第四章：压力控制阀

第三节：压力控制阀在液压传动系统中,控制油液压力高低的液压阀称之为压力控制阀,简称压力阀。这类阀的共同点是利用作用在阀芯上的液压力和弹簧力相平衡的原理来进行工作的，平衡状态破坏时，其结果不是改变阀口的大小就是改变阀口的开闭。根据压力阀作用的不同，压力控制阀分为：1：用来控制液压系统压力的阀，比如溢流阀、减压阀。2：利用压力变化作为信号来控制其它元件动作的阀，比如顺序阀和压力继电器。一：溢流阀的基本结构及其工作原理溢流阀的作用是对液压系统定压或进行安全保护。其性能好坏对整个液压系统的正常工作有很大影响。（一）溢流阀的结构和工作原理常用的溢流阀按其结构形式和基本动作方式为直动式和先导式两种，共同的特点是溢流阀不工作时，阀口常闭的。1：直动式溢流阀直动式溢流阀是依靠系统中的压力油直接作用在阀芯上与弹簧力相平衡，来控制阀芯的启闭。假设进油口压力为p，出油口压力p2=0，弹簧刚度为ks，预压缩量为xc，阀芯下端液体作用的有效面积为AR，液体的压力为p3。液体的作用力为F1弹簧力为Fs，在不虑阀芯上的摩擦力、液动力以及阀芯的自重时，阀芯的工作位置就由F1和Fs来决定。PT1）当进油口压力小于调定压力时（p（ksxc)/AR)这时由于F1=p*ARksxc，阀芯处于最下端，阀口关闭，进出油口不通，溢流阀不起作用。2）当进油口压力接近于调定压力时（p=ksxc/AR)这时由于p*AR=ksxc，阀芯仍处于最下端，阀口关闭，进出油口不通，溢流阀处于临界状态。3）当进油口压力等于调定压力时（pksxc/AR)这时由于p*ARksxc，阀芯上移，阀口打开，弹簧压缩量增大，直到p*AR=ks(xc+x)时，阀芯处于平衡状态，这时进油口压力就等于：P=ks(xc+x)/AR由于xcx，近似认为xc+x≈xcP=ksxc/AR使进油口压力保持不变4）特点（1）溢流阀不工作时阀口是常闭的，进出油口不通。（2）溢流阀是利用进油口的压力作为控制信号来改变弹簧的压缩量，从而改变阀口的通流面积和系统的溢流量来达到定压目的的。也就是说：控制阀芯运动的压力油来至进油口。（3）溢流阀是控制进油口的压力为调定值或限制最大值（4）溢流阀阀口只要打开有液体流过，溢流阀进油口的压力就等于调定值而不变。（5）溢流阀的出油口接油箱，因此泄漏油液采用内泄泄方式流回油箱。（6）当出油口压力不等于零时，溢流阀阀口只要打开并有液体流过，进油口的压力就等于：p进=p调定值+p出油口2先导式溢流阀所谓先导型压力控制，是指控制系统中有大、小两个阀芯，小阀芯为先导阀芯，大阀芯为主阀芯，并相应形成先导级和主级两个压力调节回路，如图所示是先导式溢流阀的结构原理图，假设进油口的压力为p1，出油口的压力为pT，油腔b内的压力为p2，油腔c内的压力为pT，液体流过阻尼孔3时产生的压力损失为Δp1b腔内液体作用在阀芯2上的有效面积为AR，c腔内液体作用在阀芯2上的有效面积为A2，k腔内液体作用面积为A3，弹簧5的弹簧刚度为k2，预压缩量为x2,弹簧1的刚度为k1，预压缩量为x1，阀芯受力如图所示，这里F1=P2ARF2=k1x1+PTA2F3=P2A3F4=k2x2F=p1AR在不考虑摩擦力、液动力及阀芯自重时，阀芯的工作位置就有这五个力来决定，当pT=0时ΔF=F-F1-F2=p1AR-P2AR-k1x1=(p1-P2)AR-k1x1=Δp1AR-k1x11：当进油口压力小于调定压力时（p(k2x2/A3)时由于F3=P2A3(k2x2/A3)/A3则F3F4，先导阀打不开，这时流过阻尼孔3内的压力损失Δp1=0p1=p2主阀芯在弹簧1的作用处于最下端，阀口关闭进出油口不通。2：当进油口压力等于调定压力时（p(k2x2/A3)时由于F3=P2A3(k2x2/A3)/A3则F3F4，先导阀打开，这时流过过阻尼孔3内液体的压力损失Δp10p1p2FF1+F2主阀芯上移，主阀口打开，直到某一位置，作用在阀芯上的力相互平衡。则：F=F1+F2F3=F4P1AR=P2AR+k1x1P2A3=k2x2P1=k2x2/A3+k1x1/AR由于k1比较小k1x1/AR≈0P1≈k2x2/A3从而使进油口压力保持在调定值不变。3：当出油口压力PT不等于零时当出油口压力等于PT时，这时进油口压力等于多少？P1=k2x2/A3+k1x1/AR+PTP1=k2x2/A3+PTPT4：远程控制口当控制油口K处的压力为P”先导阀的调定压力为PT时1）当P”PT时，进口压力最大等于多少？P=P1=P”2）当P”PT时，进口压力最大等于多少？P=PT由此可以看出要想使远程控制口起作用，远程控制口控制的压力必须小于先导阀调定的压力。（三）溢流阀的性能溢流阀的性能主要包括溢流阀的静态特性和动态特性1：静态特性：（1）压力调节范围：压力调节范围是指调压弹簧在规定的范围内调节时，系统压力能平稳地上升或下降，且压力无突跳及迟滞现象时的最大值和最小值。（2）启闭特性启闭特性是指溢流阀在稳态情况下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。它是衡量溢流阀定压精度的一个重要指标。（3）卸荷压力当溢流阀的远程控制口K与油箱相连时，在额定流量下产生的压力损失称为卸荷压力。（四）溢流阀的作用1：保持系统压力基本恒定的溢流作用：特点：系统正常工作时，溢流阀阀口打开，有一定的流量流过溢流阀阀口。2：防止系统过载的安全作用：特点：系统正常工作时，溢流阀阀口常闭，进出油口断开，无液体通过。3：利用溢流阀远程控制口的卸荷作用：特点：溢流阀远程控制口通过换向阀直接与油箱相通，溢流阀进油口的压力近似等于零。4：溢流阀装在执行元件的回油路上起背压作用：特点：溢流阀装在执行元件的回油路上，溢流阀出油口并且与油箱相通。二、减压阀减压阀的作用是：使部分回路获得一个比主油路压力低的而且是一个稳定的压力。其方法是：在需要减压的油路的进口串联一个减压阀。根据减压阀所控制的压力不同，它可分为定值输出减压阀、定差减压阀和定比减压阀。（一）：定值输出减压阀1：工作原理：如图是定值输出减压阀的工作原理图。（1）当进油口无压力油进入时如图所示，先导阀阀芯在调压弹簧作用下处于最左端，先导阀阀口关闭，主阀芯在复位弹作用下处于最下端，减压阀主阀口开度最大，由此我们可以得出：减压阀不工作时，阀口常开，进出油口相互连通。（2）当进油口有压力油进入时如图示F=P2ARF1=P3ARF2=ksxcF3=P3A1F4=ktxt1）当出油口的压力小于减压阀的调定压力时:由于：F3F4先导阀关闭，阻尼孔ΔP=0P2=P3F=F1主阀芯在复位弹簧作用下处于最下端阀口开的最大，减压阀处于不工作状态，进出油口压力相等。2）当出油口的压力等于减压阀的调定压力时由于：F3F4先导阀阀口打开，阻尼孔压力损失ΔP0，从而使P2P3FF1+F2主阀芯在F、F1、F2作用下向上移动，主阀口开度xR减小，并在某一开口下处于平衡P2AR=P3AR+ksxcP3A1=ktxt从而使出油口的压力保持在调定值不变。112AxkAxkAxkpttRcstt3）当减压阀进油口的压力大于减压阀调定压力，而出油口不输出压力油时由于：F3F4先导阀阀口打开，阻尼孔压力损失ΔP0，从而使P2P3FF1+F2主阀芯在F、F1、F2作用下向上移动，主阀口开度xR达到最小，但是，由于阻尼孔内一直有液体流过从而使出油口压力保持在调定值不变（3）减压阀与溢流阀比较1）溢流阀不工作时阀口是常闭的，减压阀不工作时阀口是常开的。2）溢流阀控制阀芯运动的压力油来至进油口，减压阀控制阀芯运动的压力油来至出油口。3）溢流阀是控制进油口的压力为调定值或限制最大值，减压阀是控制出油口压力为调定值。4）由于溢流阀出油口接油箱，因此弹簧腔内的油采用内泄方式流回油箱。而减压阀出油口接执行元件，因此弹簧腔内的油采用外泄方式流回油箱。三、顺序阀顺序阀是利用回路中压力的变化来控制系统中各执行元件动作的先后顺序。根据控制压力的不同，顺序阀分为内控式和外控式两种，所谓内控式顺序阀就是指控制阀芯的压力油来自进口，外控顺序阀就是控制阀芯的压力油来自阀以外的控制油路。此外根据结构形式的不同，顺序阀又分为直动式和先导式两种，直动式顺序阀一般用于低压系统，先导式顺序阀一般用于高压系统，下面我们就来分析顺序阀的工作原理1：内控直动式顺序阀如图示是一个内控式顺序阀的原理图和职能符号，当进油口无压力油进入时，顺序阀的阀口关闭，即：顺序阀不工作时阀口常闭。当进油口有压力油进入时，如果进油口的压力小于调定压力时，顺序阀阀口关闭，进,出油口不通，如果进油口的压力大于调定压力时，顺序阀阀口打开，进出油口相通,这时,出油口的压力由负载决定，可以大于或小于顺序阀的调定压力。2：外控直动式顺序阀如图示是一个外控式顺序阀的原理图和职能符号，当控制油口K无压力油进入时，顺序阀的阀口关闭，即：顺序阀不工作时阀口常闭。当控制油口K有压力油进入时，如果控制油口K的压力小于调定压力时,顺序阀阀口关闭，进出油口不通，如果控制油口K的压力大于调定压力时,顺序阀阀口打开,进出油口相通，这时，出油口的压力由负载决定。可以大于或小于顺序阀的调定压力。3：先导式顺序阀如图示是一个先导式顺序阀的原理图和职能符号，它的工作原理和先导式溢流阀完全相同，所不同的是，由于顺序阀出油口接执行元件，为此通过先导阀阀口的压力油要通过外部油孔流回油箱，这种方式就叫外泄式。同样，当顺序阀阀口打开时，出油口的压力由负载决定，可以大于或小于顺序阀的调定压力。4：顺序阀与溢流阀的比较(1)溢流阀的进口压力在通流状态下基本保持不变.而顺序阀在通流状态下其进口压力由出口压力而定，如果出口压力小于顺序阀调定压力时，顺序阀的进口压力就等于顺序阀的调定压力，如果出口压力大于顺序阀的调定压力时，顺序阀的进口压力就等于顺序阀的出口压力，(2)溢流阀为内泄漏，而顺序阀需单独引出泄漏通道，为外泄漏。(3)溢流阀的出口必须回油箱，顺序阀出口一般接负载，但是也可以接油箱。四、压力继电器压力继电器是一种将压力信号转换成电信号的电液控制元件，如图所示：是一个压力继电器的结构图和职能符号图。当进油口无压力油时,压力继电器的常闭触头闭合,常开触头断开，当进油口有压力油进入时，如果进油口的压力小于调定压力，压力继电器不动作，仍保持原始状态。当进油口的压力上升到继电器的调定压力时，柱塞1向上移动，杠杆2压下微动开关4，从而使常闭触头断开,常开触头闭合，这样就发出一个电信号，来控制其它电器元件动作。