第五章 液压控制元件及应用 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
第一节 液压控制阀概述 液压控制阀是液压系统中的控制元件，用来控制系统中油液的流动方向、油液的压力和流量，简称液压阀。根据液压设备要完成的任务，我们对液压阀作相应的调节，就可以使液压系统执行元件的运动状态发生变化，从而使液压设备完成各种预定的动作。 液压阀按连接方式，可分为 1.管式连接 2.法兰式连接 3.板式连接 根据用途，液压阀可分为 方向控制阀、压力控制阀和流量控制阀。 第二节 方向控制阀及应用 在液压系统中，用来控制油液流动方向的阀统称方向控制阀，简称方向阀。 一、换向阀 换向阀利用阀芯和阀体间相对位置的改变，来控制油液的流动方向，接通或关闭油路，从而使液压执行元件启动、停止或变换运动方向。 1.工作原理 当阀芯在阀体内作往复滑动时，便可改变各油口之间的连通关系，从而改变油液的流动方向。 2.图形符号及含义 （1）“位” 数和“通” 数 “位” 数：指换向阀的工作位置数，即阀芯的可变位置数。用方（或长方）框表示，有几个方框就表示有几“位”。 “通” 数：指换向阀与系统油路相连通的油口数目。方框中的箭头表示两油口连通，但不一定为油液的实际流向；“┴”“丅”表示该油口被阀芯封闭，此路不通。箭头或“┴”、“丅”与方框的交点数有几个即为几“通”。 图5-2为常用换向阀“位”和“通”的图形符号。 图5-2换向阀“位”和“通”图形符号 控制滑阀移动的方法有很多，常见的换向阀操纵方式符号见图5-3。 图5-3换向阀操纵方式符号 a)手柄式 b)机动式 c)电磁动 d)弹簧控制 e)液动 f)液压先导控制 g)电液控制 3.常态位 4. 滑阀机能 指三位阀在常态位时各油口的连接关系。 在分析和选择滑阀机能时，常考虑以下几方面： （1）泵是否卸荷 （2）缸锁紧或浮动 （3）换向平稳性与精度 （4）启动平稳性 5. 几种常用的换向阀 滑阀式换向阀按操纵方式可分为手动、机动、电动、液动和电液动等类型。 （1）手动换向阀 手动换向阀是依靠手动杠杆的作用力驱动阀芯运动实现换向，按其操作机构形式可分为手柄操作式和手轮操作式两种类型，分别通过推动手柄或转动手轮来改变阀芯位置。 a）、c）弹簧复位式结构及图形符号 b）、d）钢球定位式结构及图形符号 图5-4手柄操作换向阀 1-手柄? 2-阀芯? 3-弹簧 手动换向阀操作简便，工作可靠，适用于动作变换频繁、工作持续时间短的场合，常用于行走机械的液压系统中。 （2）机动换向阀 机动换向阀又称行程阀，是通过机械控制的方法改变阀芯位置实现换向，一般为二位阀。 二位三通机动换向阀图形符号 机动换向阀换向可靠、平稳，改变挡铁斜面角度便可改变换向时阀芯的移动速度，即可改变换向时间。 （3）电磁换向阀 电磁换向阀利用电磁铁的作用力推动阀芯移动实现换向。 1）工作原理 三位四通电磁换向阀图形符号 2）阀用电磁铁 根据使用电源的不同，换向阀的电磁铁有交流和直流两种，每一种按电磁铁是否浸在油里，又有干式和湿式之分。 电磁换向阀的电磁铁可用按钮开关、行程开关、限位开关、压力继电器等发出的电信号控制换向，操纵方便，自动化程度高，因而应用最广。但由于受到电磁铁吸力较小的限制，只宜用在流量小于-3m3/s的液压系统中，流量大的场合常采用下面将要介绍的两种换向阀。 （4）液动换向阀 液动换向阀利用控制油路的压力油推动阀芯移动实现换向。 三位四通液动换向阀图形符号 由于压力油可产生很大的推力，所以液动换向阀适用于高压大流量液压系统。液动换向阀控制油路上常装有可调节流阀，用来调节换向时间。 （5）电液换向阀 电液换向阀是由电磁换向阀和液动换向阀二者组合而成，用在大流量的液压系统中。 1）工作原理 电液换向阀通过电磁阀改变控制油液的方向，继而改变液动阀阀芯的移动方向。其中电磁阀作先导阀，用来切换控制油路；液动阀作主阀，用来切换系统主油路。由于用来推动液动阀阀芯的控制流量不必很大，所以可用反应灵敏的小规格电磁阀方便地控制大流量的液动阀。电液换向阀在高压大流量的自动化液压系统中得到了广泛的应用。 b)图形符号 c)简化图形符号 图5—8 三位四通液动换向阀 2）控制油液进排油方式 电液阀根据控制油液进入和排出的方式不同，可以组成内控外排、外控内排、外控外排和内控内排四种控制形式，供不同的使用场合选用。 6. 换向阀的应用 （1）控制执行元件换向 a）控制单作用式缸换向 b）控制差动缸换向 图5-9换向回路 （2）用行程阀作先导阀实现连续往复运动 图5-10用行程阀作先导阀实现连续往复运动 图5-11用电磁阀实现完整工作循环 （3）用电磁阀实现完整工作循环 （4激光修复机）多路换向阀 将两个以上的手动换向阀组合在一起，形成以换向阀为主的组合阀称多路换向阀，简称多路阀。多路阀具有结构紧凑、管路简单、压力损失小和安装简便等优点，常用于工程机械及其它要求集中操纵多个执行元件运动的行走机械中。 多路阀的组合方式有并联式、串联式、顺序式和复合式四种。 a）并联式 b）串联式 c）顺序式 图5-12多路换向阀 二、单向阀 1.普通单向阀 普通单向阀也称单向阀，其作用是只许油液沿一个方向流动，即正向流通，反向截止。 图形符号 单向阀的阀芯有钢球式和锥阀式两种。钢球式制造简单，价格便宜，但密封性较差，仅用于低压、小流量场合。目前使用的单向阀大多是锥阀式的。 2. 液控单向阀 如果在一般情况下要求油液只能单向流动，但在某一时刻仍希望双向流动时，可采用液控单向阀。 图5-14a所示是液控单向阀的结构图。当控制口K处无压力油通入时，它的工作机制和普通单向阀一样：压力油只能从进油口P1流向出油口P2，不能反向倒流。当控制口K有控制压力油通入时，因控制活塞1右侧a腔通泄油口L，活塞1右移，推动顶杆2顶开阀芯3，使进油口P1和出油口P2接通，油液便可以在两个方向自由流通。控制油液常从主油路上单独引出，其最小油压约为系统主油路油液压力的30%~50%。 图形符号 在高压系统中，为降低控制油压力，常采用带卸荷阀芯的液控单向阀。这样，控制口K的最小油压仅为系统主油路油液压力的5%左右。 3.单向阀的应用 （1）普通单向阀的应用 1）作单向阀用，控制油路单向接通。 2）作背压阀用。 3）接在泵的出口，避免系统油液向泵倒流。 4）与其它控制元件组成具有单向功能的组合元件，如单向减压阀、单向顺序阀、单向节流阀和单向调速阀等。 （2）液控单向阀的应用 由于液控单向阀的阀芯一般为锥阀，在未通控制油时，具有良好的反向密封性，实际中常利用液控单向阀将缸固定在任何位置，起锁紧作用。 图5-16用液控单向阀的锁紧回路 三、方向控制阀的常见故障及排除方法 表5-2 方向控制阀常见故障及排除方法
铭牌生产 第三节 压力控制阀及应用 在液压系统中，用来控制系统压力或利用压力为信号控制其它元件动作的阀，均属于压力控制阀，简称压力阀。它们都是利用作用在阀芯上的液压力和弹簧力相平衡的原理进行工作的。 根据结构和功用的不同，压力阀可分为溢流阀、减压阀、顺序阀、压力继电器和压力表保护阀等。 一、溢流阀 溢流阀是使系统中多余油液通过该阀溢出，从而维持系统压力基本恒定的压力阀。通常接在液压泵出口处的油路上。 1.溢流阀的结构和工作原理 （1）直动式溢流阀 直动式溢流阀是作用在阀芯底部的油液压力与调压弹簧力直接相平衡的溢流阀。 b)原理图 c）图形符号 图5-17直动式溢流阀 1—调压手柄 2—调压弹簧 3—锁紧螺母 4—阀芯 图5-17b是直动式溢流阀的工作原理示意图。当进油压力p较低，液压作用力pA<Fs（忽略阀芯自重、摩擦力和液动力等阻力）时，阀芯在弹簧力的作用下压紧在阀座上，阀口关闭，没有油液溢流回油箱；当压力p升高到pA>Fs时，阀芯上升，阀口打开，部分油液溢流回油箱，限制进油压力p继续升高。 当溢流阀稳定工作时，作用在阀芯上的力处于平衡状态：pA=Fs，此时阀口保持一定的开度，系统压力调定为p=Fs/A。如果由于外负载等因素的影响，使系统压力升高，超过调定值，则阀口开度x增大，溢流阻力减小，使系统压力降低到调定值；反之，如果系统压力低于调定值，则阀口开度x减小，溢流阻力增大，使系统压力升高至调定值。由于阀口开度x的变化很小，作用在阀芯上的弹簧力Fs的变化也很小，可近视地将其视为常数，故压力p被控制在调定值附近基本保持不变，从而使系统压力近于恒定。 直动式溢流阀一般只用于压力小于2.5MPa的低压小流量场合。图5-17c所示为直动式溢流阀的图形符号。 （2）先导式溢流阀 在中、高压，大流量的组合机床、工程机械等液压系统中，常采用先导式溢流阀。 图5-19先导式溢流阀工作原理示意图和图形符号 1—调压手柄2—调压弹簧3—先导阀芯4—主阀弹簧5—主阀芯 它由先导阀和主阀组成。先导阀实际上是一个小规格的直动式溢流阀，用来控制调整主阀芯上腔的压力；而主阀则用来控制溢流流量。 ①当进口压力较低，p1 A1< Fs2时，先导阀关闭，经孔b中的油液不流动，孔b前后压力相等（p1=p），作用在主阀芯5上下两腔的液压力也相等，此时主阀芯在主阀弹簧4作用下关闭，不溢流。 ②当进口压力升高到p1 A1>Fs2时，先导阀打开，少量压力油就可通过通道e、回油口T流回油箱。由于油液流经阻尼孔b，使主阀芯上下腔产生压力差，当此压力差（Δp =p- p1）对主阀芯产生的作用力超过主阀弹簧力Fs4时，就会使主阀开启并溢流。主阀弹簧力随其阀口开度x的增大而增大，直到与主阀芯上的液压作用力相平衡。 在稳定溢流状态下，先导阀芯和主阀芯的力平衡方程分别为： p1A1= Fs2 （5-1） pA = p1A + Fs4 （5-2） 故 p = p1 + Fs4/ A （5-3） 由于主阀芯上腔有压力p1存在，所以即使系统压力p较大，主阀弹簧4仍可以做得很软（即刚度很小）。这样，在阀口开度x随主阀芯的流量改变时，虽然主阀弹簧力Fs4随之发生变化，但因主阀弹簧4刚度低，Fs4变化小，所以先导式溢流阀的被控压力波动小，调压精度较高。 同时，调压弹簧2的刚度也不必太大，调整比较轻便。 先导式溢流阀的主阀芯上腔开有通往外界的远程控制口K，这使它具有比直动式溢流阀更多的功能。 2. 溢流阀的应用 （1） 溢流稳压 这是溢流阀的主要用途，常用于定量泵的节流调速系统中。 图5-21溢流阀起溢流定压作用?图5-22溢流阀起安全阀作用 1—定量泵2—溢流阀 3—节流阀 4—液压缸 1—变量泵 2-溢流阀 3-液压缸 （2）作安全阀用 （3）作背压阀用 （4）实现远程调压 远程控制口K不用的时候可用螺塞堵住，此时主阀芯上腔的油液压力只能由自身的先导阀来控制。但如果将K口用油管与其它压力阀相连时，主阀芯上腔的油液压力就可以由远离主阀的另一个压力阀控制，而不受自身先导阀调控。 图5-23溢流阀起远程调压作用 （5） 作卸荷阀用 （6）实现多级调压 a) b) 图5-24溢流阀起多级调压作用 3. 溢流阀的性能特性 溢流阀的性能特性包括稳态特性和动态特性。稳态特性是指溢流阀在稳定工作状态下（即系统压力没有突变时），溢流阀所控制的压力—流量特性，它主要包括以下几方面： （1）调压范围 （2）启闭特性 启闭特性是指溢流阀从开启到闭合的过程中，被控压力与通过溢流阀的溢流量之间的关系。它是衡量溢流阀定压精度的一个重要指标，一般用溢流阀开始溢流时的开启压力pk和停止溢流时的闭合压力pB与调定压力pn（阀达到额定溢流量qn时所对应的压力）的比值pk/pn、pB/pn来衡量。前者称为开启率，后者称为闭合率，比值越大，溢流阀的启闭特性就越好。 二、减压阀 减压阀主要用来降低液压系统中某一分支油路的压力，并使其保持基本恒定，即起减压稳压作用。 1. 减压阀的结构和工作原理 ①当出口压力p2较低，使p3低于调定压力时，先导阀关闭，主阀芯5被弹簧4推至最下端，主阀阀口全开，不起减压作用。 ②当分支油路的负载增大时，p2升高，p3也随之升高，在p3超过调压弹簧调定的压力时，先导阀打开，在压力差的作用下，主阀芯上移，节流阀口x减小，使出口压力p2下降，实现减压，直到作用在主阀芯上的诸力相互平衡，主阀芯处于新的平衡位置。此时节流阀口x保持一定开度，使出口压力基本恒定。 a) 工作原理示意图 b) 先导式减压阀图形符号 c) 直动式减压阀图形符号 图5-27先导式减压阀的工作原理示意图 1—调压手柄2-调压弹簧3-先导阀芯4-主阀弹簧5-主阀芯 比较先导式减压阀和先导式溢流阀二者不同之处主要有以下几点： ①控制主阀芯移动的油液减压阀来自出油口，而溢流阀来自进油口。 ②减压阀保持出口压力基本不变，而溢流阀保持进口压力基本不变。 ③在不工作时，减压阀进、出油口互通，处于常开状态，而溢流阀进、出油口不通，处于常闭状态。 ④减压阀的先导阀弹簧腔需通过泄油口单独外接油箱（外泄）；而溢流阀的出油口是直接通油箱的，其先导阀的弹簧腔和泄漏油可通过阀体上的通道和出油口相通，故无单独泄油口（内泄）。 2. 减压阀的应用 (1）减压稳压 图5-28驱动夹紧机构的减压回路 1-液压泵 2-溢流阀 3-减压阀 4-单向阀 5-换向阀 6-夹紧缸 (2）实现远程调压或多级调压 利用先导式减压阀的远程控制口K，可实现远程调压或多级调压。 三、顺序阀 顺序阀是以压力作为控制信号，自动接通或切断某一油路的压力阀，常用来控制液压系统中各执行元件动作的先后顺序。 1. 顺序阀的结构和工作原理 (1）内控式顺序阀 图5-30所示为两种内控式顺序阀的结构和图形符号，a图为直动式顺序阀，b图为先导式顺序阀，后者宜用于压力较高、流量较大的液压系统中。当进油口压力低于顺序阀的调定压力时，阀口完全关闭。当进油口压力达到调定压力时，阀口开启，压力油从出油口P2流出，从而驱动后续元件动作。 a）直动式顺序阀 b）先导式顺序阀 图5-30内控式顺序阀的图形符号 由此可见，顺序阀实质上是一个开关元件，它和溢流阀的结构基本相似，主要不同点有： ①顺序阀的出油口通向系统的另一压力油路，而溢流阀的出油口通油箱。 ②顺序阀打开后，进口处压力可继续升高，而溢流阀保持进口处压力基本不变。 ③顺序阀的泄油方式为外泄式，而溢流阀为内泄式。 （2）外控式顺序阀 控制阀芯运动的油液来自其下部的控制油口K，阀口的启闭取决于通入K口的外部控制油压的大小，而与主油路进油口压力无关。 2. 顺序阀的应用 （1）控制多个执行元件的动作顺序 直动式液控顺序阀图形符号 （2）作卸荷阀用 （3）作平衡阀用 为了防止立式缸和与之相连的工作部件因自重而自行下落或马达出现“飞速”，可采用平衡回路，即在立式缸下行的回油路上设置一顺序阀，使缸的回油腔中产生一定的背压以平衡自重。 玻璃磨边 图5-34采用单向顺序阀的平衡回路 图5-35采用液控单向顺序阀的平衡回路 （4）作背压阀用。 四、压力继电器 压力继电器是一种将油液的压力信号转换成电信号的压力控制元件。它可以根据液压系统压力的变化自动接通或断开有关电路。 1. 压力继电器的工作原理 图5-36所示为薄膜式压力继电器的工作原理图和图形符号。但受压力波动的影响较大，不宜用于高压场合，其调节范围为0.6~6.3Mpa。 图5-36薄膜式压力继电器的工作原理图和图形符号 1—薄膜 2、8—钢球3、6—弹簧4、7—调节螺钉? 5—柱塞 9—杠杆 10-触销 11-微动开关 2. 压力继电器的应用 （1）控制多个执行元件的动作顺序 图5-38压力继电器控制的顺序动作回路 2)实现保压—卸荷 图5-39利用压力继电器实现保压—卸荷 五、压力表保护阀 为防止系统压力超过压力表量程时对表造成损坏，常在低量程压力表与系统之间串接一压力表保护阀。 六、压力控制阀的常见故障及排除方法 下面列举压力控制阀的一些常见故障及排除方法，如表5-3所示。 表5-3 压力控制阀常见故障及排除方法
第四节 流量控制阀及应用 流量控制阀简称流量阀。在液压系统中，流量阀主要用来控制工作液体的流量，使执行元件获得不同的运动速度。 一、节流口的流量特性及形式 1. 节流口的流量特性 所谓节流是指油液流经突然收缩的通流断面（如流经小孔、狭缝或细长管道等）时，会产生较大液阻的现象。流量阀中起节流作用的阀口叫节流口，是流量阀中的关键部位，其大小以通流面积来度量。 节流口根据形成液阻的原理不同有三种基本形式：薄壁小孔节流（）、细长孔节流（）和介于两者之间的短孔节流（膜分离装置）.无论节流口采用何种形式，通过节流口的流量均为 q = K AT（p） m （5-4） 式中：K—系数，由节流口的形式及油液的性质决定； AT—节流口通流面积； p—节流口前后压力差； m—指数，由节流口长径比决定，一般0.5m1，对薄壁小孔m=0.5，细长小孔m=1，短孔0.5〈m〈1。 当A调定后，q还要受下列因素的影响： （1）负载 （2）温度 （3）节流口的堵塞 三种形式的节流口中，薄壁小孔最易保证流量稳定，因此是较为理想的节流口形式。 2. 节流口的结构形式 节流口的结构形式（几何形状）很多，图5-42所示为几种常用的节流口结构形式。 二、节流阀 节流阀是最基本、最简单的流量阀。节流阀结构简单，制造容易，不易堵塞，进出油口可互换，但由于没有解决负载和温度变化对流量稳定性影响较大的问题，所以只适用于负载和温度变化不大或对执行元件速度稳定性要求较低的场合。 三、调速阀 1. 调速阀的工作原理 调速阀由定差式减压阀与节流阀串联而成。图5—44所示为调速阀的工作原理和图形符号。 b) 图形符号 c) 简化图形符号 a)工作原理图 图5-44调速阀 1—溢流阀 2—减压阀阀芯 3—节流阀 p2A1+p2A2=p3A+Fs （5-5） 式中：A1、A1和A分别为a腔、b腔和c腔内压力油作用于阀芯的有效面积，且A=A1+A2。 故节流阀口前后压力差为： p= p2-p3 = （5-6） 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。故节流阀两端压力差p也基本保持不变，这就保证了油液通过节流阀时流量的稳定性。 若调速阀出口处油压p3因负载变化而增加，将迫使减压阀阀芯左移，阀口x增大，p2也随之增加，保持p不变；反之，若负载减小，p3减小， p2也随之减小， p仍然保持不变。所以，不管负载如何变化，定差式减压阀都能自动保持节流阀前后压力差p不变，从而实现了调速阀中节流口通流面积一定时，通过调速阀的流量基本保持不变。 2. 调速阀的结构 图5—46为我国联合设计的Q型调速阀的结构，其节流阀阀芯与减压阀阀芯轴线呈空间垂直位置安装在阀体内。转动调速手柄1可使节流阀阀芯2轴向移动，调节所需流量。 3.温度补偿调速阀 图5-47a为温度补偿原理图，当油温升高时，油液变稀流量本会增加，但由于推杆受热伸长使节流口变小，从而补偿了油温对流量的影响。四、流量控制阀的应用 1．实现节流调速 流量阀常用于采用定量泵供油的液压系统中，与溢流阀配合组成节流调速回路。根据流量阀在油路中安放位置的不同，可分为三种基本形式。 （1）进油路节流调速回路 1）速度-负载特性曲线 由式（5-4）并经计算推导可得进油路节流调速回路的速度-负载特性方程 v= （5-7） a）进油路节流调速回路 b）速度-负载特性曲线 图5—48进油节流调速回路 1- 节流阀 2- 溢流阀 速度随负载变化的程度叫速度刚性，表现在速度-负载特性曲线的斜率上。 由进油路节流调速回路的速度-负载特性方程和速度-负载特性曲线可知： ①当AT一定时，活塞运动速度v会随负载F的增加而逐渐降低，所以该回路速度刚性较差，速度稳定性不好，且负载越大速度刚性越差。 ②在负载一定时，v与AT成正比，通流面积AT调得越小，活塞运动速度v越慢，速度刚性越好，所以调节AT可实现无级调速，且调速范围较大，速比u=可达到100。 ③曲线AT1、AT2、 AT3交于负载轴上一点，说明节流阀通流面积AT不同时，液压缸能承受的最大负载（即最大承载能力）Fmax相同，Fmax=pB A1，因而称为恒推力调速，若执行元件为液压马达则称为恒转矩调速。 2）功率损失 存在较大的溢流功率损失△Py=pBq3和节流功率损失△Pj=△pq1，系统效率很低。损失的功率会使系统油温升高，导致泄漏增加。 由以上分析可知，进油路节流调速回路多用于轻载、低速、负载变动小或对速度稳定性要求不高的小功率液压系统中。如车床、镗床、磨床和辅助液压装置等。 （2）回油路节流调速回路 图5—49 回油路节流调速回路 1- 节流阀 2- 溢流阀 经过分析推导可知，回油路节流调速回路的速度-负载特性曲线与进油路节流调速回路的基本相同，故二者的基本特点相似，但也存在以下一些不同之处： ①运动平稳性较好 因为回油路上装有节流阀而产生较大的背压，所以在外界负载变化时可起缓冲作用，使回油路节流调速回路能够承受一定的负值负载（负载方向与液压作用力方向相同的负载），执行元件运动比较平稳。 ②停车后的启动性能较差 回油路节流调速回路在重新启动时，泵输出的流量会全部进入液压缸，从而造成活塞“前冲”现象。而在进油节流调速回路中，由于进入液压缸的流量总是受到节流阀的限制，所以避免了活塞“前冲”现象。 （３）旁油路节流调速回路 a）回路图 b）速度-负载特性曲线 图5—50旁油路节流调速回路 1）速度-负载特性曲线 ①当AT一定时，活塞运动速度v也会随负载F的增加而降低，不过与进、回油路节流调速回路相比，该回路速度刚性更差，且负载越小速度刚性越差。 ②在负载一定时，v与AT成反比，通流面积AT调得越大，活塞运动速度v越慢，速度刚性越差，与进、回油节流调速回路相反。 ③随着节流阀通流面积AT的增大，液压缸的最大承载能力将显著减小。当AT增大到一定值时，泵输出的流量q B全部通过节流阀流回油箱，活塞停止运动。因此，该回路低速时承载能力低，调速范围小。 2）功率损失 因为只有节流功率损失△Pj=pBq3，没有溢流功率损失，所以该回路发热较少，效率较高。 由以上分析可知，旁油路节流调速回路仅用于重载、高速、负载变动小或对速度稳定性要求不高的中等功率液压系统中。如牛头刨床的主传动系统中等。 2.作背压阀用。 五、流量控制阀的常见故障及排除方法 表5-4 流量控制阀常见故障及排除方法
第五节 比例阀、插装阀、叠加阀及应用 随着科学技术的进步，一些新型液压元件不断涌现，如比例阀、插装阀和叠加阀等，都是近几十年来才出现并得到发展的液压控制阀。与普通液压控制阀相比，它们具有许多显著的优点，现已广泛应用于各类现代液压设备中。 一、比例阀及应用 比例阀控制系统基本工作原理如图5-51 所示。连续变化的电信号输入后，经比例放大器处理，作用于比例电磁铁；再由比例电磁铁输出与其感应线圈电流成比例的牵引力；该力作用于阀芯，控制阀芯的运动，从而使输出的液压量与输入的电流对应成正比地发生变化。 比例阀用比例电磁铁取代了普通液压阀的手调机构或通断型普通电磁铁，能方便地实现连续的电气遥控和对液压量进行连续控制，并能简化液压系统。 1. 比例压力阀 直动式比例溢流阀图形符号 用比例电磁铁代替直动式溢流阀的手动调压手柄，便成为直动式比例溢流阀。若输入电流连续地、按比例地或按一定程序变化，则比例溢流阀所调节的系统压力也随之按同样的规律变化。将直动式比例溢流阀作先导阀与普通压力阀的主阀相组合，便可得到先导式比例溢流阀和先导式比例减压阀等电液比例压力阀。 2. 比例流量阀 用比例电磁铁代替流量阀的调节手柄，便成为比例节流阀或比例调速阀，实现用电信号控制阀口开度，从而控制油液流量，使其与压力和温度的变化无关。 a）采用普通调速阀调速 b）采用比例调速阀调速 图5-54转塔车床回转刀架进给系统 3. 比例方向阀 用比例电磁铁1代替电磁换向阀中的普通电磁铁，便成为直动式比例换向阀。比例方向阀阀芯4上的轴肩上开有三角形节流槽，其阀芯的行程与输入电流对应连续地或按比例地变化，故连通油口间的通流面积也随之连续地或按比例地变化。 改变比例电磁铁的通、断电状态，可以改变执行元件的运动方向；调节比例电磁铁1的输入电流大小，又可以使液流流量得到精确的变化。因此，比例换向阀是同时兼有方向控制和流量控制两种功能的复合控制阀。 直动式比例换向阀图形符号 二、插装阀及应用 插装阀因其主要元件均采用插入式连接方式，故名插装阀；又由于此阀具有通断两种状态，可进行逻辑运算，所以过去又称其为逻辑阀。插装阀具有结构简单，标准化、通用化程度高，通流能力大，密封性好及动作快等一系列优点，在高压大流量系统中得到了广泛的应用。 1.基本结构和工作原理 图中A、B为主油路接口，C为控制油口。如果忽略锥阀的质量、摩擦力和液动力等因素的影响，则作用在阀芯上的力平衡关系为： pAAA+pBAB=pCAC+Fs （5-8） 当 pAAA+pBAB<pCAC+Fs时, 锥阀关闭, A、B油口不通； 当 pAAA+pBAB>pCAC+Fs时, 锥阀打开, A、B油口相通； 而pAAA+pBAB=pCAC+Fs时, 锥阀处于平衡状态。 这说明： pA、pB一定时, A、B油口的断通,可以由pC来控制。只要采取适当的方式控制控制油口C的油压pC，就可以控制主油路中A口和B口油液流动的方向和压力；如果控制阀芯开启的高度，就可以控制油液流动的流量。所以，插装阀通过不同的控制盖板和各种先导阀组合，便可用作方向控制阀、压力控制阀和流量控制阀。 2. 插装阀用作方向阀 （1）作单向阀和液控单向阀 图5-57插装式单向阀 图5-58插装式液控单向阀 （2）作二位二通换向阀 a） b) 图5-59插装式二位二通换向阀 （3）作二位四通换向阀 图5-60插装式二位四通换向阀 图5-61插装式三位四通换向阀 （4）作三位四通换向阀 图5-62插装式四位四通换向阀 3. 插装阀用作压力阀 用直动式溢流阀作先导阀来控制插装式主阀，在不同的油路连接下便构成不同的插装式压力阀。 注意，作压力阀的插装组件，须在控制油路上或主阀芯中设一阻尼孔a，以适应压力阀控制原理的需要，而插装式方向阀中则没有阻尼孔。 a）插装式溢流阀 b）插装式顺序阀 c）插装式减压阀 图5-63插装式压力阀 1-插装锥阀 2-先导阀 4. 插装阀用作流量阀 在控制盖板上增加阀芯行程调节器（调节螺杆），用以调节阀芯行程的大小，即构成插装式节流阀。当控制腔C通入压力油时，节流阀关闭，所以这种节流阀兼有方向阀的作用。若在插装式节流阀前串联一个定差式减压阀，则可构成插装式调速阀。 在实际应用中，可以将比例阀和插装阀结合起来，组成各种插装比例阀，便可对高压大流量系统实行多级控制和连续控制。 5.采用插装阀控制的液压系统 图5-64插装式节流阀 图5-65采用插装阀控制的液压系统 三、叠加阀及应用 叠加式液压阀简称叠加阀。它是在板式阀集成化基础上发展起来的，其实现各类控制功能的原理与普通阀相同。每个叠加阀不仅具有控制功能，还兼有油液通道的作用。 叠加阀的每个阀体均制成标准尺寸的长方体，并制有上、下两个安装平面及4~5个公共油液通道，每个叠加阀的进出油口均与公共油道相接。使用时把若干个叠加阀按一定次序叠合在普通板式换向阀和底板块之间，然后用长螺栓连接在一起，组成一组叠加阀。再通过一个公共的底板块将各组叠加阀横向连接起来，便组成了一个完整的液压系统。通常每组叠加阀控制一个执行元件。一个液压系统有几个执行元件，就有几组叠加阀。与普通阀一样，叠加阀也分为方向阀、压力阀和流量阀三大类，只是方向阀中仅有单向阀类，而换向阀可直接使用同规格的普通板式换向阀。 本章小结 1.液压控制阀是液压系统的重要组成部分，属于控制元件，用来控制系统中油液的流动方向或调节其压力和流量，简称液压阀。根据用途，液压阀可分为方向控制阀、压力控制阀和流量控制阀三大类。在学习中，我们应熟练掌握各种阀的工作原理、主要功用、应用特点和图形符号，熟悉其典型结构，了解液压系统中各类阀的常见故障及排除方法。 2.虽然液压阀的品种和规格繁多，但它们有着一些基本的共同之处：在结构上，均由阀芯、阀体和驱动阀芯动作的元器件所组成；在工作原理上，均通过改变阀芯与阀体的相对位置来实现控制和调节等。 3.由于本章介绍的液压阀种类较多，为便于掌握，现将各类液压阀的主要应用列表总结如下表5-5。 表5-5 液压控制阀的应用
注：表中带★号的为各类液压阀的基本功用。 3. 比例阀是介于普通液压阀和电液伺服阀之间的一种液压阀，它可以使液压系统中压力、流量等参数与输入的电气控制信号成比例地变化。比例阀既比普通液压阀的控制水平高，又比电液伺服阀结构简单、价格便宜、抗污染能力强，能满足多种使用场合的要求，但比起电液伺服阀其性能有所降低。 插装阀是具有控制功能的元件装成组件插入集成块体而构成的阀。叠加阀是由几种阀相互叠加起来靠螺栓紧固为一体而组成回路的阀。插装阀和叠加阀都实现了集成化，安装时阀与阀之间无需配管，避免了管路、接头、法兰等所带来的阻力、泄漏、污染、噪声和振动等一系列使用与维修问题，并使液压系统大为紧凑和简化。 比例阀、插装阀和叠加阀等新型液压元件的应用日益增多，通过学习，应熟悉它们的工作原理、应用特点和图形符号。 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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