41液压控制元件

第5章液压控制元件•5.1液压控制元件的概述•5.2方向控制阀•5.3压力控制阀•5.4流量控制阀•5.5比例阀、插装阀、叠加阀和电液数字控制阀5.1液压控制元件的概述•液压控制元件也叫液压控制阀(液压阀)。其作用是控制和调节液压系统中液体流动的方向、压力的高低、流量的大小，以满足执行元件的工作要求。•5.1.1对液压控制阀的基本要求•各类液压控制阀均是用来满足执行元件(结构)所提出的流量、速度、变向的需要，因此对液压控制阀的共同要求是:•1)动作灵敏、性能好、工作可靠、冲击振动和噪声小;•2)油液通过阀时的液压损失要小;•3)密封性能好;•4)结构简单、紧凑，体积小，质量轻，安装、维修、调整方便，成本低廉，通用性好，寿命长。下一页返回5.1液压控制元件的概述•5.1.2液压控制阀的分类•1.按照用途分类•按用途，液压控制阀可分为方向控制阀(如单向阀、换向阀等)、压力控制阀(如溢流阀、减压阀、压力继电器等)和流量控制阀(如节流阀、调速阀等)。•2.按照操纵方法分类•按照不同的操纵方法液压控制阀分为手动式、机动式、电动式、滚动式和电液联合动作式等多种形式。•3.按照安装方式分类•按安装方式液压控制阀可分为管式(螺纹式)和板式两种。返回上一页5.2方向控制阀•方向控制阀(简称方向阀)，用来控制液压系统的油流方向，接通或断开油路，从而控制执行机构的启动、停止或改变运动方向。•方向控制阀分为单向阀和换向阀两大类。•5.2.1单向阀•1.普通单向阀•(1)结构工作原理•普通单向阀(简称单向阀)亦称止回阀或逆止阀。这类阀的作用是使油液的流动只能从一个方向通过它，反向则不能通过。•单向阀按其结构的不同，有钢球密封式直通单向阀(如图5-1所示)、锥阀芯密封式直通单向阀(如图5-2所示)和直角式单向阀(如图5-3所示)三种形式。不管哪种形式，其工作原理都相同。下一页返回5.2方向控制阀•(2)职能符号•图5-4(a)为单向阀单独使用时的职能符号;图5-4(b)为单向阀与其他阀(如节流阀、顺序阀、减压阀、调速阀等)组合使用时的职能符号。•2.液控单向阀•液控单向阀的结构如图5-5所示。它与普通单向阀相比，增加了一个控制油口K，控制活塞通过顶杆，打开单向阀的阀芯。•液控单向阀具有良好的密封性能，常用于保压和锁紧回路。使用液控单向阀时应注意以下几点:•(1)必须保证有足够的控制压力，否则不能打开液控单向阀。一般来讲，控制油口的油液压力最小不应低于主油路压力的30%~50%。•(2)当液控单向阀阀芯复位时，控制油腔中的油液必须流回油箱。下一页返回上一页5.2方向控制阀•(3)要防止空气侵入到液控单向阀控制油路，避免引起动作不可靠。•(4)作充油阀使用时，应保证开启压力低、流量大。•(5)如果采用内泄式液控单向阀，必须保证逆流出口侧不能产生影响控制活塞动作的高压，否则控制活塞容易反向误动作。如果不能避免这种高压，则应采用外泄式液控单向阀。•3.单向阀的应用•普通单向阀常与某些阀组合成一体，成为组合阀或复合阀，如单向顺序阀(平衡阀)、可调单向节流阀、单向调速阀等。为防止系统逆回液压力冲击液压泵，常在泵的出口处安置有普通单向阀，以保护泵。为提高液压缸的运动平稳性，在液压缸的回油路上设有普通单向阀，作备压阀使用，使回油产生备压，以减小液压缸的前冲和爬行现象。下一页返回上一页5.2方向控制阀•液控单向阀未通控制油时具有良好的反向密封性能，常用于保压、锁紧和平衡回路，作立式液压缸的支承阀。一旦通入控制油，则可形成良好的油液通路。•5.2.2换向阀•换向阀的作用是利用阀芯和阀体相对位置的改变，来控制各油口的通断，从而控制执行元件的换向和启停。换向阀的种类很多，其分类见表5-1。•1.换向阀的工作原理•图5-6为换向阀的工作原理图。图示状态下，液压缸两腔不通压力油，活塞处于停止状态。下一页返回上一页5.2方向控制阀•表5-2列出了几种常用换向阀的结构原理和图形符号。换向阀图形符号的含义如下:•(1)方格数表示换向阀的阀芯相对于阀体所具有的工作位置数，二格即二位，三格即三位。•(2)方格内的箭头表示两油口连通，但不表示流向，符号“┴”和“T”表示此油口不连通。箭头、箭尾及不连通符号与任何一方格的交点数表示油口通路数。•(3)P表示压力油的进口，T表示与油箱相连的回油口，A和B表示连接其他油路的油口。•(4)三位阀的中间方格和二位阀靠近弹簧的方格为阀的常态位置。在液压系统图中，换向阀的符号与油路的连接一般应画在常态位置上。下一页返回上一页5.2方向控制阀•2.换向阀的滑阀机能•当换向阀处于常态位置时，阀的各油口的连通方式称为滑阀机能。由于三位换向阀的常态中间位置，因此，三位换向阀的滑阀机能又叫中位机能。不同机能的三位阀，阀体通用，仅阀芯台肩结构、尺寸及内部孔情况有区别。三位四通换向阀中位机能见表5-3。•3.几种常用的换向阀•(1)机动换向阀•机动换向阀又称行程换向阀。这类换向阀的工作原理是依靠安装在执行元件上的行程挡块(或凸轮)推动阀芯实现换向的。•图5-7(a)是二位四通机动换向阀的结构图。图5-7(b)是该阀的职能图形符号。下一页返回上一页5.2方向控制阀•(2)电动换向阀•电动式换向阀一般采用电磁铁的吸力作为移动阀芯的动力，所以该类换向阀也叫电磁阀。图5-8是二位三通电磁阀的结构图和职能符号图。该阀由电磁铁(左半部分)和滑阀(右半部分)两部分组成。•(3)液动换向阀•利用控制油路的压力油推动阀芯改变位置的阀叫液动换向阀。图5-9(a)所示为三位四通液动换向阀。该三位四通液动换向阀的职能图形符号如图5-9(b)所示。•(4)电液换向阀•电液换向阀既能实现换向平稳，又能用较小的电磁铁控制大流量的液流，方便实现自动控制，在大流量液压系统中宜采用电液换向阀换向。下一页返回上一页5.2方向控制阀•图5-10(a)所示为弹簧对中型三位四通电液换向阀的结构，图5-10(b)为该阀的详细职能符号图，图5-10(c)为简化职能符号图。•(5)手动换向阀•手动换向阀是采用人工扳动操纵杆的方法来改变阀芯位置实现换向的，图5-11所示为手动换向阀的结构和职能符号图。•(6)手动多路换向阀•多路换向阀是一种集中布置的组合式手动换向阀，常用于工程机械等要求集中操纵多个执行元件的设备中。多路换向阀的组合方式有并联式、串联式和顺序单动式三种，符号如图5-12(a)、(b)、(c)所示。下一页返回上一页5.2方向控制阀•4.换向阀的一般应用•(1)利用换向阀实现执行元件换向;•(2)利用换向阀锁紧液压缸;•(3)利用换向阀卸荷。•图5-13(a)所示采用三位四通M型换向阀，可以实现液压缸所要求的换向。如图5-13(b)所示采用H型换向阀，不但可以使液压泵卸荷，而且还能使整个系统处于卸荷状态。•5.2.3方向控制阀的常见故障及排除方法•表5-4列出单向控制阀的常见故障及排除方法，表5-5列出换向控制阀的常见故障及排除方法。返回上一页5.3压力控制阀•压力控制阀对液体压力进行控制或利用压力作为信号来控制其他元件动作，以满足执行元件对力、速度、转矩等的要求。压力控制阀按照其功能和用途不同可分为溢流阀、减压阀、顺序阀、压力继电器等。这类阀的共同特点是利用作用在阀芯上的液压作用力和弹簧力相平衡的原理来进行工作的。•5.3.1溢流阀•溢流阀是通过阀口对液压系统相应液体进行溢流，调定系统的工作压力或者限定其最大工作压力，防止系统工作压力过载。•对溢流阀的主要要求是静态、动态特性好。静态特性是指压力一流量特性好。动态特性是指突加外界干扰后，工作稳定、压力超调量小、溢流响应快。返回下一页5.3压力控制阀•在液压系统中常用的溢流阀有直动型和先导型两种。•1.直动式溢流阀•图5-14(a)所示为P型直动式低压溢流阀结构，图5-14(b)为该阀的职能符号。•溢流阀的原理是通过溢流的方法，使入口压力稳定为常值。来自泵的油液，从进油口P经阀芯4的径向孔e、轴向小孔f进入阀芯4下端的敏感腔d，并对阀芯产生向上的推力。进油压力较低、向上的推力还不足以克服弹簧2的作用时，阀芯处于最下端位置，阀口关闭，溢流阀不起任何作用。一旦进口油压增高，d腔的油压同时也等值增高。当其油压增高到大于弹簧2的作用力时，阀芯被顶起，并停止在某一平衡位置上。返回下一页上一页5.3压力控制阀•这时P口、O口接通，油液从回油口O排回油箱，实现溢流，使阀入口处油压不再增高，且与此时的弹簧相平衡，为某一确定的常值，这就是定压原理。•如溢流阀入口压力为一初始定值P1，当入口油压突然升高时，d腔油压也等值、同时升高，这样就破坏了阀芯初始的平衡状态，阀芯上移至某一新的平衡位置，阀口开度加大，将油液多放出去一些，因而使瞬时升高的入口油压又很快降了下来，并基本上回到原来的数值上。反之，当入口油压突然降低(但仍然大于阀的开启压力)时，d腔油压也等值、同时降低，于是阀芯下移至某一新的平衡位置，阀口开度减少，使油液少流出去一些，从而使入口油压又升上去，即基本上又回升到原来的数值上。这就是直动式溢流阀的稳压过程。返回下一页上一页5.3压力控制阀•由上述定压、稳压的过程不难看出，调节螺母1可以改变弹簧2的预紧力，就能改变阀入口的油液的压力值。故溢流阀弹簧的调定(调整)压力就是溢流阀入口压力的调定值。•直动型溢流阀也有作成锥阀型或球形阀型的，其工作原理相同。直动型溢流阀采取适当的措施后，也可用于高压、大流量场合。•2.先导型溢流阀•先导型溢流阀由主阀和先导阀两部分组成。主阀有各种形式，按其阀芯配合形式不同，可分为滑阀式结构(一级同心结构)、二级同心结构和三级同心结构。常见的有Y型、Y1型中、低压溢流阀和YF型、Y2型、DB型、DBW型、YF3型等中、高压溢流阀。返回下一页上一页5.3压力控制阀•(1)Y型(先导型)中、低压溢流阀•图5-15(a)所示为Y型溢流阀的结构图，图5-15(b)为先导型溢流阀的职能图形符号。Y型溢流阀的调压范围是0.5~6.3MPa。•(2)Y2型(先导型)中、高压溢流阀•Y2型(先导型)中、高压溢流阀是中、高压新系列标准的液压阀，图5-16为它的结构图。Y2溢流阀的连接形式也分为管式和板式两种。另外，板式和管式都有一个远程控制口，平时用螺塞堵住。•(3)DB型溢流阀•DB型(先导型)溢流阀的结构原理如图5-17所示。它与Y2型溢流阀很相似，是力士乐系列产品。返回下一页上一页5.3压力控制阀•3.溢流阀的性能•溢流阀的性能包括溢流阀的静态性能和动态性能，静态性能指溢流阀在稳定工况下(即系统压力没有突变时)溢流阀所控制的压力流量特性。•(1)压力调节范围•溢流阀的最大允许流量为其额定流量，在额定流量下工作时溢流阀应无噪声。溢流阀的最小稳定流量取决于它的压力平稳性要求，一般规定为额定流量的15%。•(2)启闭特性•它是衡量溢流阀定压精度的一个重要指标，一般用溢流阀开始溢流时的开启压力pK以及停止溢流的闭合压力pB与额定流量下的调定压力pS的比值pK/pS、pB/pS的百分率来衡量。返回下一页上一页5.3压力控制阀•(3)卸荷压力•当溢流阀的远程控制口与油箱相通时，额定流量下的压力损失称为卸荷压力。卸荷压力越小，油液通过溢流阀开口处的损失越小，油液的发热量也越小。•4.溢流阀的一般应用•(1)作溢流阀用•在采用定量泵供油的液压系统中，由流量控制阀调节进入执行元件的流量，定量泵输出的多余油液则从溢流阀流回油箱。在工作过程中溢流阀口常开，系统的工作压力由溢流阀调整并保持基本恒定，如图5-19(a)所示的溢流阀。返回下一页上一页5.3压力控制阀•(2)作安全阀用•如图5-19(b)为一变量泵供油系统，执行元件速度由变量泵自身调节，系统中无多余油液，系统工作压力随负载变化而变化。•(3)作卸荷阀用•如图5-19(c)所示，将先导式溢流阀远程控制口K通过二位二通电磁阀与油箱连接。•(4)作背压阀用•如图5-19(a)所示的溢流阀2接在回油路上，可对回油产生阻力，即形成背压，利用背压可提高执行元件的运动平稳性。•4.先导式溢流阀的常见故障及排除方法•表5-6