液压与气动系统及维护 教学 崔学红液压阀及基本回路 液压控制阀及液压基本回路.pptx

5.1 概述概述5.2 方向控制阀及方向控制回路方向控制阀及方向控制回路5.3 压力控制阀压力控制阀及压力控制回路5.4 流量控制阀流量控制阀及速度控制回路5.8 比例阀和数字阀比例阀和数字阀返回返回5.5 其他液压其他液压回路5.7 电液电液伺服阀5.6 插装阀5.9 液压控制阀常见故障及其排除方法 第1页/共103页5.1 概述概述1.液压阀分类 (1)按用途分类 液压阀按用途可分为方向控制阀（如单向阀、换向阀）、压力控制阀（如溢流阀、减压阀、顺序阀）和流量控制阀（如节流阀、调速阀）。这三类阀还可根据需要互相组合成为组合阀，如单向顺序阀、单向节流阀、电磁溢流阀等，这样在增加功能的基础上,使得其结构紧凑、连接简单，并提高了效率。(短片)第2页/共103页 (2)按工作原理分类 液压阀按工作原理可分为开关（通断）阀、伺服阀、比例阀等。开关阀各阀口只有开和关两个工作状态，控制后只能在某一状态下工作。伺服阀和比例阀能根据输入信号连续地或按比例地控制阀口开度，进而控制执行元件的工作。(3)按阀芯结构形式分类 液压阀按阀芯形式可分为滑阀、锥阀、球阀和转阀等。第3页/共103页 (4)按安装连接形式分类 （a）螺纹式（管式）安装连接。阀的油口用螺纹管接头与管道及其他元件连接。这种方式适用于简单液压系统。（b）板式安装连接。几个阀的各油口均布置在同一安装面上，并用螺钉固定在与阀有对应油口的连接板上，再用管接头和管道将连接板的相应油口与其他元件连接。（c）集成块式连接。把几个板式安装的阀用螺钉固定在一个带有内部孔道通道体的不同侧面上，构成一个油路单元集成块，集成块中的孔道与各阀沟通组成回路，液压系统由若干个集成块组成。由于拆卸阀时不用拆卸与它们相连的其他元件，因此这种安装连接方式应用较广。第4页/共103页 （d）叠加式安装连接。阀的上下面为连接结合面，各油口分别在这两个面上，并且同规格阀的油口连接尺寸相同。每个阀除其自身的功能外，还起油路通道的作用，阀相互叠装构成回路，不用管道连接，因此结构紧凑，沿程损失很小。一般称该阀为叠加阀。（e）法兰式安装连接。和螺纹式连接相似，只是用法兰代替螺纹管接头。用于通径32 mm以上的大流量阀。它的强度高，连接可靠。（f）插装式安装连接。这类阀没有单独的阀体，由阀芯、阀套等组成的单元体插装在插装块的预制孔中，用连接螺纹或盖板固定，并通过插装块内通道把各插装式阀连通组成回路，插装块起到阀体和管路的作用。这是适应液压传动系统集成化而发展起来的一种新型安装连接方式。插装阀多为大流量阀，但是，目前又出现了螺纹插装阀，可用于小流量阀。第5页/共103页2.液压阀的性能参数 液压阀的性能参数是评价和选用阀的依据。它反映了阀的规格大小和工作特性。在我国液压技术的发展过程中，开发了若干个不同压力等级和不同连接方式的液压阀系列。它们不但性能各有差异，而且参数的表达方式也不相同。阀的规格大小用通径Dg（单位mm）表示。Dg是阀进、出油口的名义尺寸，它和油口的实际尺寸不一定相等，因后者还要受到油液流速等参数的影响。如通径同为10 mm，某电磁换向阀油口的实际直径为11.2 mm，而直角单向阀却是14.7 mm。过去有些系列阀的规格用额定流量来表示；也有的既用了通径，又给出了所对应的流量。但即使是在同一压力级别，对于不同的阀，同一通径所对应的流量也不一定相同。第6页/共103页 液压阀主要有两个参数，即额定压力和额定流量。还有一些和具体阀有关的量，如通过额定流量时的额定压力损失、最小稳定流量、开启压力等等。只要工作压力和流量不超过额定值，液压阀即可正常工作。目前对不同的阀也给出一些不同的数据，如最大工作压力、开启压力、允许背压、最大流量等等。同时给出若干条特性曲线，如压力流量曲线、压力损失流量曲线、进出口压力曲线等，供使用者确定不同状态下的参数数据。这既便于使用，又比较确切地反映了阀的性能。第7页/共103页速度控制回路方向控制回路压力控制回路3.液压基本回路分类多缸工作控制回路第8页/共103页5.2 方向控制阀及方向控制回路方向控制阀及方向控制回路1.单向阀 单向阀分为普通单向阀和液控单向阀两种。(短片)(1)普通单向阀 普通单向阀简称为单向阀，它是一种只允许油液正向流动，不允许反向流动的阀，因此又可称为逆止阀或止回阀。按进出油液流动方向的不同，可分为直通式（管式）和直角式（板式）单向阀两种结构。图5.1所示的是直通式单向阀和它的图形符号。图5.1 单向阀1阀体；2阀芯；3弹簧第9页/共103页 它只有螺纹连接形式，当液流从进油口P1流入时，油液压力克服弹簧3的阻力和阀芯2与阀体1间的摩擦力，顶开带有锥端的阀芯2（小规格直通式单向阀也有用钢球作阀芯的），从出油口P2流出。当液流反向流入时，由于油液压力使阀芯2紧密地压在阀座上，因此使油液不能反向流动。单向阀中的弹簧仅用于使阀芯在阀座上就位。没有弹簧的单向阀必须垂直安放，而且P1口在下面，阀芯通过本身的质量停止在支座上。有弹簧的单向阀，其弹簧的刚度较小，故开启压力很小（通常为0.04 0.1 MPa）。若更换硬弹簧，使其开启压力达到0.2 0.6 MPa，便可当背压阀使用。第10页/共103页 (2)液控单向阀 液控单向阀是一种通入控制压力油后即允许油液双向流动的单向阀。它由单向阀和液控装置两部分组成，如图5.2所示。当控制口K没有通入压力油时，它的作用和普通单向阀一样，压力油只能由P1（正向）流向P2，反向截止。当控制口K通入控制压力油（简称控制油）后，因控制活塞1右侧a腔通泄油口（图中未画出），活塞1右移，推动顶杆2，顶开阀芯3离开阀座，使油口P1和P2沟通，这时的油液正反向均可自由流动。图5.2 液控单向阀图1控制活塞；2顶杆；3阀芯第11页/共103页 油液反向流动时，P2口进油压力相当于系统工作压力，通常很高；而P1口的压力也可能很高，这样都要求控制油的压力很大才能顶开阀芯，因而影响了液控单向阀的工作可靠性。解决的办法是：对于P1油口压力较高造成控制活塞背压较大的情况，可减小P1油腔控制活塞的受压面积，并采用外泄口回油以降低背压。以便降低开启阀芯的阻力，达到控制目的。这种结构的阀被称为外泄式液控单向阀；而对于P2油口进油压力很高的情况，可采用先导阀预先卸压。如图5.3所示，在单向阀的锥阀芯1中装一更小的锥阀芯2（有的是钢球），称为先导阀芯（或卸压阀芯）。5.3 带卸荷锥阀液控单向阀1主阀；2卸荷锥阀；3弹簧；4控制活塞第12页/共103页 因该阀芯承压面积小，无需多大推力便可将它先行顶开，这样可使P1和P2两油腔通过先导阀芯2的开口相互沟通，使P2腔逐渐卸压，直到阀芯1两端油压接近平衡，这时，控制活塞4便可较容易地将主阀芯推离阀座，将单向阀的反向通道打开。这种结构的阀被称内泄式液控单向阀。液控单向阀中的锥阀阀口应具有良好的反向密封性能，它通常用于保压、锁紧和平衡等回路。第13页/共103页2.单向阀的应用1.用于双泵系统 如图5-4所示两台液压泵轮流工作向系统供油。在这种系统中，必须在泵的出口管路上串联一个单向阀，以防止工作泵输出的压力油倒灌备用泵。图5-4 单向阀用于双泵系统第14页/共103页如图5-5所示，利用单向阀使回油路保持一定的背压力，可增加工作机构的平稳性。此时单向阀应换上较硬的弹簧。2.作背压阀用图5-5第15页/共103页 由换向阀和液控单向阀所组成的锁紧回路见图5.6。锁紧回路的功能是使液压执行元件不工作时切断其进、出油液通路，使液压执行元件能在任意位置上停留，并且不会在外力的作用下移动其位置。3.用液控单向阀实现锁紧图5.6 锁紧回路第16页/共103页 在图5.6中，当换向阀处于左位或右位时，液控单向阀控制油口X2或X1通入压力油，液压缸的回油便可反向流过单向阀口，这时的活塞可向右或向左运动。到了该停留的位置时，只要使换向阀处于中位，因为换向阀的中位机能是H型，控制油直接通油箱，所以控制压力立即消失（Y型中位机能亦可），液控单向阀不再双向导通，液压缸因两腔油液被封死便被锁紧。由于液控单向阀中的单向阀采用座阀结构，密封性好，泄漏极小，故有液压锁之称。当换向阀的中位机能为O或M等型时，从原理上讲不需要液控单向阀也能使液压缸锁紧。但由于换向阀多为滑动式结构，存在较大的泄漏，锁紧功能较差，只能用于锁紧时间短且要求不高处。第17页/共103页2.换向阀及换向回路 换向阀按阀芯结构可分为座阀式换向阀（锥阀式、球阀式等）和滑动式换向阀两种。滑动式换向阀按阀芯相对阀体的运动形式又可分为转阀式和滑阀式两种。座阀式泄漏油很少，滑动式由于在阀芯和阀体之间有配合间隙，泄漏油液是不可避免的。但滑阀结构简单，便于加工制造，应用普遍。(短片)第18页/共103页 (1)换向阀的工作原理和分类 （a）滑动式换向阀的工作原理。换向阀通过变换阀芯在阀体内的相对工作位置，使阀体内诸油口连通或断开，从而控制执行元件的开启、停止或换向。滑动式换向阀的工作原理如图5.7所示。液压缸3两腔不通压力油，处于停止状态。若使换向阀的阀芯1左移，阀体2上的油口P和A油口连通，B油口和O油口连通。压力油经P油口、A油口进入液压缸左腔，活塞右移；右腔油液经B油口、O油口流回油箱。反之，若使阀芯1右移，则P油口和B油口连通，A油口和O油口连通，活塞便左移。图5.7 滑阀式换向阀的工作原理1阀芯；2阀体；3液压缸第19页/共103页 （b）换向阀的分类。滑动式换向阀具有许多优点。如结构简单，压力均衡、操纵力小、控制功能强等。按阀芯在阀体内的工作位置数和换向阀所控制的油口通路数分类：换向阀有二位二通、二位三通、二位四通、二位五通、三位四通、三位五通等类型。不同的位数和通数在阀体内是由阀体上的沉割槽和阀芯上台肩的不同组合形成的。将五通阀的两个回油口和内沟通成一个油口O，即成四通阀。按阀芯换位的控制方式分类：换向阀有手动、机动、电动、液动和电液动等类型。第20页/共103页 （2）滑阀的中位机能 三位换向阀的阀芯在中间位置时，各通口间有不同的连接方式，可满足不同的使用要求。这种连通方式称为换向阀的中位机能。中位机能不同，中位时阀对系统的控制性能也不同。不同中位机能的阀，阀体通用，仅阀芯台肩结构、尺寸及内部通孔情况有一定区别。第21页/共103页在分析和选择换向阀中位机能时，通常应从执行元件的换向平稳性要求、换向位置精度要求、重新启动时能否允许冲击、是否需要卸荷和保压等方面加以考虑。大致说明如下：系统保压 当P油口被封闭时，系统保压，液压泵能用于多缸系统。当P油口不太畅通地与O油口接通时（如X型），系统能保持一定的压力供控制油路使用。系统卸荷 P油口畅通地与O油口接通时，系统卸荷第22页/共103页 换向平稳性与精度 当通向液压执行元件的A油口和B油口都被封闭时，执行元件（如液压缸）换向过程易产生液压冲击，换向不平稳，但换向精度高。反之，当A和B两油口都通O油口时，换向过程中工作部件不易制动，换向精度低，但液压冲击小。启动平稳性 换向阀在中位时，如果液压执行元件某腔通O油口，则启动时该腔内因没有液压油起缓冲作用，启动不太平稳。执行机构在任意位置停止和“浮动”当A油口和B油口封闭时，可使液压执行元件在任意位置上停止不动。当A油口和B油口与P油口接通（单出杆液压缸除外）或与O油口接通时，可使液压执行元件在任意位置上停止，但是在外负载或外驱动作用下，液压执行元件是“浮动”状态，这时可利用其他机构移动工作台，调整其位置。第23页/共103页 （3）几种常用的换向阀 （a）手动换向阀 手动换向阀是用手动杠杆操纵阀芯换位的方向控制阀。按换向定位方式的不同，手动换向阀有钢球定位式和弹簧复位式两种。当操纵手柄的外力取消后，前者因钢球卡在定位沟槽中，可保持阀芯处于换向位置；后者则在弹簧力作用下使阀芯自动回复到初始位置。手动换向阀的结构简单，动作可靠，有些阀还可人为地控制阀口的大小，从而控制执行元件的运动速度。但由于手动换向阀需要人力操纵，故只适用于间歇动作且要求人工控制的小流量场合。使用中须注意：定位装置或弹簧腔的泄漏油需单独用油管接入油箱，否则漏油积聚会产生阻力，以至于不能换向，甚至造成事故。其他换向阀也有同样问题，在使用换向阀必须予以注意。第24页/共103页 （b）机动换向阀 机动换向阀又称行程阀。图6.6所示为二位二通机动换向阀的结构简图和图形符号。这种阀必须安装在液压执行元件驱动的工作部件附近，在工作部件的运动过程中，安装在工作部件一侧的挡块或凸轮移动到预定位置时压下阀芯2，使阀换位。机动换向阀通常是弹簧复位式的二位阀。它的结构简单，动作可靠，换向位置精度高，改变挡块的迎角或凸轮外形，可使阀芯获得合适的移动速度，进而控制换向时间，减小液压执行元件的换向冲击。但这种阀只能安装在工作部件附近，因而连接管路较长，使整个液压装置不紧凑。图6.6 二位二通机动换向阀1阀杆；2阀芯；3弹簧第25页/共103页 （c）电磁换向阀 电磁换向阀是利用电磁铁吸力推动阀心来改变阀的工作位置。在二位电磁换向阀的一端有一个电磁铁，在另一端有一个复位弹簧；在三位电磁换向阀的两端各有一个电磁铁，在阀芯两端各有一个对中弹簧，阀芯在常态时处于中位。对三位电磁换向阀来说，当右端电磁铁通电吸合时，衔铁通过推杆将阀芯推至左端，图形符号表示的换向阀就在右位工作；反之，左端电磁铁通电吸合时，换向阀就在左位工作。图6.7所示为二位三通电磁阀的结构简图和图形符号。图6.7 二位二通电磁阀换向阀1推杆；2阀芯；3弹簧第26页/共103页 它是单电磁铁弹簧复位式，电磁铁通电后阀芯2在衔铁（经过推杆1）的推动下移动到右边位置，电磁铁断电后，阀芯2靠其右端的弹簧3进行复位。二位电磁阀一般都由单电磁铁控制。但无复位弹簧而设有定位机构的双电磁铁二位阀，由于电磁铁断电后仍能保留通电时的状态，从而减少了电磁铁的通电时间，延长了电磁铁的使用寿命，节约了能源；此外，当电源因故断电时，电磁阀的工作状态仍能保留下来，可以避免系统失灵或出现事故，这种“记忆”功能对于一些连续作业的自动化机械和自动线来说，往往是十分需要的。第27页/共103页 电磁铁按所接电源的不同，分交流和直流两种基本类型。交流电磁阀使用方便，启动力大，但换向时间短（约0.03 0.05 s），换向冲击大，噪声大，换向频率低，而且当阀芯被卡住或由于电压低等原因吸合不上时，线圈易烧坏。直流电磁阀需直流电源或整流装置，但换向时间长（约0.1 0.3 s），换向冲击小，换向频率允许较高，而且有恒电流特性，当电磁铁吸合不上时，线圈不会被烧坏，故工作可靠性高。还有一种整型（本机整流型）电磁铁，其上附有二极管整流线路和冲击电压吸收装置，能把接入的交流电整流后自用，因而兼具了前述两者的优点。第28页/共103页 （d）液动换向阀 液动换向阀的阀芯是通过两端密封腔中油液的压差来移动的。图6.8所示为一种液动换向阀的结构简图和图形符号。当阀的控制口K1接通压力油，K2接通回油时，阀芯向右移动；当阀的控制口K2接通压力油，K1接通回油时，阀芯向左移动；当控制口K1和K2都接通回油时，阀芯在两端弹簧和定位套的作用下回到其中间位置。液动换向阀对阀芯的操纵推力很大，因此适用于压力高、流量大、阀芯移动行程长的场合。这种阀通过一些简单的装置可使阀芯的运动速度得到调节。图6.8 三位四通液动换向阀第29页/共103页 （e）电液换向阀 电磁换向阀布置灵活，易于实现自动化，但电磁吸力有限，在高压、大流量的液压传动系统中难于切换。因此，当阀的通径大于10 mm时，常用压力油控制操纵阀芯换位，这就是液动阀。但因液动阀的阀芯换位首先要用另一个小换向阀来改变控制油的流向，因此较少单独使用。小换向阀可以是手动阀、机动阀或电磁阀。标准元件通常采用灵活方便的电磁阀，并将大小两个阀组合在一起，这就是电液换向阀。在电液换向阀中，电磁阀先为控制油换向，从而控制液动阀换向。第30页/共103页 图6.9（a）为电液换向阀的结构简图和图形符号。其工作原理可结合图6.9（b）所示带双点划线方框的组合阀图形符号加以说明，图6.9（c）所示为简化符号。常态时，两个电磁铁都不通电，电磁阀（先导阀）阀芯处于中位，液动阀（主阀）的两端都接通油箱，这时由于对中弹簧的作用，使主阀芯也处于中位。图6.9 三位四通电液换向阀1、7单向阀；2、6节流阀；3、5电磁铁；4电磁阀阀芯；8液动阀阀芯第31页/共103页 当左电磁铁通电时，电磁阀左位工作，控制油经单向阀接通主阀的左端，主阀也左位工作，其右端的油液则经节流阀和电磁阀接通油箱，主阀阀芯的运动速度由右端节流阀的开口大小决定。同理，当左电磁铁断电、右电磁铁通电时，电磁阀处于右位工作，控制油经单向阀接通主阀阀芯的右端，主阀切换到右位工作，其左端的油液则经节流阀和电磁阀而接通油箱，主阀阀芯的运动速度由左端节流阀的开口大小决定。在电液换向阀中，控制主油路的主阀芯不是靠电磁铁的吸力直接推动的，而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，主阀芯向左或向右的运动速度可分别由左节流阀2或右节流阀6来调节，这使系统中的执行元件能够得到平稳无冲击的换向。所以，这种操纵形式的换向性能比较好，它适用于高压、大流量的液压传动系统。第32页/共103页 在电液换向阀中，如果进入先导电磁阀的压力油（即控制油）来自于主阀的P油口，这种控制油的进油方式称为内部控制，即电磁阀的进油口与主阀的P油口是连通的。其优点是油路简单，但因液压泵的工作压力通常较高，所以控制部分能耗大，只适用于电液换向阀较少的系统；图6.9（a）中的电液换向阀是内部控制方式。如果进入先导电磁阀的压力油引自于主阀P油口以外的油路，如专用的低压泵或系统的某一部分，这种控制油进油方式称为外部控制。如果先导电磁阀的回油口单独接油箱，这种控制油回油方式称为外部回油；如果先导电磁阀的回油口与主阀的O油口相通，则称为内部回油。内回式的优点是无需单设回油管路，但先导阀回油允许背压较小，主回油背压必须小于它才能采用，而外部回油式不受此限制。第33页/共103页 先导阀的进油和回油可以有外控外回、外控内回、内控外回、内控内回四种方式。图6.9（b）和图6.9（c）中所示的换向阀图形符号为外控外回符号。图6.9（a）和图6.9（b）中的单向节流阀是换向时间调节器，也被称为阻尼调节器。它可叠放在先导阀与主阀之间。调节节流阀开口，即可调节主阀换向时间，从而消除或减小执行元件的换向冲击。在电液换向阀上还可以设置主阀芯行程调节机构，它可在主阀两端盖加限位螺钉来实现。这样主阀芯换位移动的行程和各阀口的开度即可改变，通过主阀的流量也随之变化，因而可对执行元件起粗略的速度调节作用。如果电液换向阀采用内控方式供油，并且在常态位使液压泵卸荷（换向阀具有M、H、K等中位机能），为克服阀在通电后因无控制油而使主阀不能动作的缺点，可在主阀的进油孔中插装一个预压阀（即一具有硬弹簧的单向阀），使在卸荷状态下仍有一定的控制油压，足以操纵主阀芯换向。第34页/共103页 （f）多路换向阀 多路换向阀是一种集中布置的组合式手动换向阀，常用于工程机械等要求集中操纵多个执行元件的液压设备中。多路阀的组合方式有并联式、串联式和顺序单动式三种，符号如图6.10所示。图6.10 多路换向阀组合形式第35页/共103页 当多路阀如图6.10（a）所示并联组合时，液压泵可以同时对三个或其中任意一个执行元件供油。在对三个执行元件同时供油的情况下，由于负载不同，三者将先后动作。当多路阀如图6.10（b）所示串联式组合时，液压泵依次向各执行元件供油，第一个阀的回油口与第二个阀的压力油口相连。各执行元件可单独动作，也可同时动作。在三个执行元件同时动作的情况下，三个负载压力之和不应超过液压泵压力。当多路阀如图6.10（c）所示顺序单动式组合时，液压泵按顺序向各执行元件供油。操作前一个阀时，就切断了后面阀的油路，从而可以防止各执行元件之间的动作干扰。第36页/共103页 (4)球阀式换向阀的工作原理 球阀式换向阀是座阀式换向阀的一种形式。它通过变换钢球在阀体内的相对工作位置来使阀体各油口接通或断开，从而控制液压执行元件的换向。图6.11所示为常开式二位三通电磁球阀。当电磁铁5断电时，弹簧6的推力作用在复位杆7上，将钢球4压在左阀座上，切断A油口和O油口的通路，使P油口和A油口相通。电磁铁5通电时，电磁铁推力通过杠杆3、钢球2和推杆1作用在钢球4上，将它压在右阀座上，使A油口和O油口相通，P油口封闭。图6.11 二位三通球阀式换向阀1推杆；2钢球；3杠杆；4钢球；5电磁铁；6弹簧；7复位杆；8右阀座；9左阀座第37页/共103页 图6.12所示为二位四通球阀式换向阀的工作原理。它可以在图6.11所示的二位三通电磁球阀的下面加一活塞组件组成。在图6.12中，上部1表示二位三通球阀，下部2表示活塞组件。在图6.12中的初始位置（a）时，二位三通球阀的钢球在弹簧力的作用下压在阀座上。油路P和油路A相通，油路B和油路O相通。在油路A上有一控制油路通向活塞组件2的大活塞上。该活塞左侧面积大于右侧通油路P的活塞面积。在压力的作用下，使右端锥阀右移压紧在阀座上。活塞组件2使油路B和油路P切断。图6.12 二位四通球阀式换向阀1二位三通球阀；2活塞组件第38页/共103页 在图6.12（b）所示状态下，二位三通球阀在电磁力的作用下使钢球右移，这时油路A和油路P被切断并和油路O相通，由于活塞组件中大活塞左端的压力降低，活塞组件在右端锥阀上压力油的作用下左移，使油路P和油路B相通，来实现换向目的。球阀式换向阀的密封性好，反应速度快，换向频率高，对工作介质粘度的适应范围广，由于没有液压卡紧力，受液动力影响小，换向和复位力很小，可适用于高压（达到63 MPa）。此外，它的抗污染能力也好。所以，球阀式换向阀在小流量系统中可直接用于控制主油路，在大流量系统中可作为先导控制元件。电磁球阀的主要缺点是不像滑阀那样具备多种位通组合形式和多种中位机能，故目前使用范围还受到限制。第39页/共103页6.3 压力控制阀压力控制阀1.溢流阀 (1)结构原理 （a）直动式溢流阀 图6.14所示为直动式溢流阀的结构简图。通常阀的P油口与系统连通，O油口与油箱连通。压力油从P油口进入阀内，经阻尼孔1作用于阀芯3的下端面上。当P油口的压力较低，阀芯3下端面上的液压推力小于上端的弹簧7的作用力时，阀芯3处下端位置，阀芯3将P油口与O油口间的通道关闭。此时阀不溢流，称为溢流阀的非溢流状态，或称为常态。图6.14 直动式溢流阀1阻尼孔；2阀体；3阀芯；4阀盖；5调压螺钉；6弹簧座；7弹簧第40页/共103页 在正常工作时，压力油从P油口流向O油口。当作用在阀芯3下端的液压推力大于阀芯上端的弹簧7所产生的弹簧力时，阀芯3向上移动打开阀口，在P油口与O油口之间形成小的过流通道，使油液从O油口流回油箱。油液流经阀口时产生压力损失，在阀前P油口处便形成了压力。此压力作用在阀芯3下端面上所产生的力与弹簧7所产生的力相平衡。因此，调节弹簧7的推力，便可调节阀溢流时的P油口压力。通过溢流阀的流量变化时，阀芯位置也变化，但因阀芯移动距离很小，因此作用在阀芯上的弹簧力变化不大，所以可认为，只要阀口打开，有油液流经溢流阀，溢流阀入口处的压力就基本上恒定。调节弹簧7的预压缩量，便可调整溢流压力。改变弹簧7的刚度，便可改变调压范围。阻尼孔1的作用是减小阀芯扰动。第41页/共103页 图6.15是直动式溢流阀的结构图。该阀是锥阀座型直动式溢流阀，并采用插入式结构，其中锥阀的下部是减振活塞。当进油口P从系统进入的油液压力不高时，锥阀芯6被弹簧3紧压在阀座1上，阀口关闭。当进口油压升高到能克服调压弹簧3的弹簧力时，便推开锥阀芯6使阀口打开，油液就由进油口P流入，再从回油口O流回油箱，进油压力也就不会继续升高。这时，可以认为阀芯在液压力和弹簧力作用下保持平衡，溢流阀进口处的压力基本保持为定值。调节手柄改变弹簧预压缩量，便可调整溢流阀的溢流压力。图6.15 直动式溢流阀1阀座；2调节杆；3调压弹簧；4套管；5阀体；6锥阀芯第42页/共103页 这种溢流阀因压力油直接作用于阀芯，故称为直动式溢流阀。直动式溢流阀一般只能用于低压小流量工况，因控制较高压力或较大流量时，需要刚度较大的硬弹簧，不但手动调节困难，而且阀口开度（弹簧压缩量）略有变化，便引起较大的压力波动。系统压力较高时就需要采用先导式溢流阀。第43页/共103页 （b）先导式溢流阀 图6.16是先导式溢流阀的工作原理简图和图形符号。它由先导阀和主阀两部分组成。从P油口引入的系统的压力作用于主阀芯1及先导阀芯3上。当系统压力较小，先导阀未打开时，阀中液体没有流动，作用在主阀左右两侧的液压力平衡，主阀芯1被弹簧2压在右端位置，阀口关闭。图6.16 先导式溢流阀工作原理 1主阀；2主阀弹簧；3先导阀；4调压弹簧；5阻尼孔 第44页/共103页 当系统压力增大到使先导阀3芯打开时，液流通过阻尼孔5、先导阀芯3流回油箱。由于阻尼孔5的阻尼作用，使主阀芯1右端的压力大于左端的压力，主阀芯1在压差的作用下向左移动，打开阀口，使P油口和O油口之间形成有阻尼的溢流通道，实现溢流作用。调节先导阀的调压弹簧4，便可调节溢流压力。阀体上有一个远程控制油口K，当将此口通过二位二通阀接通油箱时，主阀左端的压力接近于零，主阀在很小的压力下便可移到左端，阀口开得最大，这时系统的油液在很低的压力下通过阀口流回油箱，实现卸荷作用。如果将控制油口K接到一个远程调压阀上（其结构和先导阀一样），并使打开远程调压阀的压力小于先导阀3的压力时，则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。第45页/共103页 图6.17所示的是某一型号先导式溢流阀的结构图，在此先导式溢流阀中，先导阀就是一个小规格的直动式溢流阀，而主阀阀芯4是一个具有锥形端部、上面开有阻尼小孔的圆柱筒。图6.17 先导式溢流阀结构图1阀体；2主阀套；3主阀弹簧；4主阀芯；5导阀阀体；6调节螺钉；7调节手轮；8调压弹簧；9导阀阀芯；10导阀阀座；11柱塞；12导套；13消振垫第46页/共103页 当油液从进油口P进入，经阻尼孔到达主阀弹簧腔，并作用在先导阀阀芯9上（一般情况下，外控口K是堵塞的）。当进油压力不高时，液压力不能克服先导阀弹簧8的阻力，先导阀口关闭，阀内无油液流动。这时，主阀芯4因上、下腔油压相同，故被主阀弹簧3压在阀座上，主阀口也关闭。当进油压力升高到先导阀弹簧8的预调压力时，先导阀口打开，主阀弹簧腔的油液流过先导阀口并经阀体1上的通道和回油口O流回油箱。这时，油液流过阻尼小孔产生压力损失，使主阀芯4两端形成压力差。主阀芯在此压力差作用下，克服弹簧阻力向上移动，使进、回油口连通，达到溢流稳压的目的。调节先导阀手轮7便能调整溢流压力。更换不同刚度的调压弹簧8，便能得到不同的调压范围。第47页/共103页 根据液流连续性原理可知，流经阻尼孔的流量即为流出先导阀的流量。这一部分流量通常称泄油量。因为阻尼孔直径很小，泄油量只占全溢流量（额定流量）中的极小一部分，绝大部分油液均经主阀口溢回油箱。在先导式溢流阀中，先导阀的作用是控制和调节溢流压力，主阀的功能则在于溢流。先导阀因为只通过少量的泄油，其阀口直径较小，即使在较高压力的情况下，作用在锥阀芯上的液压推力也不很大，因此调压弹簧的刚度不必很大，压力调整也就比较轻便。主阀芯因两端均受油压作用，主阀弹簧只需很小的刚度，当溢流量变化引起弹簧压缩量变化时，进油口的压力变化不大，故先导式溢流阀恒定压力的性能优于直动式溢流阀。但先导式溢流阀是二级阀，其反应不如直动式溢流阀灵敏。第48页/共103页 (2)溢流阀的静态特性 （a）压力流量特性（pq特性）压力流量特性又称溢流特性。它表征溢流量变化时溢流阀进口压力的变化情况，即稳压性能。理想的溢流特性曲线应是一条平行于流量坐标的直线，即进油压力在达到调定的压力后，立即溢流，且不管溢流量多少，压力始终保持恒定。但实际的溢流阀，因溢流量的变化引起阀口开度变化，即弹簧压缩量的变化，进口压力不可能完全恒定。为便于分析问题，下面推导直动式溢流阀的pq特性方程式。第49页/共103页 以图6.14所示的直动式溢流阀为研究对象，设阀芯直径为d；当阀稳定溢流时，设阀口开度为x，阀口前后腔压力分别为p和p2。由于回油通油箱，则p2=0，故压差p=p。若忽略阀芯自重和稳态液动力这些次要因素，可以列出阀芯受力平衡方程式为 （6.1）式中：k 调压弹簧的弹簧刚度；x0 阀口开度为零时调压弹簧的预压缩量。溢流阀开始溢流时，阀口处于将开未开状态，x=0，这时的进口压力称为开启压力，以p0表示，则有：（6.2）第50页/共103页 将式（6.1）和（6.2）相减，可得阀口开度x的表达式为 （6.3）当忽略阀芯与阀体孔的配合间隙时，阀口通流截面面积AT=dx，将式（6.3）代入，则有 （6.4）再将式（6.4）代入阀口流量计算公式，并注意到p=p，便得 （5.5）此即直动式溢流阀的pq特性方程，任设一适当的x0值代入式（6.2），便可得出一对应的开启压力p0值，进而可画出在该下的pq特性曲线，如图6.18（a）所示。由该曲线结合式（6.1）可见，当溢流流量q（或阀口开度x）变化时，溢流阀所控制的压力p即随之变化，不可能绝对恒定。第51页/共103页 先导式溢流阀的pq特性曲线由两段组成，如图6.18（a）所示。AB段由先导阀的pq特性决定，这时先导阀刚开启而主阀芯仍封闭；BC段主要由主阀的pq特性决定。即点A对应的压力是先导阀的开启压力，拐点B对应的压力为主阀的开启压力。从图中看出，先导式和直动式相比，它的pq曲线要平缓的多。图6.18 溢流阀静态特性第52页/共103页 其原因可解释如下：以图6.16所示的主阀芯为研究对象，主阀弹簧腔压力p2主要取决于先导阀弹簧调整时的预压缩量，工作中基本为一定值。若主阀芯直径为d，则受力平衡方程式为 （6.6）式中 k和x0主阀弹簧的弹簧刚度和预压缩量。由于主阀弹簧较软，k值较小，因此当溢流量q（或开度x）变化时，p值变化很小，故pq（BC段）曲线变化平缓。第53页/共103页 pq曲线表明，阀的进出口压力随溢流量的增减而增减。溢流量为额定值（全溢流量）时所对应的压力称为调定压力，以pn表示。调定压力pn与开启压力p0之差称为调压偏差，即溢流量变化时溢流阀控制压力的变化范围。开启压力p0与调定压力之pn比称为开启比。先导式溢流阀的特性曲线较平缓，调压偏差小，开启比大，故稳压性能优于直动式溢流阀。因此，先导式溢流阀宜用于系统溢流稳压，直动式溢流阀因灵敏度高宜用作安全阀。图6.18（a）中的曲线是调压弹簧在任一预压缩量x0下得到的。通过调节手轮将x0由松往紧调节，便可得到一组溢流特性曲线，如图6.18（b）所示。最小调定压力到最大调定压力之间的范围称为溢流阀的调压范围，在此范围内调节时，压力要能平稳地升降，无突跳及延滞现象。第54页/共103页 （b）启闭特性 溢流阀开启和闭合全过程中的pq特性称为启闭特性。由于摩擦力的存在，开启和闭合时的pq曲线将不重合。在图6.16中，主阀芯开启时所受摩擦力和阀芯移动方向相反，而闭合时相同。因此在相同的溢流量下，开启压力大于闭合压力。如图6.18（b）所示的中间一对曲线，实线为开启曲线，虚线为闭合曲线。阀口完全关闭时的压力称为闭合压力，以pk表示，pk与pn之比称为闭合比。在某溢流量下，两曲线压力坐标的差值（如pnpn或p0pk）称为不灵敏区，因压力在此范围内升降时，阀口开度无变化。它的存在相当于加大了调压偏差，并加剧了压力波动。为保证溢流阀具有良好的静态特性，一般规定开启比应不小于90%，闭合比不小于85%。第55页/共103页 (3)溢流阀在液压传动系统中的应用 （a）溢流定压。在定量泵节流阀式节流调速系统中，溢流阀通常就近与液压泵并联，如图8.1所示。液压泵的供油只有一部分经节流阀进入液压缸，多余油液由溢流阀流回油箱，而在溢流的同时稳定了液压泵的供油压力。（b）过载保护。在图8.10系统中，执行元件的速度由变量泵自身调节，不需溢流，变量泵的工作压力随负载变化，变量泵后并联有溢流阀，其调定压力约为最大工作压力的1.1倍。一旦过载，溢流阀立即打开，系统压力不再升高，保障系统安全。故此系统中的溢流阀又称为安全阀。（c）形成背压。将溢流阀安装在系统的回油路上，可对回油产生阻力，即形成执行元件的背压。回油路存在一定的背压，可以提高液压执行元件的运动稳定性。第56页/共103页 （d）实现远程调压 液压传动系统中的液压泵、液压阀通常都组装在液压站上，为使操作人员就近调压方便，可按图6.19所示，在控制工作台上安装一远程调压阀（实际就是一个小溢流量的直动式溢流阀），并将其进油口与安装在液压站上的先导式溢流阀的外控口K相连。这相当于给先导式溢流阀除自身的先导阀外，又加接了一个先导阀（远程调压阀）。调节远程调压阀便可对先导式溢流阀实现远程调压。显然，远程调压阀所能调节的最高压力不能超过溢流阀自身先导阀的调定压力。另外，为了获得较好的远程控制效果，还需注意二阀之间的油管不宜太长（最好在3 m之内），要尽量减小管内的压力损失，并防止管道振动。图6.19 溢流阀的远程调压作用1远程调压阀；2先导式溢流阀第57页/共103页 （e）使液压泵卸荷 在图6.20中，先导式溢流阀对液压泵起溢流稳压作用。当二位二通阀的电磁铁通电后，溢流阀的外控口K即接油箱，液压泵输出的油液便在极低压力下经溢流阀回油箱，这时，液压泵接近于空载运转，功耗很小，即处于卸载状态。这种卸荷方法所用的二位二通阀可以是通径很小的换向阀。图6.20 溢流阀使泵卸荷第58页/共103页 此外溢流阀可以和其他阀一起构成组合阀。如可将图6.20中两个阀组成为一个电磁溢流阀。其中的电磁阀可以是二位二通、二位四通或三位四通换向阀，并可具有不同的机能，由此形成了电磁溢流阀的多种结构与功能，如图6.21所示的电磁溢流阀则兼具使液压泵卸荷和二级调压的作用，将P油口与液压泵出口相接，A油口和B油口分别与两个远程调压阀（各自调节不同的压力数值）相接，当三位四通换向阀两端的电磁铁分别通电时，即可实现二级调压；当两电磁铁皆不通电时，则液压泵卸荷。如果采用O型中位机能的三位四通换向阀，则可实现三级调压功能，但不再有卸荷作用，这时先导式溢流阀本身的调定压力要高于两个外接的远程调压阀的调定压力。图6.21 电磁溢流阀图形符号 第59页/共103页 如溢流阀和单向阀构成卸荷溢流阀，其图形符号见图6.22所示。它常用于使液压系统卸荷。在具体应用中，将P油口接液压泵，P1油口接液压系统，当P1油口的压力低于图中溢流阀的调定压力时，溢流阀关闭，液压泵向液压系统供油；当P1油口的压力达到溢流阀的调定压力时，在控制油的压力作用下，溢流阀阀口打开，液压泵即可卸荷。图中单向阀的作用是隔开高低压油路。图6.22卸荷溢流阀图形符号第60页/共103页2.顺序阀 (1)结构原理 顺序阀在液压系统中犹如自动开关，用来控制多个液压执行元件的顺序动作。它以进口压力油（内控式）或外来压力油（外控式）的压力为信号，当信号压力达到调定值时，阀口开启，使所在油路自动接通。顺序阀的结构和溢流阀类同，也有直动式和先导式之分。它和溢流阀的主要区别在于：溢流阀的泄漏油和先导阀的溢流油与出口（溢流口）相通，而顺序阀的泄漏油和先导阀的溢流油要单独接油箱；溢流阀的出口通回油箱，而顺序阀出口通二次压力油路（卸荷阀除外）。第61页/共103页 图6.23（a）所示为直动式内控顺序阀的结构简图。由于顺序阀的出口处不接油箱，而是通向二次油路，因此它的泄油口L必须单独接回油箱。为了减小调压弹簧的刚度，顺序阀底部设置了控制柱塞。外控口K用螺塞堵住，外泄油口L通油箱。图6.23 直动式顺序阀第62页/共103页 压力油自进油口P1通入，经阀体上的孔道和下盖上的孔流到控制活塞的底部，当其推力能克服阀芯上的调压弹簧阻力时，阀芯上升，使进、出油口P1和P2连通，压力油便从阀口流过。调节弹簧的预压缩量可以调节顺序阀的开启压力。经阀芯与阀体间的缝隙进入弹