第四章-液壓控制元件

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教師姓名 李光布 授課班級 08機械 授課形式 講授 授課日期 年 月 日 第 周 授課時數 10 授課章節(jié)名稱 第四章 液壓控制元件 教學目標 1、了解閥口特性,方向閥的應用,閥的連接方式,節(jié)流特性,分流閥,插裝閥、比例閥和伺服閥。 2、熟練掌握溢流閥，減壓閥，順序閥，壓力繼電器，節(jié)流閥，調速閥結構和工作原理。 教學重點難點 溢流閥，減壓閥，順序閥及二通插裝閥結構特點 教學媒體選擇 多媒體課件 作業(yè)布置 4-1，4-2，4-4，4-5 學時分配 教學學時分配： 1、方向控制閥：2學時 2、壓力控制閥：2學時 3、流量控制閥：2學時 4、電液比例閥及二通插裝閥：4學時 另外，安排溢流閥性能實驗：1.5學時 第四章 液壓控制元件 第一節(jié) 概述 一、液壓閥作用 　　液壓閥是液壓系統(tǒng)中控制液流流動方向，壓力高低、流量大小的控制元件。 二、液壓閥分類 按用途分：壓力控制閥、流量控制閥、方向控制閥 操縱方式分：人力操縱閥、機械操縱閥、電動操縱閥 連接方式分：管式連接、板式及疊加式連接、插裝式連接 按結構分類：滑閥, 座閥, 射流管閥 按控制方式：電液比例閥, 伺服閥, 數字控制閥 按輸出參量可調節(jié)性分類：開關控制閥, 輸出參量可調節(jié)的閥 三、液壓系統(tǒng)對閥的基本要求 1.工作可靠，動作靈敏，沖擊振動小 2.壓力損失小 3.結構緊湊，安裝調整維護使用方便，通用性好 第二節(jié) 方向控制閥 一、單向閥 作用：控制油液的單向流動（單向導通，反向截止）。 性能要求：正向流動阻力損失小，反向時密封性好，動作靈敏 1、普通單向閥 　　圖4-1a為一種管式普通單向閥的結構，壓力油從閥體左端的通口流入時克服彈簧3作用在閥芯上的力，使閥芯向右移動，打開閥口，并通過閥芯上的徑向孔a、軸向孔b從網體右端的通口流出；但是壓力油從閥體右端的通 口流入時，液壓力和彈簧力一起使閥芯壓緊在閥座上，使閥口關閉，油液無祛通過，其圖形符號如圖4-1b所示。 　　一般單向閥的開啟壓力在0.035-0.05Mpa，作背壓閥使用時，更換剛度較大的彈簧，使開啟壓力達到0.2-0.6Mpa。 2、液控單向閥 　 　　圖 4-2a為一種液控單向閥的結構，當控制口 K處無壓力油通入時，它的工作和普通單向閥一樣，壓力油只能從進油口P1流向出油口P2，不能反向流動。當控制口K處有壓力油通入時，控制活塞1右側a腔通泄油口（圖中未畫出），在液壓力作用下活塞向右移動，推動頂桿 2頂開閥芯，使油口 P1和P2接通，油液就可以從P2口流向P1口。圖4-2b為其圖形符號。 二 換向閥 　　利用閥芯對閥體的相對運動，使油路接通、關斷或變換油流的方向，從而實現(xiàn)液壓執(zhí)行元件及其驅動機構的啟動、停止或變換運動方向。 按閥芯相對于閥體的運動方式：滑閥和轉閥 按操作方式：手動、機動、電磁動、液動和電液動等按閥芯工作時在閥體中所處的位置：二位和三位等 按換向閥所控制的通路數不同：二通、三通、四通和五通等。 1、工作原理 　　圖4-3a所示為滑閥式換向閥的工作原理圖，當閥芯向右移動一定的距離時，由液壓泵輸出的壓力油從閥的P口經A口輸向液壓缸左腔，液壓缸右腔的油經B口流回油箱，液壓缸活塞向右運動；反之，若閥芯向左移動某一距離時，液流反向，活塞向左運動。 圖4-3b為其圖形符號。 2、 換向閥的結構 1） 手動換向閥 　　利用手動杠桿來改變閥芯位置實現(xiàn)換向。分彈簧自動復位（a）和彈簧鋼珠（b）定位兩種。 2） 機動換向閥 　　機動換向閥又稱行程閥，主要用來控制機械運動部件的行程，借助于安裝在工作臺上的檔鐵或凸輪迫使閥芯運動，從而控制液流方向。 3） 電磁換向閥 　　利用電磁鐵的通電吸合與斷電釋放而直接推動閥芯來控制液流方向。它是電氣系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)之間的信號轉換元件。 　　圖4-9a所示為二位三通交流電磁閥結構。在圖示位置，油口 P和A相通，油口B斷開；當電磁鐵通電吸合時，推桿1將閥芯2推向右瑞，這時油口P和A斷開，而與B相通。當電磁鐵斷電釋放時，彈簧3推動閥芯復位。圖 4－9b為其圖形符號。 4） 液動換向閥 　　利用控制油路的壓力油來改變閥芯位置的換向閥。閥芯是由其兩端密封腔中油液的壓差來移動的。如圖所示，當壓力油從K2進入滑閥右腔時，K1接通回油，閥芯向左移動，使P和B相通，A和T相通；當K1接通壓力油，K2接通回油，閥芯向右移動，使P和A相通，B和T相通；當K1和K2都通回油時，閥芯回到中間位置。 5）電液換向閥 　　由電磁滑閥和液動滑閥組成。電磁閥起先導作用，可以改變控制液流方向，從而改變液動滑閥閥芯的位置。用于大中型液壓設備中。 3、 換向閥的性能和特點 1）滑閥的中位機能 　　各種操縱方式的三位四通和三位五通式換向滑閥，閥芯在中間位置時，各油口的連通情況稱為換向閥的中位機能。其常用的有“Ｏ”型、“Ｈ”型、“Ｐ”型、Ｋ”型、“Ｍ”型等。 　　分析和選擇三位換向閥的中位機能時，通?？紤]： （1） 系統(tǒng)保壓 P口堵塞時，系統(tǒng)保壓，液壓泵用于多缸系統(tǒng)。 （2） 系統(tǒng)卸荷 P口通暢地與T口相通，系統(tǒng)卸荷。（H K X M型） （3） 換向平穩(wěn)與精度 A、B兩口堵塞，換向過程中易產生沖擊，換向不平穩(wěn)，但精度高；A、B口都通T口，換向平穩(wěn)，但精度低。 （4） 啟動平穩(wěn)性 閥在中位時，液壓缸某腔通油箱，啟動時無足夠的油液起緩沖，啟動不平穩(wěn)。 （5） 液壓缸浮動和在任意位置上停止 2）滑閥的液動力 　　由液流的動量定律可知，油液通過換向閥時作用在閥芯上的液動力有穩(wěn)態(tài)液動力和瞬態(tài)液動力兩種。 （1）穩(wěn)態(tài)液動力：閥芯移動完畢，開口固定后，液流流過閥口時因動量變化而作用在閥芯上有使閥口關小的趨勢的力，與閥的流量有關。 （2）瞬態(tài)液動力：滑閥在移動過程中，閥腔液流因加速或減速而作用在閥芯上的力，與移動速度有關。 3）液壓卡緊現(xiàn)象 卡緊原因：臟物進入縫隙；溫度升高，閥芯膨脹；但主要原因是滑閥副幾何形狀和同心度變化引起的徑向不平衡力的作用，其主要包括： a閥芯和閥體間無幾何形狀誤差，軸心線平行但不重合 b 閥芯因加工誤差而帶有倒錐，軸心線平行但不重合 c 閥芯表面有局部突起 減小徑向不平衡力措施： 1） 提高制造和裝配精度 2） 閥芯上開環(huán)形均壓槽 第三節(jié) 壓力控制閥 在液壓傳動系統(tǒng)中,控制油液壓力高低的液壓閥稱之為壓力控制閥，簡稱壓力閥。這類閥的共同點是利用作用在閥芯上的液壓力和彈簧力相平衡的原理工作的。 一、溢流閥的基本結構及其工作原理 　　溢流閥的主要作用是對液壓系統(tǒng)定壓或進行安全保護。 （一）溢流閥的作用和性能要求 1．溢流閥的作用 　　在液壓系統(tǒng)中用來維持定壓是溢流閥的主要用途。它常用于節(jié)流調速系統(tǒng)中，和流量控制閥配合使用，調節(jié)進入系統(tǒng)的流量，并保持系統(tǒng)的壓力基本恒定。用于過載保護的溢流閥一般稱為安全閥。 2．液壓系統(tǒng)對溢流閥的性能要求 （1）定壓精度高 （2）靈敏度要高 （3）工作要平穩(wěn)且無振動和噪聲 （4）當閥關閉時密封要好，泄漏要小。 （二）溢流閥的結構和工作原理 　　常用的溢流閥按其結構形式和基本動作方式可歸結為直動式和先導式兩種。 1.直動式溢流閥 　　直動式溢流閥是依靠系統(tǒng)中的壓力油直接作用在閥芯上與彈簧力等相平衡，以控制閥芯的啟閉動作，溢流閥是利用被控壓力作為信號來改變彈簧的壓縮量，從而改變閥口的通流面積和系統(tǒng)的溢流量來達到定壓目的的。當系統(tǒng)壓力升高時,閥芯上升,閥口通流面積增加,溢流量增大，進而使系統(tǒng)壓力下降。溢流閥內部通過閥芯的平衡和運動構成的這種負反饋作用是其定壓作用的基本原理，也是所有定壓閥的基本工作原理。 2.先導式溢流閥 　　圖-19所示為先導式溢流閥的結構示意圖，由于先導閥芯一般為錐閥，受壓面積較小，所以用一個剛度不太大的彈簧即可調整較高的開啟壓力，用螺釘調節(jié)導閥彈簧的預緊力，就可調節(jié)溢流閥的溢流閥壓力。 　　先導式溢流閥有一個遠程控制口Ｋ，如果將K口用油管接到另一個遠程調壓閥（遠程調壓閥的結構和溢流閥的先導控制部分一樣），調節(jié)遠程調壓閥的彈簧力，即可調節(jié)溢流閥主閥芯上端的液壓力，從而對溢流閥的溢流壓力實現(xiàn)遠程調壓。但是，遠程調壓閥所能調節(jié)的最高壓力不得超過溢流閥本身導閥的調整壓力。當遠程控制口K通過二位二通閥接通油箱時，主閥芯上端的壓力接近于零，主閥芯上移到最高位置．閥口開得很大。由于主閥彈簧較軟，這時溢流閥ｐ口處壓力很低,系統(tǒng)的油在低壓下通過溢流閥流回油箱，實現(xiàn)卸荷。 （三）溢流閥的性能 　　溢流閥的性能包括溢流閥的靜態(tài)性能和動態(tài)性能。 1.靜態(tài)性能 (1)壓力調節(jié)范圍 　　壓力調節(jié)范圍是指調壓彈簧在規(guī)定的范圍內調節(jié)時，系統(tǒng)壓力能平穩(wěn)地上升或下降，且壓力無突跳及遲滯現(xiàn)象時的最大和最小調定壓力。溢流閥的最大允許流量為其額定流量，在額定流量下工作時溢流閥應無噪聲、溢流閥的最小穩(wěn)定流量取決于它的壓力平穩(wěn)性要求，一般規(guī)定為額定流量的15％。 (2)啟閉特性 　　啟閉特性是指溢流閥在穩(wěn)態(tài)情況下從開啟后到閉合的過程中，被控壓力與通過溢流閥的溢流量之間的關系。它是衡量溢流閥定壓精度的一個重要指標，一般用溢流閥處于額定流量、調定壓力ｐs時，開始溢流的開啟壓力ｐk及停止溢流的閉合壓力ｐB(yǎng)分別與ｐs的百分比來衡量，前者稱為開啟比，后者稱為閉合比。 （3）卸荷壓力 　　當溢流閥的遠程控制口及與油箱相連時,額定流量下的壓力損失稱為卸荷壓力。 二、減壓閥 　　減壓閥是使出口壓力（二次壓力）低于進口壓力（一次壓力）的一種壓力控制閥。 作用：減低液壓系統(tǒng)中某一回路的油液壓力，使用一個油源能同時提供兩個或幾個不同壓力的輸出。 用途：減壓閥在各種液壓設備的夾緊系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)和控制系統(tǒng)中應用較多。此外，當油壓不穩(wěn)定時，在回路中串入一減壓閥可得到一個穩(wěn)定的較低的壓力。 分類：根據減壓閥所控制的壓力不同，它可分為定值輸出減壓閥、定差減壓閥和定比減壓閥。 （1）定值輸出減壓閥 1. 工作原理 　　閥不工作時，閥芯在彈簧作用下處于最下端位置，閥的進、出油口是相通的，亦即閥是常開. 將先導式減壓閥和先導式溢流閥進行比較，它們之間有如下幾點不同之處： (1)減壓閥保持出口壓力基本不變，而溢流閥保持進口處壓力基本不變。 (2)在不工作時，減壓閥進、出油口互通，而溢流閥進出油口不通。 (3)為保證減壓閥出口壓力調定值恒定，它的導閥彈簧腔需通過泄油口單獨外接油箱；而溢流閥的出油口是通油箱的，所以它的導閥的彈簧腔和泄漏油可通過閥體上的通道和出油口相通，不必單獨外接油箱。 2．工作特性 　　理想的減壓閥在進口壓力、流量發(fā)生變化或出口負載增加，其出口壓力總是恒定不變。當減壓閥的出油口不輸出油液時，它的出口壓力基本上仍能保持恒定，此時有少量的油液通過減壓閥閥口經先導閥和泄油管流回油箱，保持該閥處于工作狀態(tài)。 三、順序閥 　　　　　　　　 　　順序閥用來控制液壓系統(tǒng)中各執(zhí)行元件動作的先后順序。依控制壓力的不同，順序閥又可分為內控式和外控式兩種。前者用閥的進油口壓力控制閥芯的啟閉，后者用外來的控制壓力油控制閥芯的啟閉(液控順序閥)。順序閥也有直動式和先導式兩種,前者一般用于低壓系統(tǒng)，后者用于中高壓系統(tǒng)。由圖可見，順序閥和溢流閥的結構基本相似，不同的只是順序閥的出油口通向系統(tǒng)的另一壓力油路，而溢流閥的出油口通油箱。此外，由于順序閥的進、出油口均為壓力油，所以它的泄油口L必須單獨外接油箱。 　　直動式外控順序閥的工作原理圖和圖形符號如圖4-27所示，和上述順序閥的差別僅僅在于其下部有一控制油口Ｋ，閥芯的啟閉是利用通人控制油口Ｋ的外部控制油來控制的。 圖4-28所示為先導式順序閥的工作原理圖和圖形符號。 　　順序閥是一種利用壓力控制閥口通斷的壓力閥。實際上，除內控外泄形式外，還可以通過改變上蓋或底蓋的裝配位置得到內控內泄、外控外泄、外控內泄等三種類型。它們的圖形符號如圖4-18所示，內控外泄用來實現(xiàn)順序動作;內控內泄用在系統(tǒng)中作平衡閥或背壓閥；外控內泄用作卸載閥；用于雙泵供油回路使大泵卸載。外控外泄相當于一個液控二位二通閥。作液動開關閥。 四、壓力繼電器 　　壓力繼電器是一種將油液的壓力信號轉換成電信號的電液控制元件，當油液壓力達到壓力繼電器的調定壓力時，即發(fā)出電信號，以控制電磁鐵、電磁離合器、繼電器等元件動作，使油路卸壓、換向、執(zhí)行元件實現(xiàn)順序動作，或關閉電動機，使系統(tǒng)停止工作，起安全保護作用等。 　　壓力繼電器正確位置是在液壓缸和節(jié)流閥之間 。 第四節(jié) 流量控制閥 　　液壓系統(tǒng)中執(zhí)行元件運動速度的大小，由輸入執(zhí)行元件的油液流量的大小來確定。流量控制閥就是依靠改變閥口通流面積（節(jié)流口局部阻力）的大小或通流通道的長短來控制流量的控制閥。常用的流量控制閥有普通節(jié)流閥、壓力補償和溫度補償調速閥、溢流節(jié)流閥和分流集流閥等。 一、流量控制原理及節(jié)流口形式 　　節(jié)流閥的節(jié)流口通常有三種基本形式：薄壁小孔、細長小孔和厚壁小孔。為保證流量穩(wěn)定、節(jié)流口的形式以薄壁小孔較為理想。 　　節(jié)流閥是一種可以在較大范圍內以改變液阻來調節(jié)流量的元件。因此可以通過調節(jié)節(jié)流閥的液阻，來改變進入液壓缸的流量，從而調節(jié)液壓缸的運動速度。 　　液壓傳動系統(tǒng)對流量控制閥的主要要求有： 1)較大的流量調節(jié)范圍，且流量調節(jié)要均勻。 2)當閥前、后壓力差發(fā)生變化時，通過閥的流量變化要小，以保證負載運動的穩(wěn)定。 3)油溫變化對通過閥的流量影響要小。 4)液流通過全開閥時的壓力損失要小。 5)當閥口關閉時，閥的泄漏量要小。 二、普通節(jié)流閥 　　下圖所示為一種普通節(jié)流閥的結構和圖形符號。這種節(jié)流閥的節(jié)流通道是軸間三角槽式。這種節(jié)流閥的進出油口可互換。 1. 工作原理 2. 節(jié)流閥的剛性 它表示抵抗負載變化的干擾，保持流量穩(wěn)定的能力，即當節(jié)流閥開口量不變時，由于閥前后壓力差的變化，引起流量發(fā)生變化的情況。流量變化越小，節(jié)流閥的剛性越大。表示為 結論：1）同一節(jié)流閥，閥前后壓力差相同，節(jié)流開口小時，剛度大。 2）同一節(jié)流閥，在節(jié)流開口一定時，閥前后壓力差越小，剛度越低。 3）取小的指數可以提高節(jié)流閥的剛度。 三、節(jié)流閥的壓力和溫度補償 　　節(jié)流閥的壓力補償有兩種方式：一種是將定差減壓閥與節(jié)流閥串聯(lián)起來，組合而成調速閥；另一種是將穩(wěn)壓溢流閥與節(jié)流閥并聯(lián)起來，組織成溢流節(jié)流閥。這兩種壓力補償方式是利用流量變動所引起油路壓力的變化，通過閥芯的負反饋動作，來自動調節(jié)節(jié)流部分的壓力差，使其基本保持不變。 　　油溫的變化也必然會引起油液粘度的變化，從而導致通過節(jié)流閥的流量發(fā)生相應的改變，為此出現(xiàn)了溫度補償調速閥。 1．調速閥 　　調速閥是在節(jié)流閥２前面串接一個定差減壓閥1組合而成。下圖為其工作原理圖。液壓泵的出口（即調速閥的進口）壓力，由溢流閥調定，基本上保持恒定。調速閥出口處的壓力 由液壓缸負載ＦL決定。 　　因為彈簧剛度較低，且工作過程中減壓閥閥芯位移很小，可以認為只基本保持不變。故節(jié)流閥兩端壓力差也基本保持不變，這就保證了通過節(jié)流閥的流量穩(wěn)定。節(jié)流閥的流量隨壓力差變化較大，而調速閥在壓力差大于一定數值后，流量基本上保持恒定。 　　當壓力差很小時，由于減壓閥閥芯被彈簧推至最下端，減壓閥閥口全開，不起穩(wěn)定節(jié)流閥前 后壓力差的作用，故這時調速閥的性能與節(jié)流閥相同,所以調速閥正常工作時,至少要求有0.4~0.5MPa以上的壓力差，圖b、c為其圖形符號。 ２．溫度補償調速閥 　　溫度補償調速回的壓力補償原理部分與普通調速閥相同。 3．溢流節(jié)流閥（旁通型調速閥） 第五節(jié) 疊加式液壓閥 疊加式液壓閥與一般液壓閥的不同點：具體結構和連接尺寸。它除了具有一般液壓元件的控制功能外，還起到通道體的作用。 每一種通徑系列的疊加閥都能自由疊加，組成各種不同的控制功能，其主油路通道和螺栓連接孔位置都與所選用的響應通徑的換向閥相同。 特點：1）結構緊湊，體積小，重量輕。 2）安裝簡便，裝配周期短。 3）如工況有變，增加元件即可，組裝方便迅速。 4）元件之間無管連接，消除了泄漏、振動和噪聲。 5）整個系統(tǒng)配置靈活，外觀整齊，維護保養(yǎng)容易。 6）標準化、通用化和集成化程度較高。 我國現(xiàn)有 五個通徑系列，額定工作壓力20MPa，額定流量為10——200L/min。 一、 疊加式溢流閥 二、 疊加式流量閥 第六節(jié) 二通插裝閥