第八章 液壓系統(tǒng)控制元件.ppt

1、第八章 液壓系統(tǒng)控制元件（Control Components in Hydraulic Systems） 8.1概述（INTRODUCTION） 在任何液壓傳動系統(tǒng)中最重要的條件之一是控制。如果控制元件選擇不正確，整個系統(tǒng)起不到所需要的作用。液壓傳動主要是通過稱為液壓閥的控制元件來實(shí)現(xiàn)控制的?？刂圃倪x擇不僅涉及到它的類型而且還要考慮其尺寸大小，操縱技術(shù)和遠(yuǎn)控能力?？刂圃腥N基本類型： 方向控制閥； 壓力控制閥； 流量控制閥。,方向控制閥在回路內(nèi)部確定流動路線。例如，它們確定液壓缸或液壓馬達(dá)的工作方向?？刂屏鲃勇肪€的元件主要有單向閥、梭形閥和二位、三位、四位換向閥。 壓力控制閥防止系統(tǒng)

2、超載，它可能是由于流體需要壓縮而逐漸形成的可能是由于閥開啟或關(guān)閉所產(chǎn)生的突然沖擊。逐漸形成的壓力是由溢流閥、減壓閥、順序閥、卸荷閥和平衡閥來控制的。當(dāng)然，壓力反饋的油泵也能用于防止超載。壓力沖擊能瞬時(shí)產(chǎn)生比正常系統(tǒng)壓力高四倍的壓力。吸震器是用來消除壓力沖擊和衰減液壓震動的液壓裝置。 此外，對液壓回路的各管道中的流量也必須進(jìn)行控制。例如，控制決定于流量的執(zhí)行元件的速度。這類控制是通過使用流量控制閥來實(shí)現(xiàn)的。變量泵也能用來控制執(zhí)行元件的速度除非系統(tǒng)包含每一個都必須以不同的速度工作的幾個執(zhí)行元件。在這種情況下就需要獨(dú)立式,的流量控制閥。不平衡的流量控制閥用于不需精確的速度控制，此時(shí)由于經(jīng)過流量控制閥

3、的壓降而使流量發(fā)生變化。壓力平衡流量控制閥自動調(diào)節(jié)壓降的大小以保持恒定的流量。 了解各種控制元件的主要功能和工作原理是很重要的。這類知識對于功能完善的系統(tǒng)是需要的，而且導(dǎo)致改進(jìn)指定用途的流體傳動系統(tǒng)革新方法的發(fā)現(xiàn)。這是面對流體傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)者最大的挑戰(zhàn)之一。,8.2 方向控制閥（DIRECTIONAL CONTROL VALVES） 一、單向閥（CHECK VALVE） 功用：使液體只能單向通過。 性能要求：壓力損失小，反向截止密封性好。 分類：普通單向閥，液控單向閥。 1.普通單向閥（CHECK VALVE） 結(jié)構(gòu)：由閥體、閥芯和復(fù)位彈簧等組成。 工作原理：,職能符號： 性能參數(shù)： 開啟壓力：

4、0.0350.05MPa； 壓力損失：p0.10.3MPa； 作背壓閥時(shí)，其背壓力為0.20.6MPa調(diào)節(jié)。 2.液控單向閥（PILOT-OPERATED CHECK VALVE） 結(jié)構(gòu)：由閥體、閥芯、控制活塞、頂桿和復(fù)位彈簧等組成。 工作原理： 職能符號：,性能參數(shù) 控制壓力：pk3040p，p主油路壓力。 應(yīng)用： 雙向液壓鎖。,二、換向閥（DIRECTIONAL CONTROL VALVE） 功用：利用閥芯和閥體的相對運(yùn)動來改變油液的方向，接通或關(guān)閉油路。 性能要求：壓力損失??；斷開時(shí)，泄漏??；閥芯換位時(shí)，操縱力小和換位平穩(wěn)。 分類,1.滑閥 通過閥芯在閥體內(nèi)軸向移動來實(shí)現(xiàn)油路啟、閉和換向

5、的方向閥，由主體和操縱定位機(jī)構(gòu)兩部分組成。 主體部分 結(jié)構(gòu)：由閥體和滑動閥 芯組成。 閥體 P進(jìn)油口（壓力油口、,與油泵連接）；A、B工作 油口（與執(zhí)行元件連接）； T回油口（與油箱連接）。 根據(jù)進(jìn)、出油口的數(shù)目 可分為二通、三通、四通、 五通等。 閥芯 帶凸肩的圓柱體，按閥 芯的可變位置可分為二位、 三位和多位。 工作原理與職能符號： 換向閥都有兩個或兩個 以上的工作位置，其中有一 個常態(tài)位，即閥芯未受到操 縱它的外部作用時(shí)所處的位,置，這是閥的原始位置。繪制液壓系統(tǒng)圖時(shí)，油路一般應(yīng)連接在換向閥的常態(tài)位上。 滑閥式換向閥主體部分的結(jié)構(gòu)原理與職能符號,滑閥機(jī)能： 在常態(tài)位置（原始位置）上各油口

6、的連通方式就是這個閥的滑閥機(jī)能。由于滑閥機(jī)能主要是針對三位換向閥，而三位閥的常態(tài)位往往是其中間位置，因此也稱為滑閥的中位滑閥機(jī)能。采用不同滑閥機(jī)能的換向閥，會影響到閥在常態(tài)位時(shí)執(zhí)行元件的工作狀態(tài)：如停止還是運(yùn)動，前進(jìn)還是后退，快速還是慢速，卸荷還是保壓等等。,三位四通換向閥中位滑閥機(jī)能,操縱定位機(jī)構(gòu) 手動換向閥 利用手動來推動 閥芯實(shí) 現(xiàn)換向。,機(jī)動（行程）換向閥 它利用行程擋塊或凸 輪推動閥芯實(shí)現(xiàn)換向。 電磁換向閥 電磁換向閥是借助于電磁鐵吸力推動 閥芯動作以實(shí)現(xiàn)液流通、斷或改變流向的 閥類。電磁閥操縱方便，布置靈活，易于 實(shí)現(xiàn)動作轉(zhuǎn)換的自動化，因此應(yīng)用最為廣 泛。按電磁鐵所用電源不同可分為

7、交流電磁鐵和直流電磁鐵式；按電磁鐵是否浸在油里又分為濕式和干式等。,二位二通電磁閥 三位四通電磁閥,液動換向閥 液動換向閥利用控制油路的壓力油來推動閥芯實(shí)現(xiàn)換向，它適用于流量較大的閥。 電液動換向閥,2.多路換向閥 多路換向閥是將兩個以上手動換向閥組合在一起的閥組，用以操縱多個執(zhí)行元件的運(yùn)動。為了適應(yīng)多個執(zhí)行元件運(yùn)動的配合或互鎖要求，這種閥比通常的四通閥增加兩個油口，所以多路閥往往由若干個三位六通手動換向閥組合而成。 并聯(lián)油路：多路換向閥內(nèi)各單閥可以獨(dú)立操作，如果同時(shí)操縱兩個或兩個以上的閥時(shí)， 負(fù)載輕的先動作，此時(shí)分配到各執(zhí)行 元件的油液僅為泵流量的一部分。,串聯(lián)油路：各單閥之間的進(jìn)油路串聯(lián)，

8、上游換向閥的工作回油為下游換向閥的進(jìn)油。該油路可以實(shí)現(xiàn)兩個或兩個以上工作機(jī)構(gòu)的同步動作，泵的出口壓力等于各工作機(jī)構(gòu)負(fù)載壓力的總和。 串并聯(lián)油路：各單閥之間的進(jìn)油路串聯(lián)，回油路并聯(lián)，操縱上游閥時(shí)下游閥不能工作。但上游閥在微調(diào)范圍內(nèi)操縱時(shí)，下游閥尚能控制該路工作機(jī)構(gòu)的動作。,3.轉(zhuǎn)閥 轉(zhuǎn)閥是靠轉(zhuǎn)動閥芯來實(shí)現(xiàn)油路的啟、閉和換向的方向控制閥。其結(jié)構(gòu)與工作原理如圖所示。,8.3 壓力控制閥（PRESSURE CONTROL VALVES） 功用：控制液壓系統(tǒng)的壓力或利用壓力變化作為信號來控制其它元件動作。 類型：溢流閥、減壓閥、順序閥和壓力繼電器等。 一、溢流閥（PRESSURE RELIEF VALV

9、E） 1.功用 定壓溢流：當(dāng)液壓系統(tǒng)的壓力達(dá)到或超過調(diào)定壓力值時(shí)，閥口自動開啟（或自動調(diào)整開口大?。?，以實(shí)現(xiàn)油液溢流，使壓力保持恒定。 保護(hù)系統(tǒng)不過載：在液壓系統(tǒng)正常工作時(shí)溢流閥處于關(guān)閉狀態(tài)，只有在系統(tǒng)壓力大于調(diào)定壓力時(shí)溢流閥才打開，使系統(tǒng)壓力不再增加。 2.類型：直動式和先導(dǎo)式。,3.結(jié)構(gòu)與工作原理 直動式 結(jié)構(gòu)：由調(diào)壓螺帽、調(diào)壓 彈簧、閥芯與閥體組成。 工作原理： 設(shè)：閥芯底部承壓面積為 A，作用在閥芯上的液壓力為pA，調(diào)壓彈簧力為Fs，彈簧剛度為 k，彈簧 預(yù)壓縮量 為x0，若 忽略閥芯 的自重和 摩擦力， 則閥芯的,力平衡方程為 （81） 當(dāng)進(jìn)口壓力p較小，即pAFs時(shí)，閥芯在彈簧力作

10、用下處于最下端位置，閥口關(guān)閉，油液不能經(jīng)溢流閥流回油箱。 當(dāng)壓力隨外載增加而上升，推動閥芯上移，移動量為閥口搭接量h0時(shí)，閥口處于臨界狀態(tài)，此時(shí)彈簧壓縮量為x0 +h0， 其油壓 稱為開 啟壓力 p0，其 值為：,（82） 當(dāng)壓力繼續(xù)上升到pAFs時(shí)，閥口開啟，多余的油液經(jīng)閥開口（溢流口）h流回油箱。當(dāng)溢流口的開度經(jīng)過一個過渡過程后，便穩(wěn)定在某一開度h，使作用在閥芯底部的液壓力pA與此開度下的彈簧力Fs相平衡，進(jìn)口壓力p 便保持 在某一 定值， 即：,（83） 特點(diǎn)：若p較大，F(xiàn)也要大，調(diào)節(jié)困難，而且當(dāng)溢流量變化時(shí)，所調(diào)節(jié)的壓力p的變化就較大。僅用于低壓。 先導(dǎo)式 結(jié)構(gòu)：由主閥（主閥體、主 閥

11、芯、主彈簧）和先導(dǎo)閥（先導(dǎo) 閥體、錐閥芯、調(diào)壓螺帽、調(diào)壓 彈簧）組成。,工作原理： 設(shè)：主閥芯底部承壓面積為 A，主彈簧力為Fs，主彈簧剛度為 k，主彈簧預(yù)壓縮量為x0，錐閥閥 芯承壓面積為A，調(diào)壓彈簧力為 Fs 。 當(dāng)p較小時(shí)， pAFs， 先導(dǎo)閥關(guān)閉，在主閥芯兩端有： pA pA + Fs， （84） 主閥處于最下端位置，閥口關(guān)閉。 如果p增大， pAFs時(shí)， 先導(dǎo)閥打開，此時(shí)主閥兩端有： pA(pp）A+ Fs 主閥芯上移，移動量為閥口搭接量h0時(shí)，閥口處于臨界狀態(tài)，此時(shí)主彈簧壓縮量為x0+h0，其油壓為開啟壓力,p0，即： p0A（p0p）A+k（x0+h0）（85） 當(dāng)壓力繼續(xù)上升，

12、閥口開啟，多余的油液經(jīng)閥開口（溢流口）h流回油箱。當(dāng)溢流口的開度經(jīng)過一個過渡過程后，便穩(wěn)定在某一開度h，主閥芯兩端的作用力相平衡，進(jìn)口壓力p便保持在某一定值，即： pA（pp）A+k（x0+h0+h）（86） 先導(dǎo)式溢流閥的先導(dǎo)閥用來 控制壓力；主閥用來控制溢流。 兩者相配合，能使性能改善。 4.職能符號：,5.特性 流量壓力特性 在壓力油作用下溢流閥剛開 始溢流時(shí)的流量為開啟流量Q0， 其壓力為開啟壓力p0（一般在試 驗(yàn)時(shí)規(guī)定，當(dāng)溢流量為其額定流 量的1時(shí)為開啟流量，所對應(yīng) 的壓力為開啟壓力）。 其流量壓力特性曲線如圖所示。從圖中可得出以下結(jié)論： 不同的開啟壓力p0對應(yīng)著不同的曲線。 p0的

13、大小可用改變調(diào)壓彈簧的預(yù)壓縮量來得到； 當(dāng)開啟壓力p0一定時(shí)，溢流壓力隨著溢流量的增加而增加。當(dāng)溢流量達(dá)到閥的額定流量Qn時(shí)，閥芯升到最高位置，這時(shí)的進(jìn)口壓力pn稱為溢流閥的調(diào)定壓力或全,流壓力。pn與p0之差稱為調(diào)壓偏 差，其大小反映了調(diào)壓精度的高 低。開啟壓力與全流壓力之比稱 為開啟比（即p0/pn），其值越大 ，調(diào)壓偏差就越小，所控制的系 統(tǒng)壓力就越穩(wěn)定。先導(dǎo)式溢流閥 的壓力穩(wěn)定性好于直動式。如右 下圖所示。 以上分析忽略了閥芯移動時(shí) 摩擦力的影響，由于閥芯從閉合 到開啟時(shí)壓力和閉合壓力不等， 開啟壓力大于閉合壓力。 開啟時(shí)：FFs+Ff； 關(guān)閉時(shí)：FFsFf。 其啟閉特性如圖所示。,其

14、啟閉特性如圖所示。 調(diào)壓范圍 溢流閥的最小調(diào)節(jié)壓力到額 定壓力之間的調(diào)節(jié)范圍稱為調(diào)壓 范圍。 中壓閥：0.56.3MPa； 高壓閥：0.57MPa、3.5 14MPa、721MPa、1435MPa。 壓力損失與卸荷壓力 壓力損失：調(diào)壓手柄全松狀態(tài)下通過額定流量時(shí)的進(jìn)出口壓力之差。中低壓閥0.5MPa。 卸荷壓力：先導(dǎo)式溢流閥的遠(yuǎn)控口（卸荷口）接通油箱時(shí)，通過額定流量下該閥的進(jìn)出口壓力之差。中壓閥為0.150.4MPa。,二、減壓閥（PRESSURE REDUCING VALVE） 1.功用：降低液壓系統(tǒng)某一支油路的壓力，以便得到比系統(tǒng)供油壓力較低的穩(wěn)定壓力（出口壓力低于進(jìn)口壓力）。 2.類型：

15、定值減壓閥、定差減壓閥。 3.結(jié)構(gòu)與工作原理 結(jié)構(gòu)：由主閥（主閥體、主閥芯、主彈簧）和先導(dǎo)閥（先導(dǎo)閥體、錐閥芯、調(diào)壓螺帽、 調(diào)壓彈簧）組成。 工作原理： 設(shè)：主閥芯底 部承壓面積為A， 主彈簧力為Fs， 主彈簧剛度為k，,主彈簧預(yù)壓縮量為x0，錐閥閥芯承壓 面積為A，調(diào)壓彈簧力為Fs 。 當(dāng)負(fù)載較小時(shí)， p2AFs， 先導(dǎo)閥關(guān)閉，在主閥芯兩端有： p2Ap2A + Fs， （87） 主閥處于最下端位置，閥口全開。 當(dāng)負(fù)載增大，p2AFs時(shí)， 先導(dǎo)閥打開，此時(shí)主閥兩端有： p2A(p2p）A+ Fs 主閥芯上移，閥口減小，油液流經(jīng)閥口h時(shí)的壓力損失p增大，出口壓力p2降低，直至達(dá)到新的平衡，閥口

16、h則保持一定開度，這時(shí)主閥芯的力平衡方程式為： p2A（p2p）A+ Fs （88） 4.職能符號：,三、順序閥（SEQUENCE VALVE） 1.功用：控制液壓系統(tǒng)中各執(zhí)行元件的先后順序動作。 2.類型：直控順序閥（直動式和先導(dǎo)式）、液控順序閥。 3.結(jié)構(gòu)與工作原理 直控順序閥：與溢流 閥相似。 液控順序閥：,單向順序閥（平衡閥）：,四、壓力繼電器（PRESSURE SENSING SWITCH） 1.功用：將油液壓力信號轉(zhuǎn)換為電信號用來控制系統(tǒng)中的電氣元件。 2.結(jié)構(gòu)與工作原理：,8.4 流量控制閥（FLOW CONTROL VALVES） 功用：調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)中流量的大小，以調(diào)節(jié)執(zhí)行元件的運(yùn)動速度。 類型：節(jié)流閥、調(diào)速閥等。 要求：流量調(diào)節(jié)范圍大；前后壓差變化時(shí)，通過的流量變化要??；溫度變化時(shí)流量變化要??；不易堵塞等。 一、節(jié)流閥 1.結(jié)構(gòu)與工作原理 結(jié)構(gòu)： 工作原理： 職能符號： 2.流量特性： 節(jié)流口的