液壓與氣壓傳動(dòng)——第11節(jié)液壓閥概述及單向閥

1、第第四四章章 液壓控制閥液壓控制閥 典型液壓系統(tǒng)典型液壓系統(tǒng)單向閥工作原理單向閥工作原理第第四四章章 液壓控制閥液壓控制閥4.1 液壓閥概述液壓閥概述液壓控制閥（液壓閥）在液壓系統(tǒng)中被用來(lái)控制液流的壓液壓控制閥（液壓閥）在液壓系統(tǒng)中被用來(lái)控制液流的壓力、流量和方向，保證執(zhí)行元件按照負(fù)載的需求進(jìn)行工作。力、流量和方向，保證執(zhí)行元件按照負(fù)載的需求進(jìn)行工作。掌握液壓閥的控制機(jī)理是本章學(xué)習(xí)的關(guān)鍵。掌握液壓閥的控制機(jī)理是本章學(xué)習(xí)的關(guān)鍵。1、液壓閥的基本結(jié)構(gòu)與原理、液壓閥的基本結(jié)構(gòu)與原理液壓閥的基本結(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)作相對(duì)運(yùn)動(dòng)的裝置。

2、內(nèi)作相對(duì)運(yùn)動(dòng)的裝置。閥芯的主要形式有滑閥、錐閥和球閥。閥芯的主要形式有滑閥、錐閥和球閥。閥體上有與閥芯配合的閥體孔或閥座孔外，還有外接油管閥體上有與閥芯配合的閥體孔或閥座孔外，還有外接油管的進(jìn)出油口；的進(jìn)出油口；驅(qū)動(dòng)裝置可以是手調(diào)機(jī)構(gòu)，彈簧或電磁鐵，液壓力。驅(qū)動(dòng)裝置可以是手調(diào)機(jī)構(gòu)，彈簧或電磁鐵，液壓力。液壓閥正是利用閥芯在閥體內(nèi)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)來(lái)控制閥口的通液壓閥正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)口大小，來(lái)實(shí)現(xiàn)壓力、流量和方向控制的。斷及開(kāi)口大小，來(lái)實(shí)現(xiàn)壓力、流量和方向控制的。液壓閥基礎(chǔ)液壓閥基礎(chǔ)第第四四章章 液壓控制閥液壓控制閥第第四四章章 液壓控制閥液壓控制閥第第四四章章 液壓控

3、制閥液壓控制閥 (1) 按用途分類 液壓閥按用途可分為方向控制閥（如單向閥、換向閥）、壓力控制閥（如溢流閥、減壓閥、順序閥）和流量控制閥（如節(jié)流閥、調(diào)速閥）。這三類閥還可根據(jù)需要互相組合成為組合閥，如單向順序閥、單向節(jié)流閥、電磁溢流閥等，這樣在增加功能的基礎(chǔ)上,使得其結(jié)構(gòu)緊湊、連接簡(jiǎn)單，并提高了效率。 2、液壓閥的分類、液壓閥的分類方向換向閥方向換向閥壓力控制閥壓力控制閥流量控制閥流量控制閥第第四四章章 液壓控制閥液壓控制閥 (2) 按工作原理分類 液壓閥按工作原理可分為開(kāi)關(guān)（通斷）閥、伺服閥、比例閥等。開(kāi)關(guān)閥各閥口只有開(kāi)和關(guān)兩個(gè)工作狀態(tài)，控制后只能在某一狀態(tài)下工作。伺服閥和比例閥能根據(jù)輸入信

4、號(hào)連續(xù)地或按比例地控制閥口開(kāi)度，進(jìn)而控制執(zhí)行元件的工作。(3) 按閥芯結(jié)構(gòu)形式分類 液壓閥按閥芯形式可分為滑閥、錐閥、球閥和轉(zhuǎn)閥等。 (4) 按安裝連接形式分類 （a）螺紋式（管式）安裝連接。閥的油口用螺紋管接頭與管道及其他元件連接。這種方式適用于簡(jiǎn)單液壓系統(tǒng)。 第第四四章章 液壓控制閥液壓控制閥（b）板式安裝連接。幾個(gè)閥的各油口均布置在同一安裝面上，并用螺釘固定在與閥有對(duì)應(yīng)油口的連接板上，再用管接頭和管道將連接板的相應(yīng)油口與其他元件連接。 （c）集成塊式連接。把幾個(gè)板式安裝的閥用螺釘固定在一個(gè)帶有內(nèi)部孔道通道體的不同側(cè)面上，構(gòu)成一個(gè)油路單元集成塊，集成塊中的孔道與各閥溝通組成回路，液壓系統(tǒng)由

5、若干個(gè)集成塊組成。由于拆卸閥時(shí)不用拆卸與它們相連的其他元件，因此這種安裝連接方式應(yīng)用較廣。 （d）疊加式安裝連接。閥的上下面為連接結(jié)合面，各油口分別在這兩個(gè)面上，并且同規(guī)格閥的油口連接尺寸相同。每個(gè)閥除其自身的功能外，還起油路通道的作用，閥相互疊裝構(gòu)成回路，不用管道連接，因此結(jié)構(gòu)緊湊，沿程損失很小。一般稱該閥為疊加閥。 第第四四章章 液壓控制閥液壓控制閥（e）法蘭式安裝連接。和螺紋式連接相似，只是用法蘭代替螺紋管接頭。用于通徑32 mm以上的大流量閥。它的強(qiáng)度高，連接可靠。 （f）插裝式安裝連接。這類閥沒(méi)有單獨(dú)的閥體，由閥芯、閥套等組成的單元體插裝在插裝塊的預(yù)制孔中，用連接螺紋或蓋板固定，并通

6、過(guò)插裝塊內(nèi)通道把各插裝式閥連通組成回路，插裝塊起到閥體和管路的作用。這是適應(yīng)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)集成化而發(fā)展起來(lái)的一種新型安裝連接方式。插裝閥多為大流量閥，但是，目前又出現(xiàn)了螺紋插裝閥，可用于小流量閥。 第第四四章章 液壓控制閥液壓控制閥3.液壓閥的性能參數(shù)液壓閥的性能參數(shù)是評(píng)價(jià)和選用閥的依據(jù)。它反映了閥的規(guī)格大小和工作特性。在我國(guó)液壓技術(shù)的發(fā)展過(guò)程中，開(kāi)發(fā)了若干個(gè)不同壓力等級(jí)和不同連接方式的液壓閥系列。它們不但性能各有差異，而且參數(shù)的表達(dá)方式也不相同。 閥的規(guī)格大小用通徑Dg（單位mm）表示，代表閥的通流能力大小，對(duì)應(yīng)于閥的額定流量。 Dg是閥進(jìn)、出油口的名義尺寸，它和油口的實(shí)際尺寸不一定相等，因后

7、者還要受到油液流速等參數(shù)的影響。如通徑同為10 mm，某電磁換向閥油口的實(shí)際直徑為11.2 mm，而直角單向閥卻是14.7 mm。過(guò)去有些系列閥的規(guī)格用額定流量來(lái)表示；也有的既用了通徑，又給出了所對(duì)應(yīng)的流量。但即使是在同一壓力級(jí)別，對(duì)于不同的閥，同一通徑所對(duì)應(yīng)的流量也不一定相同。 第第四四章章 液壓控制閥液壓控制閥液壓閥主要有兩個(gè)參數(shù)，即額定壓力和額定流量。還有一些和具體閥有關(guān)的量，如通過(guò)額定流量時(shí)的額定壓力損失、最小穩(wěn)定流量、開(kāi)啟壓力等等。只要工作壓力和流量不超過(guò)額定值，液壓閥即可正常工作。目前對(duì)不同的閥也給出一些不同的數(shù)據(jù)，如最大工作壓力、開(kāi)啟壓力、允許背壓、最大流量等等。同時(shí)給出若干條特

8、性曲線，如壓力流量曲線、壓力損失流量曲線、進(jìn)出口壓力曲線等，供使用者確定不同狀態(tài)下的參數(shù)數(shù)據(jù)。這既便于使用，又比較確切地反映了閥的性能。 第第四四章章 液壓控制閥液壓控制閥4.液壓閥的控制輸入裝置各種液壓閥的操縱、控制，都是通過(guò)力（力矩）、位移各種液壓閥的操縱、控制，都是通過(guò)力（力矩）、位移形式的機(jī)械量來(lái)實(shí)現(xiàn)的。它可以用手動(dòng)、機(jī)動(dòng)、氣動(dòng)、形式的機(jī)械量來(lái)實(shí)現(xiàn)的。它可以用手動(dòng)、機(jī)動(dòng)、氣動(dòng)、液動(dòng)或電動(dòng)等方式來(lái)進(jìn)行。當(dāng)控制規(guī)律比較復(fù)雜或要求液動(dòng)或電動(dòng)等方式來(lái)進(jìn)行。當(dāng)控制規(guī)律比較復(fù)雜或要求達(dá)到較高的控制性能時(shí)，一般都采用電控的方式。由于達(dá)到較高的控制性能時(shí)，一般都采用電控的方式。由于這時(shí)的控制輸入信號(hào)是

9、微弱的電量，所以應(yīng)經(jīng)過(guò)控制放這時(shí)的控制輸入信號(hào)是微弱的電量，所以應(yīng)經(jīng)過(guò)控制放大器的處理和功率放大后，由某種形式的電大器的處理和功率放大后，由某種形式的電機(jī)械轉(zhuǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)換器，將電量轉(zhuǎn)換成控制液壓閥運(yùn)動(dòng)所需要的機(jī)械量。換器，將電量轉(zhuǎn)換成控制液壓閥運(yùn)動(dòng)所需要的機(jī)械量。因此，液壓閥的控制輸入裝置包括控制放大器和電因此，液壓閥的控制輸入裝置包括控制放大器和電機(jī)械轉(zhuǎn)換器兩部分。當(dāng)輸入控制信號(hào)足以滿足電機(jī)械轉(zhuǎn)換器兩部分。當(dāng)輸入控制信號(hào)足以滿足電機(jī)機(jī)械轉(zhuǎn)換器的驅(qū)動(dòng)要求時(shí)（如，由繼電器輸出的電量去控械轉(zhuǎn)換器的驅(qū)動(dòng)要求時(shí)（如，由繼電器輸出的電量去控制開(kāi)關(guān)式閥用電磁鐵），可以不采用控制放大器。（伺制開(kāi)關(guān)式閥用電磁鐵）

10、，可以不采用控制放大器。（伺服閥工作原理分析放大器和電服閥工作原理分析放大器和電機(jī)械轉(zhuǎn)換器）機(jī)械轉(zhuǎn)換器）（1）控制放大器控制放大器是電液控制系統(tǒng)的第一個(gè)環(huán)節(jié)，它直接影響系統(tǒng)的控制性能和工作可靠性?？刂品糯笃鞯淖饔弥饕球?qū)動(dòng)受控的電機(jī)械轉(zhuǎn)換器，滿足系統(tǒng)的工作性能要求。同時(shí)，在閉環(huán)控制的場(chǎng)合，控制放大器還承擔(dān)著反饋檢測(cè)器件的測(cè)量放大和系統(tǒng)性能的控制校正作用。對(duì)控制放大器有以下基本要求：線性度好，精度高，具有較寬的控制范圍和較強(qiáng)的帶載能力；動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，頻帶寬；功率放大級(jí)的功耗?。豢垢蓴_能力強(qiáng)，有很好的穩(wěn)定性和可靠性；第第四四章章 液壓控制閥液壓控制閥第第四四章章 液壓控制閥液壓控制閥控制功能強(qiáng)，能實(shí)

11、現(xiàn)控制信號(hào)的生成、處理、綜合、調(diào)節(jié)、放大；輸入輸出參數(shù)、連接端口和外形尺寸標(biāo)注化、規(guī)范化。（2）電機(jī)械轉(zhuǎn)換器電機(jī)械轉(zhuǎn)換器是電液控制閥的直接控制輸入器件，它將控制放大器輸入的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為力（力矩）輸出，去操縱液壓閥的閥芯移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)。它的性能對(duì)液壓閥及整個(gè)系統(tǒng)的特性有十分重要的影響，無(wú)論是穩(wěn)態(tài)控制精度、動(dòng)態(tài)性能或抗干擾能力和工作可靠性，都在很大程度上取決于電機(jī)械轉(zhuǎn)換器的性能。常用的幾種結(jié)構(gòu)：閥用開(kāi)關(guān)型電磁鐵、比例電磁鐵、動(dòng)常用的幾種結(jié)構(gòu)：閥用開(kāi)關(guān)型電磁鐵、比例電磁鐵、動(dòng)圈式力馬達(dá)、力矩馬達(dá)、伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)。圈式力馬達(dá)、力矩馬達(dá)、伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)。第第四四章章 液壓控制閥液壓控制閥閥用開(kāi)關(guān)型電

12、磁鐵閥用開(kāi)關(guān)型電磁鐵多數(shù)與方向閥配用，組成電磁換向閥或電液換向閥。閥用多數(shù)與方向閥配用，組成電磁換向閥或電液換向閥。閥用電磁鐵實(shí)質(zhì)上是一種特定結(jié)構(gòu)的牽引電磁鐵，它根據(jù)線圈電磁鐵實(shí)質(zhì)上是一種特定結(jié)構(gòu)的牽引電磁鐵，它根據(jù)線圈電流的通和斷而使銜鐵吸合或釋放，因此只有開(kāi)和關(guān)兩個(gè)電流的通和斷而使銜鐵吸合或釋放，因此只有開(kāi)和關(guān)兩個(gè)工作狀態(tài)。工作狀態(tài)。比例電磁鐵比例電磁鐵比例電磁鐵作為電液比例控制元件的電比例電磁鐵作為電液比例控制元件的電機(jī)械轉(zhuǎn)換器件，機(jī)械轉(zhuǎn)換器件，其功能是將比例控制放大器輸給的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成力或位其功能是將比例控制放大器輸給的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成力或位移信號(hào)輸出。比例電磁鐵推力大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)油

13、質(zhì)要求移信號(hào)輸出。比例電磁鐵推力大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)油質(zhì)要求不高。不高。第第四四章章 液壓控制閥液壓控制閥力矩馬達(dá)力矩馬達(dá)1-彈簧管，彈簧管，2-永久馬達(dá)，永久馬達(dá)，3-導(dǎo)磁管，導(dǎo)磁管，4-銜鐵銜鐵由上下導(dǎo)磁體由上下導(dǎo)磁體3、左右兩塊永、左右兩塊永久磁鐵久磁鐵2、帶扭軸（彈簧管）、帶扭軸（彈簧管）的銜鐵的銜鐵4以及套在銜鐵上的兩以及套在銜鐵上的兩個(gè)控制線圈所組成。銜鐵懸掛個(gè)控制線圈所組成。銜鐵懸掛在扭軸上，它可以繞著扭軸在在扭軸上，它可以繞著扭軸在a,b,c,d四個(gè)氣隙中擺動(dòng)。當(dāng)四個(gè)氣隙中擺動(dòng)。當(dāng)線圈控制電流為零時(shí)，四個(gè)氣線圈控制電流為零時(shí)，四個(gè)氣隙中均為由永久磁鐵所產(chǎn)生的隙中均為由永久磁鐵所產(chǎn)生

14、的固定磁場(chǎng)的磁通，因此作用在固定磁場(chǎng)的磁通，因此作用在銜鐵上的吸力相等，銜鐵處于銜鐵上的吸力相等，銜鐵處于中位平衡狀態(tài)。中位平衡狀態(tài)。第第四四章章 液壓控制閥液壓控制閥通入控制電流后，產(chǎn)生控制磁通入控制電流后，產(chǎn)生控制磁通。由于四個(gè)氣隙構(gòu)成了橋式通。由于四個(gè)氣隙構(gòu)成了橋式磁路，控制磁通與固定磁通疊磁路，控制磁通與固定磁通疊加后，在兩個(gè)氣隙中（如加后，在兩個(gè)氣隙中（如a和和d）磁通增加，而另兩個(gè)氣隙（如磁通增加，而另兩個(gè)氣隙（如b和和c）磁通減少，因此作用在）磁通減少，因此作用在銜鐵的吸力失去平衡，產(chǎn)生力銜鐵的吸力失去平衡，產(chǎn)生力矩而使銜鐵偏轉(zhuǎn)。當(dāng)作用在銜矩而使銜鐵偏轉(zhuǎn)。當(dāng)作用在銜鐵上的電磁力矩

15、與扭軸的彈性鐵上的電磁力矩與扭軸的彈性變形力矩及外負(fù)載產(chǎn)生的力矩變形力矩及外負(fù)載產(chǎn)生的力矩平衡時(shí)，銜鐵處于平衡的某一平衡時(shí)，銜鐵處于平衡的某一扭轉(zhuǎn)位置上。扭轉(zhuǎn)位置上。力矩馬達(dá)是一種輸出力矩或轉(zhuǎn)角的電力矩馬達(dá)是一種輸出力矩或轉(zhuǎn)角的電機(jī)械轉(zhuǎn)換器，它機(jī)械轉(zhuǎn)換器，它的輸出力較小的輸出力較小第第四四章章 液壓控制閥液壓控制閥4.2 單向閥單向閥單向閥分為普通單向閥和液控單向閥兩種。 (1) 普通單向閥 普通單向閥簡(jiǎn)稱為單向閥，它是一種只允許油液正向流動(dòng)，不允許反向流動(dòng)的閥，因此又可稱為逆止閥或止回閥。按進(jìn)出油液流動(dòng)方向的不同，可分為直通式（管式）和直角式（板式）單向閥兩種結(jié)構(gòu)。圖所示的是直通式單向閥和它

16、的圖形符號(hào)。1閥體；閥體；2閥芯；閥芯；3彈簧彈簧單向閥視頻2單向閥視頻1第第四四章章 液壓控制閥液壓控制閥 它只有螺紋連接形式，當(dāng)液流從進(jìn)油口P1流入時(shí)，油液壓力克服彈簧3的阻力和閥芯2與閥體1間的摩擦力，頂開(kāi)帶有錐端的閥芯2（小規(guī)格直通式單向閥也有用鋼球作閥芯的），從出油口P2流出。當(dāng)液流反向流入時(shí)，由于油液壓力使閥芯2緊密地壓在閥座上，因此使油液不能反向流動(dòng)。 單向閥中的彈簧僅用于使閥芯在閥座上就位。沒(méi)有彈簧的單向閥必須垂直安放，而且P1口在下面，閥芯通過(guò)本身的質(zhì)量停止在支座上。有彈簧的單向閥，其彈簧的剛度較小，故開(kāi)啟壓力很?。ㄍǔ?.04 0.1 MPa）。若更換硬彈簧，使其開(kāi)啟壓力

17、達(dá)到0.2 0.6 MPa，便可當(dāng)背壓閥使用第第四四章章 液壓控制閥液壓控制閥(2) 液控單向閥 液控單向閥是一種通入控制壓力油后即允許油液雙向流動(dòng)的單向閥。它由單向閥和液控裝置兩部分組成，如圖所示。當(dāng)控制口K沒(méi)有通入壓力油時(shí)，它的作用和普通單向閥一樣，壓力油只能由P1（正向）流向P2，反向截止。當(dāng)控制口K通入控制壓力油（簡(jiǎn)稱控制油）后，因控制活塞1右側(cè)a腔通泄油口（圖中未畫(huà)出），活塞1右移，推動(dòng)頂桿2，頂開(kāi)閥芯3離開(kāi)閥座，使油口P1和P2溝通，這時(shí)的油液正反向均可自由流動(dòng)。 1控制活塞2頂桿；3閥芯液控單向閥視頻第第四四章章 液壓控制閥液壓控制閥 油液反向流動(dòng)時(shí)，P2口進(jìn)油壓力相當(dāng)于系統(tǒng)工作壓力，通常很高；而P1口的壓力也可能很高，這樣都要求控制油的壓力很大才能頂開(kāi)閥芯，因而影響了液控單向閥的工作可靠性。解決的辦法是：對(duì)于P1油口壓力較高造成控制活塞背壓較大的情況，可減小P1油腔控制活塞的受壓面積，并采用外泄口回油以降低背壓。以便降低開(kāi)啟閥芯的阻力，達(dá)到控制目的。這種結(jié)構(gòu)的閥被稱為外泄式液控單向閥；而對(duì)于P2