液压与气压传动(英汉双语)第2版-教学ppt课件--第5章-第5章.ppt
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1、液压与气压传动福州大学机械工程及自动化学院福州大学机械工程及自动化学院第第5 5章章 液压控制阀液压控制阀章 节 目 录 5.1 液压阀概述液压阀概述5.2 方向控制阀方向控制阀5.3 压力控制阀压力控制阀5.4 流量控制阀流量控制阀5.5 叠加阀和插装阀叠加阀和插装阀5.6 电液伺服阀电液伺服阀5.7 电液比例阀电液比例阀5.8 电液数字阀电液数字阀5.1 液压阀概述液压阀概述5.1.1 液压阀的基本共同点液压阀的基本共同点5.1.2 液压阀的分类液压阀的分类5.1.3 对液压阀的基本要求对液压阀的基本要求5.1.1 液压阀的基本共同点液压阀的基本共同点 液压控制阀的种类繁多,但它们在液压系
2、统中的作用主要有三个方面:控制液压油的压力(压力控制阀)、流量(流量控制阀)和流动方向(方向控制阀),保证执行元件按照负载的需求进行工作。尽管液压阀的种类繁多,且各种阀的功能和结构形式也有较大的差异,但都具有基本共同点:1.在结构上,所有液压阀均由阀体、阀芯(锥阀,滑阀或球阀)和驱动阀芯动作的元件、部件组成。其中阀芯的结构如图5-1所示。图图 5-1 阀的结构形式阀的结构形式a)a)滑阀滑阀 b)b)锥阀锥阀 c)c)球阀球阀 2.在工作原理上,所有液压阀的开口大小、进出口间的压差以及通过阀的流量之间的关系都符合孔口流量公式,只是各种阀控制的参数各不相同而已。表表5-1 液压控制阀的分类液压控
3、制阀的分类分类方法分类方法种类种类类型类型按用途分压力控制阀溢流阀、减压阀、顺序阀、比例压力控制阀、压力继电器等流量控制阀节流阀、调速阀、溢流节流阀、分流阀、集流阀、比例流量控制阀等方向控制阀单向阀、液控单向阀、换向阀、比例方向控制阀等按操纵方式分人力操纵阀手把及手轮、踏板、杠杆机械操纵阀挡块、弹簧、液压、气动电动操纵阀电磁铁控制、电-液联合控制按连接方式分管式连接螺纹式连接、法兰式连接 板式及叠加式连接单层连接板式、双层连接板式、集成块连接、叠加阀插装式连接螺纹式插装、法兰式插装按控制方式分定值或开关控制阀压力控制阀、流量控制阀、方向控制阀电液比例控制阀电液比例压力阀、电液比例流量阀、电液比
4、例换向阀、电液比例复合阀伺服控制阀电液伺服阀、气液伺服阀、机液伺服阀数字控制阀数字控制压力阀、数字控制流量阀与方向阀5.1.3对液压阀的基本要求对液压阀的基本要求1.动作灵敏、使用可靠、工作时冲击和振动要小。2.阀口全开时,液流压力损失小;阀口关闭时,密封性能好。3.所控制的参量(压力或流量)稳定,受外干扰时变化量要 小。4.结构紧凑,安装、调试、维护方便,通用性好。5.1.2 液压阀的分类液压阀的分类液压阀可按不同的特征进行分类,如表5-1所示。5.2 方向控制阀方向控制阀5.2.1 5.2.1 单向阀单向阀5.2.2 5.2.2 换向阀换向阀方向控制阀主要有单向阀和换向阀两类。5.2.1单
5、向阀单向阀常用的单向阀有普通单向阀和液控单向阀两种。1.普通单向阀(单向阀)普通单向阀(单向阀)普通单向阀的作用是只允许液流沿一个方向通过,不能反向流动。普通单向阀如图5-2所示。图图 5-2普通单向阀普通单向阀a)结构图结构图 b)图形符号图形符号1-阀体阀体 2-阀芯阀芯 3-弹簧弹簧2.液控单向阀液控单向阀液控单向阀除进出油口、外,还有一个控制油口(如下图5-3)。图图5-3 液压控制单向阀液压控制单向阀a)普通单向阀普通单向阀 b)液控单向阀液控单向阀 1,6-1,6-弹簧弹簧 2,8-2,8-阀芯阀芯 3,9-3,9-推杆推杆 4,10-4,10-控制活塞控制活塞 5 5卸载小阀芯卸
6、载小阀芯7 7弹簧座弹簧座普通单向阀(正向)内泄式液控单向阀 (控制油口不通压力油时)外泄式液控单向阀 需要指出的是,控制压力油油口不工作时,应使其通回油箱,否则控制活塞难以复位,单向阀反向不能截止液流。5.2.2 换向阀换向阀 1.功能功能 换向阀是利用阀芯在阀体中作相对运动,使油路接通、切断或改变流动方向,从而使执行元件启动、停止或变换运动方向。2.分类分类 (1)按结构类型可分为滑阀式、转阀式和球阀式。(2)按阀体连通的主油路数可分为二通、三通、四通等。(3)按阀芯在阀体内的工作位置可分为二位、三位,四位等。(4)按操作阀芯运动的方式可分为手动、机动、电磁动、液动和电液动等。3滑阀或换向
7、阀的结构滑阀或换向阀的结构 不同的通数和位数构成了不同类型的换向阀,所谓二位阀、三位阀是指换向阀的阀芯有两个或三个不同的工作位置;二通阀、三通阀、四通阀是指其阀体上有两个、三个、四个各不相通且与系统中不同油管连接的油路接口。换向阀的功能主要就是由其控制的通路数和工作位置所决定。如表5-2所示。换向阀都有两个或两个以上的工作位置,其中一个是常位,即阀芯未受外部操纵时所处的位置,绘制液压系统图时,油路一般应连接在常位上。4滑阀式换向阀的操纵方式滑阀式换向阀的操纵方式 滑阀式换向阀的操纵方式包括:手动(机动)、电磁动、液动和电液联合驱动等,见图5-4、5-5、5-6。表表5-2 滑阀式换向阀的结构型
8、式滑阀式换向阀的结构型式名称结构原理图图形符号使用场合二位二通阀控制油路的接通与切断(相当于一个开关)二位三通阀控制液流方向(从一个方向变换成另一个方向)名称结构原理图图形符号使用场合二位四通阀控制执行元件换向不能使执行元件在任一位置上停止运动执行元件正反向运动时回油方式相同三位四通阀能使执行元件在任一位置上停止运动二位五通阀不能使执行元件在任一位置上停止运动执行元件正反向运动时可以得到不同的回油方式三位五通阀能使执行元件在任一位置上停止运动图图5-4 三位四通手动换向阀三位四通手动换向阀a)a)弹簧自动复位机构弹簧自动复位机构 b)b)钢球定位结构钢球定位结构 c)c)弹簧自动复位机构图形符
9、号弹簧自动复位机构图形符号 d)d)钢球定位结构图形符号钢球定位结构图形符号 图图5-5 二位二通电磁换向阀(电磁铁得电时)二位二通电磁换向阀(电磁铁得电时)a)a)结构图结构图 b)b)图形符号图形符号 1-1-电磁铁电磁铁 2 2推杆推杆 3-3-阀芯阀芯 4-4-弹簧弹簧 图图5-6 三位四通电液换向阀三位四通电液换向阀(电磁铁不得电时)(电磁铁得电时)1-液动阀阀芯液动阀阀芯 2,8-单向阀单向阀 3,7-节流阀节流阀 4,6-电磁铁电磁铁 5-电磁阀阀芯电磁阀阀芯 5.滑阀的中位机能滑阀的中位机能 三位阀有三个工作位置,根据需要,执行元件可在左位或右位工作。三位换向阀的阀芯在中间位置
10、时,各通口间有不同的连通方式,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。不同的中位机能是在阀体的尺寸不变的情况下,通过改变阀芯的形状和尺寸得到的。常见的中位机能、符号及其特点如表5-3所列。表表5-3 滑阀的中位机能滑阀的中位机能 滑阀机能滑阀状态中位符号特点及应用四通五通O各油口全封闭,液压缸两腔闭锁、泵不卸载,可用于多个换向阀并联工作H各油口互通,液压缸活塞浮动,泵卸载Y油口A、B通回油T、油口p封闭,活塞浮动,泵不卸载。J系统不卸荷,缸一腔封闭,另一腔与回油连通 表表5-3 滑阀的中位机能滑阀的中位机能(续)续)C油口P与A通,B和T封闭,液压泵不卸载液压缸一腔闭锁P压力油
11、P与A、B油口连通、T口封闭可组成液压缸的差动回路K油口P、A、T互通,油口B封闭,液压缸一腔闭锁,泵卸载。X各油口半开启接通,液压泵压力油在一定压力下回油箱 表表5-3 滑阀的中位机能滑阀的中位机能(续)续)M油口P与T通,油口A、B封闭,液压泵卸载液压缸两腔闭锁U系统不卸荷,缸两腔连通,回油封闭N系统不卸荷,缸一腔与回油连通,另一腔封闭5.3 压力控制阀压力控制阀5.3.1 5.3.1 溢流阀溢流阀5.3.2 5.3.2 减压阀减压阀5.3.3 5.3.3 顺序阀顺序阀5.3.4 5.3.4 压力继电器压力继电器5.3.1 溢流阀溢流阀 普通的压力控制阀包括溢流阀、减压阀、顺序阀和压力继电
12、器,它们用来控制液压系统中的油液压力或通过压力信号实现控制。溢流阀按结构形式分:(1)直动型;(2)先导型。它旁接在液压泵的出口保证系统压力恒定或限制其最高压力,有时也旁接在执行元件的进口,对执行元件起安全保护作用。1.1.结构及工作原理结构及工作原理(1 1)直动型)直动型 图图5-7 直动型溢流阀直动型溢流阀 a)a)结构图结构图 b)b)图形符号图形符号 1-1-调节螺母调节螺母 2-2-弹簧弹簧3-3-上盖上盖 4-4-阀芯阀芯 5-5-阀体阀体 直动型溢流阀的结构及其图形符号如图5-7所示。压力油从进口P进入阀后,经孔f和阻尼孔g后作用在阀芯4的底面上。若弹簧刚度为K,预压缩量为 ,
13、阀芯直径为D,阀口刚开启时的进口压力为 ,通过额定流量 时的进口压力为 ,作用在阀芯上的稳态液动力为 ,则得(a a)阀口刚开启时的阀芯受力平衡关系式阀口刚开启时的阀芯受力平衡关系式(b b)阀口开启溢流时阀芯受力平衡关系式阀口开启溢流时阀芯受力平衡关系式(5-1)(5-2)注意两点:注意两点:(a)调节弹簧的预压缩量x0,可以改变阀口的开启压力pk,进而调节控制阀的进口压力p,此处弹簧称之为调压弹簧。(c c)阀口开启溢流的压力流量方程阀口开启溢流的压力流量方程(5-3)联立求解式(5-7)和(5-8)可求得不同流量下的进口压力。(b)直动型溢流阀因液压力直接与弹簧力相平衡而工作,若压力较高
14、、流量较大,则要求调压弹簧具有很大的弹簧力,这不仅使调节性能变差,而且结构上也难以实现。所以滑阀式直动型溢流阀一般只用于低压小流量处。(2)先导型先导型 若系统压力和流量较大时,通常使用先导型溢流阀。其常见的结构如图5-8所示,它们由先导阀和主阀两部分组成。这种阀的工作原理是利用主阀上下两端油液压力差来使主阀阀芯移动的。图图5-8 先导溢流阀先导溢流阀 a)a)结构图结构图 b)b)图形符号图形符号 1-1-阻尼孔阻尼孔 2-2-先导阀芯先导阀芯 3-3-先导阀弹簧先导阀弹簧 4-4-主阀弹簧主阀弹簧5-5-主阀芯主阀芯先导型溢流阀的静特性可用下列五个方程描述:先导型溢流阀的静特性可用下列五个
15、方程描述:(a)主阀阀芯受力平衡方程(b)主阀阀口压力流量方程(c)先导阀阀芯受力平衡方程(5-4)(5-5)(5-6)(d)先导阀阀口压力流量方程(5-7)(e)流经阻尼孔的压力流量方程(5-8)2.溢流阀的基本性能主要有:溢流阀的基本性能主要有:(1)调压范围 在规定的范围内调节时,阀的输出压力能平稳地升降,无压力突跳或迟滞现象。(2)压力流量特性 溢流阀的进口压力随流量变化而波动的性能称为压力流量特性或启闭特性,如图 5-9所示。(3)压力超调量 压力峰值与额定压力之差称为压力超调量,一般限制超调量不得大于额定值的30%。图5-10为溢流阀由零压、零流量过渡为额定压力、额定流量的动态过程
16、曲线。图图5-9 溢流阀的压力流量特性曲线溢流阀的压力流量特性曲线 图图5-10 溢流阀的动态过程曲线溢流阀的动态过程曲线 5.3.2 减压阀减压阀 减压阀是一种利用液流流过缝隙产生压力损失,使其出口压力低于进口压力的压力控制阀。按调节要求不同有:(1)用于保证出口压力为定值的定值减压阀;(2)用于保证进出口压力差不变的定差减压阀;(3)用于保证进出口压力成比例的定比减压阀。其中定值减压阀应用最广,又简称为减压阀。1.1.减压阀结构及工作原理减压阀结构及工作原理图图5-11 先导型减压阀先导型减压阀 a)结构图结构图 b)图形符号图形符号 1-先导阀芯先导阀芯 2-主阀阀芯主阀阀芯 3-阻尼孔
17、阻尼孔2.减压阀功用和特点减压阀功用和特点 比较减压阀与溢流阀的工作原理和结构,可以将二者的差别归纳为以下三点:(l)减压阀保持出口压力为定值;而溢流阀则保持进口压力恒定。(2)阀不工作时,减压阀进出油口相通;而溢流阀则进出油口不通。(3)减压阀进出油口都有压力,先导阀弹簧腔的泄漏油需单独引回油箱;而溢流阀的出口直接接回油箱,因此先导阀弹簧腔的泄漏油经阀体内流道内泄至出口。5.3.3 5.3.3 顺序阀顺序阀1.顺序阀功能2.工作原理 顺序阀是一种利用压力控制阀口通断的压力阀,因用于控制多个执行元件的动作顺序而得名。图5-12为直动式顺序阀的工作原理。图图5-12 直动式顺序阀直动式顺序阀3.
18、3.顺序阀的控制形式顺序阀的控制形式 依控制压力的不同,顺序阀可分为内控和外控式两种。见图5-14。图图5-14 顺序阀的四种控制形式顺序阀的四种控制形式a)a)内控外泄内控外泄 b)b)内控内泄内控内泄 c)c)外控外泄外控外泄 d)d)外控内泄外控内泄 4.特点特点 其中内控内泄用在系统中作平衡阀或背压阀;外控内泄用作卸载阀;外控外泄相当于一个液控二位二通阀。将其特点归纳如下:内控外泄顺序阀与溢流阀的相同点是:内控外泄顺序阀与溢流阀的相同点是:阀口常闭,由进口压力控制阀口地开启。区别是内控外泄顺序阀调整压力油去工作,当因负载建立的出口压力高于阀的调定压力时,阀的进口压力等于出口压力,作用在
19、阀芯上的液压力大于弹簧力和液动力,阀口全开;当负载所建立的出口压力低于阀的调定压力时,阀的进口压力等于调定压力,作用在阀芯上的液压力、弹簧力、液动力平衡,阀的开口一定,满足压力流量方程。5.3.4 压力继电器压力继电器1.功能功能 2.2.结构特点结构特点 压力继电器是一种将液压系统的压力信号转换为电信号输出的元件。其作用是,根据液压系统压力的变化,通过压力继电器内的微动开关,自动接通或断开电气线路,实现执行元件的顺序控制或安全保护。压力继电器按结构特点可分为柱塞式、弹簧管式和膜片式等。图5-15为单触点柱塞式压力继电器 。图图5-15 单触点柱塞式压力继电器单触点柱塞式压力继电器 a)a)结
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