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中职 汽车机械基础（第2版）11-4 液压控制元件电子课件 高教版中职 汽车机械基础（第2版）11-4 液压控制元件电子课件 高教版11.4 11.4 11.4 11.4 液压控制元件液压控制元件液压控制元件液压控制元件 在液压传动系统中，液压控制元件主要用来控制液压执行元件运动的方向，承载的能力和运动速度的大小以满足机械设备工作性能的要求。按其用途可分为方向控制阀、压力控制阀和流量控制阀三大类。11114 41 1 方向控制阀方向控制阀 方向控制阀主要用来通断油路或改变油液流动的方向，从而控制液压执行元件的起动或停止，改变其运动方向。它主要有单向阀和换向阀。11.4 11.4 11.4 11.4 液压控制元件液压控制元件液压控制元件液压控制元件 一、单向阀单向阀的主要作用是控制油液的单向流动。液压系统中对单向阀的主要性能要求是：正向流动阻力损失小，反向时密封性能好，动作灵敏。图11-11（a）为一种管式普通单向阀的结构。压力油从阀体左端的通口流入时，克服弹簧3作用在阀芯2上的力，使阀芯向右移动，打开阀口，并通过阀芯上的径向孔a、轴向孔b从阀体右端的通口流出；但是压力油从阀体右端的通口流入时，液压力和弹簧力一起使阀芯压紧在阀座上，使阀口关闭，油液无法通过，其图形符号如图11-11（b）所示。11.4 11.4 11.4 11.4 液压控制元件液压控制元件液压控制元件液压控制元件 （a）（b）图11-11 单向阀1-阀套 2-阀芯 3-弹簧单向阀中的弹簧主要是用来克服阀芯的摩擦阻力和惯性力，使单向阀工作灵敏可靠，所以普通单向阀的弹簧刚度一般都选得较小，以免油液流动时产生较大的压力降。普通单向阀工作原理11.4 11.4 11.4 11.4 液压控制元件液压控制元件液压控制元件液压控制元件 11.4 11.4 11.4 11.4 液压控制元件液压控制元件液压控制元件液压控制元件 液控单向阀，图11-12（a）为一种液控单向阀的结构，当控制口K处无压力油通入时，它的工作和普通单向阀一样，压力油只能从进油口P1流向出油口P2，不能反向流动。当控制口K 处有压力油通入时，控制活塞1右侧a腔通泄油口（图中未画出），在液压力作用下活塞向右移动，推动顶杆2顶开阀芯，使油口P1和P2接通，油液就可以从P2口流向P1口。图11-12（b）为其图形符号。图 11-12液控单向阀1-活塞 2-顶杆 3-阀芯11.4 11.4 11.4 11.4 液压控制元件液压控制元件液压控制元件液压控制元件 液控单向阀工作原理11.4 11.4 11.4 11.4 液压控制元件液压控制元件液压控制元件液压控制元件 二、换向阀换向阀是利用阀芯对阀体的相对运动，使油路接通，关断或变换油流的方向，从而实现液压执行元件及其驱动机构的启动、停止或变换运动方向。液压传动系统对换向阀性能的主要要求是：1）油液流经换向阀时压力损失要小；2）互不相通的油口间的泄漏要小；3）换向要平稳、迅速且可靠。换向阀的种类很多，其分布方式也各有不同，一般来说按阀芯相对于阀体的运动方式来分有滑阀和转阀两种；按操作方式来分有手动、机动、电磁动、液动和电液动等多种；按阀芯工作时在阀体中所处的位置有二位和三位等；按换向阀所控制的通路数不同有二通、三通、四通和五通等。（一）换向阀的工作原理当阀芯向右移动一定的距离时，由液压泵输出的压力油从阀的P口经A口输向液压缸左腔，液压缸右腔的油经B口流回油箱，液压缸活塞向右运动；反之，若阀芯向左移动某一距离时，液流反向，活塞向左运动。11.4 11.4 11.4 11.4 液压控制元件液压控制元件液压控制元件液压控制元件 11.4 11.4 11.4 11.4 液压控制元件液压控制元件液压控制元件液压控制元件 图 11-14 换向阀的位和通路符号图11-15换向阀操纵方式符号（二）换向阀的结构11.4 11.4 11.4 11.4 液压控制元件液压控制元件液压控制元件液压控制元件 1、手动换向阀图 11-16手动换向阀1-手柄 2-阀芯 3-弹簧11.4 11.4 11.4 11.4 液压控制元件液压控制元件液压控制元件液压控制元件 手动换向阀是利用手动杠杆来改变阀芯位置实现换向的图11-16（a）为自动复位式手动换向阀，放开手柄1，阀芯2在弹簧3的作用下自动回复中位，该阀适用于动作频繁、工作持续时间短的场合，操作比较安全，常用于工程机械的液压传动系统中。11.4 11.4 11.4 11.4 液压控制元件液压控制元件液压控制元件液压控制元件 2、机动换向阀11.4 11.4 11.4 11.4 液压控制元件液压控制元件液压控制元件液压控制元件 机动换向阀又称行程阀，它主要用来控制机械运动部件的行程，它是借助于安装在工作台上的挡铁或凸轮来迫使阀芯移动，从而控制油液的流动方向，机动换向阀通常是二位的，有二通、三通、四通和11-17 三位四通液动阀五通几种，其中二位和二通机动阀又分常闭的常开的两种。图11-1711.4 11.4 11.4 11.4 液压控制元件液压控制元件液压控制元件液压控制元件 3、电磁换向阀11.4 11.4 11.4 11.4 液压控制元件液压控制元件液压控制元件液压控制元件 电磁换向阀是利用电磁铁的通电吸合与断电释放而直接推动阀芯来控制液流方向的。它是电气系统与液压系统之间的信号转换元件，它的电气信号由液压设备中的按钮开关、限位开关、行程开关等电气元件发出，从而可以使液压系统方便地实现各种操作用自动顺序动作。4、液动换向阀11.4 11.4 11.4 11.4 液压控制元件液压控制元件液压控制元件液压控制元件 液动换向是利用控制油路的压力油来改变阀芯位置的换向阀，图11-17，阀芯是由其两端密封腔中油液的压差来移动的，当控制油路的压力油从阀右边的控制油口K2进入滑阀右腔时，K1接通回油，阀芯向左移动，使压力油口P与B相通，A与T相通；当K1接通压力油，K2接通回油时，阀芯向右移动，使得P与A相通，B与T相通；当K1、K2都通回油时，阀芯在两端弹簧和定位套作用下回到中间位置。图11-1711.4 11.4 11.4 11.4 液压控制元件液压控制元件液压控制元件液压控制元件 5、电液换向阀11.4 11.4 11.4 11.4 液压控制元件液压控制元件液压控制元件液压控制元件 在大中型液压设备中，当通过阀的流量较大时，作用在滑阀上的摩擦力和液动力较大，此时电磁换向阀的电磁铁推力相对太小，需要用电液换向阀来代替电磁换向阀。电液换向阀是由电磁滑阀和液动滑阀组合而成。电磁滑阀起先导作用，它可以改变控制液流的方向从而改变液动滑阀阀芯的位置。由于操纵液动滑阀的液压推力可以很大，所以主阀芯的尺寸可以做得很大，允许有较大的油液流量通过。这样用较小的电磁铁就能控制较大的液流。（三）换向阀的性能和特点11.4 11.4 11.4 11.4 液压控制元件液压控制元件液压控制元件液压控制元件 1、中位机能概念：对于各种操纵方式的三位四通和五通的换向滑阀，阀芯在中间位置时各油口的连通情况称为换向阀的中位机能。不同的中位机能，可以满足液压系统的不同要求，表11-1为常见的三位四通、五通换向阀的中位机能的型式、滑阀状态和符号，由表11-1可以看出，不同的中位机能是通过改变阀芯的形状和尺寸得到的。在分析和选择三位换向阀的中位机能时，通常考虑以下几点：（1）系统保压 当P口被堵塞时，系统保压，液压泵能用于多缸系统；当P口不太通畅地与T口相通时（如X型），系统能保持一定的压力供控制油路使用；（2）系统卸荷 P口通畅地与T口相通时，系统卸荷；（3）换向平稳性与精度 当液压缸A、B两口都堵塞时，换向过程中易产生液压冲击，换向不平稳，但换向精度高；反之，A、B两口都通T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；（4）启动平稳性 阀在中位时，液压缸某腔如通油箱，则启动时该腔内因无足够的油液起缓冲作用，启动不平稳；（5）液压缸“浮动”和在任意位置上的停止 阀在中位时，当A、B两油口互通时，卧式液压缸呈“浮动”状态，可利用其它机构移动工作台，调整其位置。当A、B两口堵塞或与P口连接（在非差动情况下），则可以使液压缸在任意位置处停下来。11.4 11.4 11.4 11.4 液压控制元件液压控制元件液压控制元件液压控制元件 2、滑阀的液动力11.4 11.4 11.4 11.4 液压控制元件液压控制元件液压控制元件液压控制元件 由液流的动量定律可知，油液通过换向阀时作用在阀芯上的液动力有稳态液动力和瞬态液动力两种，滑阀上的稳态液压力是在阀芯移动完毕，开口固定之后，液流流过阀口时因动量变化而作用在阀芯上的有使阀口关小的趋势的力，其值与通过阀的流量大小有关，流量越大，液动力也越大，因而使换向阀口切换的操纵力也应越大。由于在滑阀式换向阀中稳态液动力相当于一个回复力，故它对滑阀性能的影响是使滑阀的工作趋于稳定。滑阀上的瞬态液动力是滑阀在移动过程中，（即开口大小发生变化时）阀腔液流因加速或减速而作用在阀芯上的力，这个力与阀芯的移动速度有关（即与阀口开度的变化率有关），而与阀口开度本身无关，且瞬态动力对滑阀工作稳定性的影响要视具体结构而定 11.4 11.4 11.4 11.4 液压控制元件液压控制元件液压控制元件液压控制元件 1142 压力控制阀压力控制阀 概念：在液压传动系统中，控制油液压力高低的液压阀称之为压力控制阀，简称为压力阀。这类阀的共同点是利用在阀芯上的液压力和弹簧力相平衡的原理工作的。在液压系统中，根据工作需要的不同，对压力控制的要求是各不相同的：有的需要限制液压系统的最高压力，如安全阀；有的需要稳定液压系统中某处的压力值（或者压力差，压力比等），如溢流阀、减压阀等定压阀；还有的是利用液压力作为信号控制其动作，如顺序阀、压力继电器等。一、溢流阀的基本结构及其工作原理11.4 11.4 11.4 11.4 液压控制元件液压控制元件液压控制元件液压控制元件 （一）溢流阀的作用和性能要求 1、作用：保持系统压力恒定。2、要求：（1）定压精度高（2）灵敏度要高（3）工作要平稳（4）当阀关闭时 密封要好，泄漏要小（二）溢流阀的结构和工作原理1、直动式溢流阀 直动式溢流阀是依靠系统中的压力油直接作用在阀芯上与弹簧力等相平衡，以控制阀芯的启闭动作 11.4 11.4 11.4 11.4 液压控制元件液压控制元件液压控制元件液压控制元件 图11-20所示是一种低压直动式溢流阀，P是进油 1-螺母 2-弹簧 3-阀芯口，T是回油口，进口压力油经阀芯3中间的阻尼孔a作用在阀芯的底部端面上，当进油压力较小时，阀芯在弹簧2的作用下处于下端位置，将P和T两油口隔开。当进油压力升高，在阀芯下端所产生的作用力超过弹簧的压紧力Fs时，阀芯上升，阀口被打开，将多余的油液排回油箱，阀芯上的阻尼孔a 用来对阀芯的动作产生阻尼，以提高阀的工作平衡性，调整螺母1可以改变弹簧的压紧力，这样也就调整了溢流阀进口处的油液压力P。图11-20 低压直动式溢流阀1-螺母 2-弹簧 3-阀芯11.4 11.4 11.4 11.4 液压控制元件液压控制元件液压控制元件液压控制元件 2、先导式溢流阀11.4 11.4 11.4 11.4 液压控制元件液压控制元件液压控制元件液压控制元件 图11-21所示为先导式溢流阀的结构示意图，在图中压力油从P口进入，通过阻尼孔3后作用在导阀4上，当进油口压力较低，导阀上的液压作用力不足以克服导阀右边的弹簧5的作用力时，导阀关闭，没有油液流过阻尼孔，所以主阀芯2两端压力相等，在较软的 主阀弹簧1作用下主阀芯2处于最下端位置，溢流阀阀口P和T隔断，没有溢流。图11-21 先导式溢流阀 1-主阀弹簧 2-阀芯 3-阻尼孔 4-导阀 5-弹簧 11.4 11.4 11.4 11.4 液压控制元件液压控制元件液压控制元件液压控制元件 二、二、减压阀11.4 11.4 11.4 11.4 液压控制元件液压控制元件液压控制元件液压控制元件 减压阀是使出口压力（二次压力）低于进口压力（一次压力）的一种压力控制阀。其作用是用来减低液压系统中某一回路的油液压力，仍用一个油源能同时提供两个或几个不同压力的输出。根据减压阀所控制的压力不同，它可分为定值输出减压阀，定差减压阀和定比减压阀。工作原理：P1口是进油口，P2口是出油口，阀不工作时，阀芯在弹簧作用下处于最下端位置，阀的进、出油口是相通的，、亦即阀是常开的。若出口压力增大，使作用在阀芯下端的压力大于弹簧力时，阀芯上移，关小阀口，这时阀处于工作状态。若忽略其它阻力，仅考虑作用在阀芯上的液压力和弹簧力相平衡的条件，则可以认为出口压力基本上维持在某一定值调定值上。图11-22 减压阀 11.4 11.4 11.4 11.4 液压控制元件液压控制元件液压控制元件液压控制元件 11.4 11.4 11.4 11.4 液压控制元件液压控制元件液压控制元件液压控制元件 三、三、顺序阀顺序阀是用来控制液压系统中各执行元件动作的先后顺序。工作原理：当进油口压力p1较低时，阀芯在弹簧作用下处于下端位置，进油口和出油口不相通。当作用在阀芯下端油液的液压力大于弹簧预紧力时，阀芯向上移动，阀口打开，油液便经阀口从出油口流出，从而操纵另一执行元件或其它元件动作。图11-23直动式顺序阀 11.4 11.4 11.4 11.4 液压控制元件液压控制元件液压控制元件液压控制元件 11.4 11.4 11.4 11.4 液压控制元件液压控制元件液压控制元件液压控制元件 1143 流量控制阀流量控制阀 流量控制阀就是依靠改变阀口通流面积（节流口局部阻力）的大小或通流通道的长短来控制流量的液压阀类。常用的流量控制阀有普通节流阀、压力补偿和温度补偿调速阀、溢流节流阀和分流集流阀等。一、流量控制原理 （a）（b）图11-24节流元件的作用11.4 11.4 11.4 11.4 液压控制元件液压控制元件液压控制元件液压控制元件 如图11-24（a）所示，此时节流阀和溢流阀相当于两个并联的液阻，液压泵输出流量q p不变，流经节流阀进入液压缸的流量q1和流经溢流阀的流量q的大小，由节流阀和溢流阀液阻的相对大小来决定。若节流阀的液阻大于溢流阀的液阻，则q1q。节流阀是一种可以在较大范围内以改变液阻来调节流量的元件。因此可以通过调节节流阀的液阻，来改变进入液压缸的流量，从而调节液压缸的运动速度；但若在回路中仅有节流阀而没有与之并联的溢流阀，如图11-24（b）所示，则节流阀就起不到调节流量的作用。液压泵输出的液压油全部经节流阀进入液压缸。改变节流阀节流口的大小，只是改变液流流经节流阀的压力降。节流口小，流速快；节流口大，流速慢，而总的流量是不变的，因此液压缸的运动速度不变。液压传动系统对流量控制阀的主要要求：1）较大的流量调节范围，且流量调节要均匀。2）当阀前、后压力差发生变化时，通过阀的流量变化要小，以保证负载运动的稳定。3）油温变化对通过阀的流量影响要小。4）液流通过全开阀时的压力损失要小。5）当阀口关闭时，阀的泄漏量要小。11.4 11.4 11.4 11.4 液压控制元件液压控制元件液压控制元件液压控制元件 二、普通节流阀二、普通节流阀1、工作原理图11-25 普通节流阀1-阀芯 2-推杆 3-手柄 4-弹簧11.4 11.4 11.4 11.4 液压控制元件液压控制元件液压控制元件液压控制元件 图11-25所示为一种普通节流阀的结构和图形符号。这种节流阀的节流通道呈轴向三角槽式。压力油从进油口P1流入孔道a和阀芯1左端的三角槽进入孔道b，再从出油口P2流出。调节手柄3，可通过推杆2使阀芯作轴向移动，改 变节流口的通流截面积来调节流量。阀芯在弹簧的作用下始终贴紧在推杆上，这种节流阀的进出油口可互换。2、节流阀的刚性 节流阀的刚性表示它抵抗负载变化的干扰，保持流量稳定的能力，即当节流阀开口量不变时，由于阀前后压力差P的变化，引起通过节流阀的流量发生变化的情况。流量变化越小，节流阀的刚性越大；反之，其刚性则小。11.4 11.4 11.4 11.4 液压控制元件液压控制元件液压控制元件液压控制元件 11.4 11.4 11.4 11.4 液压控制元件液压控制元件液压控制元件液压控制元件 三、节流阀的压力补偿 为了改善调速系统的性能，通常是对节流阀进行压力补偿，即采取措施使节流阀前后压力差在负载变化时始终保持不变。由q=kAPm可知，当P基本保持不变时，通过节流阀的流量只由其开口大小来决定，节流阀的压力补偿方式是将定差减压阀与节流阀串联起来，组合而成调速阀，这种压力补偿方式是利用流量变动所引起油路压力的变化，通过阀芯的负反馈动作，来自动调节节流部分的压力差，使其基本保持不变。11.4 11.4 11.4 11.4 液压控制元件液压控制元件液压控制元件液压控制元件 四、调速阀图11-26 调速阀1-减压阀 2-节流阀11.4 11.4 11.4 11.4 液压控制元件液压控制元件液压控制元件液压控制元件 图11-26 液压泵的出口（即调速阀的进口）压力P1，由溢流阀调定，基本上保持恒定。调速阀出口处的压力P3由液压缸负载F决定。油液先经减压阀产生一次压力降，将压力降到P2，节流阀的出口压力P3又经反馈通道a 作用到减压阀的上腔b，当减压阀的阀芯在弹簧力Fs，油液压力P2和P3作用下处于某一平衡位置时（忽略摩擦力和液动力等）则有P2A1+P2A2=P3A+Fs式中，A、A1和A2分别为b腔、c腔和d腔内的压力油作用于阀芯的有效面积，且A=A1+A2，故P2 P3=P=Fs/A 因为弹簧刚度较低，且工作过程中减压阀阀芯位移很小，可以认为 Fs基本保持不变。故节流阀的两端压力差P2-P3也基本保持不变，这就保证了通过节流阀的流量稳定。11.4 11.4 11.4 11.4 液压控制元件液压控制元件液压控制元件液压控制元件