[物理]第五章 液壓控制閥

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1、第5章 液壓控制閥 液壓控制閥液壓控制閥(簡(jiǎn)稱液壓閥簡(jiǎn)稱液壓閥)是液壓系統(tǒng)中的控制元件，用來(lái)控是液壓系統(tǒng)中的控制元件，用來(lái)控制液壓系統(tǒng)中流體的壓力、流量及流動(dòng)方向，以滿足液壓缸、制液壓系統(tǒng)中流體的壓力、流量及流動(dòng)方向，以滿足液壓缸、液壓馬達(dá)等執(zhí)行元件不同的動(dòng)作要求，它是直接影響液壓系統(tǒng)液壓馬達(dá)等執(zhí)行元件不同的動(dòng)作要求，它是直接影響液壓系統(tǒng)工作過(guò)程和工作特性的重要元器件。工作過(guò)程和工作特性的重要元器件。5.1 液壓閥概述 液壓閥的基本結(jié)構(gòu)主要包括閥芯、閥體和驅(qū)動(dòng)閥芯在閥體內(nèi)做相對(duì)運(yùn)動(dòng)的操縱裝置。在工作原理上，液壓閥是利用閥芯在閥體內(nèi)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)來(lái)控制閥口的通斷及開(kāi)口的大小，以實(shí)現(xiàn)壓力、流量和方向控

2、制。液壓閥工作時(shí)，所有閥的閥口大小、閥進(jìn)、出油口間的壓差以及通過(guò)閥的流量之間的關(guān)系都符合孔口流量公式(qKATpm)，只是各種閥控制的參數(shù)各不相同而已。5.1.1 液壓閥的基本結(jié)構(gòu)及工作原理液壓閥的基本結(jié)構(gòu)及工作原理(1)根據(jù)在液壓系統(tǒng)中的功用可分為：方向控制閥、壓力控制閥和流量控制閥；(3)根據(jù)閥芯的結(jié)構(gòu)形式分為：(2)根據(jù)液壓閥的控制方式分為：(4)根據(jù)連接和安裝形式不同分為：定值或開(kāi)關(guān)控制閥、電液比例閥、伺服控制閥和數(shù)字控制閥。滑閥(或轉(zhuǎn)閥)類、錐閥類、球閥類。此外，還有噴嘴擋板閥類和射流管閥，管式閥、板式閥、疊加式閥和插裝式閥。液壓閥的分類方法很多，以至于同一種閥在不同的場(chǎng)合，因其著眼

3、點(diǎn)不同而有不同的名稱。下面介紹幾種不同的分類方法。5.1.3 液壓閥的性能參數(shù) 各種不同的液壓閥有不同的性能參數(shù)，其共同的性能參數(shù)如下：1.公稱通徑公稱通徑 公稱通徑代表閥的通流能力的大小，對(duì)應(yīng)于閥的額定流量。與閥進(jìn)、出油口相連接的油管規(guī)格應(yīng)與閥的通徑相一致。閥工作時(shí)的實(shí)際流量應(yīng)小于或等于其額定流量，最大不得大于額定流量的1.1倍。2.額定壓力額定壓力 額定壓力是液壓閥長(zhǎng)期工作所允許的最高工作壓力。對(duì)于壓力控制閥，實(shí)際最高工作壓力有時(shí)還與閥的調(diào)壓范圍有關(guān)；對(duì)于換向閥，實(shí)際最高工作壓力還可能受其功率極限的限制。5.1.4 對(duì)液壓閥的基本要求 (1)動(dòng)作靈敏、使用可靠，工作時(shí)沖擊和振動(dòng)小、噪聲小、

4、使用壽命長(zhǎng)；(2)流體通過(guò)液壓閥時(shí)，壓力損失?。婚y口關(guān)閉時(shí)，密封性能好，內(nèi)泄漏小，無(wú)外泄漏；(3)所控制的參量(壓力或流量)穩(wěn)定，受外部干擾時(shí)變化量??；(4)結(jié)構(gòu)緊湊，安裝、調(diào)整、使用、維護(hù)方便，通用性好。液壓系統(tǒng)對(duì)液壓閥的基本要求如下：5.2 方向控制閥 方向控制閥是用來(lái)使液壓系統(tǒng)中的油路通斷或改變油液的流動(dòng)方向，從而控制液壓執(zhí)行元件的啟動(dòng)或停止，改變其運(yùn)動(dòng)方向的閥類。如單向閥、換向閥、壓力表開(kāi)關(guān)等。(a)鋼球式直通單向閥 (b)錐閥式直通單向閥(c)詳細(xì)符號(hào) (d)簡(jiǎn)化符號(hào) 圖5.1 直通式單向閥1.普通單向閥(簡(jiǎn)稱單向閥)圖圖5.25.2為板式連接的直角式單為板式連接的直角式單向閥。在該

5、閥中，液流從向閥。在該閥中，液流從P P1 1口流口流入，頂開(kāi)閥芯后，直接經(jīng)閥體的入，頂開(kāi)閥芯后，直接經(jīng)閥體的鑄造流道從鑄造流道從P P2 2口流出，壓力損失口流出，壓力損失小，而且只要打開(kāi)端部螺塞即可小，而且只要打開(kāi)端部螺塞即可對(duì)內(nèi)部進(jìn)行維修，十分方便。對(duì)內(nèi)部進(jìn)行維修，十分方便。圖5.2 直角式單向閥 液控單向閥是可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)逆向流動(dòng)的單向閥。液控單向閥有不帶卸荷閥芯的簡(jiǎn)式液控單向閥和帶卸荷閥芯的卸載式液控單向閥兩種結(jié)構(gòu)形式，如圖5.3所示。2.液控單向閥 圖5.3(a)所示為簡(jiǎn)式液控單向閥的結(jié)構(gòu)。圖5.3(b)所示為帶卸荷閥芯的卸載式液控單向閥。(a)簡(jiǎn)式液控單向閥 (b)卸載式液控單向閥

6、 (d)簡(jiǎn)化符號(hào)圖5.3 液控單向閥 液控單向閥具有良好的單向密封性能，常用于執(zhí)行元件需要較長(zhǎng)時(shí)間保壓、鎖緊等情況，也用于防止立式液壓缸停止時(shí)自動(dòng)下滑及速度換接等回路中。如圖5.4所示采用兩個(gè)液控單向閥(又稱雙向液壓鎖)的鎖緊回路。圖5.4 雙向液壓鎖的鎖緊回路 1、2液控單向閥 圖5.5是采用液控單向閥的鎖緊回路。在垂直設(shè)置的液壓缸下腔管路上安裝有一液控單向閥，可將液壓缸(即負(fù)載)較長(zhǎng)時(shí)間鎖定在任意位置上，并可防止由于換向閥的內(nèi)部泄漏引起帶有負(fù)載的活塞桿落下。1、2液控單向閥圖5.5 采用液控單向閥的鎖緊回路 5.2.2 換向閥 換向閥是利用閥芯和閥體間相對(duì)位置的不同來(lái)變換閥體上各主油口的通

7、斷關(guān)系，實(shí)現(xiàn)各油路連通、切斷或改變液流方向的閥類。換向閥的分類如下：按照換向閥的結(jié)構(gòu)形式，可分為滑閥式、轉(zhuǎn)閥式、球閥式和錐閥式。按照換向閥的操縱方式，可分為手動(dòng)、機(jī)動(dòng)、電磁控制、液動(dòng)、電液動(dòng)和氣動(dòng)。按照換向閥的工作位置和控制的通道數(shù)，分為二位二通、二位三通、二位四通、三位四通、三位五通等。按照換向閥的閥芯在閥體中的定位方式，又可分為鋼球定位、彈簧復(fù)位、彈簧對(duì)中等。滑閥式換向閥是液壓系統(tǒng)中用量最大，品種、名稱最復(fù)雜的一類閥。它主要由閥體、閥芯以及操縱和定位機(jī)構(gòu)組成。1.滑閥式換向閥1)滑閥式換向閥的結(jié)構(gòu)主體及工作原理 閥體和滑閥閥芯是滑閥式換向閥的結(jié)構(gòu)主體。閥體內(nèi)孔有多個(gè)沉割槽，每個(gè)槽通過(guò)相應(yīng)的

8、孔道與外部相通。閥體上與外部連接的主油口，稱為“通”，具有二個(gè)、三個(gè)、四個(gè)或五個(gè)主油口的換向閥稱為“二通閥”、“三通閥”、“四通閥”或“五通閥”?！巴ā焙汀拔弧笔菗Q向閥的重要概念，不同的“通”和“位”構(gòu)成了不同類型的換向閥。幾種不同的“通”和“位”的滑閥式換向閥主體部分的結(jié)構(gòu)形式和圖形符號(hào)見(jiàn)表5-1。表5-1 滑閥式換向閥主體部分的結(jié)構(gòu)形式名 稱 結(jié)構(gòu)原理圖 圖形符號(hào) 使用場(chǎng)合 二位二通閥 控制油路的接通與切斷(相當(dāng)于一個(gè)開(kāi)關(guān))二位三通閥 控制液流方向(從一個(gè)方向變換成另一個(gè)方向)名 稱 結(jié)構(gòu)原理圖 圖形符號(hào) 使用場(chǎng)合 二位四通閥 控制執(zhí)行元件換向 不能使執(zhí)行元件在任一位置處停止運(yùn)動(dòng) 執(zhí)行元件

9、正反向運(yùn)動(dòng)時(shí)回油方式相同 三位四通閥 能使執(zhí)行元件在任一位置處停止運(yùn)動(dòng) 二位五通閥 不能使執(zhí)行元件在任一位置處停止運(yùn)動(dòng) 執(zhí)行元件正反向運(yùn)動(dòng)時(shí)可以得到不同的回油方式 三位五通閥 能使執(zhí)行元件在任一位置處停止運(yùn)動(dòng) 二位四通滑閥式換向閥的工作原理如圖5.6所示。它是靠閥芯在閥體內(nèi)軸向運(yùn)動(dòng)，從而使相應(yīng)的油路接通或斷開(kāi)。圖5.6 換向閥工作原理(1)手動(dòng)換向閥。手動(dòng)換向閥是利用手動(dòng)杠桿等機(jī)構(gòu)來(lái)改變閥芯和閥體的相對(duì)位置，從而實(shí)現(xiàn)換向的閥類。閥芯定位靠鋼球、彈簧，使其保持確定的位置。圖5.7(b)所示為彈簧自動(dòng)復(fù)位式三位四通手動(dòng)換向閥的結(jié)構(gòu)及圖形符號(hào)。2)滑閥式換向閥的操縱方式(a)鋼球定位式的結(jié)構(gòu)及符號(hào)

10、圖5.7 三位四通手動(dòng)換向閥1手柄 2閥體 3閥芯 4彈簧 5鋼球(b)彈簧自動(dòng)復(fù)位式的結(jié)構(gòu)及符號(hào) 機(jī)動(dòng)式換向閥是依靠安裝在運(yùn)動(dòng)部件上的液壓行程擋塊或凸輪推動(dòng)閥芯從而實(shí)現(xiàn)換向的閥類，常用來(lái)控制機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件的行程，故又稱行程換向閥。圖5.8(a)、(b)是二位二通機(jī)動(dòng)換向閥的結(jié)構(gòu)圖和圖形符號(hào)。圖5.8 二位二通機(jī)動(dòng)換向閥1滾輪 2閥芯 3閥體 4彈簧(2)機(jī)動(dòng)換向閥 電動(dòng)換向閥又稱為電磁換向閥，它是利用電磁鐵通電吸合后產(chǎn)生的吸力推動(dòng)閥芯動(dòng)作來(lái)改變閥的工作位置。電磁換向閥的電磁鐵按所使用電源不同可分為交流型和直流型；按銜鐵工作腔是否有油液又可分為“干式”和“濕式”電磁鐵。(3)電動(dòng)換向閥 圖5.9

11、所示為交流式二位三通電磁換向閥，閥的左部也可安裝直流型或交流本整型電磁鐵。圖5.9 交流干式二位三通電磁換向閥c1閥體 2閥芯 3，7彈簧 4，8彈簧座 5推桿 6O形圈 9后蓋 圖5.10所式為直流濕式三位四通電磁換向閥。(a)圖5.10 直流濕式三位四通電磁換向閥1電磁鐵 2推桿 3閥芯 4彈簧 5擋圈(b)液動(dòng)換向閥是利用控制油路的壓力在閥芯端部所產(chǎn)生的液壓作用力來(lái)推動(dòng)閥芯移動(dòng)，從而改變閥芯位置的換向閥。(4)液動(dòng)換向閥(a)換向時(shí)間不可調(diào)式液動(dòng)換向閥 圖5.11 三位四通液動(dòng)換向閥(b)換向時(shí)間可調(diào)式液動(dòng)換向閥 1單向閥鋼球 2節(jié)流閥閥芯 電液動(dòng)換向閥由電磁換向閥和液動(dòng)換向閥組合而成。

12、其中，液動(dòng)換向閥實(shí)現(xiàn)主油路的換向，稱為主閥；電磁換向閥用于改變液動(dòng)換向閥的控制油路的方向，推動(dòng)液動(dòng)換向閥閥芯移動(dòng)，稱為先導(dǎo)閥。電液換向閥有彈簧對(duì)中和液壓對(duì)中兩種形式。圖5.12所示為彈簧對(duì)中電液換向閥的結(jié)構(gòu)原理和圖形符號(hào)。(5)電液動(dòng)換向閥圖5.12 彈簧對(duì)中電液換向閥的結(jié)構(gòu)原理 三位四通和三位五通換向閥，滑閥在中位時(shí)各油口的連通方式稱為滑閥機(jī)能(也稱中位機(jī)能)。不同的滑閥機(jī)能可滿足系統(tǒng)的不同要求。表5-2中列出了三位閥常用的10種滑閥機(jī)能，而其左位和右位各油口的連通方式均為直通或交叉相通，所以只用一個(gè)字母來(lái)表示中位的形式。不同的滑閥機(jī)能是在閥體尺寸不變的情況下，通過(guò)改變閥芯的臺(tái)肩結(jié)構(gòu)、軸向尺

13、寸以及閥芯上徑向通孔的個(gè)數(shù)得到的。3)滑閥機(jī)能表5-2 三位換向閥的滑閥機(jī)能滑閥機(jī)能 中位時(shí)的滑閥狀態(tài) 中位符號(hào) 中位時(shí)的性能特點(diǎn) 三位四通 三位五通 O 各油口全部關(guān)閉，系統(tǒng)保持壓力，執(zhí)行元件各油口封閉 H 各油口P、T、A、B全部連通，泵卸荷，執(zhí)行元件兩腔與回油連通 Y A、B、T口連通，P口保持壓力，執(zhí)行元件兩腔與回油連通滑閥機(jī)能 中位時(shí)的滑閥狀態(tài) 中位符號(hào) 中位時(shí)的性能特點(diǎn) 三位四通 三位五通 J P口保持壓力，缸A口封閉，B口與回油口T連通 C 執(zhí)行元件A口通壓力油，B口與回油口T不通 PP口與A、B口都連通，回油口T封閉K P、A、T口連通，泵卸荷，執(zhí)行元件B口封閉 滑閥機(jī)能 中位

14、時(shí)的滑閥狀態(tài) 中位符號(hào) 中位時(shí)的性能特點(diǎn) 三位四通 三位五通 X P、T、A、B口半開(kāi)啟接通，P口保持一定壓力 M P、T口連通，泵卸荷，執(zhí)行元件A、B兩油口都封閉 U A、B口接通，P、T口封閉，缸兩腔連通，P口保持壓力 三位換向閥除了在中間位置時(shí)有各種滑閥機(jī)能外，有時(shí)也把閥芯在其一端位置時(shí)的油口連通狀況設(shè)計(jì)成特殊機(jī)能，這時(shí)用第一個(gè)字母、第二個(gè)字母和第三個(gè)字母分別表示中位、右位和左位的滑閥機(jī)能，如圖5.13所示。(a)MP型 圖5.13 滑閥的特殊機(jī)能(b)NDO型 另外，當(dāng)換向閥從一個(gè)工作位置過(guò)渡到另一個(gè)工作位置，對(duì)各油口間通斷關(guān)系也有要求時(shí)，還規(guī)定和設(shè)計(jì)了過(guò)渡機(jī)能。這種過(guò)渡機(jī)能被畫在各工

15、作位置通路符號(hào)之間，并用虛線與之隔開(kāi)。如圖5.14(a)所示為二位四通滑閥的H形過(guò)渡機(jī)能，在換向時(shí)，P、A、B、T四個(gè)油口呈連通狀態(tài)，這樣可避免在換向過(guò)程中由于P口突然完全封閉而引起系統(tǒng)的壓力沖擊。如圖5.14(b)所示為O形三位四通換向閥的一種過(guò)渡機(jī)能。(a)一種二位四通換向閥的H形過(guò)渡機(jī)能 圖5.14 滑閥式換向閥的過(guò)渡機(jī)能(b)一種O形三位四通換向閥的過(guò)渡機(jī)能 從理論上講，滑閥式換向閥的閥芯只要克服與閥體的摩擦力以及復(fù)位彈簧的彈力就可移動(dòng)。然而實(shí)際上，由于閥芯幾何形狀的偏差以及閥芯與閥體的不同心，在中、高壓控制油路中，當(dāng)閥芯停止一段時(shí)間后或換向時(shí)，閥芯在操縱力作用下不移動(dòng)，或操縱力解除后

16、，復(fù)位彈簧不能使閥芯復(fù)位，這種現(xiàn)象稱為液壓卡緊現(xiàn)象。如圖5.15所示為閥芯所受徑向力不平衡的幾種情況：4)液壓滑閥的卡緊現(xiàn)象(a)(b)(c)圖5.15 閥芯徑向受力分析 徑向力不平衡問(wèn)題是一個(gè)普遍存在的現(xiàn)象，只能設(shè)法減小，而不可能完全消除。如圖5.16所示，為了減小徑向不平衡力，可在閥芯上開(kāi)環(huán)形均壓槽。圖5.16 滑閥閥芯環(huán)形槽的結(jié)構(gòu)2.轉(zhuǎn)閥式換向閥 轉(zhuǎn)閥式換向轉(zhuǎn)閥是通過(guò)操縱機(jī)構(gòu)使閥芯在閥體內(nèi)做相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)從而改變各油口通斷狀態(tài)的閥類。圖5.17 三位四通轉(zhuǎn)閥式換向閥l閥體 2閥芯 3手柄 4鋼球和彈簧 5限位銷 6、7撥叉 球式換向閥也稱電磁球閥，是一種以電磁鐵的推力為動(dòng)力，推動(dòng)鋼球運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)

17、油路通斷和切換的閥類。3.球式換向閥如圖5.18所示為常開(kāi)型二位三通電磁球式換向閥的結(jié)構(gòu)圖。1)電磁球式換向閥(a)結(jié)構(gòu)(b)符號(hào) 圖5.18 常開(kāi)型二位三通電磁球式換向閥1支點(diǎn) 2操縱桿 3杠桿4左閥座 5球閥 6右閥座 7彈簧 8電磁鐵 如圖5.19所示為常閉式二位三通電磁球式換向閥的結(jié)構(gòu)圖。與常開(kāi)式不同的是：它有兩個(gè)球閥，電磁鐵不通電時(shí)，P口封閉，A與T通。圖5.19 常閉式二位三通電磁球閥 液控球式換向閥是由兩種基本單元為基礎(chǔ)，通過(guò)插裝而集成的一種換向閥。如圖5.20所示的“常開(kāi)式二位二通液控球閥單元”和如圖5.21所示的“常閉式二位二通液控球閥單元”是液控球式換向閥的基本單元。它們是

18、利用控制油路中壓力pk的變化來(lái)改變球閥芯的位置，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)油路通斷關(guān)系的控制。2)液控球式換向閥(a)結(jié)構(gòu)(b)示意圖 圖5.20 常開(kāi)型二位二通液控球閥單元 l球閥芯 2導(dǎo)向套 圖5.21 常閉式二位二通液控球閥單元 1、2一球閥芯 如圖5.22所列為應(yīng)用四位四通液控球式換向閥控制液壓缸動(dòng)作原理圖。圖5.22 四位四通液控球式換向閥控制液壓缸動(dòng)作原理圖功 能 符 號(hào) 結(jié) 構(gòu) 二位二通 二位二通 四位三通 表5-3 由二位二通液控球閥單元組成的各種換向閥。功 能 符 號(hào) 結(jié) 構(gòu) 二位三通 二位三通 四位四通 二位四通 5.3 壓力控制閥 5.3.1 溢流閥溢流閥1.溢流閥的結(jié)構(gòu)和工作原理 1)

19、直動(dòng)式溢流閥(a)結(jié)構(gòu)(b)符號(hào) 圖5.23 直動(dòng)型溢流閥及圖形符號(hào)1調(diào)節(jié)桿；2調(diào)節(jié)螺母；3調(diào)壓彈簧；4鎖緊螺母；5上蓋；6閥體；7閥芯；8螺塞0vV()ConstK xSxpA(a)結(jié)構(gòu)圖 2)先導(dǎo)式溢流閥(b)圖形符號(hào)(c)局部放大圖圖5.24 DBD型直動(dòng)式溢流閥(插裝式)1偏流盤；2錐閥；3阻尼活塞；4調(diào)節(jié)桿；5調(diào)壓彈簧；6閥套；7閥座圖5.25 二節(jié)同心式溢流閥1主閥芯；2，3，4阻尼孔；5導(dǎo)閥閥座；6導(dǎo)閥閥體；7導(dǎo)閥閥芯；8調(diào)壓彈簧；9主閥彈簧；10閥體；11閥套 圖5.26 先導(dǎo)型溢流閥原理圖主閥芯和導(dǎo)閥閥芯的力平衡方程分別為：1122x0f()A pA pKxxGFc2cc0c

20、()A pKxx由上述兩式，可得溢流閥進(jìn)口壓力為：c21c0cx0f1c11()()KApxxKxxGFA AA圖5.27 先導(dǎo)式溢流閥工作原理圖5阻尼孔 6主閥閥芯 8主閥彈簧 9調(diào)壓彈簧2.溢流閥的主要性能1)靜態(tài)性能(1)壓力流量特性。圖5.28 溢流閥的壓力流量特性 壓力流量特性(pq特性)又稱溢流特性，表示溢流閥在某一調(diào)定壓力下工作時(shí)，溢流量的變化與閥進(jìn)口實(shí)際壓力的關(guān)系。(2)啟閉特性。圖5.29 溢流閥的啟閉特性 啟閉特性是指溢流閥在穩(wěn)態(tài)情況下，從閉合到完全開(kāi)啟，再?gòu)娜_(kāi)到閉合的過(guò)程中，被控壓力與通過(guò)溢流閥的溢流量之間的關(guān)系。啟閉特性可分為開(kāi)啟特性和閉合特性，一般用溢流閥穩(wěn)定工作時(shí)

21、的壓力流量特性來(lái)描述，如圖5.29所示。(3)壓力穩(wěn)定性(6)最大允許流量和最小穩(wěn)定流量。(5)內(nèi)泄漏量。(4)卸荷壓力。2)動(dòng)態(tài)性能 圖5.30 溢流閥升壓與卸荷的動(dòng)態(tài)特性曲線1一電壓信號(hào) 2一壓力響應(yīng)曲線(1)壓力超調(diào)量p：(4)卸荷時(shí)間t3：(3)升壓過(guò)渡過(guò)程時(shí)間t2：(2)升壓時(shí)間t1：溢流閥的動(dòng)態(tài)性能通常是指溢流閥由一個(gè)穩(wěn)定工作狀態(tài)過(guò)渡到另一個(gè)穩(wěn)定工作狀態(tài)時(shí)，溢流閥所控制的壓力隨時(shí)間變化的過(guò)渡過(guò)程性能。3.溢流閥的應(yīng)用1)調(diào)壓溢流2)安全保護(hù)3)使泵卸荷4)遠(yuǎn)程調(diào)壓5)形成背壓(a)溢流恒壓(c)液壓泵卸荷(d)遠(yuǎn)程調(diào)壓(e)形成背壓(b)安全保護(hù) 圖5.31 溢流閥的功用5.3.2

22、 減壓閥減壓閥1.定壓輸出減壓閥1)結(jié)構(gòu)和工作原理 圖5.32 先導(dǎo)型減壓閥(出口壓力控制式)1主閥芯；2，3阻尼孔；4閥套；5主閥彈簧；6先導(dǎo)閥；7錐閥；8先導(dǎo)閥彈簧腔；9調(diào)壓彈簧；10調(diào)節(jié)手柄；11閥體 根據(jù)圖5.33所示的減壓閥工作原理圖，忽略閥芯自重、摩擦力及穩(wěn)態(tài)軸向液動(dòng)力的影響，則先導(dǎo)閥和主閥穩(wěn)定工作時(shí)的力平衡方程式為 3ccc0c()p AKxx2v3vx0max()p Ap AKxxx圖5.33 減壓閥工作原理圖聯(lián)立以上二式，可得：ccocx0max2cv()()KxxKxxxpAA 由于xc xc0，x x0 xmax，且主閥彈簧剛度Kx很小，所以主閥彈簧力近似為x0maxx0

23、max()()ConstKxxxKxx則：ccoc2c()ConstKxxpA 故p2基本保持恒定。因此，調(diào)節(jié)調(diào)壓彈簧9的預(yù)壓縮量xc0，即可調(diào)節(jié)減壓閥出口壓力p2。圖5.34 DR型先導(dǎo)式減壓閥(進(jìn)口壓力控制式)1閥體；2主閥芯；3閥套；4單向閥；5主閥彈簧；6控制油流量恒定器；7先導(dǎo)閥；8調(diào)壓彈簧；I固定阻尼；可變阻尼 如果忽略主閥芯的自重以及摩擦力，則主閥芯的力平衡方程式為 2v3vx0max()p Ap AKxxx由于主閥彈簧剛度Kx很小，且x(x0+xmax)，故Kx(x0+xmaxx)Kx(x0+xmax)Const，則上式可寫成2v3vConstp Ap A 因此，要使減壓閥出口

24、壓力p2恒定，就必須使先導(dǎo)閥控制壓力p3穩(wěn)定不變。在調(diào)壓彈簧預(yù)壓縮量一定的情況下，這取決于通過(guò)先導(dǎo)閥的流量是否恒定。若流量恒定，則因先導(dǎo)閥的開(kāi)口量和液動(dòng)力為定值，可使p3穩(wěn)定。2)先導(dǎo)式減壓閥與先導(dǎo)式溢流閥的主要差別(1)減壓閥保持出口壓力基本不變，而溢流閥保持進(jìn)口壓力基本不變。(2)減壓閥常開(kāi)，溢流閥常閉。(3)減壓閥的泄漏油液?jiǎn)为?dú)接油箱，為外泄，而溢流閥的泄漏油液與主閥的出口相通，為內(nèi)泄。在液壓系統(tǒng)中，一個(gè)油泵供應(yīng)多個(gè)支路工作時(shí)，利用減壓閥可以組成不同壓力級(jí)別的液壓回路。如夾緊回路、控制回路和潤(rùn)滑回路等。如圖7.5所示為減壓閥應(yīng)用在夾緊回路時(shí)的減壓回路。此外，減壓閥還可用于穩(wěn)定系統(tǒng)壓力，減

25、少壓力波動(dòng)帶來(lái)的影響，改善系統(tǒng)控制性能等。3)減壓閥的應(yīng)用閥芯受力平衡方程式為2.定差減壓閥2222120()()()44pDdpDdK xx由上式可求出定差減壓閥進(jìn)、出口壓差p為01222()()/4K xxpppDd 因此，只要盡量減小彈簧剛度K，并使 xx0，就可使壓力差p近似保持為常值。定差減壓閥主要用來(lái)和其他閥一起構(gòu)成組合閥，如定差減壓閥和節(jié)流閥串聯(lián)組成調(diào)速閥。圖5.35 定差減壓閥結(jié)構(gòu)及符號(hào) 如圖5.36所示，在穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，忽略閥芯所受到的穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力、閥芯自重和摩擦力可得到閥芯力平衡方程式為 3.定比減壓閥11022()p AK xxp A由于彈簧的剛度較小，彈簧力可忽略不計(jì)，則上

26、式可寫成2112pApA(a)結(jié)構(gòu)(b)符號(hào) 圖5.36 定比減壓閥結(jié)構(gòu)及符號(hào)5.3.3 順序閥 順序閥是利用油液壓力作為控制信號(hào)實(shí)現(xiàn)油路的通斷，以控制執(zhí)行元件順序動(dòng)作的壓力閥。按控制壓力來(lái)源的不同，順序閥可分為內(nèi)控式和外控(液控)式。內(nèi)控式是直接利用閥進(jìn)口處的油壓力來(lái)控制閥口的啟閉；外控式是利用外來(lái)的控制油壓控制閥口的啟閉。按結(jié)構(gòu)的不同，順序閥也有直動(dòng)式和先導(dǎo)式之分。1.結(jié)構(gòu)和工作原理1)直動(dòng)式順序閥(a)結(jié)構(gòu)圖(b)內(nèi)控外泄式順序閥圖形符號(hào)(c)外控外泄式順序閥圖形符號(hào) 圖5.37 直動(dòng)式順序閥1調(diào)節(jié)螺釘；2調(diào)壓彈簧；3端蓋；4閥體；5閥芯；6控制活塞；7底蓋2)先導(dǎo)式順序閥(a)外控式(

27、b)內(nèi)控式(c)一般圖形符號(hào)(d)先導(dǎo)式順序閥圖形符號(hào) 圖5.38 先導(dǎo)式順序閥圖5.39 DZ型先導(dǎo)式順序閥1主閥體 2阻尼孔 3主閥芯 4先導(dǎo)級(jí)測(cè)壓孔5先導(dǎo)閥體 6先導(dǎo)閥芯 7調(diào)壓彈簧 a單向閥順序閥的結(jié)構(gòu)及工作原理與溢流閥相似。它們的主要差別是：(1)順序閥的出油口與負(fù)載油路相連接，而溢流閥的出油口直接接回油箱。(2)順序閥的泄油口單獨(dú)接回油箱，而溢流閥的泄油則通過(guò)閥體內(nèi)部孔道與閥的出口相通流回油箱。(3)順序閥的進(jìn)口壓力由液壓系統(tǒng)工況來(lái)決定，當(dāng)進(jìn)口壓力低于調(diào)壓彈簧的調(diào)定壓力時(shí)，閥口關(guān)閉；當(dāng)進(jìn)口壓力超過(guò)彈簧的調(diào)定壓力時(shí)，閥口開(kāi)啟，接通油路，出口壓力油對(duì)下游負(fù)載做功。溢流閥的進(jìn)口最高壓力由

28、調(diào)壓彈簧來(lái)限定，且由于液流溢回油箱，所以損失了液體的全部能量。直動(dòng)式順序閥由于啟閉特性不如先導(dǎo)式順序閥好，所以直動(dòng)式順序閥多應(yīng)用于低壓系統(tǒng)，先導(dǎo)型順序閥多應(yīng)用于中、高壓系統(tǒng)。它們的作用是：(1)用以實(shí)現(xiàn)多缸的順序動(dòng)作，如圖7.40所示。(2)作背壓閥用，如圖7.11所示。(3)作平衡閥用。在平衡回路中連接一單向順序閥，以保持垂直設(shè)置的液壓缸不會(huì)因自重而下落，如圖7.12所示。(4)作卸荷閥用。將外控順序閥的出口通油箱，使液壓泵在工作需要時(shí)可以卸荷，如圖7.29所示。2.順序閥的應(yīng)用表5-3 順序閥的圖形符號(hào) 控制與泄油方式 內(nèi)控外泄 外控外泄 內(nèi)控內(nèi)泄 外控內(nèi)泄 名稱 順序閥 外控順序閥 背壓

29、閥 卸荷閥 圖形符號(hào) 控制與泄油方式 內(nèi)控外泄加單向閥 外控外泄加單向閥 內(nèi)控內(nèi)泄加單向閥 外控內(nèi)泄加單向閥 名稱 內(nèi)控單向順序閥 外控單向順序閥 內(nèi)控平衡閥 外控平衡閥 圖形符號(hào) 5.3.4 壓力繼電器 壓力繼電器是利用液體的壓力信號(hào)來(lái)啟閉電氣觸點(diǎn)的液壓電氣轉(zhuǎn)換元件。它在油液壓力達(dá)到其設(shè)定壓力時(shí)，發(fā)出電信號(hào)，控制電氣元件動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)泵的加載或卸荷、執(zhí)行元件的順序動(dòng)作或系統(tǒng)的安全保護(hù)及連鎖控制等功能。1.結(jié)構(gòu)和工作原理圖5.40 膜片式壓力繼電器1調(diào)節(jié)螺釘；2、7彈簧；3套；4彈簧座；5、6鋼球；8螺釘；9柱塞，10膜片；11鉸軸；12杠桿；13微動(dòng)開(kāi)關(guān) 圖5.41 柱塞式壓力繼電器(a)結(jié)構(gòu)圖

30、(b)符號(hào) 1柱塞 2頂桿 3調(diào)節(jié)螺釘 4微動(dòng)開(kāi)關(guān) 壓力繼電器在液壓系統(tǒng)中可用于系統(tǒng)的順序控制、安全控制及卸荷控制等。如圖7.41 所示，利用壓力繼電器控制電磁換向閥換向的順序，從而實(shí)現(xiàn)二個(gè)液壓缸的順序動(dòng)作。2.壓力繼電器的應(yīng)用5.4 流量控制閥1.結(jié)構(gòu)與工作原理圖5.42 軸向三角槽式節(jié)流閥1頂蓋；2推桿；3導(dǎo)套；4閥體；5閥芯；6彈簧；7底蓋5.4.1 節(jié)流閥通過(guò)節(jié)流口的流量q及其前后壓差p的關(guān)系可表示為2.流量特性mqKA p圖5.43 螺旋曲線開(kāi)口式節(jié)流閥1閥芯 2手輪 3閥套 4閥體圖5.44 常見(jiàn)的節(jié)流口形式 為了進(jìn)一步分析壓差變化對(duì)流量的影響，人們引入了節(jié)流剛度的概念。節(jié)流剛度反

31、映了節(jié)流閥在負(fù)載壓力變動(dòng)時(shí)保持流量穩(wěn)定的能力，其大小等于節(jié)流閥前后壓差p的變化量與流量q的變化量的比值，即 3.節(jié)流閥的剛度圖5.45 不同開(kāi)口時(shí)節(jié)流閥的流量特性曲線Tddpkq代入上式1TmpkK A m4.節(jié)流口堵塞及最小穩(wěn)定流量 節(jié)流口在小開(kāi)口下工作時(shí)，特別是進(jìn)出口壓差較大時(shí)，雖然不改變油溫和閥的壓差，但流量也會(huì)出現(xiàn)時(shí)大時(shí)小的脈動(dòng)現(xiàn)象。開(kāi)口越小，脈動(dòng)現(xiàn)象越嚴(yán)重，甚至在閥口沒(méi)有關(guān)閉時(shí)就完全斷流。這種現(xiàn)象稱為節(jié)流口堵塞。2v3vx0max()p Ap AKxxx將式 節(jié)流閥常與定量泵、溢流閥一起組成節(jié)流調(diào)速回路。由于節(jié)流閥的流量不僅取決于節(jié)流口面積的大小，還與節(jié)流口前后壓差有關(guān)，閥的剛度小，

32、故只適用于執(zhí)行元件負(fù)載變化較小、速度穩(wěn)定性要求不高的場(chǎng)合。此外，利用節(jié)流閥能夠產(chǎn)生較大壓力損失的特點(diǎn)，可用作液壓加載器。對(duì)于執(zhí)行元件負(fù)載變化大、對(duì)速度穩(wěn)定性要求高的節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)，必須對(duì)節(jié)流閥進(jìn)行壓力補(bǔ)償來(lái)保持節(jié)流閥前后壓差不變，從而保證流量穩(wěn)定。5.節(jié)流閥的應(yīng)用5.4.2 調(diào)速閥1.結(jié)構(gòu)和工作原理圖5.46 調(diào)速閥的工作原理圖及圖形符號(hào) 當(dāng)調(diào)速閥穩(wěn)定工作時(shí)，減壓閥閥芯的受力平衡方程式為 2sfmp Ap AFGF如果不考慮G和Ff的影響，則sjm2FpppA 調(diào)速閥的應(yīng)用與前述節(jié)流閥相似之處是：可與定量泵、溢流閥配合，組成節(jié)流調(diào)速回路；與變量泵配合，組成容積節(jié)流調(diào)速回路等。與節(jié)流閥不同的是，調(diào)

33、速閥應(yīng)用于有較高速度穩(wěn)定性要求的液壓系統(tǒng)中。2.調(diào)速閥的靜態(tài)特性及應(yīng)用圖5.47 調(diào)速閥與節(jié)流閥的流量特性3.溫度補(bǔ)償調(diào)速閥圖5.48 溫度補(bǔ)償調(diào)速閥原理圖 調(diào)速閥對(duì)溫度和堵塞也是敏感的。為了補(bǔ)償溫度對(duì)流量穩(wěn)定性的影響，可以采用帶溫度補(bǔ)償裝置的調(diào)速閥。這種閥也是由減壓閥和節(jié)流閥兩部分組成，且工作原理與調(diào)速閥相同。如圖5.48所示為溫度補(bǔ)償調(diào)速閥的節(jié)流閥部分。5.4.3 溢流節(jié)流閥溢流閥閥芯受力平衡方程為 圖5.49 溢流節(jié)流閥12sfp Ap AFGF如果不考慮G和Ff的影響，可得s12FppA5.4.4 分流集流閥圖5.50 分流集流閥圖形符號(hào)(a)分流閥(b)集流閥(c)分流集流閥 分流集

34、流閥是分流閥、集流閥和分流集流閥的總稱。分流閥的作用是使液壓系統(tǒng)中由同一個(gè)能源向兩個(gè)執(zhí)行元件供應(yīng)相同流量的油液(即等量分流)或按一定比例向兩個(gè)執(zhí)行元件供應(yīng)油液(即比例分流)，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)執(zhí)行元件的速度同步或成定比關(guān)系。1.分流閥圖5.51 分流閥的結(jié)構(gòu)原理圖1、2固定節(jié)流孔 3、4可變節(jié)流口 5閥體 6閥芯 7對(duì)中彈簧 、出油口2.分流集流閥圖5.52 分流集流閥的結(jié)構(gòu)及工作原理圖1閥芯；2閥套；3彈簧；4固定節(jié)流孔；5彈簧5.5 其他控制閥1.邏輯閥的基本結(jié)構(gòu)圖5.53 邏輯閥的基本組成1先導(dǎo)閥 2控制蓋板 3邏輯閥單元 4插裝閥體 邏輯閥是將其基本組件插入特定的閥體內(nèi)，配以蓋板、先導(dǎo)閥等組成的

35、一種多功能復(fù)合閥。因基本組件只有兩個(gè)主油口，閥的開(kāi)啟閉合完全像一個(gè)受操縱的邏輯元件那樣工作，故稱作邏輯閥。圖5.53所示為邏輯閥的基本組成，通常由先導(dǎo)閥1、控制蓋板2、邏輯閥單元3和插裝閥體4四部分組成。5.5.1 邏輯閥，根據(jù)用途不同，可以有AB1(a)基本形式(b)閥芯內(nèi)設(shè)節(jié)流小孔(c)閥芯尾部帶節(jié)流窗口(d)閥芯內(nèi)有通孔(e)閥芯內(nèi)帶反饋彈簧和節(jié)流窗口 圖5.55 A1的錐閥形式顯然，閥芯結(jié)構(gòu)除了基本形式外，還有如圖5.55所示的多種結(jié)構(gòu)形式。A1A1兩種情況。和 如果忽略錐閥的重量和阻力的影響，作用在閥芯上的力平衡關(guān)系為swxxbbaa0FFp Ap Ap A3.邏輯閥的應(yīng)用1)邏輯換

36、向閥圖5.56 二位四通邏輯換向閥1、2、3、4邏輯閥單元2)邏輯壓力閥(a)溢流閥、順序閥(b)卸荷閥(c)減壓閥 圖5.57 邏輯壓力閥3)邏輯流量閥(a)結(jié)構(gòu)(b)符號(hào) 圖5.58 邏輯節(jié)流閥1調(diào)節(jié)螺桿 2閥套 3錐閥芯圖5.59 邏輯調(diào)速閥原理1節(jié)流閥 2定差減壓閥 圖5.59所示為邏輯調(diào)速閥原理圖，定差減壓閥閥芯兩端分別與節(jié)流閥進(jìn)出口相通，從而保證節(jié)流閥進(jìn)出口壓差不隨負(fù)載變化，成為調(diào)速閥。該閥一般裝在進(jìn)油路上使用。5.5.2 電液比例控制閥 一個(gè)典型的電液比例元件或系統(tǒng)的控制信號(hào)流如圖5.60所示。電液比例元器件的控制功能的實(shí)現(xiàn)過(guò)程為：輸入一個(gè)給定參考電壓信號(hào)，通過(guò)比例放大器進(jìn)行整形

37、、處理，轉(zhuǎn)換成與輸入電壓成正比的工作電流。此電流輸入比例電磁鐵，使電磁鐵輸出一個(gè)與輸入電流成比例的力或位移，這個(gè)力或位移又作為液壓閥的輸入變量，使后者輸出成比例的壓力或流量，對(duì)液壓執(zhí)行器的速度、作用力進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)和控制。圖5.60 控制信號(hào)流1.比例電磁鐵圖5.61 耐高壓?jiǎn)蜗蛞苿?dòng)式比例電磁鐵一吸合區(qū)；一工作行程區(qū)；一空行程區(qū)(b)吸力特性圖(a)結(jié)構(gòu)圖 1推桿；2端蓋(下軛鐵)；3外殼；4隔磁環(huán)；5工作氣隙；6線圈；7支承環(huán)；8銜鐵；9非工作氣隙；10放氣螺釘；11導(dǎo)套；12調(diào)零螺釘 2.比例壓力閥1)直動(dòng)型比例壓力閥(a)結(jié)構(gòu)(b)符號(hào) 圖5.62 直動(dòng)錐閥式比例壓力閥的結(jié)構(gòu)原理1比例電磁

38、鐵 2推桿 3傳力彈簧 4錐閥芯電磁力 D1FK I彈簧壓縮力 sFpA由于，所以 DsFF1pAK I1pKpIK IA2)先導(dǎo)錐閥式比例溢流閥圖5.63 先導(dǎo)型電磁比例溢流閥閥(a)結(jié)構(gòu)(b)職能符號(hào) 1導(dǎo)閥閥座 2先導(dǎo)錐閥 3軛鐵 4銜鐵5彈簧 6推桿 7線圈 8彈簧 9先導(dǎo)閥3.比例流量閥(a)結(jié)構(gòu)(b)符號(hào) 圖5.64 比例調(diào)速閥1比例電磁鐵 2節(jié)流閥芯 3定差減壓閥 4彈簧4.比例方向流量閥圖5.65 比例方向節(jié)流閥1，9阻尼螺釘 2，7比例電磁鐵 3，6反饋孔4雙向比例減壓閥 5流道 8主閥芯 10液動(dòng)換向閥圖5.66 進(jìn)口壓力補(bǔ)償器1閥體 2梭閥 3節(jié)流孔 4控制閥芯 5推板

39、6控制彈簧 7端蓋 如圖5.66所示為一種雙向的進(jìn)口壓力補(bǔ)償器的結(jié)構(gòu)圖。這是一種疊加式的壓力補(bǔ)償器，用于直接疊加在底板和比例方向節(jié)流閥之間。圖5.67 比例方向調(diào)速閥5.5.3 電液數(shù)字閥1.增量式數(shù)字閥圖5.68 直控式數(shù)字節(jié)流閥1閥套 2連桿 3零位移傳感器 4步進(jìn)電機(jī)5滾珠絲杠 6節(jié)流閥閥芯 7，8節(jié)流閥口 增量式數(shù)字閥由步進(jìn)電機(jī)(作為電機(jī)械轉(zhuǎn)換器)來(lái)驅(qū)動(dòng)液壓閥芯工作。步進(jìn)電機(jī)直接用數(shù)字量控制，它每得到一個(gè)脈沖信號(hào)，便沿著控制信號(hào)給定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的步距角。圖5.69 增量式數(shù)字閥控制系統(tǒng)原理框圖2.脈寬調(diào)制式數(shù)字閥圖5.70 二位二通電磁錐閥式快速開(kāi)關(guān)型數(shù)字閥 1錐閥芯；2銜鐵；3彈簧；4螺管電磁鐵；5阻尼孔；6閥套 脈寬調(diào)制式數(shù)字閥也稱為快速開(kāi)關(guān)式數(shù)字閥。這種閥也可以直接用計(jì)算機(jī)控制。由于計(jì)算機(jī)是按二進(jìn)制工作的，最普通的信號(hào)可量化為兩個(gè)量級(jí)的信號(hào)，即“開(kāi)”和“關(guān)”。控制這種閥的開(kāi)與關(guān)以及開(kāi)和關(guān)的時(shí)間長(zhǎng)度(脈寬)，即可達(dá)到控制液流的方向、流量或壓力的目的。由于這種閥的閥芯多為錐閥、球閥或噴嘴擋板閥，均可快速切換，而且只有開(kāi)和關(guān)兩個(gè)位置，故稱為快速開(kāi)關(guān)型數(shù)字閥，簡(jiǎn)稱快速開(kāi)關(guān)閥。圖5.71 二位三通電液球式快速開(kāi)關(guān)型數(shù)字閥 1力矩馬達(dá)；2銜鐵；3、8推桿；4、7先導(dǎo)級(jí)球閥；5、6功率級(jí)球閥 圖5.72 快速開(kāi)關(guān)式數(shù)字閥用于液壓系統(tǒng)的原理框圖