第四章-液压阀

12液压阀的基本结构与原理液压控制阀在液压系统中被用来控制液流的压力、流量和方向，保证执行元件按照要求进行工作。属控制元件。•液压阀基本结构：包括阀芯、阀体和驱动阀芯在阀体内作相对运动的装置。驱动装置可以是手调机构，也可以是弹簧或电磁铁，有时还作用有液压力。•液压阀基本工作原理：利用阀芯在阀体内作相对运动来控制阀口的通断及阀口的大小，实现压力、流量和方向的控制。流经阀口的流量q与阀口前后压力差Δp和阀口面积A有关，始终满足压力流量方程；作用在阀芯上的力是否平衡则需要具体分析。3液压阀的分类•根据结构形式分类–滑阀滑阀为间隙密封，阀芯与阀口存在一定的密封长度，因此滑阀运动存在一个死区。阀口的压力流量方程q＝CdπDx(2Δp/ρ）1/24–锥阀锥阀阀芯半锥角一般为12°～20°，阀口关闭时为线密封，密封性能好且动作灵敏。阀口的压力流量方程q＝Cdπdxsinα(2Δp/ρ）1/25–球阀性能与锥阀相同，阀口的压力流量方程q＝Cdπdh0（x/R）(2Δp/ρ）1/26根据用途不同分类–压力控制阀用来控制和调节液压系统液流压力的阀类，如溢流阀、减压阀、顺序阀等。–流量控制阀用来控制和调节液压系统液流流量的阀类，如节流阀、调速阀、分流集流阀、比例流量阀等。–方向控制阀用来控制和改变液压系统液流方向的阀类，如单向阀、液控单向阀、换向阀等。7根据控制方式不同分类定值或开关控制阀被控制量为定值的阀类，包括普通控制阀、插装阀、叠加阀。比例控制阀被控制量与输入信号成比例连续变化的阀类，包括普通比例阀和带内反馈的电液比例阀。伺服控制阀被控制量与（输出与输入之间的）偏差信号成比例连续变化的阀类，包括机液伺服阀和电液伺服阀。数字控制阀用数字信息直接控制阀口的启闭，来控制液流的压力、流量、方向的阀类，可直接与计算机接口，不需要D/A转换器。8根据安装连接形式不同分类管式连接阀体进出口由螺纹或法兰与油管连接。安装方便。板式连接阀体进出口通过连接板与油管连接。便于集成。9插装式将阀芯、阀套组成的组件插入专门设计的阀块内实现不同功能。结构紧凑。叠加式是板式连接阀的一种发展形式。10液压阀的性能参数公称通径代表阀的通流能力的大小，对应于阀的额定流量。与阀的进出油口连接的油管应与阀的通径相一致。阀工作时的实际流量应小于或等于它的额定流量，最大不得大于额定流量的1.1倍。额定压力阀长期工作所允许的最高压力。对压力控制阀，实际最高压力有时还与阀的调压范围有关；对换向阀，实际最高压力还可能受它的功率极限的限制。11对液压阀的基本要求•动作灵敏，使用可靠，工作时冲击和振动要小。•阀口全开时，液流压力损失要小；阀口关闭时，密封性能要好。•所控制的参数（压力或流量）要稳定，受外界干扰时变化量要小。•结构紧凑，安装、调试、维护方便，通用性要好。12•方向控制阀用在液压系统中控制液流的方向。它包括单向阀和换向阀。–单向阀有普通单向阀和液控单向阀。–换向阀按操作阀芯运动的方式可分为手动、机动、电磁动、液动、电液动等。方向控制阀13普通单向阀普通单向阀是只允许液流一个方向流动，反向则被截止的方向阀。要求正向液流通过时压力损失小，反向截止时密封性能好。图形符号14•工作原理左端进油，压力油作用在阀芯左端，克服右端弹簧力使阀芯右移，阀口开启，油液从右端流出；若右端进油，压力油与弹簧同向作用，将阀芯紧压在阀座孔上，阀口关闭，油液被截止不能通过。正向开启压力只需（0.03～0.05）MPa，反向截止时为线密封，且密封力随压力增高而增大，密封性能良好。开启后进出口压力差（压力损失）为（0.2～0.3）MPa。15常被安装在泵的出口，一方面防止压力冲击影响泵的正常工作，另一方面防止泵不工作时系统油液倒流经泵回油箱。被用来分隔油路以防止高低压干扰。与其他的阀组成单向节流阀、单向减压阀、单向顺序阀等。安装在执行元件的回油路上，使回油具有一定背压。作背压阀的单向阀应更换刚度较大的弹簧，其正向开启压力为（0.3～0.5）MPa。普通单向阀的应用16单向阀在组合机床中的运用17液控单向阀18•工作原理–当控制油口pc不通压力油时，油液只能从p1→p2；–当控制油口pc通压力油时，正、反向油液均自由通过。–根据控制活塞上腔泄油方式不同分内泄式和外泄式。P1P2PcP2P1PcO19复式结构液控单向阀，单向阀芯内装有卸载小阀芯。控制活塞上行时先顶开小阀芯使主油路卸压，再顶开单向阀阀芯，其控制压力仅为工作压力的4.5％。没有卸载小阀芯的液控单向阀的控制压力为工作压力的40％～50％。20液控单向阀的应用用于保压回路21用于锁紧回路需要指出，控制压力油油口不工作时，应使其通回油箱，否则控制活塞难以复位，单向阀反向不能截止液流。22梭阀23•梭阀可看成是两个单向阀组合而成，这两个阀共用一个阀芯，两个进口1和3，一个出口2。•当进口1通高压，进口3通低压时，阀芯在压差作用下向右移动，1、2口连通；反之，2、3口连通。•梭阀通过阀芯的往复运动，始终与1、3口中压力较高着连通，因此梭阀又称为压力选择阀。24换向阀•换向阀是利用阀芯在阀体孔内作相对运动，使油路接通或切断而改变油液流动方向的阀。•换向阀的分类–按结构形式可分：滑阀式、转阀式、球阀式。–按阀体连通的主油路数分：两通、三通、四通等。–按阀芯在阀体内的工作位置分：两位、三位、四位等。–按操作阀芯运动的方式可分：手动、机动、电磁动、液动、电液动等。–按阀芯定位方式分：钢球定位式、弹簧复位式。•下面以滑阀式换向阀为例讲解其工作原理。25滑阀式换向阀的结构阀芯与阀体孔配合处为台肩，阀体孔内沟通油液的环形槽为沉割槽。阀体在沉割槽处有对外连接油口。26•阀芯台肩和阀体沉割槽可以是两台肩三沉割槽，也可以是三台肩五沉割槽。•当阀芯运动时，通过阀芯台肩开启或封闭阀体沉割槽，接通或关闭与沉割槽相通的油口。27位、通及图形符号28手动（机动）换向阀29•阀芯运动是藉助于机械外力实现的。其中，手动换向阀又分为手动和脚踏两种；机动换向阀则通过安装在运动部件上的撞块或凸轮推动阀芯。•特点是工作可靠。•根据阀芯的定位方式分为–弹簧钢球定位式–弹簧自动复位式30电磁换向阀31阀芯运动是藉助于电磁力和弹簧力的共同作用。电磁铁不得电，阀芯在右端弹簧的作用下，处于左极端位置（右位），油口p与A通，B不通；电磁铁得电产生一个电磁吸力，通过推杆推动阀芯右移，则阀左位工作，油口p与B通，A不通。电磁铁可以是直流，也可以是交流的。两位电磁阀有弹簧复位式（一个电磁铁）和钢球定位式（两个电磁铁）。32如果将两端电磁铁与弹簧对中机构组合，又可组成三位的电磁换向阀，电磁铁得电分别为左右位，不得电为中位（常位）。电磁吸力有限，电磁换向阀最大通流量小于100L/min。对液动力较大的大流量阀则应选用液动换向阀或电液换向阀。33电液换向阀34•电液换向阀是由电磁换向阀与液动换向阀组合而成，液动换向阀实现主油路的换向，称为主阀；•电磁换向阀改变液动阀控制油路的方向，称为先导阀。35电液换向阀工作原理要点为保证液动阀回复中位，电磁阀的中位必须是A、B、T油口互通。控制油可以取自主油路的p口（内控），也可以另设独立油源（外控）。采用内控时，主油路必须保证最低控制压力（0.3～0.5MPa)；采用外控时，独立油源的流量不得小于主阀最大通流量的15％，以保证换向时间要求。36电磁阀的回油可以单独引出（外排），也可以在阀体内与主阀回油口沟通，一起排回油箱（内排）。液动阀两端控制油路上的节流阀可以调节主阀的换向速度。37滑阀的中位机能38•三位的滑阀在中位时各油口的连通方式体现了换向阀的控制机能，称之为滑阀的中位机能。不同机能的滑阀，阀体是通用的，仅阀芯台肩的尺寸和形状不同。滑阀机能的应用：使泵卸载的有H、K、M型；使执行元件停止的有O、M型；使执行元件浮动的有H、Y型；使液压缸实现差动的有P型。39换向阀的性能•换向可靠性：换向信号发出后阀芯能灵敏地移到工作位置；换向信号撤除后阀芯能自动复位。同一通径的电磁阀，机能不同，可靠换向的压力流量范围不同，一般用工作极限曲线表示。•压力损失：包括阀口压力损失和流道压力损失。换向阀的压力损失除与通流量有关，还与阀的机能、阀口流动方向有关，一般不超过1MPa。40•内泄漏量：滑阀式换向阀为环形间隙密封，工作压力越高，内泄漏越大。泄漏不仅带来功率损失，而且引起油液发热。因此阀芯与阀体要同心，并要有足够的封油长度。•换向平稳性：就是要求换向时压力冲击要小。手动换向阀和电液换向阀可以控制换向时间来减小换向冲击。•换向时间和换向频率：交流电磁铁的换向时间约为0.03~0.15s，直流电磁铁的换向时间约为0.1~0.3s；换向频率为60~240次/min。41电磁球阀简介b42•特点对油液污染不敏感，换向性能好；密封性能好，最高压力可达63MPa；电磁吸力经杠杆放大后传给阀芯，推力大；使用介质的粘度范围大，可直接使用高水基、乳化液；加工装配工艺难度较大，成本较高。•应用：主要用在超高压小流量液压系统或作插装阀的先导阀。结构主要由左、右阀座、球阀、操作杆、杠杆、弹簧等组成。p口压力油除通过右阀座孔作用在球阀的右边外，还经过阀体上的通道b进入操纵杆的空腔并作用在球阀的左边，球阀所受轴向液压力平衡。43压力控制阀压力控制阀是用来控制液压系统中油液压力或通过压力信号实现控制的阀类。它包括溢流阀、减压阀、顺序阀、压力继电器。压力控制阀的基本工作原理：通过液压作用力与弹簧力进行比较来实现对油液压力的控制。调节弹簧的预压缩量即调节了阀芯的动作压力，该弹簧是压力控制阀的重要调节零件，称为调压弹簧。要掌握各种压力阀的结构原理及其应用。44溢流阀•按结构形式分–直动型溢流阀–先导型溢流阀45直动型溢流阀•结构原理•直动型溢流阀由阀芯、阀体、弹簧、上盖、调节杆、调节螺母等零件组成。•阀体上进油口旁接在泵的出口，出油口接油箱。46•原始状态：阀芯在弹簧力的作用下处于最下端位置，进出油口隔断。•工作时：进口油液经阀芯径向孔、轴向孔作用在阀芯底端面，当液压力等于或大于弹簧力时，阀芯上移，阀口开启，进口压力油经阀口溢回油箱。•此时阀芯受力平衡，阀口溢流满足压力流量方程。47阀口刚开启时阀芯受力平衡方程pkπD2/4=K（xo+L）阀口开启后阀芯受力平衡方程pπD2/4=K（xo+L+x）+Fs阀口开启后溢流的压力流量方程q=CπDx（2p/ρ）1/248直动型溢流阀工作原理要点对应调压弹簧一定的预压缩量xo，阀的进口压力p基本为一定值。由于阀开口大小x和稳态液动力Fs的影响，阀的进口压力随流经阀口流量的增大而增大。当流量为额定流量时阀进口压力ps最大，ps称为阀的调定压力。弹簧腔的泄漏油经阀内泄油通道至阀的出口引回油箱，若阀的出口压力不为零，则背压将作用在阀芯上端，使阀的进口压力增大。对于高压大流量的压力阀，要求调压弹簧具有很大的弹簧力，这样不仅使阀的调节性能变差，结构上也难以实现。49先导型溢流阀•结构组成它由先导阀和主阀组成。先导阀实际上是一个小流量直动型溢流阀，其阀芯为锥阀。主阀芯上有一阻尼孔，且上腔作用面积略大于下腔作用面积，其弹簧只在阀口关闭时起复位作用。•图形符号50先导型溢流阀工作原理要点先导阀和主阀阀芯分别处于受力平衡，其阀口都满足压力流量方程。阀的进口压力由两次比较得到，压力值主要由先导阀调压弹簧的预压缩量确定，主阀弹簧起复位作用。通过先导阀的流量很小，是主阀额定流量的1％，因此其尺寸很小，即使是高压阀，其弹簧刚度也不大。这样一来阀的调节性能有很大改善。主阀芯开启是利用液流流经阻力孔形成的压力差。阻力孔一般为细长孔，孔径很小φ=0.8~1.2mm，孔长l=8~12mm，因此工作时易堵塞，一旦堵塞则导致主阀口常开无法调压。先导阀前腔有一控制口，用于卸荷和遥控。51先导型溢流阀遥控口接法先导阀前腔有一遥控口，在该控制口接远程调压阀可实现远控，接电磁阀通回油箱可实现卸载。52远程调压阀（一般在工作台上）