液压与气压传动04

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,School of Mechanical Engineering,第四章 控制元件,液压与气压传动,Chapter 4 控制元件,本章主要内容：,4.1,概述,4.2,阀芯,的结构和性能,4.3,液压,控制阀,4.4,气动,控制阀,4.5,液压,叠加阀、插装阀,和,多路阀,4.6,电液伺服,控制阀,4.7,电液比例,控制阀,4.8,电液数字,控制阀,4.9,气动比例/伺服、数字,控制阀,4.10,气动逻辑,控制元件,4.11,集成式,多功能元件,H&P,Back,1,School of Mechanical Engineering,上海电机学院机械学院,第四章 控制元件,液压与气压传动,目的任务:,重点难点:,了解液压与气压传动中各种控制元件的功用、工作原理、结构形式和性能特点；,掌握主要控制元件的控制机制及其特性分析方法。,换向阀的位、通、滑阀机能的概念；,先导式溢流阀的结构、工作原理、特性；,减压阀、溢流阀的区别；,调速阀的结构、工作原理、特性；,比例阀与普通阀的区别；,各种控制阀符号的含义。,H&P,2,School of Mechanical Engineering,上海电机学院机械学院,第四章 控制元件,液压与气压传动,Part 4.1,概述/,一、阀的功用,阀,有三大类：,方向阀,、,压力阀,和,流量阀,。,压力阀,和,流量阀,利用通流截面的节流作用控制系统的压力和流量。,方向阀,则利用通流通道的更换控制流体的流动方向。,在结构上，所有的阀都由,阀体,、,阀心,（座,阀,或滑阀）和,驱使阀心动作的元、部件,（如弹簧、电磁铁）,组成,。,在工作原理上，所有阀的开口大小，进、出口间的,压差,以及流过阀的,流量,之间的关系都符合孔口流量公式，仅是各种阀控制的参数各不相同而已。,阀,是用来控制系统中流体的流动方向或调节其压力和流量的,H&P,3,School of Mechanical Engineering,上海电机学院机械学院,第四章 控制元件,表4-1 阀的分类,二、阀的分类,液压与气压传动,H&P,4,School of Mechanical Engineering,上海电机学院机械学院,第四章 控制元件,分类方法,种 类,详 细 分 类,按操纵,方法分类,手动阀,手把及手轮、踏板、杠杆,机动阀,挡块及碰块、弹簧,液/气动阀,液动阀、气动阀,电液/气动阀,电液动阀、电气动阀,电动阀,普通/比例电磁铁控制、力马达/力矩马达/步进电动机/伺服电动机控制,按连接,方法分类,管式连接,螺纹式连接、法兰式连接,板式/叠加式连接,单层连接板式、双层连接板式、整体连接板式、叠加阀、多路阀,插装式连接,螺纹式插装（二、三、四通插装阀）、盖板式插装（二通插装阀）,液压与气压传动,H&P,5,School of Mechanical Engineering,上海电机学院机械学院,第四章 控制元件,分类方法,种 类,详 细 分 类,按控制,方法分类,比例阀,电液比例压力阀、电液比例流量阀、电液比例换向阀、电液比例复合阀、电液比例多路阀；气动比例压力阀、气动比例流量阀,伺服阀,单、两级（喷嘴挡板式、滑阀式）电液流量伺服阀、三级电液流量伺服阀、电液压力伺服阀、气液伺服阀、机液伺服阀、气动伺服阀,数字控制阀,数字控制压力阀、数字控制流量阀与方向阀,按输出参数可调节性分类,开关控制阀,方向控制阀、顺序阀、限速切断阀、逻辑元件,输出参数连续可调的阀,溢流阀、减压阀、节流阀、调速阀、各类电液控制阀（比例阀、伺服阀）,液压与气压传动,H&P,6,School of Mechanical Engineering,上海电机学院机械学院,第四章 控制元件,液压与气压传动,三、,阀性能,的基本要求,动作灵敏，使用可靠，工作时冲击和振动小，噪声小，寿命长。,流体流过时压力损失小。,密封性能好。,结构紧凑，安装、调整、使用、维护方便，通用性大。,系统中所用的阀，应满足如下要求：,H&P,Back,7,School of Mechanical Engineering,上海电机学院机械学院,第四章 控制元件,液压与气压传动,Part 4.2,阀芯,的结构和性能,表4-2 阀口的形式及其通流截面的计算公式,H&P,一、阀口形式,8,School of Mechanical Engineering,上海电机学院机械学院,第四章 控制元件,液压与气压传动,或,；,以弧度计,H&P,9,School of Mechanical Engineering,上海电机学院机械学院,第四章 控制元件,液压与气压传动,滑阀式的阀口，当阀心在中间位置时，如沉割槽宽度,B,大于阀心凸肩宽度,b,，即,B,b,，则表示有正预开口；,b,=,B,，为零开口；,b,B,，为正遮盖（即负预开口）。,H&P,10,School of Mechanical Engineering,上海电机学院机械学院,第四章 控制元件,液压与气压传动,二、液动力,很多,液压阀,采用,滑阀式,结构。滑阀的,阀心,移动、改变阀口的开口大小或启闭时控制了液流，同时也产生着,液动力,。,液动力,有,稳态液动力,和,瞬态液动力,两种。,液动力,对液压阀的,性能,起着重大的影响。,H&P,11,School of Mechanical Engineering,上海电机学院机械学院,第四章 控制元件,液压与气压传动,稳态液动力,图4-1,滑阀的稳态液动力,a）液流流出阀口 b）液流流入阀口,稳态液动力,是阀心移动完毕，开口固定之后，液流流过阀口时因,动量变化,而,作用在阀心,上的力。,图4-1,所示为油液流过阀口的两种情况。取阀心两凸肩间的容腔中的液体作为控制体，对它列写动量方程，据式（1-44），可得这两种情况下的,轴向液动力,都是,F,bs,=,qv,cos,，其方向都是促使阀口关闭的。,（4-1）,据式（1-91）和式（1-92），并注意到，上式可写成,H&P,12,School of Mechanical Engineering,上海电机学院机械学院,第四章 控制元件,液压与气压传动,稳态液动力,对滑阀性能的影响是,加大了操纵滑阀所需的力,。,例如，,当,C,d,=0.7，,C,v,=1，c,r,=0，,w,=1cm，,=69，,p,=10MPa，,x,v,=0.101cm 时，稳态轴向液动力,F,bs,50N。在高压大流量情况下，这个力将会很大，使阀心的操纵成为突出的问题。这时必须采取措施补偿或消除这个力。,稳态液动力,要使阀口关闭，相当于一个复位力，故它对滑阀性能的另一影响是,使滑阀的工作趋于稳定,。,图4-2a,所示为采用特种形状的阀腔；,图4-2b,所示为在阀套上开斜孔，使流出和流入阀腔液体的动量互相抵消，从而减小轴向液动力；,图4-2c,所示为改变阀心的颈部尺寸，使液流流过阀心时有较大的压降，以便在阀心两端面上产生不平衡液压力，抵消轴向液动力等，都是在实践中使用过的具体例子。,H&P,13,School of Mechanical Engineering,上海电机学院机械学院,第四章 控制元件,液压与气压传动,图4-2,稳态液动力的补偿法,a）特种形状阀腔 b）阀套开斜孔 c）液流产生压降,H&P,14,School of Mechanical Engineering,上海电机学院机械学院,第四章 控制元件,液压与气压传动,瞬态液动力,瞬态液动力,是滑阀在移动过程中（即开口大小发生变化时）阀腔中液流因,加速或减速,而,作用在阀心,上的力 。,瞬态液动力,只,与阀心移动速度有关,（即与阀口开度的变化率有关），,与阀口开度本身无关,。,图4-3,瞬态液动力,a）开口加大，液流流出阀口,b）开口加大，液流流入阀口,H&P,15,School of Mechanical Engineering,上海电机学院机械学院,第四章 控制元件,液压与气压传动,图4-3,所示为阀心移动时出现瞬态液动力的情况。当阀口开度发生变化时，阀腔内长度为,l,那部分油液的轴向速度亦发生变化，也就是出现了加速或减速，于是阀心就受到了一个轴向的反作用力,F,bt,，这就是,瞬态液动力,。很明显，若流过阀腔的瞬时流量为,q,，阀腔的截面积为,A,s,，阀腔内加速或减速部分油液的质量为,m,0,，阀心移动的速度为,v,，则有,（4-2）,据式（1-92）和等式,A,o,=,wx,v,，当阀口前后的压差不变或变化不大时，流量的变化率d,q,/d,t,为。,代入式（4-2），得,H&P,16,School of Mechanical Engineering,上海电机学院机械学院,第四章 控制元件,液压与气压传动,滑阀上,瞬态液动的方向,，,视油液,流入,还是,流出,阀腔而定。,（4-3）,瞬态液动力公式,图4-3a,中油液流出阀腔，则阀口开度加大时长度为,l,的那部分油液加速，开度减小时油液减速，两种情况下瞬态液动力作用方向都与阀心的移动方向相反，起着阻止阀心移动的作用，相当于一个阻尼力。这时式（4-3）中的,l,取正值，并称之为滑阀的“,正阻尼长度,”。反之，,图4-3b,中油液流入阀腔，阀口开度变化时引起液流流速变化的结果，都是使瞬态液动力的作用方向与阀心移动方向相同，起着帮助阀心移动的作用，相当于一个负的阻尼力。这种情况下式（4-3）中的,l,取负值，并称之为滑阀的“,负阻尼长度,”。,H&P,17,School of Mechanical Engineering,上海电机学院机械学院,第四章 控制元件,液压与气压传动,滑阀上的,“负阻尼长度”,是,造成滑阀工作不稳定,的原因之一。,滑阀上如有好几个阀腔串联在一起，,阀心工作的稳定,与否就要看各个,阀腔阻尼长度,的综合作用结果而定。,H&P,18,School of Mechanical Engineering,上海电机学院机械学院,第四章 控制元件,液压与气压传动,三、卡紧力,一般滑阀的阀孔和阀心之间有很小的缝隙，当缝隙中有油液时，移动阀心所需的力只须克服,粘性摩擦力,，数值应该是相当小的。可是实际情况并非如此，特别,在中、高压系统中,，当阀心停止运动一段时间后（一般约5min左右），这个阻力可以大到几百牛，使阀心重新移动十分费力。这就是所谓滑阀的,液压卡紧现象,。,引起液压卡紧的原因,，有的是由于脏物进入缝隙而使阀心移动困难，有的是由于缝隙过小在油温升高时阀心膨胀而卡死。但是主要的原因来自滑阀副几何形状误差和同心度变化所引起的径向不平衡液压力，即,液压卡紧力,。,H&P,19,School of Mechanical Engineering,上海电机学院机械学院,第四章 控制元件,液压与气压传动,图4-4,滑阀上的径向力,b）有倒锥，轴线平行，有偏心,图4-4b,所示为,阀心因加工误差而带有倒锥,（锥部大端朝向高压腔），,阀心与阀孔轴心线平行但不重合,时的情况。阀心受到径向不平衡压力的作用（图中曲线,A,1,和,A,2,间的阴影部分，下同），使阀心与阀孔间的偏心距越来越大，直到两者表面接触为止，这时,径向不平衡力,达到,最大值,。但是，如,阀心带有顺锥,（锥部大端朝向低压腔）时，产生的径向不平衡力将使阀心和阀孔间的偏心距减小。,图4-4a,所示为,阀心与阀孔无几何形状误差,，,轴心线平行但不重合,时的情况，这时阀心周围缝隙内的压力分布是线性的（图中,A,1,和,A,2,线所示），且各向相等，因此阀心上,不会出现径向不平衡力,。,图4-4,滑阀上的径向力,a）无锥度，轴线平行，有偏心,图4-4,滑阀上的径向力,c）阀心表面有突起,图4-4c,所示为,阀心表面有局部突起,（,相当于阀心碰伤、残留毛刺或缝隙中楔入脏物），且突起在阀心的高压端时，阀心受到的,径向不平衡力,将使阀心的高压端凸起部分推向孔壁。,图4-4,所示为滑阀上产生,径向不平衡力,的几种情况。,H&P,20,School of Mechanical Engineering,上海电机学院机械学院,第四章 控制元件,液压与气压传动,当阀心受到,径向不平衡力,作用而和阀孔相接触后，缝隙中的存留液体被挤出，阀心和阀孔间的摩擦变成,半干摩擦,乃至,干摩擦,，因而使阀心重新移动时所需的力就大大增加了。,（4-4）,由图4-5可以推导出径向不平衡力的估算公式如下:,图4-5,径向不平衡力计算图,z,H&P,21,School of Mechanical Engineering,上海电机学院机械学院,第四章 控制元件,液压与气压传动,式中，,D,=2,r,1,；,p,=,p,1,-,p,2,；,r,=,r,1,-,r,2,；,h,1,=,h,0,-,e,cos,，,h,0,为阀心与阀套同心时大端的缝隙值。,（4-5）,由式（4-4），并设在阀心大端已接触阀套，即,e,=,h,0,时，得,设阀心与阀套间的摩擦因数为,f,，则移动阀心所需克服的,最大摩擦阻力,为:,（4-6）,此式在,r,/,h,0,=0.9时有极值，故有,H&P,22,School of Mechanical Engineering,上海电机学院机械学院,第四章 控制元件,液压与气压传动,为了减小液压卡紧力，可以采取下述一些措施：,1）,提高阀的加工和装配精度，避免出现偏心。阀心的圆度和圆柱度允差为0.0030.005mm，要求带顺锥，阀心的表面粗糙度,R,a,值不大于0.2m，阀孔,R,a,值不大于0.4m。,2）,在阀心台肩上开出平衡径向力的均压槽。如图4-6所示。槽的位置应尽可能靠近高压端。槽的尺寸是：宽0.30.5mm，深0.50.8mm，槽距15mm。,开槽后，移动阀心的力将减小，如取摩擦因数,f,=0.040.08时，移动阀心的力:,t,=(0.010.02),k,lD,p,(4-7),式中，,k,是一系数，其数值与槽数,n,有关，如表4-3所示。,均压槽数,n,1,3,7,k,0.4,0.06,0.027,表4-3,k,值,图4-6,均压槽的位置,H&P,23,School of Mechanical Engineering,上海电机学院机械学院,第四章 控制元件,液压与气压传动,为了减小液压卡紧力，还可以采取下述一些措施：,3）,使阀心或阀套在轴向或圆周方向上产生高频小振幅的振动或摆动。,4）,精细过滤油液。,H&P,24,School of Mechanical Engineering,上海电机学院机械学院,第四章 控制元件,液压与气压传动,四、阀的泄漏特性,锥阀,不产生泄漏。,滑阀,由于阀心和阀孔间有一定的间隙，在压力作用下要产生泄漏。,滑阀,用于,压力阀,或,方向阀,时，压力油通过径向缝隙泄漏量的大小，是阀的,性能指标,之一。,滑阀,用于,伺服阀,时，实际的和理论的滑阀零开口特性之间的差别，也取决于,泄漏特性,。,H&P,25,School of Mechanical Engineering,上海电机学院机械学院,第四章 控制元件,液压与气压传动,滑阀的泄漏量计算公式,图-,泄漏量曲线,（-）,为了减小泄漏，应尽量,使阀心和阀孔同心,，另外应,提高制造精度,。,滑阀,在某一位置停留时，通过缝隙的,泄漏量,随时间的增加而逐渐减小，但有时也出现相反的现象，即随时间的增加而增大。,泄漏量,减小的原因，有人认为是油液中的污染物沉积所致；但也有人认为是油液分子粘附在缝隙表面而使通流截面减小所致。泄漏增大的原因则是由于在,液压卡紧力,作用下，阀心在阀孔处于最大偏心状态所致。,为了减小缝隙处的泄漏，往往要在阀心上开出几条环形槽来。,H&P,Back,26,School of Mechanical Engineering,上海电机学院机械学院,第四章 控制元件,液压与气压传动,Part 4.3,常用,液压控制阀,常用的,液压控制阀,分为三大类,方向控制阀,、,压力控制阀,和,流量控制阀,。,）,常见的,方向控制阀,分为,单向阀,和,换向阀,。,）,常见的,压力控制阀,按功用可分为,溢流阀,、,减压阀,、,顺序阀,、,压力继电器,。,）,常用的,流量控制阀,有,节流阀,、,调速阀,、,旁通式调速阀,（溢流节流阀）、,分流集流阀,和,限速切断阀,等。,H&P,27,School of Mechanical Engineering,上海电机学院机械学院,第四章 控制元件,液压与气压传动,一、,方向控制阀,表4-4 方向控制阀的类型,常用的,方向控制阀,的类型如表4-4所示。,H&P,28,School of Mechanical Engineering,上海电机学院机械学院,第四章 控制元件,液压与气压传动, 单向阀/,1.普通单向阀,液压系统中常用的,单向阀,有,普通单向阀,和,液控单向阀,两种。,普通单向阀,的作用，是使油液只能沿一个方向流动，不许它反向倒流。,图4-8,单向阀,a）结构图 b）图形符号图,1阀体 2阀心 3弹簧,普通单向阀,图4-8,为,普通单向阀,的结构。压力油从阀体左端的通口P,1,流入时，克服弹簧3作用在阀心2上的力，使阀心向右移动，打开阀口，并通过阀心上的径向孔a、轴向孔b从阀体右端的通口P,2,流出。但是压力油从阀体右端的通口P,2,流入时，它和弹簧力一起使阀心锥面压紧在阀座上，使阀口关闭，油液无法从P,2,口流向P,1,口。,图4-8b,是,单向阀的图形符号,单向阀,的,阀心,也可以用,钢球式,的结构，其制造方便，但密封性较差，只适用于小流量的场合。,H&P,29,School of Mechanical Engineering,上海电机学院机械学院,第四章 控制元件,液压与气压传动,在,普通单向阀,中，通油方向的阻力应尽可能小，而不通油方向应有良好的密封。另外，单向阀的动作应灵敏，工作时不应有撞击的噪声。单向阀弹簧的刚度一般都选得较小，使阀的正向开启压力仅需0.030.05MPa。如采用刚度较大的弹簧，使其开启压力达0.20.6MPa，便可用作,背压阀,。,单向阀,的,性能参数,主要有：,正向最小开启压力,、,正向流动时的压力损失,以及,反向泄漏量,等。这些参数都和阀的结构和制造质量有关。,单向阀,常被安装在泵的出口，可防止系统压力冲击对泵的影响，另外泵不工作时可防止系统油液经泵倒流回油箱。单向阀还可用来分隔油路防止干扰。单向阀和其他阀组合，便可组成,复合阀,。,H&P,30,School of Mechanical Engineering,上海电机学院机械学院,第四章 控制元件,液压与气压传动,2.液控单向阀,图4-9,所示为,普通型外泄式液控单向阀,。当控制口K处无控制压力通入时，其作用和普通单向阀一样，压力油只能从通口P,1,流向通口P,2,，不能反向倒流。当控制口K有控制压力油，且其作用在控制活塞1上的液压力超过P,2,腔压力和弹簧4作用在阀心3上的合力时，控制活塞推动推杆2使阀心上移开启，通油口P,1,和P,2,接通，油液便可在两个方向自由通流。,这种结构在反向开启时的控制压力较小,。,图4-9,普通型液控单向阀,1控制活塞 2推杆 3阀心 4弹簧,H&P,31,School of Mechanical Engineering,上海电机学院机械学院,第四章 控制元件,液压与气压传动,2.液控单向阀,图4-9,中，如没有外泄油口，而进油腔P,1,和控制活塞的上腔直接相通的话，则是,内泄式液控单向阀,。这种结构较为简单，在反向开启时，K腔的压力必须高于P,1,腔的压力，故控制压力较高，,仅适用于P,1,腔压力较低场合,。,图4-9,普通型液控单向阀,1控制活塞 2推杆 3阀心 4弹簧,H&P,32,School of Mechanical Engineering,上海电机学院机械学院,第四章 控制元件,液压与气压传动,在高压系统中，液控单向阀反向开启前P,2,口的压力很高，所以使之反向开启的控制压力也较高，且当控制活塞推开单向阀心时，高压封闭回路内油液的压力突然释放，会产生很大的冲击，为了避免这种现象且减小控制压力，可采用如,图4-10,所示的,带卸荷阀心的液控单向阀,。作用在控制活塞1上的控制压力推动控制活塞上移，先将卸荷阀心6顶开，P,2,和P,1,腔之间产生微小的缝隙，使P,2,腔压力降低到一定程度，然后再顶开单向阀心实现P,2,到P,1,的反向通流。,图4-10,带卸荷阀心的液控单向阀（内泄）,1控制活塞 2推杆 3阀心 4弹,簧座 5弹簧 6卸荷阀心,H&P,33,School of Mechanical Engineering,上海电机学院机械学院,第四章 控制元件,液压与气压传动,液控单向阀,的一般性能与,普通单向阀,相同，但有反向开启最小控制压力要求。当P,1,口压力为零时，反向开启最小控制压力，,普通型,的为（0.40.5）,p,2,，而,带卸荷阀心,的为0.05,p,2,，两者相差近10倍。必须指出，其反向流动时的压力损失比正向流动时还小，因为在正向流动时，除克服流道损失外，还须克服阀心上的,液动力,和,弹簧力,。,液控单向阀在系统中主要用途有：,1）,对液压缸进行锁闭；,2）,作立式液压缸的支承阀；,3）,某些情况下起保压作用。,顺便指出，也有一种,液控单向阀,，其控制压力的作用是使阀心关闭的，但这种阀仅在特殊场合中使用。,H&P,34,School of Mechanical Engineering,上海电机学院机械学院,第四章 控制元件,液压与气压传动, 换向阀,换向阀,是利用,阀心,在,阀体,中的相对运动，使液流的通路,接通,、,关断,，或,变换流动方向,，从而使执行元件,启动,、,停止,或,变换运动方向,。,1）,流体流经阀时的压力损失要小。,2）,互不相通的通口间的泄漏要小。,3）,换向要平稳、迅速且可靠。,1. 对,换向阀,的主要要求 ：,换向阀应满足,：,H&P,35,School of Mechanical Engineering,上海电机学院机械学院,第四章 控制元件,液压与气压传动,2. 换向阀的工作原理：,图4-11,所示为,滑阀式换向阀,的,工作原理,。阀心在中间位置时，流体的全部通路均被切断，活塞不运动。当阀心移到左端时，泵的流量流向A口，使活塞向右运动，活塞右腔的油液流经B口和阀流回油箱；反之，当阀心移到右端时，活塞便向左运动。因而通过阀心移动可实现,执行元件,的,正、反向运动,或,停止,。,图4-11,滑阀式换向阀工作原理,和图形符号,a）示意图 b）图形符号,H&P,36,School of Mechanical Engineering,上海电机学院机械学院,第四章 控制元件,液压与气压传动,3. 换向阀的结构形式：,换向阀,的,功能,主要由其控制的,通路数,及,工作位置,所决定。,图4-11,所示的换向阀有三个工作位置和四条通路（P、A、B、T），称为,三位四通阀,。,阀体,和,滑阀阀心,是,滑阀式换向阀,的,结构主体,。,表4-5,列出了常见,滑阀式换向阀,主体部分的结构原理、图形符号和使用场合。以表中末行的,三位五通阀,为例，阀体上有P、A、B、T,1,、T,2,五个通口，阀心有左、中、右三个工作位置。当阀心处在图示中间位置时，五个通口都关闭；当阀心移向左端时，通口T,2,关闭，通口P和B相通，通口A和T,1,相通；当阀心移向右端时，通口T,1,关闭，通口P和A相通，通口B和T,2,相通。这种结构型式由于具有使五个通口都关闭的工作状态，故可使受它控制的执行元件在任意位置上停止运动。,结构主体,H&P,37,School of Mechanical Engineering,上海电机学院机械学院,第四章 控制元件,液压与气压传动,表4-5,滑阀式换向阀主体部分的结构形式,H&P,38,School of Mechanical Engineering,上海电机学院机械学院,第四章 控制元件,液压与气压传动,换向阀,都有两个或两个以上的,工作位置,，其中一个是常位，即,阀心,未受外部操纵时所处的位置。绘制,液压系统图,时，油路一般应连接在常位上。,滑阀的操纵方式,1）手动换向阀,。,图4-12,所示为手动换向阀及其图形符号。,图4-12a,所示为,弹簧自动复位结构的阀,，松开手柄，阀心靠弹簧力恢复至中位（常位），适用于动作频繁、持续工作时间较短的场合，操作比较安全，常用于工程机械。,图4-12b,所示为,弹簧钢球定位结构的阀,，当松开手柄后，阀仍然保持在所需的工作位置上，适用于机床、液压机、船舶等需保持工作状态时间较长的情况。这种阀也可用脚踏操纵。,将多个手动换向阀组合在一起，用以操纵多个执行元件的运动，便构成,多路阀,。,H&P,39,School of Mechanical Engineering,上海电机学院机械学院,第四章 控制元件,液压与气压传动,图4-12,手动换向阀（三位四通）,a）弹簧自动复位结构 b）弹簧钢球定位结构,H&P,40,School of Mechanical Engineering,上海电机学院机械学院,第四章 控制元件,液压与气压传动,2）机动换向阀,。,图4-13,所示为机动换向阀及其图形符号，它依靠挡铁或凸轮来压迫阀心移动，从而实现液流通、断或改变流向。,图4-13,机动换向阀,1滚轮 2阀心 3弹簧,3）电磁换向阀,。电磁换向阀借助于电磁铁吸力推动阀心动作来改变液流流向。这类阀操纵方便，布置灵活，易实现动作转换的自动化，因此应用最广泛。,图4-14,和,图4-15,所示为电磁换向阀的结构及图形符号。,电磁阀的电磁铁按所用电源的不同，分为,交流型,、,直流型,和,交流本整型,三种；按电磁铁内部是否有油侵入，又分为,干式,、,湿式,和,油浸式,三种。,H&P,41,School of Mechanical Engineering,上海电机学院机械学院,第四章 控制元件,液压与气压传动,图4-14,交流二位三通电磁换向阀及其干式电磁铁结构图,1衔铁 2线圈 3密封圈 4推杆 5阀心 6弹簧 7阀体,H&P,42,School of Mechanical Engineering,上海电机学院机械学院,第四章 控制元件,液压与气压传动,图4-15,直流三位四通电磁换向阀及其湿式电磁铁结构图,1阀体 2阀心 3弹簧座 4弹簧 5挡块 6导磁套7推杆 8街铁 9线圈,H&P,43,School of Mechanical Engineering,上海电机学院机械学院,第四章 控制元件,液压与气压传动,交流电磁铁,使用方便，起动力大，吸合、释放快，动作时间最快约为10ms；但工作时冲击和噪声较大，为避免线圈过热，换向频率不能超过60次/min；起动电流大，在阀心被卡时会烧毁线圈；工作寿命仅数百万次至一千万次以内。,直流电磁铁,体积小，工作可靠；冲击小，允许换向频率为120次/min，最高可达300次/min；使用寿命可高达两千万次以上；但起动力比交流电磁铁要小，且需有直流电源。,交流本整型电磁铁,自身带有整流器，可以直接使用交流电源，又具有直流电磁铁的性能。,H&P,44,School of Mechanical Engineering,上海电机学院机械学院,第四章 控制元件,液压与气压传动,干式电磁铁,如,图4-14a,所示。为避免油液侵入电磁铁，在推杆4的外周上装有密封圈3，使线圈2的绝缘性能不受油液的影响。但推杆上密封圈的摩擦力则影响着电磁铁的换向可靠性。,湿式电磁铁,如,图4-15a,所示。该电磁铁的导磁套6是一个密封筒状结构，与换向阀阀体1接连时仅套内的衔铁8工作腔与滑阀直接连接，推杆7上没有任何密封，套内可承受一定的液压力。线圈9部分仍处于干的状态。由于推杆上没有密封，从而提高了换向可靠性。衔铁工作时处于油液润滑状态，且有一定阻尼作用而减小了冲击和噪声。所以湿式电磁铁具有吸合声小、散热快、可靠性好、效率高、寿命长等优点。因此已逐渐取代传统的干式电磁铁。,油浸式电磁铁,的铁心和线圈都浸在油液中工作，因此散热更快、换向更平稳可靠、效率更高、寿命更长。但结构复杂，造价较高。,H&P,45,School of Mechanical Engineering,上海电机学院机械学院,第四章 控制元件,液压与气压传动,根据JB52441991标准规定，各种形式电磁铁的机械寿命（吸合与释放次数）应不低于表4-6所列数值。,表4-6,电磁铁的机械寿命,电磁铁形式,机械寿命/次,电磁铁形式,机械寿命/次,交流干式型,6010,4,交流湿式型,610,6,直流干式型,交流本整干式型,610,6,直流湿式型,交流本整湿式型,1010,6,由于电磁铁的吸力一般90N，因此,电磁换向阀只适用于压力不太高、流量不太大的场合,。,H&P,46,School of Mechanical Engineering,上海电机学院机械学院,第四章 控制元件,液压与气压传动,4）液动换向阀,。液动换向阀是利用控制油路的压力油来改变阀心位置的换向阀。,图4-16,所示为,三位四通液动换向阀,及图形符号。当控制油路的压力油从控制油口K,1,进入滑阀左腔、滑阀右腔经控制油口K,2,接通回油时，阀心在其两端压差作用下右移，使压力油口P与A相通、B与T相通；当K,2,接压力油、K,1,接回油时，阀心左移，使P与B相通、A与T相通；当K,1,和K,2,都通回油时，阀心在两端弹簧和定位套作用下处于中位，P、A、B、T相互均不通。必须指出，液动换向阀还需另一个阀来操纵其控制油路的方向。,图4-16,三位四通液动换向阀,H&P,47,School of Mechanical Engineering,上海电机学院机械学院,第四章 控制元件,液压与气压传动,5）电液换向阀,。,图4-17,所示为电液换向阀的结构原理及其图形符号。由图可见，当两个电磁铁都不通电时，电磁阀阀心4处于中位，液动阀（主阀）阀心8因其两端都接通油箱，也处于中位。电磁铁3通电时，电磁阀阀心移向右位，压力油经单向阀1接通主阀心的左端，其右端的油则经节流阀6和电磁阀而接通油箱，于是主阀心右移，移动速度由节流阀6的开口大小决定。同理，当电磁铁5通电，电磁阀阀心移向左位时，主阀心也移向左位，其移动速度由节流阀2的开口大小决定。,在,电液换向阀,中，控制主油路的主阀心不是靠电磁铁的吸力直接推动的，是靠电磁铁操纵控制油路上的压力油液推动的，因此推力可以很大，操纵也很方便。此外，主阀心向左或向右的移动速度可分别由节流阀2或6来调节，这就使系统中的执行元件能够得到平稳无冲击的换向。所以，这种操纵型式的换向性能是较好的，适用于高压、大流量的场合。,H&P,48,School of Mechanical Engineering,上海电机学院机械学院,第四章 控制元件,液压与气压传动,图4-17,电液换向阀,1、7单向阀 2、6节流阀 3、5电磁铁 4电磁阀阀心 8液动阀阀心（主阀心）,H&P,49,School of Mechanical Engineering,上海电机学院机械学院,第四章 控制元件,液压与气压传动,4. 滑阀机能,换向阀,的,滑阀机能,分为,工作位置机能,和,过渡状态机能,，前者是指滑阀处于某个工作位置时，其各个油口的连通关系；后者则指滑阀从一个工作位置变换到另一个工作位置的过渡过程中，它的各个油口的瞬时连通关系。不同的,滑阀机能,对应有不同的功能。,滑阀机能,对,换向阀,的,换向性能,和,系统,的,工作特性,有着重要的影响。,H&P,50,School of Mechanical Engineering,上海电机学院机械学院,第四章 控制元件,液压与气压传动,几种常用换向阀的滑阀机能见表4-7表4-9。,表4-7,二位换向阀滑阀工作位置机能,H&P,51,School of Mechanical Engineering,上海电机学院机械学院,第四章 控制元件,液压与气压传动,表4-8,三位换向阀滑阀工作位置机能,H&P,52,School of Mechanical Engineering,上海电机学院机械学院,第四章 控制元件,液压与气压传动,注：阀心两端工作位置的接通形式，除常用的交叉通油外，也可设计成特殊的OP型或MP型。,H&P,53,School of Mechanical Engineering,上海电机学院机械学院,第四章 控制元件,液压与气压传动,在分析和选择三位换向阀中位工作机能时，通常考虑以下因素：,1）系统保压,当P口被堵塞，系统保压，液压泵能用于多缸系统。当P口不太通畅地与T口接通时（如X型），系统能保持一定的压力供控制油路使用。,2）系统卸荷,P口通畅地与T口接通，系统卸荷，既节约能量，又防止油液发热。,3）换向平稳性和精度,当液压缸的A、B两口都封闭时，换向过程不平稳，易产生液压冲击，但换向精度高。反之，A、B两口都通T口时，换向过程中工作部件不易制动，换向精度低，但液压冲击小。,4）起动平稳性,阀在中位时，液压缸某腔若通油箱，则起动时该腔因无油液起缓冲作用，起动不太平稳。,5）液压缸“浮动”和在任意位置上的停止,阀在中位，当A、B两口互通时，卧式液压缸呈“浮动”状态，可利用其他机构移动，调整位置。当A、B两口封闭或与P口连接（非差动情况），则可使液压缸在任意位置停下来。,H&P,54,School of Mechanical Engineering,上海电机学院机械学院,第四章 控制元件,液压与气压传动,5.电磁球阀,电磁球阀,是一种以电磁铁的推力为驱动力推动钢球来实现油路通断的,电磁换向阀,。,电磁球阀,密封性能好，可应用于达63MPa的高压，换向、复位速度快，换向频率高（可达250次/min），对工作介质粘度的适应范围广，可直接用于高水基、乳化液，由于没有,液压卡紧力,，以及受液动力影响小，换向、复位所需力很小，此外，它的抗污染性也好。,电磁球阀,在小流量系统中可直接控制主油路，而在大流量系统中作,先导阀,也很普遍。目前电磁球阀只有,两位阀,，需用两个二位阀才能组成一个,三位阀,。这种阀的加工、装配精度要求较高，成本价格也相应增加。,H&P,55,School of Mechanical Engineering,上海电机学院机械学院,第四章 控制元件,液压与气压传动,图4-18,电磁球式换向阀（二位三通）,1支点 2操纵杆 3杠杆 4左阀座,5钢球6右阀座 7弹簧 8电磁铁,图4-18,所示为一个,二位三通电磁球阀,。当电磁铁8断电时，弹簧7将钢球5压紧在左阀座4的孔上，油口P与A通，T关闭。当电磁铁通电时，电磁推力使杠杆3绕支点1逆时针旋转，电磁力经杠杆放大后通过操纵杆2克服弹簧力将钢球压向右阀座6的孔上，于是油口P与A不通，A与T相通，实现换向。通道b的作用使钢球两侧液压力平衡。,H&P,56,School of Mechanical Engineering,上海电机学院机械学院,第四章 控制元件,液压与气压传动,6. 转阀,转阀,通过阀心的旋转实现油路的,通断,和,换向,。,转阀,可用,手动,或,机动,操纵。由于转阀,径向力,不平衡，旋转,阀心,所需力较大，且密封性能差，故一般用于,低压小流量,场合，或作,先导阀,用。,图4-19,所示为,三位四通转阀,原理、符号和结构图。原理图4-19a和符号图4-19b的左、中、右位置是相对应的。,图4-19,中，当阀心处于,图4-19a、b,所示的,中位,时，P、A、B、T互不相通。当阀心顺时针转一角度，处于图4-19a、b,右位,所示状态，油口P和B相通，A和T相通。当阀心反时针转一角度，处于图4-19a、b,左位,所示状态，则油口P和A相通，B和T相通，此时对应,图4-19c,所示状态。,H&P,57,School of Mechanical Engineering,上海电机学院机械学院,第四章 控制元件,液压与气压传动,7. 主要性能：,（1）工作可靠性,工作可靠性指电磁铁通电以后能否可靠地换向，而断电后能否可靠地复位。工作可靠性主要取决于设计和制造，和使用也有关系。液动力和液压卡紧力的大小对工作可靠性影响很大，而这两个力与通过阀的流量和压力有关。所以电磁阀也只有在一定的流量和压力范围内才能正常工作。这个工作范围的极限称为换向界限，如,图4-20,所示。,（2）压力损失,由于电磁阀的开口很小，故液流流过阀口时产生较大的压力损失。,图4-21,所示为某电磁阀的压力损失曲线。一般地说，阀体铸造流道中的压力损失比机械加工流道中的损失小。,（3）内泄漏量,在各个不同工作位置，在规定的工作压力下，从高压腔漏到低压腔的泄漏量为内泄漏量。过大的内泄漏量不仅会降低系统的效率，引起过热，而且还会影响执行元件的正常工作。,H&P,58,School of Mechanical Engineering,上海电机学院机械学院,第四章 控制元件,液压与气压传动,图4-20,电磁阀的换向界限,图4-21,电磁阀的压力损失,H&P,59,School of Mechanical Engineering,上海电机学院机械学院,第四章 控制元件,液压与气压传动,（4）换向和复位时间,换向时间指从电磁铁通电到阀心换向终止的时间；复位时间指从电磁铁断电到阀心回复到初始位置的时间。减小换向和复位时间可提高机构的工作效率，但会引起液压冲击。一般说来，交流电磁阀的换向时间约为0.030.05s，换向冲击较大；而直流电磁阀的换向时间约为0.10.3s，换向冲击较小。通常复位时间比换向时间稍长。,（5）换向频率,换向频率是在单位时间内阀所允许的换向次数。目前交流单电磁铁的电磁阀的换向频率一般为60次/min以下。,（6）使用寿命,使用寿命指电磁阀用到它某一零件损坏，不能进行正常的换向或复位动作或使用到电磁阀的主要性能指标超过规定指标时经历的换向次数。电磁阀的使用寿命主要决定于电磁铁。湿式电磁铁的寿命比干式的长，直流电磁铁的寿命比交流的长。,H&P,60,School of Mechanical Engineering,上海电机学院机械学院,第四章 控制元件,液压与气压传动,二、,压力控制阀,表4-10 压力控制阀的分类,常用的,压力控制阀,的类型如表4-10所示。,H&P,61,School of Mechanical Engineering,上海电机学院机械学院,第四章 控制元件,液压与气压传动, 溢流阀,溢流阀,是通过阀口的溢流，使被控制系统或回路的压力维持恒定，实现,稳压,、,调压,或,限压,作用。,对,溢流阀,的,主要要求,：调压范围大，调压偏差小，压力振摆小，动作灵敏，过流能力大，噪声小。,1. 功用和要求,图4-22,直动式滑阀型溢流阀,1调节螺母2弹簧3上盖4阀心5阀体,H&P,62,School of Mechanical Engineering,上海电机学院机械学院,第四章 控制元件,液压与气压传动,2. 工作原理和结构形式,图4-22,直动式滑阀型溢流阀,1调节螺母2弹簧3上盖4阀心5阀体,（1）直动式溢流阀,图4-22,所示为,直动式滑阀型溢流阀,的结构及其图形符号。压力油从进口P进入阀后，经孔,f,和阻尼孔,g,后作用在阀心4的底面,c,上。当进口压力较低时，阀心在弹簧2预调力作用下处于最下端，由底端螺母限位。由阀心与阀体5构成的节流口有重叠量,l,将P与T口隔断，阀处于关闭状态。,当进口P处压力升高至作用在阀心底面上液压力大于弹簧预调力时，阀心开始向上运动。当阀心上移重叠量,l,时，阀口处于,开启的临界状态,。若压力继续升高至阀口打开，油液从P口经T口溢流回油箱。此时，由于溢流阀的作用，在流量变化时，进口压力能基本保持恒定。,H&P,63,School of Mechanical Engineering,上海电机学院机械学院,第四章 控制元件,液压与气压传动,图4-22,直动式滑阀型溢流阀,1调节螺母2弹簧3上盖4阀心5阀体,图4-22,中L为泄漏油口。,图示回油口T与泄漏油流经的弹簧腔相通，L口堵塞，称为,内泄,。内泄时回油口T的背压将作用在阀心上端面，这时与弹簧力相平衡的将是进出油口压差。,若将泄漏油腔与T口的连接通道,e,堵塞，将L口打开，直接将泄漏油引回油箱，这种连接方式称,外泄,。,直动式滑阀型溢流阀,当压力较高、流量较大时，要求调压弹簧有很大的力，这不仅使调节性能变差，弹簧设计和结构上也难以实现而且阀口虽有重叠量，滑阀仍存在泄漏因而难以实现很高的压力控制，因而这种阀一般用于低压小流量场合，目前已较少应用。,H&P,64,School of Mechanical Engineering,上海电机学院机械学院,第四章 控制元件,液压与气压传动,图4-23,所示为,直动式锥阀型和球阀型溢流阀,的结构。节流口密封性能好，不需重叠量，可直接用于高压大流量场合。,图4-23a,所示,高压大流量直动式溢流阀,锥阀型结构的最高压力、流量分别可达40MPa和300L/min，,图4-23b,所示的球阀型结构的最高压力、流量可达63MPa和120L/min。,图4-23,高压大流量直动式溢流阀,a）锥阀型 b）球阀型,H&P,65,School of Mechanical Engineering,上海电机学院机械学院,第四章 控制元件,液压与气压传动,（2）先导式溢流阀,先导式溢流阀按其主阀心不同有三种典型结构形式，即,一级,、,二级,和,三级同心式,。,二级同心式先导溢流阀,如,图4-24,所示，因其主阀与锥阀部分直径保持同心而得名。,主阀心1,上部受压面积略大于下部，当阀P口压力较低,先导阀心4,未开启时，作用在主阀心上液压力合力方向与弹簧3作用力相同，使阀关闭。,图4-24,二级同心式先导溢流阀,1主阀心 2阻尼孔 3主阀弹簧,4先导阀心5先导阀弹簧,6调压手轮 7螺堵,H&P,66,School of Mechanical Engineering,上海电机学院机械学院,第四章 控制元件,液压与气压传动,图4-24,二级同心式先导溢流阀,1主阀心 2阻尼孔 3主阀弹簧,4先导阀心5先导阀弹簧,6调压手轮 7螺堵,阀有两个,阻尼孔2和8,，一个在主阀心上，另一个在先导阀座上。当阀P口的压力增加时，使,阻尼孔2,，,流道a,、,动态阻尼孔8,及,先导阀心前容腔,的压力相应增加，而能克服先导阀弹簧预调力使先导阀开启，就有液流从P口经阻尼孔2、流道a、阻尼孔8、开启的先导阀和,通道b,流到,T口,。此流量将在阻尼孔2两端产生压差。,H&P,67,School of Mechanical Engineering,上海电机学院机械学院,第四章 控制元件,液压与气压传动,图4-24,二级同心式先导溢流阀,1主阀心 2阻尼孔 3主阀弹簧,4先导阀心5先导阀弹簧,6调压手轮 7螺堵,压差作用在主阀心上下面积上的合力正好与主阀弹簧力平衡时，主阀心处于开启的临界状态。当P口的压力再稍稍增加，而使流经阻尼孔的流量再稍稍增大，阻尼孔2两端压力之差克服主阀弹簧力使主阀打开，这时从,P口,输入流量将分成两部分，少量流量经先导阀后流向,出油口T,，大部分则经主阀节流口流向T口。,H&P,68,School of Mechanical Engineering,上海电机学院机械学院,第四章 控制元件,液压与气压传动,图4-24,二级同心式先导溢流阀,1主阀心 2阻尼孔 3主阀弹簧,4先导阀心5先导阀弹簧,6调压手轮 7螺堵,经主阀节流口的流量便在,进油口P,建立压力。因流经先导阀的流量极小，所以主阀心上腔的压力基本上和由先导阀弹簧预调力所确定的,先导阀心前容腔,压力相等，而主阀上,阻尼孔2,两端用以打开主阀心的压差，仅须克服主阀弹簧的作用力、主阀心重力及液动力等，也并不很大，所以可以认为溢流阀进口处压力基本上也由先导阀弹簧预调力所确定。在溢流阀的主阀心升起且有溢流作用时，溢流阀进口处的压力便可维持由先导阀弹簧所调定的定值。,先导式溢流阀,中流经先导阀的油液可,内泄,（如,图4-24,所示），也可,外泄,。,外泄时，可将先导阀口油单独引回油箱，而将先导阀回油口与主阀回油口T的连接通道b堵住。,H&P,69,School of Mechanical Engineering,上海电机学院机械学院,第四章 控制元件,液压与气压传动,图4-24,二级同心式先导溢流阀,1主阀心 2阻尼孔 3主阀弹簧,4先导阀心5先导阀弹簧,6调压手轮 7螺堵,阀体上有一个,远程控制口K,，当将此口通过,二位二通阀,接通,油箱,时，,主阀心,上腔的压力接近于零，主阀心在很小的压力下即可向上移动且阀口开得最大，这时泵输出的油液在很低的压力下通过阀口流回油箱，实现,卸荷,作用。如果将K口接到另一个,远程调压阀,上（其结构和溢流阀的先导阀一样）并使打开远程调压阀的压力小于打开,溢流阀先导阀心4,的压力，则主阀心上腔的压力（从而溢流阀的溢流压力）就由远程调压阀来决定。使用远程调压阀后，便可对系统的溢流压力实行远程调节。,H&P,70,School of Mechanical Engineering,上海电机学院机械学院,第四章 控制元件,液压与气压传动,3. 特性,当溢流阀稳定工作时，作用在阀心上的力相互平衡。以,图4-22,所示的,直动式溢流阀,为例，如令,p,为进口处的压力（稳态下它就是阀心底端的压力），,A,为,阀心承压面积,，,F,s,为,弹簧作用力,，,F,g,为,阀心重力,，,F,bs,为作用在阀心上的,轴向稳态液动力,，,F,f,为,摩擦力,，则当阀垂直安放时，阀心上的受力平衡方程为,（4-8）,在一般情况下，略去阀心自重和摩擦力，将式（4-1）代入上式，令,x,R,表示,溢流阀的开度,，略去,C,r,不计，且取,C,v,=1则有,（4-9）,H&P,71,School of Mechanical Engineering,上海电机学院机械学院,第四章 控制元件,液压与气压传动,可见,溢流阀进口处的压力是由弹簧力决定的,。如忽略,稳态液动力,，且假设弹簧力,F,s,变化相当小，则由式（4-9）可知溢流阀进口处的压力基本上维持由弹簧调定的定值。然而，在弹簧力调整好之后，因溢流阀流量变化，,阀口开度,x,R,的变化影响,弹簧压紧力,和,稳态液动力,，所以溢流阀在工作时进口处的压力还是会发生变化的。,如令,x,c,为弹簧调整时的,预压缩量,，,k,s,为,弹簧刚度,，则由式（4-9）有,（4-10）,当溢流阀开始溢流时（即阀口将开未开时），,x,R,=0，这时进口处的压力,p,c,称为溢流阀的