范围 当阀口压差p一定，在阀口面积调小到一定值时，流量将出现时断时续现象；进一步调小，则可能断流。这种现象称为节流阀的阻塞现象。每个节流阀都有一个能正常工作的最小稳定流量，其值一般约在0.05L/min左右。,第四章 控制元件,液压与气压传动,节流阀口发生阻塞的主要原因是由于油液中的杂质、油液高温氧化后析出的胶质等附在节流阀口表面上所致。当阀口开度很小，这些附

36、着层达到一定厚度时，就会使油液时断时续，甚至断流。,为减小阻塞现象，可采用水力直径大的节流口；另外，选择化学稳定性和抗氧化稳定性好的油液，精细过滤，定期换油等都有助于防止阻塞，降低最小稳定流量。,流量调节范围指通过阀的最大流量和最小流量之比，一般在50以上。高压流量阀则在10左右。,第四章 控制元件,液压与气压传动,2.节流阀,图4-36 节流阀1螺母 2阀体 3阀心,图4-36所示的节流阀，可通过旋转阀心3使之在螺母1中上下移动，从而改变阀心与阀体2组成的节流口面积大小。采用三角槽结构的阀口可提高分辨率，即减小节流口面积对阀心位移的变化率（又称面积梯度），使调节的精确性提高。,节流阀在液压系

37、统中主要与定量泵、溢流阀和执行元件等组成节流调速系统。调节其开口，便可调节执行元件运动速度的大小。节流阀也可于试验系统中用作加载等。,第四章 控制元件,液压与气压传动,第四章 控制元件,液压与气压传动,3.调速阀,图4-37 调速阀的工作原理a）结构 b）图形符号 c）简化的图形符号,图4-37所示为调速阀进行调速的工作原理。液压泵出口（即调速阀进口）压力p1由溢流阀调定，基本上保持恒定。调速阀出口处的压力p2由活塞上的负载F决定。所以当F增大时，调速阀进出口压差p1-p2将减小。如在系统中装的是普通节流阀，则由于压差的变动，影响通过节流阀的流量，从而使活塞运动的速度不能保持恒定。,调速阀是在

38、节流阀的前面串接了一个定差式减压阀，使油液先经减压阀产生一次压力降，将压力降到pm。利用减压阀阀心的自动调节作用，使节流阀前后压差p=pm-p2基本上保持不变。,减压阀阀心上端的油腔b通过孔道a和节流阀后的油腔相通，压力为p2，而其肩部腔c和下端油腔d，通过孔道f和e与节流阀前的油腔相通，压力为pm。活塞上负载增大时，p2升高，于是作用在减压阀阀心上端的液压力增加，阀心下移，减压阀的开口加大，压降减小，因而使pm也升高，结果使节流阀前后的压差pm-p2保持不变。反之亦然。这样就使通过调速阀的流量恒定不变，活塞运动的速度稳定，不受负载变化的影响。,第四章 控制元件,液压与气压传动,图4-38 调

39、速阀和节流阀的流量特性,调速阀的q与p间的关系曲线示于图4-38中。图中也示出节流阀的流量特性，以资比较。调速阀因有减压阀和节流阀两个液阻串联，所以它在正常工作时，至少要有0.40.5MPa的压差。这是因为在压差很小时，减压阀阀心在弹簧作用下处于最下端位置，阀口全开，不能起到稳定节流阀前后压差的缘故。,调速阀和节流阀的流量特性,第四章 控制元件,液压与气压传动,应用,1）调速阀在液压系统中的应用和节流阀相仿，它适用于执行元件负载变化大而运动速度要求稳定的系统中，也可用在容积-节流调速回路中。2）调速阀在连接时，可接在执行元件的进油路上，也可接在执行元件的回油路上，或接在执行元件的旁油路上。,第

40、四章 控制元件,液压与气压传动,第四章 控制元件,液压与气压传动,Part 4.5 新型液压元件及其应用（p184）,根据安装形式的不同，阀类元件曾制成各种结构形式。管式连接和法兰式连接的阀，占用的空间较大，装拆和维修保养都不太方便，现在已越来越少用。相反，板式连接和插装式连接的阀则日益占有优势。,板式连接的普通液压阀，可以将它们安装到集成块上，利用集成块上的孔道实现油路间的连接，也有直接将阀做成叠装式的结构。这就是叠加阀。而插装式结构的阀称为插装阀。多路阀是在工程机械中用以控制多个执行元件用的组合阀。,第四章 控制元件,液压与气压传动,Part 4.5.1 叠加阀,叠加阀是液压系统集成化的一

41、种方式。由叠加阀组成的叠加阀系统如图4-45所示。,叠加阀系统最下面一般为底板，其上有进、回油口及执行元件的接口。一个叠加阀组一般控制一个执行元件。如系统中有几个执行元件需要集中控制，可将几个叠加阀组竖立并排安装在多联底板块上。,叠加阀系统各单元叠加阀间不用管子和其他形式的连接体，因而结构紧凑，尤其是系统的更改较方便。叠加阀是标准化元件，设计中仅需按工艺要求绘制液压系统原理图，即可进行组装，因而设计工作量小，目前已广泛应用于冶金、机床、工程机械等领域。,第四章 控制元件,液压与气压传动,图4-70 叠加阀组成的系统1电磁换向阀 2液控单向阀 3单向节流阀 4减压阀 5底板 6液压缸,第四章 控

42、制元件,液压与气压传动,Part 4.5.2 插装阀,插装阀在高压大流量的液压系统中应用很广。由于插装元件已标准化、模块化，将几个插装式元件组合一下便可组成复合阀。和普通液压阀相比，它有如下的优点：,1）采用锥阀结构，内阻小，响应快，密封好，泄漏少。2）机能多，集成度高。配置不同的先导控制级，就能实现方向、压力、流量的多种控制。3）通流能力大，特别适用于大流量的场合。它的最大通径可达200250mm，通过的流量可达1000L/min。4）结构简单，易于实现标准化、系列化。,插装阀按通口数量分为二通、三通和四通插装阀；按结构分为盖板式插装阀和螺纹式插装阀。而主流产品则是盖板式二通插装阀。,第四章

43、 控制元件,液压与气压传动,1.盖板式二通插装阀的组成,图4-71 盖板式二通插装阀的结构原理图1阀套 2阀心 3弹簧 4控制盖板,盖板式二通插装阀（以下简称插装阀）主要由插装件和控制盖板两部分构成，如图4-71所示。其中插装件由阀套1、阀心2和弹簧3以及密封件等组成，它有多种面积比和弹簧刚度，主要功能是控制主油路中油流的方向、压力和流量。控制盖板4内加工有各种控制油道，与先导控制阀组合后可以控制插装件的工作状态。先导控制阀采用小通径电磁滑阀或球阀，通过电信号或其他信号控制插装阀的启闭，从而实现各种控制功能。,第四章 控制元件,液压与气压传动,2.工作原理,从工作原理而言，插装阀是一个液控单向

44、阀。图4-71中，A、B为主油路通口。X为控制油路通口。设A、B、X油口的压力及其作用面积分别为pA、pB、pX和AA、AB、AX，AX=AA+AB，Fs为弹簧作用力。如不考虑阀心的质量、液动力和摩擦力等的影响，则当pAAA+PBABpXAX+Fs时，阀心开启，油路A、B接通；当pAAA+pBABpXAX+Fs时，阀心关闭，A、B不通。可见，只要改变控制油口X的压力pX就可以控制油口A、B的通断。因此，插装阀通过不同的控制盖板和各种先导阀组合，便可构成方向控制阀、压力控制阀和流量控制阀。,第四章 控制元件,液压与气压传动,3.应用举例,图4-72所示为二通插装阀组成方向控制阀的几个例子。图4-

45、41a为单向阀。当pApB时，阀心关闭，A、B不通；而当pBpA时，阀心开启，油液可从B流向A。图4-41b用作二位三通阀。当电磁铁断电时，A、T接通；电磁铁通电时，A、P接通。图4-41c用作二位二通阀。当二位三通电磁阀断电时，阀心开启，A、B接通；电磁铁通电时，阀心关闭，AB不能，BA可通，相当于一个单向阀。图4-41d用作二位四通阀。电磁铁断电时，P和B接通，A和T接通；电磁铁通电时，P和A接通，B和T接通。,图4-72 插装阀用作方向控制阀的示意图a）单向阀 b）二位三通阀c）二位二通阀 d）二位四通阀,第四章 控制元件,液压与气压传动,图4-73 插装阀用作压力控制阀的示意图a）溢流

46、阀或顺序阀 b）减压阀 c）卸荷阀,对插装阀的控制腔X的压力进行控制，便可构成压力控制阀。图4-73所示为插装阀用作压力控制阀的示意图。图4-73a中，如B接油箱，则插装阀起溢流阀作用；B接另一油口，则插装阀起顺序阀作用。图4-73b中，用常开式滑阀阀心作减压阀，B为一次压力油p1进口，A为出口。由于控制油取自A口，因而能得到恒定的二次压力p2，所以这里的插装阀用作减压阀。图4-73c中，插装阀的控制腔再接一个二位二通电磁阀，当电磁铁通电时，插装阀便用作卸荷阀。,第四章 控制元件,液压与气压传动,图4-74所示为插装阀用作流量控制阀的示意图。在阀的顶盖上有阀心升高限位装置，通过改变阀心行程调节

47、杆1的位置，便可调节阀口通流截面的大小，从而调节了流量。图4-74a中插装阀用作节流阀，而图4-74b中则用作调速阀。,图4-74 插装阀用作流量控制阀的示意图a）节流阀 b）调速阀1定差减压阀 2节流阀,图4-75 节流阀结构图1阀心行程调节杆2带三角形节流窗口尾部的阀心,第四章 控制元件,液压与气压传动,Part 4.5.3 比例阀的特点(p199),比例阀是介于普通液压阀和电液伺服阀之间的一种控制阀，比例阀结构简单，制造精度要求和价格均比电液伺服阀低，抗污染性好，维护保养方便，虽动态快速性比电液伺服阀低，但在很多领域中已得到广泛的应用。,第四章 控制元件,液压与气压传动,1.直动式比例压

48、力阀,用比例电磁铁取代压力阀的手调弹簧力控制机构便可得到比例压力阀，如图4-92所示。图4-92a所示的比例压力阀采用普通力输出型比例电磁铁1，其衔铁可直接作用于锥阀4。,图4-92 直动式比例压力阀a）普通比例电磁铁控制 b）带位移反馈比例电磁铁控制1比例电磁铁 2推杆 3弹簧 4锥阀,图4-92b所示的则为位移反馈型比例电磁铁，必须借助弹簧转换为力后才能作用于锥阀4进行压力控制。后者由于有位移反馈闭环控制，可抑制电磁铁内的摩擦等扰动，因而控制精度显著高于前者，当然复杂性和价格也随之增加。,这两种比例压力阀：可用作小流量时的直动式溢流阀，也可取代先导式溢流阀和先导式减压阀中的先导阀，组成先导

49、式比例溢流阀和先导式比例减压阀。,第四章 控制元件,液压与气压传动,2.先导式比例压力阀,图4-93为两个应用输出压力直接检测反馈和在先导级与主级 级间动压反馈的比例压力阀。,两种阀的先导阀心4均为有直径差的二级同心滑阀，大、小端面积差与压力反馈推杆5面积相等，稳态时动态阻尼液阻R3两侧液压力相等，先导阀心大端受压面积（大端面积减去反馈推杆面积）和小端受压面积相等，因而先导阀心两端静压平衡。,图4-93 先导式比例压力阀a）溢流阀 b）减压阀1比例电磁铁 2主阀心 3固定节流孔 4先导阀心 5压力反馈推杆 6固定节流孔,传统先导式压力阀的先导阀控制的是主阀上腔压力，先导阀输入的弹簧力和主阀上腔

50、压力相平衡，因而流量变化引起主阀液动力的变化以及减压阀进口压力pB变化时会产生调压偏差。,而右图所示的先导压力阀，若忽略先导阀液动力、阀心质量和摩擦力等影响，其输入电磁力主要与输出压力pA作用在反馈推杆上的力相平衡，因而形成反馈闭环控制，当流量和减压阀的进口压力变化时控制输出压力pA均能保持恒定。,第四章 控制元件,液压与气压传动,比例流量阀包括：比例节流阀比例调速阀比例旁通型调速阀等。也有直动式和先导式之分。本节仅介绍比例调速阀。,第四章 控制元件,液压与气压传动,图4-94传统型比例调速阀a)结构 b)图形符号 c)等流量特性1阀体 2比例电磁铁 3节流阀心 4定差减压阀心 5动态阻尼液阻