壓力閥和壓力控制回路.ppt

1、溢流閥和調(diào)壓閥 減壓閥和減壓回路 順序閥 壓力繼電器 平衡回路 卸荷回路,第七章 壓力閥和壓力控制回路,溢流閥主要作用有兩個(gè)：一是定量泵節(jié)流調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，用來保持液壓泵出口壓力恒定，并將液壓泵多余的油液溢流回油箱。這時(shí)溢流閥起定壓溢流作用；二是在系統(tǒng)中起安全作用。, 7-1 溢流閥和調(diào)壓閥,一、溢流閥的結(jié)構(gòu)和工作原理,二、溢流閥的主要性能,三、溢流閥的應(yīng)用和調(diào)壓回路,根據(jù)結(jié)構(gòu)不同，溢流閥可分為直動(dòng)式和先導(dǎo)式兩類。 1、直動(dòng)式溢流閥 直動(dòng)式溢流閥按其 閥芯形式不同可分 為球閥式、錐閥式、 滑閥式等?，F(xiàn)以力 士樂DBD直動(dòng)式溢 流閥來說明直動(dòng)式 溢流閥的結(jié)構(gòu)和工 作原理。其結(jié)構(gòu)如圖。,一、溢流閥的結(jié)

2、構(gòu)和工作原理,圖為溢流閥實(shí)物,溢流閥的開啟壓力為PR，即 Pk. A=PR=KX0 或 Pk=KX0/A 當(dāng)閥芯處于某一位置時(shí)，閥芯的受力平衡為： P .A=K(X0+x) 式中，x為彈簧附加壓縮量。由上式可知，當(dāng)閥芯處于不同位置時(shí)，溢流壓力是變化的。然而由于彈簧的附加壓縮量x相對于預(yù)壓縮量x0來說是較小的，所以可認(rèn)為溢流壓力P基本保持恒定，這就是溢流閥起定壓溢流作用的工作原理。 直動(dòng)式溢流閥是利用閥芯上端的彈簧力直接與下端面的液壓力相平衡來控制溢流壓力的。一般直動(dòng)式閥只做成低壓、流量不大的溢流閥。,2、先導(dǎo)式溢流閥,先導(dǎo)式溢流閥由主閥和先導(dǎo)閥兩部分組成。先導(dǎo)閥的結(jié)構(gòu)原理與直動(dòng)式溢流閥相同，但

3、一般采用錐形坐閥式結(jié)構(gòu)。主閥可分為：滑閥式(一級同心)結(jié)構(gòu)、二級同心結(jié)構(gòu)和三級同心結(jié)構(gòu)。圖為一級同心溢流閥的工作原理圖。,現(xiàn)在來研究主閥芯處于某一平衡位置時(shí)的狀態(tài)。忽略閥芯自重和摩擦力,主閥受力平衡為: PA=P1A+Fa=P1A+K(x0+x) 或 P=P1+K(x0+x)/A P-溢流閥所控制的主閥下腔壓力,即進(jìn)油口壓力; P1-主閥芯上腔的壓力; A-主閥芯上端面面積; K-主閥芯平衡彈簧的剛度; x0-平衡彈簧的預(yù)壓縮量; x-主閥開啟后,平衡彈簧增加的壓縮量; Fa-平衡彈簧對主閥芯的作用力. 由上式可知,先導(dǎo)式溢流閥所控制的壓力由P1和Fa/A兩項(xiàng)組成。由于有主閥上腔P1的存在。即

4、使被控壓力P較大,主閥上平衡彈簧力也只需很小,只要能克服摩擦力使主閥芯復(fù)位即可。,圖示為二級同心式高壓溢流閥的結(jié)構(gòu)原理圖.該閥由先導(dǎo)閥和主閥兩部分組成。其主閥芯導(dǎo)向面和錐面與閥套配合良好，兩處同心度要求較高，二級同心由此得名.當(dāng)系統(tǒng)壓力低于調(diào)壓彈簧調(diào)定值時(shí)，主閥芯下壓在閥座上，進(jìn)油口和溢流口不通。當(dāng)系統(tǒng)壓力超過調(diào)壓彈簧的調(diào)定值時(shí)，先導(dǎo)閥打開，油液回油腔。這樣，主閥 芯向上抬起，使P腔和O腔 接通，壓力油從P腔溢流 至O腔。阻尼孔對閥芯的 運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生阻尼，以提高溢 流閥工作的穩(wěn)定性。這種 閥的密封性好,通油能力 大,壓力損失小,結(jié)構(gòu)緊湊。,二、溢流閥的主要性能,1、壓力-流量特性,當(dāng)溢流量變化時(shí),

5、閥口開度也相應(yīng)地變化,其溢流壓力也有所變化,這就是溢流閥的壓力-流量特性.圖示為直動(dòng)式溢流閥的兩個(gè)工作位置.a圖為關(guān)閉狀態(tài),b圖為開啟狀態(tài).,當(dāng)系統(tǒng)壓力Pk為時(shí),液壓力與彈簧預(yù)緊力相平衡,閥口處于將開的臨界狀態(tài)。此時(shí),閥芯的受力平衡方程為: Pk.d2/4=KX0 式中 Pk開啟壓力；d滑閥直徑；k彈簧剛度；x0彈簧頂壓縮量。 當(dāng)油壓增加到P時(shí)，閥口開度為x，閥芯的受力平衡方程為： Pk. d2/4=K(x0+x) 兩式相減得 x= (d2/4K)(p-pk) 通過閥口的流量可按薄壁小孔流量公式計(jì)算： 即 Q=Cq.a.(2/)1/2p=Cq. dx(2/)1/2p 將兩式整理得：Q=(Cq

6、2d3/4K)(2/)1/2(p3/2-pk.p1/2) 上式即為溢流閥的壓力流量特性方程，相應(yīng)的特性曲線如下圖所示。,溢流閥的壓力流量特性曲線,從上式可以得到以下幾點(diǎn)結(jié)論： （1）不同的開啟壓力pk對應(yīng)不同的曲線。Pk的大小可用改變彈簧的預(yù)壓縮量x0來調(diào)節(jié)； （2）當(dāng)開啟壓力pk一定時(shí)，溢流壓力隨溢流量的增加而增加。當(dāng)溢流量達(dá)到閥的額定流量QT時(shí)，與此相對應(yīng)的壓力值稱為溢流閥的全流量溢流壓力PT。從上式看出，彈簧剛度K越小，曲線就越陡，溢流量變化所引起的壓力變化量就越小，定壓性能就好。反之，調(diào)壓性能就差。常用調(diào)壓偏差(Pk- Pk)和開啟比Pk/PT來衡量定壓性能的好壞。調(diào)壓偏差越小則該閥的

7、定壓性能越好。且進(jìn)一步開啟比來衡量定壓性能的優(yōu)劣，其值越高越好。,溢流閥的結(jié)構(gòu)不同,其定壓性能也不同.下圖分別畫出了調(diào)定壓力壓力相同的直動(dòng)式和先導(dǎo)式溢流閥的曲線,以便比較。由圖可以看出先導(dǎo)式溢流閥的定壓性能優(yōu)于直動(dòng)式溢流閥。,以上的分析忽略了閥芯移動(dòng)時(shí)摩擦力的影響，如果考慮摩擦力，則當(dāng)閥閉合到開啟時(shí)，閥芯的受力平衡方程式為：Pk. d2/4=KX0+Ff 因此 Pk=4(KX0+Ff)/ d2 而當(dāng)閥由開啟到閉和時(shí)，閥芯的受力平衡方程式為 P”k. d2/4=KX0-Ff 即 P”k=4(KX0-Ff)/d2 從上兩式可看出，由于存在摩擦阻力，溢流閥的開啟壓力和閉和壓力不等。 閉和壓力小于開啟

8、壓力，且開啟過程與閉和過程的壓力流量曲線不重合，見下圖。,圖中虛線2 為無摩擦阻力時(shí)的理想曲線，由于要克服摩擦阻力Ff，實(shí)際壓力損失須大于Pk并升高到Pk后閥才開啟。當(dāng)溢流量增加，壓力沿曲線1上升。溢流量為QT時(shí)，壓力為PT。同樣要等壓力降低到P”T時(shí)，壓力沿曲線3下降。完全閉和時(shí)壓力為P”k。,2、壓力穩(wěn)定性,溢流閥工作壓力穩(wěn)定性有兩種涵義。一是指閥的調(diào)整裝置保持不變的情況下，調(diào)整壓力的變動(dòng)值。另一種涵義是指溢流閥工作時(shí)系統(tǒng)壓力的波動(dòng)或振擺值，它和泵源的流量脈動(dòng)以及閥和管路的動(dòng)態(tài)特性有關(guān)，是一種綜合的指標(biāo)。,3、壓力損失,當(dāng)調(diào)壓彈簧全部放松，閥通過額定流量時(shí)，進(jìn)油腔壓力與回油腔壓力的差值為閥

9、的壓力損失。它主要和閥中主油路的阻尼有關(guān)，但在測試先導(dǎo)式溢流閥的壓力損失時(shí)，還受平衡彈簧預(yù)緊力的影響。,4、卸荷壓力,將先導(dǎo)式溢流閥的遠(yuǎn)程控制口直接油箱，當(dāng)閥通過額定流量時(shí)，閥的進(jìn)油腔壓力和回油腔壓力的差值稱為卸荷壓力。顯然，它和通道阻力和平衡彈簧預(yù)緊力有關(guān)。,1、作溢流閥用 在采用定量泵節(jié)流調(diào)速中，調(diào)節(jié)節(jié)流閥的開口大小可調(diào)節(jié)進(jìn)入執(zhí)行元件的流量，而定量泵多余的油液則從溢流閥溢回油箱。在工作過程中閥是常開的，液壓泵的工作壓力決定于溢流閥的調(diào)整壓力且基本保持恒定。見下圖。,三、溢流閥的應(yīng)用和調(diào)壓回路,此時(shí)閥是常閉的。只有當(dāng)系統(tǒng)壓力超過溢流閥調(diào)整壓力時(shí)，閥才打開，油液經(jīng)閥流回油箱，系統(tǒng)壓力不再增高，

10、因而可以防止系統(tǒng)過載，起安全作用。見右圖。,2、作安全閥用,3、作背壓閥用,將溢流閥裝在回油路上，調(diào)節(jié)溢流閥的調(diào)壓彈簧即能調(diào)節(jié)背壓力的大小。見下圖。,4、遠(yuǎn)程調(diào)壓回路,將先導(dǎo)式溢流閥的遠(yuǎn)程控制口K接遠(yuǎn)程調(diào)壓閥進(jìn)油口，而遠(yuǎn)程調(diào)壓閥出油口接油箱，即構(gòu)成了遠(yuǎn)程調(diào)壓回路。見右圖。遠(yuǎn)程調(diào)壓閥結(jié)構(gòu)見左圖，其結(jié)構(gòu)類似溢流閥中的先導(dǎo)閥。調(diào)節(jié)遠(yuǎn)程調(diào)壓閥的調(diào)壓彈簧即可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程調(diào)壓。,5、二級調(diào)壓回路,圖7-15所為二級調(diào)壓回路的一例?；钊陆禐楣ぷ餍谐?，高壓溢流閥4限制系統(tǒng)最高壓力?；钊仙秊榉枪ぷ餍谐?，低壓溢流閥3的調(diào)節(jié)壓力只需克服運(yùn)動(dòng)部件自重和摩擦阻力即可。此回路常用于壓力機(jī)的液壓系統(tǒng)中。圖7-16為二級調(diào)壓

11、回路另一例?；钊陆祲?力由高壓溢流閥 3調(diào)節(jié)。活塞上 升系統(tǒng)壓力由遠(yuǎn) 程調(diào)壓閥5調(diào)節(jié)。,結(jié)束, 7-2 減壓閥和減壓回路,一、減壓閥的結(jié)構(gòu)和工作原理,二、減壓回路,一、減壓閥的結(jié)構(gòu)和工作原理,減壓閥是一種利用液流流過隙縫產(chǎn)生壓降的原理，使出口壓力低于進(jìn)口壓力的壓力控制閥。減壓閥又可分為定壓減壓閥、定比減壓閥和定差減壓閥三種。其中定壓減壓閥應(yīng) 用最廣，簡稱為減壓閥。 減壓閥也分為直動(dòng)式和先 導(dǎo)式兩種。圖為先導(dǎo)式減 壓閥工作原理圖。它分為 兩部分，由先導(dǎo)閥調(diào)壓， 主閥減壓。壓力油從進(jìn)油 口流入，再從出油口流出。 出油口的壓力低于進(jìn)油口。,主閥芯上力平衡方程式為： P2.A=P3A+Fa=P3A+

12、K(x0+x) 既 P2=P3+K(x0+x)/A 式中 A主閥芯受力面積； P3主閥芯上腔的壓力，調(diào)壓彈簧一旦調(diào)定后，基本為一定值； x0 主閥彈簧的預(yù)壓縮量； x 主閥上升后彈簧增加的壓縮量； K 主閥彈簧剛度。 由于主閥彈簧只需克服閥芯運(yùn)動(dòng)是的摩擦力，彈簧預(yù)緊力小，且其剛度也較小，而設(shè)計(jì)時(shí)x0 x，故上式可近似表達(dá)為： P2=P3+KX0/A=常數(shù),圖示為一級同心式減壓閥的結(jié)構(gòu)和圖形符號(hào)。與一級同心式溢流閥相比，結(jié)構(gòu)非常相似，但兩者的閥芯形狀及油口連通情況有明顯的差別。其區(qū)別為：在原始狀態(tài)時(shí)，溢流閥的進(jìn)出油口完全不通，而減壓閥進(jìn)出油口是通暢的；進(jìn)出油口位置兩者恰好相反；溢流閥利用進(jìn)油口壓

13、力來控制閥芯移動(dòng)，保持進(jìn)口壓力恒定，而減壓閥則利用出口壓力來控制閥芯移動(dòng)，保持出口壓力恒定；溢流閥調(diào)壓彈簧腔的內(nèi)部通道通 出油口，而減壓 閥調(diào)壓彈簧腔的 油液單獨(dú)接油箱。,下圖表示了高壓減壓閥結(jié)構(gòu)。其原理與一級同心式減壓閥基本相同。,二、減壓回路,在夾緊系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和潤滑系統(tǒng)中常需要減壓回路。圖為常見的一種減壓回路。液壓泵排出油液的最大壓力由溢流閥 根據(jù)主系統(tǒng)的需要來調(diào)節(jié)。 當(dāng)液壓缸A需要得到比泵的 供油壓力低的壓力時(shí)，可在 油路中串聯(lián)一減壓閥，減壓 閥可保持減壓后壓力恒定， 但至少應(yīng)比溢流閥調(diào)定壓力 低0.5MPa。當(dāng)執(zhí)行元件的速 度需要調(diào)節(jié)時(shí)，節(jié)流元件應(yīng) 裝在減壓閥的出口。,下圖為二級調(diào)

14、壓回路，將減壓閥的遠(yuǎn)程控制口通過二位二通電磁閥與遠(yuǎn)程調(diào)壓相連便可獲得兩種預(yù)調(diào)的壓力。,在圖示的操縱回路中，液壓操縱泵2的控制油進(jìn)入減壓閥式先導(dǎo)操縱閥3,然后扳動(dòng)該閥操作手柄就可以時(shí)主回路中液動(dòng)換向閥4換向，從而使液壓閥工作。其中具有兩個(gè)小閥的先導(dǎo)閥組，由手柄操縱。手柄繞球鉸可以把操縱力作用在任何一個(gè)小閥上，由于每個(gè)小閥控制一個(gè)單向動(dòng)作，因此這種閥可以操縱主回路的主換向回路之間左右換向動(dòng)作。,圖為減壓閥式先導(dǎo)操縱閥的結(jié)構(gòu)。當(dāng)扳動(dòng)手柄時(shí)，推桿9、調(diào)壓彈簧10和閥芯13向下移動(dòng)，下移一段距離后，閥芯13上的開口對著p口，使液壓操縱泵輸出的液壓油減壓成PA后再經(jīng)A口流至換向閥液動(dòng)控制端面，推動(dòng)主換向閥

15、工作，從而實(shí)現(xiàn)對液壓馬達(dá)的正、反旋轉(zhuǎn)調(diào)速操縱。,結(jié)束,順序閥是以壓力為控制信號(hào)，在一定的控制壓力作用下能自動(dòng)接通或斷開某一油路的壓力閥。 根據(jù)控制方式的不同可分為兩類：一是直接利用閥進(jìn)油口的壓力來控制閥口啟閉的內(nèi)控順序閥，簡稱順序閥;二是獨(dú)立于閥進(jìn)口的外來壓力控制閥口啟閉的外控順序閥，亦稱順序閥。按結(jié)構(gòu)不同可分為直動(dòng)式和先導(dǎo)式順序閥兩類。, 7-3 順序閥,一、順序閥的結(jié)構(gòu)和原理,二、順序閥的應(yīng)用,一、順序閥的結(jié)構(gòu)和原理,如圖所示，上圖為直動(dòng)式順序閥，下圖為先導(dǎo)式順序閥。從圖中可看出他們跟溢流閥很相似。其主要差別在于溢流閥的出油口 接油箱，而順序閥的出油口與系統(tǒng)其它油路相連，因此它的泄油口要單

16、獨(dú)接油箱，另外順序閥有很好的密封性能，因此閥芯和閥體間的封油長度較長。,下圖為單向順序閥的結(jié)構(gòu)原理圖和圖形符號(hào)。它由順序閥和單向閥并聯(lián)而成.當(dāng)油液從P1口進(jìn)入時(shí),單向閥關(guān)閉;進(jìn)油口壓力超過調(diào)壓彈簧的調(diào)定值時(shí),順序閥打開,油液從P2流出。當(dāng)油液從 P2口進(jìn)入時(shí)，油液經(jīng)單向閥從P1口流出。,圖中為液控順序閥的結(jié)構(gòu)，它和順序閥的主要差別在于閥芯是實(shí)心的，從P1口進(jìn)入的壓力油不能進(jìn)入滑閥底部，滑閥底部的控制壓力油由控制口K引入。當(dāng)控制油壓超過彈簧的調(diào)定壓力時(shí)閥口打開，P1口和P2口接通。閥口的開啟和閉合與閥主油路進(jìn)油口壓力無關(guān)，而決定于控制口K引入的控制油壓的高低。,1、用來使兩個(gè)或兩個(gè)以上執(zhí)行元件按

17、一定的順序動(dòng)作。 下圖所示為一定位夾緊回路，要求先定位后夾緊。如圖示液壓泵供油，一路至主 系統(tǒng)，另一路經(jīng)減壓閥、單向 閥、換向閥至定位缸的上腔， 推動(dòng)活塞下行進(jìn)行定位。定位 后缸的活塞停止運(yùn)動(dòng)，順序閥 打開，壓力油進(jìn)入夾緊液壓缸 的上腔，推動(dòng)活塞下行，進(jìn)行 夾緊。,二、順序閥的應(yīng)用,3、單向順序閥可作為平衡閥用，以防止垂 直運(yùn)動(dòng)部件在泵不工作時(shí)，因自重下滑。,5、保證油路的最低壓力 如圖所示，當(dāng)液壓缸I的 活塞開始上升后，在壓力 超過順序閥A的調(diào)整壓力 時(shí)液壓缸II才動(dòng)作；這樣 在液壓缸II動(dòng)作時(shí)，不致 因壓力過低，而使液壓缸 I的活塞在自重作用下下 落。,2、作背壓閥用,4、液控順序閥可作卸

18、荷閥用,結(jié)束, 7-4 壓力繼電器,一、壓力繼電器的結(jié)構(gòu)和工作原理,二、壓力繼電器的應(yīng)用舉例,壓力繼電器是將液壓系統(tǒng)中的壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的轉(zhuǎn)換裝置。它的作用是，根據(jù)液壓系統(tǒng)壓力的變化，通過壓力繼電器內(nèi)的微動(dòng)開關(guān)，自動(dòng)接通或切斷有關(guān)電路，以實(shí)現(xiàn)順序動(dòng)作或安全保護(hù)等。,一、壓力繼電器的結(jié)構(gòu)和工作原理,右圖為薄膜式壓力繼電器結(jié)構(gòu)。其工作原理是控制油口K接到需要取得液壓信號(hào)的油路上，而后壓力油使柱塞3上升，使得兩邊彈簧座與外套筒臺(tái)肩相碰；同時(shí)鋼球水平移動(dòng)使杠桿繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)，杠桿另一端壓下微動(dòng)開關(guān)的觸頭，發(fā)出電信號(hào)。,二、壓力繼電器的應(yīng)用舉例,壓力繼電器按左圖的接法安裝在節(jié)流閥和液壓缸之間，稱為升壓發(fā)信

19、。按右圖安裝在回油路上，位于液壓缸和節(jié)流閥之間，稱為零壓發(fā)信。,結(jié)束, 7-5 平衡回路,為了防止立式液壓缸及其聯(lián)在一起的工作部件因自重而下滑，常采用平衡回路。,一、用單向順序閥的平衡回路,二、用液控順序閥的平衡回路,一、用單向順序閥的平衡回路,圖中是用單向順序閥組成的平衡回路。單向順序閥的調(diào)定壓力應(yīng)調(diào)整到能平衡運(yùn)動(dòng)部件自重為度。 理論應(yīng)力 P=W/A 式中P順序閥的調(diào)定壓力； W運(yùn)動(dòng)部件的總重量； A液壓缸回油腔的有效面積。 由于順序閥的存在，運(yùn)動(dòng)部件 不會(huì)因自重而下滑。只有當(dāng)電 磁鐵1DT通電時(shí)，液壓力使缸 下腔的壓力超過順序閥的調(diào)定 壓力，活塞才向下運(yùn)動(dòng)。,又如圖所示,我們在單向順序閥和

20、液壓缸之間增加一液控單向閥.因液控單向閥關(guān)閉時(shí)密性好,所以在三位四通電磁換 向閥處于執(zhí)行元件停 止運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)下,可以 防止運(yùn)動(dòng)部件因順序 閥泄漏而緩慢下滑。,二、用液控順序閥的平衡回路,右圖是采用液控順序閥的起重平衡回路。此回路適用于在平衡重量有變化的情況。當(dāng)換向閥切換至右位時(shí)，液壓缸舉起重物。 當(dāng)換向閥切換至左位 時(shí)，活 塞下行放下重物。 將換向閥 切換至中位，活塞停止運(yùn)動(dòng)。 這一回路的特點(diǎn)是液控順序 閥的啟閉取決于控制口的油 壓，而與負(fù)載大小無關(guān)。,但上圖的平衡回路是不完善的。當(dāng)壓力油使液控順序閥打開，活塞開始向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，液壓缸上腔的壓力將迅速降低，這可能導(dǎo) 致液控順序閥關(guān)閉，活塞停止運(yùn)

21、動(dòng)。緊接著壓力升高，液控順序 閥又打開，活塞又開始運(yùn)動(dòng)。所 以活塞繼續(xù)下降，產(chǎn)生所謂“點(diǎn) 頭”現(xiàn)象。為了解決這一問題，可 在控制油路中裝一節(jié)流閥，使液 控順序閥的啟閉動(dòng)作減慢。如圖 所示,結(jié)束, 7-6 卸荷回路,工程機(jī)械在工作循環(huán)中為保持大量作用力，會(huì)造成功率損失和油液發(fā)熱。為減少損失，應(yīng)使泵在空載的工況下運(yùn)動(dòng)，這種工況稱為卸荷。在實(shí)際系統(tǒng)中卸荷有兩種方法：一種是使泵的輸出直接回油箱，泵在壓力為零的情況下工作，稱為流量卸荷；另一種是使泵的流量為零而壓力仍然維持原來情況，稱為流量卸荷。以下介紹幾種典型的卸荷回路。,一、執(zhí)行元件不需要保壓的卸荷回路,二、執(zhí)行元件需要保壓的卸荷回路,1、用三位換向閥卸菏的回路,一、執(zhí)行元件不需要保壓的卸荷回路,當(dāng)滑閥中位機(jī)能為“H”、”K”、或”M”型的三位換向閥處于中