液壓與氣動技術 - 項目五

液壓與氣動技術主編趙江濤王珊謝強

項目五液壓控制和輔助元件01方向控制閥02壓力控制閥03流量控制閥目錄

CONTENTSPARTONE方向控制閥

方向控制閥通過控制油液的流動方向,從而實現(xiàn)對執(zhí)行裝置的方向控制,如實現(xiàn)對液壓缸的前進、后退與停止的控制,對液壓馬達的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)與停止的控制。

方向控制閥包括單向閥和換向閥兩類。單向閥主要有普通單向閥和液控單向閥兩種,結構、原理和應用都比較簡單;換向閥的類型較為復雜,應用最為廣泛,是理解液壓傳動系統(tǒng)原理的難點所在。

單向閥的作用是使油液只能從一個方向通過,不允許反向流動。如圖5-1所示,普通單向閥由閥體1、閥芯2、彈簧3等零件組成。它的作用就是讓油液從P1流向P2,但絕不允許油液從P2流向P1。

如圖5-2所示,液壓泵出口安裝的普通單向閥,它的作用:一是不影響液壓泵的出油;二是在液壓泵停止工作后防止油液倒流。

普通單向閥的反向絕對不允許通過。雖然單向閥大多數(shù)時間反向不允許通過,但有時需要反向通過時,可以使用液控單向閥。如圖5-3所示為液控單向閥的結構和職能符號。

當油液需要反向通過時,只要用一個機構將閥芯強行頂開,油液即可通過。如圖5-3(a)所示,液控單向閥在結構上增加了控制油腔K及控制活塞1。外泄油口L與油箱接通,以保證泄漏到a腔的油液不會影響控制活塞的移動。

換向閥是利用閥芯對閥體的相對位置改變,來控制油路接通、截斷或改變油液流動方向的。理解液壓傳動系統(tǒng)原理的前提是必須了解油液的流通情況,因此,必須熟悉換向閥的結構和職能符號,它是理解液壓傳動系統(tǒng)原理圖的基礎。二、換向閥

如圖5-5(a)所示,滑閥芯位于中間位置不動,兩個臺階正好封堵住A、B接口,來自于泵的油源P也被封堵(職能符號中將用⊥表示封堵),液壓缸無進出油液,缸原位停止。如圖5-5(b)所示,滑閥芯在外力作用下在閥體內(nèi)向左滑動,兩個臺階位置從接口A、B處移開,油源P與A相通,B與油箱T相通(職能符號中將用↑或↓表示相通),液壓缸左腔進油、右腔回油,活塞向右伸出。在液壓傳動系統(tǒng)中廣泛采用的是滑閥式換向閥,即閥芯在閥體內(nèi)滑動,依靠閥芯臺階與閥體上接口位置的相對變化,來控制油路的通斷。如圖5-5所示為滑閥式換向閥工作原理圖。如圖5-5(c)所示,滑閥芯在外力作用下在閥體內(nèi)向右滑動,兩個臺階位置移到接口A、B的右側(cè),使P與B相通,A與油箱T相通,液壓缸右腔進油、左腔回油,活塞向左縮回。(一)換向閥的工作原理對于換向閥,我們經(jīng)常稱之為“X位X通”。換向閥的“位”是指它具有幾個控制狀態(tài),也就是閥芯能控制在幾個位置。換向閥的“通”是指它外面連接的管道,即通道的“通”。如圖5-5所示的就是“四通”,因為2個T油箱實際上是共用一個回油管道,因此稱為“四通”,而不稱為“五通”。(二)換向閥的位與通(三)換向閥的控制方式

按滑閥閥芯移動的外力操作方式分,換向閥控制方式有手動、機動、液動、電磁動等,如圖5-6所示。閥上若裝有彈簧,則當無外力作用或外力消失時,閥芯會回復到原位。(四)換向閥的職能符號

換向閥的職能符號畫法有以下幾點規(guī)則。

(1)位數(shù)用方格表示。幾個方格就表示閥芯有幾個工作位置。如圖5-7(a)所示先畫出兩個方格,表示二位換向閥。

(2)通數(shù)用一個方格內(nèi)箭頭和“⊥”符號與方格的交點數(shù)表示。每個格表示的是同一個閥在不同閥芯位置下的連通情況,因此,每個格內(nèi)的通道數(shù)必須相等。

(3)換向的控制方式和復位彈簧的符號畫在方格的兩端。如圖5-7(c)所示,表示的是帶彈簧復位的二位四通電磁換向閥。

(4)常態(tài)位就是閥芯在不動的原始狀態(tài)下的連通狀況。對于三位換向閥,統(tǒng)一規(guī)定中間一格為常態(tài)格;對于二位換向閥,規(guī)定畫有彈簧的一側(cè)方格為常態(tài)格。

例5-1對于一個衛(wèi)生間常用的放水閥,如果按照液壓傳動系統(tǒng)的習慣,它就被稱為“二位二通手(腳)動換向閥”。常態(tài)下閥芯不動時不放水,閥芯移動時開始放水,松開后自動復位并關水,因二位上下各連接一個水管,共兩個管道,故稱為“二通”。

它正確的職能符號應該是如圖5-8(b)所示,顯然彈簧一側(cè)的方格是常態(tài)格,為斷開狀態(tài),表示常態(tài)下不流水(常斷),這與它的使用情況是一致的。

如圖5-8(c)所示為一個二位二通手動換向閥的職能符號。彈簧一側(cè)格表示出它是常態(tài)下連通的狀態(tài),如果表示放水閥,就代表該閥在沒有按壓手柄時流水(常開),因此,它與圖5-8(b)所示的換向閥是完全不同的兩種二位二通閥。

例5-2當電磁鐵不通電時,如圖5-9(a)所示的就是常態(tài)油路連接情況,壓力油源P與A接通,液壓缸左腔進油,右腔的油經(jīng)B與油箱T接通,活塞向右運動。

當電磁鐵通電時,換向閥的連通狀態(tài)是用電磁鐵一側(cè)的左格狀態(tài)表示的。讀圖時,可想象將換向閥的左格移到管路上,如圖5-9(b)所示,它的格點與常態(tài)格是對應的,因此,可以看出壓力油源P與B接通,液壓缸右腔進油,左腔的油經(jīng)A與油箱T接通,活塞向左運動。這也是讀換向閥職能符號的實用方法。(五)三位換向閥的中位機能

對于二位換向閥,只有閥芯不動的原位和動位兩個位置,職能符號中用兩個方格表示,不存在中位。

當要求液壓缸在任意位置能夠停止時,就必須使用三位換向閥。

三位換向閥處于中間位置時各接口的連通狀態(tài),稱為中位機能,也被稱為滑閥機能。

例5-3如圖5-10所示,選用中位機能為O型的三位四通換向閥,P口被堵塞時,油需從溢流閥流回油箱,泵的出口壓力得到保持,從而增加了功率消耗,另外液壓泵也能用于多缸系統(tǒng)。

例5-4如圖5-11所示,選用中位機能為M型的三位四通換向閥。當三位換向閥處于中位時,P、T口相通,即泵輸出的油液直接流回油箱,因此泵的輸出壓力近似為零,此時泵的輸出功率也近似為零。(六)換向閥的結構2.電磁換向閥1.機動換向閥3.液動換向閥4.電液換向閥5.手動換向閥6.轉(zhuǎn)閥PARTTWO壓力控制閥

在液壓傳動系統(tǒng)中,壓力控制閥包括兩類:一類是用來控制液壓油壓力控制閥工作壓力的閥,如溢流閥和減壓閥;另一類是利用液壓油壓力信號來控制動作的閥,如順序閥和壓力繼電器。壓力控制閥共同的工作原理是都有一個可移動的閥芯,閥芯一端有彈簧,另一端引入壓力油,利用閥芯上的液壓作用力與彈簧力相平衡來控制閥芯的移動,從而控制閥口的開度,調(diào)節(jié)和穩(wěn)定壓力或產(chǎn)生動作。一、溢流閥及其應用

在液壓傳動系統(tǒng)中,液壓缸或液壓馬達的速度是用節(jié)流閥調(diào)節(jié)進油的流量來控制的,液壓泵輸出的流量必然大于實際進入液壓缸或液壓馬達的流量,使節(jié)流閥前的油壓升高,因此必須在液壓泵出口與節(jié)流閥之間安裝一個溢流閥,才能使多余的油自動地“溢”出去,溢流閥也正是因此而被命名的。此時的溢流閥也被稱為“調(diào)壓閥”。(一)直動式溢流閥的工作原理與結構

如圖5-18(a)所示為直動式溢流閥的工作原理簡圖,其結構圖與產(chǎn)品外觀如圖5-19(a)所示。如圖5-18(b)所示為直動式溢流閥的職能符號。(二)先導式溢流閥的工作原理與結構

先導式溢流閥由先導閥與主閥兩部分組成。先導閥就相當于一個直動式溢流閥,經(jīng)過它的流量很小,閥口開度就可以很小,選用硬彈簧也可以穩(wěn)定較高的壓力。如圖5-20(a)、圖5-20(b)所示為先導式溢流閥的結構圖和工作原理簡圖。如圖5-20(c)所示為先導式溢流閥的職能符號,從職能符號中能夠區(qū)分出直動式和先導式溢流閥;如圖5-20(d)為先導式溢流閥的產(chǎn)品外觀圖。(三)溢流閥的應用

溢流閥是液壓系統(tǒng)中最常用到的元件之一。除極少數(shù)能夠自我保護的液壓泵(如限壓式變量葉片泵)以外,幾乎所有的液壓泵出口都必須安裝一個溢流閥,如圖5-21所示為一個典型的壓力油源的組合油路。

如圖5-22所示為溢流閥的兩個典型作用的油路圖。如圖5-22(a)和圖5-22(b)所示,壓力油源部分相同,換向閥和液壓缸也相同。圖5-22(a)有一個調(diào)節(jié)流量的節(jié)流閥,圖5-22(b)無溢流閥。

先導式溢流閥的遠程控制口在不使用時是被堵住的。如圖5-23所示,當先導式溢流閥A的遠程控制口與另外一個設置在別處并且調(diào)壓較低的溢流閥B連通時,主溢流閥A的閥芯上腔的油壓只要達到遠控溢流閥B的調(diào)定值,主溢流閥A的閥芯即可抬起溢流,實現(xiàn)了遠程調(diào)壓,這時主溢流閥A自身的先導閥不再起調(diào)壓作用。二、減壓閥及其應用(一)減壓閥的工作原理與結構

減壓閥的作用是在中高壓液壓系統(tǒng)中,通過降低壓力并保持穩(wěn)定值,提供一個低壓分支油路。

減壓閥也分為直動式和先導式兩種,一般常用先導式減壓閥。如圖5-24(a)、圖5-24(b)所示為先導式減壓閥的結構和工作原理簡圖。(二)減壓閥的應用

若某個執(zhí)行元件所需的供油壓力較液壓泵供油壓力低時,可在此分支油路中串聯(lián)一個減壓閥,所需壓力由減壓閥來調(diào)節(jié)控制。如控制油路、夾緊油路、潤滑油路就常采用減壓回路。如圖5-25所示為驅(qū)動夾緊機構的減壓回路。

(一)順序閥工作原理與結構

順序閥的結構也分為直動式和先導式。它的結構和工作原理與溢流閥極為相似。如圖5-26所示為先導式順序閥的結構圖和職能符號。

圖5-26所示為先導式順序閥,也稱為內(nèi)控式順序閥或自控式順序閥。它的閥芯開啟與否,是由它自己的進口壓力決定的。

如圖5-27所示為液控順序閥,也稱為外控式順序閥。它的閥芯開啟與否,與它自己的進口壓力大小無關,而是由液壓系統(tǒng)中某處的控制油壓力決定。

三、順序閥及其應用(二)順序閥的應用如圖5-28所示為用順序閥實現(xiàn)兩個液壓缸的順序動作回路。如圖5-29所示為兩種用順序閥實現(xiàn)的平衡回路。圖5-29(b)所示采用的是單向液控式順序閥,當換向閥在H型中位時,液控順序閥的控制油壓力喪失。四、壓力繼電器及其應用(一)壓力繼電器工作原理與結構

壓力繼電器是一種將液壓壓力信號轉(zhuǎn)換成電信號的元件。如圖5-30所示為壓力繼電器。(二)壓力繼電器的應用

用壓力繼電器發(fā)出的電信號可以控制電磁鐵、繼電器等元件,實現(xiàn)電液結合的程序控制和安全保護功能。

如圖5-31(a)所示利用壓力繼電器實現(xiàn)程序控制,當電磁鐵1YA、2YA通電時,缸5左腔進油,右腔回油,活塞右移實現(xiàn)“快進”。

如圖5-32所示利用壓力繼電器實現(xiàn)保壓卸荷。當電磁鐵1YA通電,2YA斷電時,活塞右移,當夾具接觸工件后油壓開始升高,此時液壓泵同時在向蓄能器充油(蓄能器的結構和作用將在本項目后續(xù)部分中介紹)。PARTTHREE流量控制閥

流量控制閥的閥口就是節(jié)流孔口,其流量公式在項目二式(2.22)中已經(jīng)介紹了,即

q=KAΔpm

其中,K為由小孔形狀和液體性質(zhì)所決定的系數(shù);一般節(jié)流口為薄壁孔,m=0.5;A為節(jié)流口通流面積,調(diào)節(jié)節(jié)流閥或調(diào)速閥就是在調(diào)節(jié)閥口通流面積A。一、節(jié)流閥

如圖5-34所示為節(jié)流閥,其中壓力油從進油口P1進入閥體,經(jīng)閥芯1左端的節(jié)流口從出油口P2流出。調(diào)節(jié)手柄3可以通過推桿2調(diào)節(jié)閥芯1的軸向位置,改變通流面積,從而控制流量。

如圖5-35所示,泵出口的壓力pp在溢流閥作用下被穩(wěn)定為一定值,p1就是液壓缸的工作壓力,隨負載R變化而變化,Δp=pp-p1,Δp必然隨負載R變化而變化,從而使節(jié)流閥的流量q也隨負載R的變化而變化。二、調(diào)速閥

如圖5-37所示為調(diào)速閥和節(jié)流閥的特性曲線比較,注意,圖中縱坐標為調(diào)速閥的流量,圖中橫坐標的Δp對應調(diào)速閥兩端的壓力差Δp1。三、流量控制閥的應用

如圖5-38所示為用節(jié)流閥的三種節(jié)流調(diào)速方案,其中分別是將節(jié)流閥安裝在進油路上、回油路上、旁油路上的三種調(diào)速方案。圖5-38中的節(jié)流閥也可以換為調(diào)速閥。電液比例控制閥一、電液比例控制閥的工作原理

比例電磁鐵的結構原理如圖5-39所示。比例電磁鐵是直流電磁鐵,它與普通直流電磁鐵不同,也被稱為電磁力馬達。二、電液比例壓力閥及應用

如圖5-40(a)所示為先導式電液比例溢流閥。

如圖5-40(b)、圖中(c)所示為電液比例溢流閥的職能符號和產(chǎn)品外觀圖片示例。用同樣的方式,也可以組成比例順序閥和比例減壓閥。

如圖5-41所示為應用電液比例溢流閥的多級調(diào)壓回路。圖中2為電子放大器。改變輸入電流,即可控制系統(tǒng)的工作壓力。用電液比例溢流閥可以替代普通多級調(diào)壓回路中的若干個壓力閥,且能對系統(tǒng)壓力進行連續(xù)控制。三、電液比例流量閥及其應用

如圖5-42(a)所示,使用3個調(diào)速閥,事先預調(diào)好各自