第5章液压控制元件55集流阀插装阀与叠加阀56电液数字控制阀57电液伺服阀电液比例控制阀

4、5集流阀、插装阀与叠加阀4、6电液数字控制阀4、7电液伺服阀、电液比例控制阀目的任务重点难点提问作业重点难点比例阀与普通阀的区别插装阀和数字阀的工作原理和应用4.5.1分流集流阀(1)分流集流阀图5.41a所示为等量分流集流阀的结构原理图，5.41b为其图形符号。阀心5、6在各自弹簧力的作用下处于中间位置的平衡状态。若负载压力p3≠p4，如果阀心仍留在中间位置，必然使p1≠p2，这时连成一体的阀心将向压力小的一侧移动，相应地可变节流口减小，使压力上升，直至p1=p2，阀心停止运动，由于两个固定节流孔1和2的面积相等，所以通过两个固定节流孔的流量q1=q2，而不受出口压力p3及p4变化的影响。分流集流阀(2/4)在分流工况时，如图5.41c所示，由于p0大于p1和p2，所以阀心5、6处于相互分离状态，互相勾住。若负载压力p3＜p4，如果阀心仍留在中间位置，必然使p1＜p2。这时连成一体的阀心将左移，可变节流口3减小，使上升，直至p1=p2，阀芯停止运动，由于两个固定节流孔1和2的面积相等，所以通过两个固定节流孔的流量q1=q2，而不受出口压力p3及p4变化的影响。在集流工况时，如图5.41d所示，由于p0小于p1和p2，所以阀心5、6处于相互压紧状态。设负载压力p3＜p4，如果阀心仍留在中间位置，必然使p1＜p2。这时压紧成一体的阀心将左移，可变节流口4减小，使下降，直至p1=p2，阀心停止运动，故q1=q2，而不受出口压力p3及p4变化的影响。分流集流阀(3/4)(2)分流阀的工作原理图5.42a为等量分流阀的结构原理图，图5.42b为等量分流阀的图形符号。进口压力为，流量为，进入阀后分为两路分别通过两个面积相等的固定节流孔1、2，并且分别进入油室a、b腔，然后由可变节流口3、4经出口通往两个执行元件。分流集流阀(4/4)若两个执行元件负载相等则分流阀的出口压力p3=p4，因为阀中两支流通道的尺寸完全对称，所以输出的流量亦对称，q1=q2=q0/2，且p1=p2。当由于负载不对称而出现p3≠p4，且设p3＞p4时，阀心来不及运动而处于中间位置，必定使q1＜q2，进而有p0－p1＜p0－p2，则使p1＞p2。此时阀心在不对称压力的作用下左移，使可变节流口3增大，节流口4减小，从而使q1增大，q2减小，直至q1=q2，p1=p2。阀心才在一个新的平衡位置上稳定下来，输往两个执行元件中的流量相等，速度保持同步。(3)集流阀的工作原理集流阀是按固定比例将两股液流自动合成单一液流的流量控制阀。图5.42c所示为等量集流阀的图形符号。其工作原理类同于分流集流阀的集流工况，这里不再叙述。分流阀通常用于同步精度要求不太高的同步系统中，但需要注意执行元件的加工误差及泄漏对其同步精度有影响。4、5、2插装阀（插装式锥阀或逻辑阀）20世纪70年代初发展起来的一种新元件，是古老锥阀的新应用。1.插装阀概述(1)插装阀的组成普通的阀在流量小于200～300L/min的系统中性能良好，但用于大流量系统并不一定具有良好的性能，特别是阀的集成更成为难题。20世纪70年代初，插装阀的出现为此开辟了新途径。插装阀（图5.43）也称为插装式锥阀，它是以插装单元为主阀，配以适当的盖板和不同的先导控制阀组合而成的具有一定控制功能的组件。它可以组成方向阀、压力阀和流量阀。插装阀概述(2/3)(2)插装阀结构（插装件）的结构和工作原理插装阀单元具体结构参看图5.44。它由阀套1、阀心2、弹簧3、盖板4和密封件等组成。主阀心上腔作用着X口的液压力和弹簧力，A口和B口的液压力作用在阀心的下锥面上，用X口的控制油压力控制主通道A和B间的通断，这是一个二通插装阀。插装阀概述(3/3)盖板用来固定和密封插装阀单元，沟通控制油路和主阀控制腔之间的联系。在盖板4内也可装嵌节流螺塞等徽型控制元件（如单向阀、梭阀、流量控制器和先导压力阀等），还可安装位移传感器等电器附件，以便构成某种控制功能的组合阀。若干个不同控制功能的二通插装阀组装在一个或多个插装块体内，便组成液压回路。就工作原理而言，二通插装阀相当于一个液控单向阀。A和B为主油路的两个仅有的工作油口，所以称为二通阀，X为控制油口。通过控制油口压力大小的控制，即可控制主阀心的启闭和油口A、B的流向和压力。2.插装方向阀(1)插装单向阀插装单向阀如图5.45所示，将插装单元的控制口X与A或B连通，即成为普通单向阀；在其控制盖板上接一个二位三通换向阀作先导阀，便可成为液控单向阀。插装方向阀(2/2)(2)插装换向阀图5.46a所示为二位三通插装换向阀。在该阀中，当电磁铁断电时，A与O通，P封闭；当电磁铁通电时，A与P通，O封闭，相当于一个二位三通电液换向阀。图5.46b为三位三通插装换向阀，当电磁铁处于中位时，A、O与P均不通；当电磁铁1YA通电时，A与O通，P封闭；当电磁铁2YA通电时，A与P通，O封闭，相当于一个三位三通电液换向阀。图5.46c为四位三通插装换向阀。用多个先导阀（如上述各电磁阀）和多个主阀相配，可构成复杂的组合二通插装换向阀，这是普通换向阀做不到的。(3)插装压力阀图5.47a所示为插装溢流阀。当B口通油箱，A口的压力油经节流小孔进入控制腔X，并与溢流阀通，便成为先导式溢流阀；若B口不通油箱而接负载，便成为先导式顺序阀。图5.47b为插装卸荷阀。在插装溢流阀的控制腔X再接一个二位二通电磁换向阀，当电磁铁断电时，具有溢流阀功能；当电磁铁通电时，即为卸荷阀。图5.47c为插装减压阀。将插装单元作为常开式滑阀结构，B为一次压力进口，A为出口，A腔的压力油经节流小孔与控制腔X通，并与先导阀进口通，由于控制油取自A口，因而能得到恒定的二次压力，相当于定压输出减压阀。(4)插装流量阀图5.48a所示为插装节流阀的结构图，单元的锥阀尾部带节流窗口，锥阀的开启高度由行程调节器（或螺杆）来控制，从而控制流量，成为插装节流阀。在插装方向控制阀的盖板上增加阀心行程调节器，以调节阀心的开度，这个方向阀就兼具了可调节流阀的功能。阀心上开有三角槽，以便于调节开口大小。若用比例电磁铁取代节流阀的手调装置，则可组成二通插装电液比例节流阀。若在二通插装节流阀前串联一个定差减压阀，就可组成二通插装调速阀，如图5.48c所示。(5)插装阀及其集成系统的特点（a）插装阀结构简单，通流能力大，故用通径很小的先导阀与之配合便可构成通径很大的各种二通插装阀，最大流量可达10000L/min。b）不同的阀有相同的插装主阀，一阀多能，便于实现标准化。（c）泄漏小，便于无管连接，先导阀功率小，具有明显的节能效果。插装阀目前广泛用于冶金、船舶、塑料机械等大流量系统中。4、5、2叠加阀§4.6电液数字控制阀用计算机对液压或气压系统进行控制是技术发展的必然趋向。但电液比例阀或伺服阀能接收的信号是连续变化的电压或电流，而计算机的指令是“开”或“关”的数字信息，要用计算机控制必须进行数/模转换，其结果是使设备复杂，成本提高，可靠性降低。在这种技术的要求下，20世纪80年代初期出现了电液数字控制阀。用数字信息直接控制的阀称为电液数字控制阀，简称数字阀。它可直接与计算机接口，不需要数/模转换板。数字阀与电液伺服阀、电液比例阀相比，其结构简单，工艺性好、价廉，抗污染能力强，重复性好，工作稳定可靠，功耗小。接受计算机数字控制的方法有多种，目前常用的有增量控制法和脉宽调制法，相应地数字阀也分增量式数字阀和脉宽调制式数字阀两类。当今技术较成熟的是增量式数字阀，即用步进电动机驱动液压阀。已有数字流量阀、数字压力阀和数字方向流量阀等系列产品。电液数字阀发展20世纪80年代初发展起来的可用计算机实现电液系统控制的新型元件，目前应用较少。(1).增量式数字阀(2)脉宽调制式数字阀分类(1).增量式数字阀增量式数字流量阀组成步进电动机、滚珠丝杠、阀芯、阀套、阀杆、传感器等增量式数字阀由步进电机带动工作，步进电机直接用数字量控制，其转角与输入的数字式信号脉冲数成正比，其转速随输入的脉冲频率的不同而变化。由于步进电机是以增量控制的方式进行工作的，故此阀称为增量式数字阀。增量式数字阀按其用途不同，有流量阀、压力阀和方向流量阀之分。图5.49所示为步进电机直接驱动的数字流量阀。数字阀结构(2/4)在数字流量阀中，步进电机按计算机的指令转动，通过滚珠丝杆5变为轴向位移，使节流阀心6打开阀口，从而控制流量。此阀有两个面积梯度不同的节流口，阀心移动时首先打开左节流口7，由于非全周边通流，故流量较小，继续移动时打开全周边通流的右节流口8，流量增大。由于液流从轴向流入，且流出阀心时与轴线垂直，所以阀在开启时的液动力可以将向右作用的液压力部分抵消掉。阀从节流阀心、阀套1和连杆2的相对热膨胀中获得温度补偿。数字阀结构(3/4)图5.50所示为先导式数字方向流量阀的图形符号，其结构与电液换向阀类似，只是以步进电机取代了电磁先导阀中的电磁铁，通过控制步进电机的旋转方向和角位移的大小，不仅可以改变阀的液流方向，还可以控制各油口的输出流量，这里不再叙述。将普通压力阀的手动机构改用步进电机控制，即可构成数字压力阀。(2)脉宽调制式数字阀脉宽调制放大器、电磁铁、阀芯、阀套、阀杆、传感器等(2)脉宽调制式数字阀脉宽调制式数字阀可以直接用计算机进行控制，控制阀的开和关以及开和关的时间间隔（即脉宽），就可控制液流的方向、流量和压力。这种阀的阀心多为锥阀、球阀和喷嘴挡板阀，可快速切换，且只有开和关两个位置，故又称快速开关型数字阀。图5.51所示为二位二通电磁锥阀式开关型数字阀。当电磁铁3不通电时，衔铁2在右端弹簧（图中未画出）的作用下使锥阀关闭；当电磁铁3有脉冲信号通过时，电磁吸力使衔铁带动左端的锥阀开启。2.数字阀的应用图5.52所示为增量式数字阀的应用原理。计算机发出需要的脉冲序列，经驱动电源放大后使步进电机工作，每个脉冲使步进电机沿给定方向转动一个固定的步距角，再通过凸轮或螺纹等机构使转角转换成位移量，带动阀心移动一定的距离。因此，根据步进电机原有的位置和实际走的步数，可使数字阀得到相应的开度。液压马达的主要性能参数(2/6)图5.53所示为脉宽调制式数字阀的使用原理。计算机发出的脉冲信号，经脉宽调制放大器放大后进入快速开关数字阀中的电磁铁，通过控制开关阀开启时间的长短来控制流量，在需要作两个方向运动的系统中要有两个快速开关数字阀分别控制不同方向的运动。4、7电液比例控制阀作用分类特点作用连续或按比例地随输入电气信号的变化而调节和控制液流压力、方向和流量。分类简化结构、降低精度的电液伺服阀按结构*比例电磁铁+普通液压阀外型与普通电磁铁相同，但吸力∝I比例压力阀按控制参数比例流量阀比例方向阀特点既具有结构简单，通用性强的特点，又具有伺服阀能远程、连续操纵优点，故而又称“廉价伺服阀”概述1.电机械转换器电―机械转换器是比例阀的控制部分，目前常用的形式有比例电磁铁、动圈式力马达、力矩马达、伺服电机和步进电机等五种。(1)比例电磁铁比例电磁铁是一种直流电磁铁，但和普通电磁阀用的电磁铁不同，它要求吸力（或位移）与输入电流成比例，并在衔铁的全部工作位置上，磁路中保持一定的气隙。按其输出位移的形式分有单向移动式和双向移动式两种。图5.54a所示为单向移动式比例电磁铁。线圈2通电后形成的磁路经壳体5、导向套12的右段、衔铁10后，分成两路：一路由导向套左段的锥端到轭铁1而产生斜面吸力；另一路直接由衔铁的左段端面到轭铁而产生表面吸力。其合力即为比例电磁铁的输出力（吸力），其特性如图5.54b所示。在图5.54b中，特性曲线分为三段，在气隙很小的区段上，吸力虽大，但随位置的改变而急剧变化；而在气隙较大的区段上，吸力明显下降；吸力随位置变化较小的区段是比例电磁铁的工作区段。由于在此区段内具有基本水平的位移—力特性，所以改变线圈中的电流，即可在衔铁上得到与其成比例的吸力。如在衔铁左侧加一弹簧9，便可得到与电流成正比的位移。比例电磁铁(2/4)图5.55所示为双向移动式比例电磁铁。它由两个单向直流比例电磁铁相对组合而成。比例电磁铁(3/