压力控制阀教案.docx

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1、教 学内 容修改补充压力控制阀在液压系统中，控制液压系统中的压力或利用系统中 压力的变化来控制某些液压元件动作的阀，统称液压控制 阀。按其功能和用途不同分为溢流阀 减压阀 顺序 阀 压力继电器等。一、溢流阀溢流阀是用来控制和调整液压系统的压力，以保证系统在 一定压力或安全压力下工作。1、溢流阀(1)直动式溢流阀：如图所示，P是进油口，T是回油口， 进口压力油进油经阀芯中间的阻尼孔作用在阀芯底部端面 上，当进口 P从系统接入的油液压力不高时，锥阀心被弹 簧压在阀座上，阀口关闭；当进口油压升高到能克服弹簧 阻力时，推开锥阀，使阀口打开，油液就由进油DP流入, 再从回油口丁流回油箱(溢流)，进油压力

2、也就不会继续升 高。阀芯上阻尼孔的作用是用来增加液阻，以减少阀芯的 振动，提高阀的工作平稳性。调节螺母，改变弹簧压紧力, 也就调节了溢流阀进油口处的油压。由阀芯间隙处泄漏到 弹簧腔的油液，经阀体上的孔通同油孔T排入油箱。当溢流阀稳定工作时，作用在阀芯上的力应是平衡的。 若忽略阀芯自重、摩擦阻力和稳态轴向液动力，则阀芯的 受力平衡方程为：Pk. A二PR二KXO当阀芯处于某一位置时，阀芯的受力平衡为： P .A=K(XO+x)式中：x为弹簧附加压缩量。由上式可知，当阀芯处于 不同位置时，溢流压力是变化的。然而由于弹簧的附加压 缩量x相对于预压缩量xO来说是较小的，所以可认为溢流 压力P基本保持恒

3、定，这就是溢流阀起定压溢流作用的工 作原理。直动式溢流阀是利用阀芯上端的弹簧力直接与下端面 的液压力相平衡来控制溢流压力的，这样，在阀芯位移相 同的情况下，弹簧力变化较大。一般直动式阀只做成低压、 流量不大的溢流阀。(2)先导式溢流阀：先导式溢流阀由主阀和先导阀两部分 组成。先导阀的结构原理与直动式溢流阀相同，但一般采 用锥形坐阀式结构。主阀可分为：滑阀式(一级同心)结构、 二级同心结构和三级同心结构。图为一级同心溢流阀的工 作原理图。油液从P 口进入，经阻尼孔作用于主阀心的两端及先导阀 阀心上。(一般情况下，外控口是堵塞的)当进口压力不高 时：液压力不能克服先导阀的弹簧阻力，先导阀口关闭，阀

4、内无油液流动。主阀心因前后腔油压相同，故被主阀弹 簧压在阀座上，主阀口亦关闭。系统油压升高到先导阀弹簧的预调压力时：先导阀口打开, 主阀弹簧腔的油液流过先导阀口并经阀体上的通道和回油 口 T流回油箱。这时，油液流过阻尼小孔，产生压力损失, 使主阀心两端形成了压力差。主阀心在此压差作用下克服 弹簧阻力向上移动，使进、回油口连通，达到溢流稳压的 目的。现在来研究主阀芯处于某一平衡位置时的状态。忽略阀芯 自重和摩擦力,主阀受力平衡为：PA=PiA+Fa=PiA+K (x0+x) 或 P = P1+K (x0+x) /A P-溢流阀所控制的主阀下腔压力，即进油口压力 P1-主阀芯上腔的压力 A-主阀芯

5、上端面面积K-主阀芯平衡弹簧的刚度 x。-平衡弹簧的预压缩量 x-主阀开启后,平衡弹簧增加的压缩量 Fa-平衡弹簧对主阀芯的作用力.由上式可知,先导式溢流阀所控制的压力由P1和Fa/A 两项组成。由于有主阀上腔P1的存在。即使被控压力P较 大,主阀上平衡弹簧力也只需很小，只要能克服摩擦力使主 阀芯复位即可，所以，主阀芯弹簧可以做的很小，当负载 变化时，阀口开度也随之增大或减小，主阀弹簧的附加压 缩量X也生变化，由于主阀弹簧的刚度低，X的变化量相对 预压缩量X。来说又很小，故溢流阀进口的压力B变化甚小; 同理，由于先导溢流阀的调压弹簧刚度亦不大，弹簧调定 后，在溢流阀上腔的控制压力P2也基本不变

6、，故先导式溢 流阀在压力调定后，即使流量变化，进口处的压力Pi变化 也很小，因此，定压精度高。由于先导阀的阀芯一般为锥 阀，受压面积小，所以用一个刚度不大的弹簧即可调整高 的压力P2,拧动先导阀的调压螺钉便能调整溢流阀压力。 更换不同刚度的调压弹簧，便能得到不同的调压范围，这 种阀调压比较轻便、振动小、噪音低、压力稳定，但只有 在先导阀和主阀都动作后才起控制压力的作用，因此反应 不如直动式溢流阀快。2、溢流阀的主要性能(1)静态特性溢流阀的静态特性指溢流阀在稳定状态下(即系统在没有 突变时)的性能，其主要指标有压力流量特性、启闭特性、 卸荷压力等。 压力-流量特性当溢流量变化时，阀口开度也相应

7、地变化,其溢流压力也有 所变化,这就是溢流阀的压力-流量特性.当系统压力Pk为时,液压力与弹簧预紧力相平衡，阀口处于将开的临界状态。此时，阀芯的受力平衡方程为： Pk*nd2/4=KX0式中Pk一开启压力；d一滑阀直径；k弹簧刚度；xO- 弹簧顶压缩量。当油压增加到P时，阀口开度为x,阀芯的受力平衡方程为:P. nd2/4=K(Xo+x)两式相减得 x=(Hd2/4K) (p-pk)通过阀口的流量可按薄壁小孔流量公式计算：Q=Cq. A. (2/pA P)1/2压力流量曲线从上图可以得到以下几点结论：(i )不同的开启压力pk对应不同的曲线。Pk的大小可用 改变弹簧的预压缩量xO来调节；(ii

8、)当开启压力pk 一定时，溢流压力随溢流量的增加而 增加。当溢流量达到阀的额定流量QT时，与此相对应的压 力值称为溢流阀的全流量溢流压力PTo从上式看出，弹簧 刚度K越小，曲线就越陡，溢流量变化所引起的压力变化 量就越小，定压性能就好。反之，调压性能就差。常用调 压偏差(Pk- Pk)和开启比Pk/PT来衡量定压性能的好坏。 调压偏差越小则该阀的定压性能越好。且进一步开启比来 衡量定压性能的优劣，其值越高越好，一般规定开启比应 不小于90%。 启闭特性启闭特性是指溢流阀在稳态情况下，从闭合到完全开启， 再从全开到闭合的过程中，被控压力与通过溢流阀的溢流 量之间的关系。启闭特性可分为开启特性和闭

9、合特性，一 般用溢流阀稳定工作时的压力一流量特性来描述。图中虚线2为无摩擦阻力时的理想曲线，由于要克服摩擦 阻力Ff,实际压力损失须大于Pk并升高到P，k后阀才开 启。当溢流量增加，压力沿曲线1上升。溢流量为QT时， 压力为P T。同样要等压力降低到P T时，压力沿曲线3 下降。完全闭和时压力为P” k。(2)动态性能溢流阀的动态性能通常是指溢流阀由一个稳定工作状态过 渡到另一个稳定工作状态时，溢流阀所控制的压力随时间 变化的过渡过程性能。溢流阀升压与卸荷的动态特性曲线 1一电压信号2一压力响应曲线 式中各符号含义：压力超调量夕：升压时间tl：升压过渡 过程时间t2：卸荷时间t3：tl越小，溢

10、流阀的响应越快；t2越小，溢流阀的动态过 渡时间越短。(3)卸荷压力将先导式溢流阀的远程控制口直接油箱，当阀通过额定流 量时，阀的进油腔压力和回油腔压力的差值称为卸荷压力。 显然，它和通道阻力和平衡弹簧预紧力有关。3、溢流阀的应用(1)调压溢流 在定量泵系统中，常用于溢流稳压(注：阀 口通常是打开的).如图(a)所示，溢流阀并联于回路中， 进入液压缸的流量由节流阀调节。由于定量泵的流量大于 液压缸所需流量，油压升高，讲溢流阀打开，多余油经溢 流阀流回油箱。因此，溢流阀的功用就是保持系统压力基 本不变。(2)安全保护在变量泵系统中，常用于防止过载，故又 称为安全阀。如图(b)所示，在正常工作时，

11、安全阀关闭, 只有在系统发生故障时，压力升至安全阀的调定值时，阀 口才打开，使变量泵排出的油液流回油箱，以保证液压系 统的安全。(3)使泵卸荷 采用先到溢流阀调压的定量泵系统，当阀 的外控口 K与油箱连通时，其主阀芯在进油口压力很低时 即可迅速抬起，使泵卸荷，以减少能量损失。如图(b)所 示，当电磁铁通电时，溢流阀外控口通油箱，因而能使泵 卸荷。(4)远程调压 当先导溢流阀的外控口 K (远程控制口)与 调压较低的溢流阀连通时，其主阀芯上腔的油压只要达到 低压阀的调整压力，主阀芯即可抬起溢流，其先导阀不再 起调压作用，即实现远程控制作用。(5)形成背压 将溢流阀装在回油路上，调节溢流阀的调 压

12、弹簧即能调节背压力的大小。如图(e)所示，(a)溢流恒压(b)安全保护(c)液压泵卸荷(d)远程调压(e)形成背 压二、减压阀减压阀是一种利用液流流过隙缝产生压降的原理，使 出口压力低于进口压力的压力控制阀。减压阀又可分为定 压减压阀、定比减压阀和定差减压阀三种。其中定压减压 阀应用最广，简称为减压阀。减压阀也分为直动式和先 导式两种。1、减压阀的结构和工作原理图为先导式减压阀，它分为两部分，先导阀调压，主阀减 压。压力为P1的油从阀的进油口 A流入，经过缝隙5减压 以后，压力降为P2 ,再从出油口 B流出。当出油口压力 P2大于调整压力时，先导锥阀被顶开，主滑阀上端油腔中 的部分压力油便经先

13、导阀开口及泄油孔Y流入油箱。由于主滑阀阀心内部阻尼小孔R的作用，滑阀上腔中的油 压降低，阀心失去平衡而向上移动，因而缝隙6减小，减 压作用增强，使出口压力P2降低至调整的数值。当出口压 力P2小于调整压力时，其作用过程与上述相反。减压阀出 口压力的稳定数值，可以通过上部调压螺钉来调节。2、减压阀的应用在使用定量泵的机床油路中，去液压缸的工作压力P1 较高，用溢流阀来调节。控制油路的工作油压P2较低，润 滑油路的工作压力P3则更低，皆可以用减压阀来实现调节。付节三、顺序阀1、顺序阀的结构和原理 顺序阀是利用油液压力作为控制 信号实现油路的通断，以控制执行元件顺序动作的压力阀。 按控制压力来源的不

14、同，顺序阀可分为内控式和外控（液 控）式。内控式是直接利用阀进口处的油压力来控制阀口的 启闭；外控式是利用外来的控制油压控制阀口的启闭。按 结构的不同，顺序阀也有直动式和先导式之分。如图所示, 下图为直动式顺序阀。外超油口上出油口 p3进油口21(a)直动式顺序阀结构图心1调节螺钉；2一调压弹簧；3一端盖；4阀体；5一阀芯;6一控制活塞；7底盖(b)内控外泄式顺序阀图形符号 (c)外控外泄式顺序阀图形符号当其进油口的油压低于弹簧2的调定压力时，控制活 塞6下端油液向上的推力小，阀芯5处于最下端位置，阀 关闭，油液不能通过顺序阀流出。当进口油压达到弹簧 调定力时，阀芯5抬起，阀口开启，压力油即从

15、顺序阀流 出，使阀后的油路工作。这种顺序阀利用其进油口压力控 制，称为普通顺序阀(也称为内控式顺序阀)一其图形符 号如图所示。由于阀出口接压力油路，因此其上端弹簧处 的泄油口必须另接一油管通油箱。这种连接方式称为外泄。 若将底盖7相对于阀体转过90或180,将堵头拆下，在该 处接控制油管并通入控制油。这时即为液控顺序阀。顺序阀常与单向阀组合成单向顺序阀、液控单向阀等 使用。直动式顺序阀设置控制活塞的目的是缩小阀芯受压 作用的面积，以便采用较软的弹簧来提高阀的压力流量特 性。直动式顺序阀的最高工作压力一般在8MPa一下。先导 式顺序阀其主阀弹簧的刚度可以很小，故可省去阀芯下面 的控制活塞，不仅启

16、闭特性好，且工作压力可以大大提高。 顺序阀的结构及工作原理与溢流阀相似。它们的主要差别 是：(1)顺序阀的出油口与负载油路相连接，而溢流阀的出油 口直接接回油箱。(2)顺序阀的泄油口单独接回油箱，而溢流阀的泄油则通 过阀体内部孔道与阀的出口相通流回油箱。(3)顺序阀的进口压力由液压系统工况来决定，当进口压 力低于调压弹簧的调定压力时，阀口关闭；当进口压力超 过弹簧的调定压力时，阀口开启，接通油路，出口压力油 对下游负载做功。溢流阀的进口最高压力由调压弹簧来限 定，且由于液流溢回油箱，所以损失了液体的全部能量。 顺序阀的图形符号：K-外控外泄内控外泄内控内泄外控内2、顺序阀的应用如图为机床夹具上

17、用顺序阀实现工件先定位后加紧的顺序 动作回路。顺序阀用来实现对工件先定位后夹紧的动作顺 序。当二位四通手动阀的右位接入油路时，压力油首先进 入定位缸下腔。完成定位动作以后，系统中压力升高，达 到顺序阀的调定压力时，顺序阀被打开，压力油就经过顺 序阀流入夹紧缸下腔，实现液压夹紧。二位四通手动阀的 左位接入油路时，压力油则同时进入定位缸和夹紧缸的上 腔，拔出定位销，松开工件。此时夹紧缸通过单向阀回油。 顺序阀的调整压力应高于先动作缸的最高工作压力，以保 证动作顺序可靠。中压系统一般要高于0. 5-0. 8MPa。四、压力继电器压力继电器是将液压系统中的压力信号转换为电信号 的转换装置。它是利用液体

18、的压力信号来启闭电气触点的 液压电气转换元件，常用于实现程序控制和起安全作用。 例如，当切削力过大时实现自动退刀；润滑系统发生故障 时，实现自动停车；外界负载过大时，断开液压泵电动机 的电源等。压力继电器按结构特点大体分为柱塞式、膜片式、弹 簧管式、波纹管式四种。下面介绍两种常用的结构形式。 1、柱塞式压力继电器压力油作用在柱塞1的底部，当压力达到压力继电器 调压弹簧调整值时，作用在柱塞1上的液压作用力便直接压缩弹簧，压下微动开关触头，发出电信号（图示位置）。1一柱塞2顶杆3一调节螺钉4微动开关由于柱塞式压力继电器采用比较成熟的弹性元件一一 弹簧，所以工作可靠，寿命长，成本低。因为它的容积变

19、化较大，所以不易受压力波动的影响。其缺点是液体作用 力直接作用与弹簧力平衡，因而弹簧较粗，力量较大，重 复精度和灵敏度较低，误差在调定压力的1.5%2.5%. 因此开启压力与闭合压力的差值较大。这种压力继电器的 最大调定压力可达到50MPa.2、膜片式压力继电器图为膜片式压力继电器结构。其工作原理是控制油口 K 接到需要取得液压信号的油路上，当其压力达到弹簧调定 力时，膜片1在液压力的作用下产生变形，使柱塞2上升。 柱塞上的圆锥面使钢球5和6作径向移动，钢球6推动10 绕销轴9逆时针转动，杠杆另一端压下微动开关11的触头, 发出电信号，接通或断开某一电路。当进口油压因漏油或 其他原因下降到一定值时，弹簧7使柱塞2下移，钢球5 和6由回落入柱塞的锥面槽内，微动开关11复位，切断电 信号，并将杠杆10推回原位，断开或接通电路。膜片式压力继电器膜片位移小、反应快、重复精度高。 其缺点是易受压力波动影响，不宜用于高压系统.