第四章液壓控制閥

液壓與液力傳動

第四章液壓控制閥14.1.1液壓閥的基本結(jié)構(gòu)與原理

液壓控制閥在液壓系統(tǒng)中被用來控制液流的壓力、流量和方向，保證執(zhí)行元件按照要求進(jìn)行工作。屬控制元件。液壓閥基本結(jié)構(gòu)：包括閥芯、閥體和驅(qū)動閥芯在閥體內(nèi)作相對運動的裝置。驅(qū)動裝置可以是手調(diào)機(jī)構(gòu)，也可以是彈簧或電磁鐵，有時還作用有液壓力。液壓閥基本工作原理：利用閥芯在閥體內(nèi)作相對運動來控制閥口的通斷及閥口的大小，實現(xiàn)壓力、流量和方向的控制。流經(jīng)閥口的流量q與閥口前后壓力差Δp和閥口面積A

有關(guān)，始終滿足壓力流量方程；作用在閥芯上的力是否平衡則需要具體分析。4.1液壓控制閥概述24.1.2液壓閥的分類根據(jù)結(jié)構(gòu)形式分類滑閥滑閥為間隙密封，閥芯與閥口存在一定的密封長度，因此滑閥運動存在一個死區(qū)。閥口的壓力流量方程q＝CdπDx(2Δp/ρ）1/23錐閥錐閥閥芯半錐角一般為12°～20°，閥口關(guān)閉時為線密封，密封性能好且動作靈敏。閥口的壓力流量方程

q＝Cdπd

xsinα(2Δp/ρ）1/24球閥性能與錐閥相同，閥口的壓力流量方程

q

＝Cdπd

h0

（x/R）(2Δp/ρ）1/25根據(jù)用途不同分類壓力控制閥用來控制和調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)液流壓力的閥類，如溢流閥、減壓閥、順序閥等。流量控制閥用來控制和調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)液流流量的閥類，如節(jié)流閥、調(diào)速閥、分流集流閥、比例流量閥等。方向控制閥用來控制和改變液壓系統(tǒng)液流方向的閥類，如單向閥、液控單向閥、換向閥等。6根據(jù)控制方式不同分類定值或開關(guān)控制閥被控制量為定值的閥類，包括普通控制閥、插裝閥、疊加閥。比例控制閥被控制量與輸入信號成比例連續(xù)變化的閥類，包括普通比例閥和帶內(nèi)反饋的電液比例閥。伺服控制閥被控制量與（輸出與輸入之間的）偏差信號成比例連續(xù)變化的閥類，包括機(jī)液伺服閥和電液伺服閥。數(shù)字控制閥用數(shù)字信息直接控制閥口的啟閉，來控制液流的壓力、流量、方向的閥類，可直接與計算機(jī)接口，不需要D/A轉(zhuǎn)換器。7根據(jù)安裝連接形式不同分類管式連接閥體進(jìn)出口由螺紋或法蘭與油管連接。安裝方便。疊加式是板式連接閥的一種發(fā)展形式。

板式連接閥體進(jìn)出口通過連接板與油管連接。便于集成。插裝式將閥芯、閥套組成的組件插入專門設(shè)計的閥塊內(nèi)實現(xiàn)不同功能。結(jié)構(gòu)緊湊。84.1.3液壓閥的性能參數(shù)

公稱通徑

代表閥的通流能力的大小，對應(yīng)于閥的額定流量。與閥的進(jìn)出油口連接的油管應(yīng)與閥的通徑相一致。閥工作時的實際流量應(yīng)小于或等于它的額定流量，最大不得大于額定流量的1.1倍。額定壓力

閥長期工作所允許的最高壓力。對壓力控制閥，實際最高壓力有時還與閥的調(diào)壓范圍有關(guān)；對換向閥，實際最高壓力還可能受它的功率極限的限制。94.1.4對液壓閥的基本要求動作靈敏，使用可靠，工作時沖擊和振動要小。閥口全開時，液流壓力損失要?。婚y口關(guān)閉時，密封性能要好。所控制的參數(shù)（壓力或流量）要穩(wěn)定，受外屆干擾時變化量要小。結(jié)構(gòu)緊湊，安裝、調(diào)試、維護(hù)方便，通用性要好。104.2方向控制閥11方向控制閥用在液壓系統(tǒng)中控制液流的方向。它包括單向閥和換向閥。單向閥有普通單向閥和液控單向閥。換向閥按操作閥芯運動的方式可分為手動、機(jī)動、電磁動、液動、電液動等。124.2.1普通單向閥

普通單向閥是只允許液流一個方向流動，反向則被截止的方向閥。要求正向液流通過時壓力損失小，反向截止時密封性能好。圖形符號

工作原理

左端進(jìn)油，壓力油作用在閥芯左端，克服右端彈簧力使閥芯右移，閥口開啟，油液從右端流出；若右端進(jìn)油，壓力油與彈簧同向作用，將閥芯緊壓在閥座孔上，閥口關(guān)閉，油液被截止不能通過。

正向開啟壓力只需（0.03～0.05）MPa，反向截止時為線密封，且密封能力隨壓力增高而增大，密封性能良好。開啟后進(jìn)出口壓力差（壓力損失）為（0.2～0.3）MPa.。13普通單向閥的應(yīng)用

常被安裝在泵的出口，一方面防止壓力沖擊影響泵的正常工作，另一方面防止泵不工作時系統(tǒng)油液倒流經(jīng)泵回油箱。

被用來分隔油路以防止高低壓干擾。與其他的閥組成單向節(jié)流閥、單向減壓閥、單向順序閥等，使油液一個方向流經(jīng)單向閥，另一個方向流經(jīng)節(jié)流閥等。安裝在執(zhí)行元件的回油路上，使回油具有一定背壓。作背壓閥的單向閥應(yīng)更換剛度較大的彈簧，其正向開啟壓力為（0.3～0.5）MPa。144.2.2液控單向閥工作原理當(dāng)控制油口不通壓力油時，油液只能從p1→p2；當(dāng)控制油口通壓力油時，正、反向的油液均可自由通過。根據(jù)控制活塞上腔的泄油方式不同分為內(nèi)泄式和外泄式。復(fù)式結(jié)構(gòu)液控單向閥，單向閥芯內(nèi)裝有卸載小閥芯。控制活塞上行時先頂開小閥芯使主油路卸壓，再頂開單向閥閥芯，其控制壓力僅為工作壓力的4.5％，沒有卸載小閥芯的液控單向閥的控制壓力為工作壓力的40％～50％。15

液控單向閥的應(yīng)用用于保壓回路

用于鎖緊回路需要指出，控制壓力油油口不工作時，應(yīng)使其通回油箱，否則控制活塞難以復(fù)位，單向閥反向不能截止液流。1625134圖中，用單向閥5將系統(tǒng)和泵隔斷，泵開機(jī)時泵排出的油可經(jīng)單向閥5進(jìn)入系統(tǒng);泵停機(jī)時，單向閥5可阻止系統(tǒng)中的油倒流。

普通單向閥和液控單向閥的應(yīng)用（1）用單向閥將系統(tǒng)和泵隔斷

17

(2)用單向閥將兩個泵隔斷

在下圖中，1是低壓大流量泵，2是高壓小流量泵。低壓時兩個泵排出的油合流，共同向系統(tǒng)供油。高壓時，單向閥的反向壓力為高壓，單向閥關(guān)閉，泵2排出的高壓油經(jīng)過虛線表示的控制油路將閥3打開，使泵1排出的油經(jīng)閥3回油箱，由高壓泵2單獨往系統(tǒng)供油，其壓力決定于閥4。這樣，單向閥將兩個壓力不同的泵隔斷，不互相影響。214318(3)用單向閥產(chǎn)生背壓

在右圖中，高壓油進(jìn)入缸的無桿腔，活塞右行，有桿腔中的低壓油經(jīng)單向閥后回油箱。單向閥有一定壓力降，故在單向閥上游總保持一定壓力，此壓力也就是有桿腔中的壓力，叫做背壓，其數(shù)值不高一般約為0.5MPa。在缸的回油路上保持一定背壓，可防止活塞的沖擊，使活塞運動平穩(wěn)。此種用途的單向閥也叫背壓閥。背壓閥pb19(4)用單向閥和其它閥組成復(fù)合閥

由單向閥和節(jié)流閥組成復(fù)合閥，叫單向節(jié)流閥。用單向閥組成的復(fù)合閥還有單向順序閥、單向減壓閥等。在單向節(jié)流閥中，單向閥和節(jié)流閥共用一閥體。當(dāng)液流沿箭頭所示方向流動時，因單向閥關(guān)閉，液流只能經(jīng)過節(jié)流閥從閥體流出。若液流沿箭頭所示相反的方向流動時，因單向閥的阻力遠(yuǎn)比節(jié)流閥為小，所以液流經(jīng)過單向閥流出閥體。此法常用來快速回油。從而可以改變缸的運動速度。20

在右圖中，通過液控單向閥往立式缸的下腔供袖，活塞上行。停止供油時，因有液控單向閥，活塞靠自重不能下行，于是可在任一位置懸浮。將液控單向閥的控制口加壓后，活塞即可靠自重下行。若此立式缸下行為工作行程，可同時往缸的上腔和液控單向閥的控制口加壓，則活塞下行，完成工作行程。ABKG(5)用液控單向閥使立式缸活塞懸浮21

(6)用兩個液控單向閥使液壓缸雙向閉鎖

將高壓管A中的壓力作為控制壓力加在液控單向閥2的控制口上，液控單向閥2也構(gòu)成通路。此時高壓油自A管進(jìn)入缸，活塞右行，低壓油自B管排出，缸的工作和不加液控單向閥時相同。同理，若B管為高壓，A管為低壓時，則活塞左行。若A、B管均不通油時，液控單向閥的控制口均無壓力，閥1和閥2均閉鎖。這樣，利用兩個液控單向閥，既不影響缸的正常動作，又可完成缸的雙向閉鎖。鎖緊缸的辦法雖有多種，用液控單向閥的方法是最可靠的一種。12AB22

換向閥能改變液流方向，將換向閥與缸連接可以很方便地使缸的活塞改變運動方向。4.2.2換向閥換向閥的類型有

按閥的結(jié)構(gòu)形式：滑閥式、轉(zhuǎn)閥式、球閥式、錐閥式。

按閥的操縱方式：手動式、機(jī)動式、電磁式、液動式、電液動式、氣動式。

按閥的工作位置數(shù)和控制的通道數(shù)：二位二通閥、二位三通閥、二位四通閥、三位四通閥、三位五通閥等。

23

換向閥的工作原理

TPAB

如下圖，換向閥閥體2上開有4個通油口P、A、B、T。換向閥的通油口用固定的字母表示，它所表示的意義如下：P—壓力油口；A、B—工作油口；T——回油口。PTBA24PTBAPTABTPABPTABTPABTPABPTAB25PTABTPAB

下圖表示閥芯處于中位時的情況,此時從P口進(jìn)來的壓力油沒有通路。A、B

兩個油口也不和T口相通。26TPAB

下圖表示人向一側(cè)拉動控制手柄，閥芯左移，或者說閥芯處于左位的情況。此時P口和A口相通，壓力油經(jīng)P、A到其它元件；從其它元件回來的油經(jīng)B、閥芯中心孔，T回油箱。PTAB左位27PTABTPAB

下圖表示人向另一側(cè)拉動控制手柄閥芯右移，或者說閥芯處于右位時的情況。此時，從P口進(jìn)來的壓力油經(jīng)P、B

到其它元件。從其它元件回來的油經(jīng)A、T回油箱。右位284.2.2.1換向機(jī)能一、換向閥的“通”和“位”“通”和“位”是換向閥的重要概念。不同的“通”和“位”構(gòu)成了不同類型的換向閥?！拔弧敝搁y芯的位置，通常所說的“二位閥”、“三位閥”是指換向閥的閥芯有兩個或三個不同的工作位置，“位”在符號圖中用方框表示。

”通“所謂“二通閥”、“三通閥”、“四通閥”是指換向閥的閥體上有兩個、三個、四個可與系統(tǒng)中不同油管相連的油道接口，不同油道之間只能通過閥芯移位時閥口的開關(guān)來溝通。29表5.1不同的“通”和“位”的滑閥式換向閥主體部分的結(jié)構(gòu)形式和圖形符號名稱結(jié)構(gòu)原理圖圖形符號二位二通

二位三通

二位四通

三位四通

30表5.1中圖形符號的含義如下：用方框表示閥的工作位置，有幾個方框就表示有幾“位” 方框內(nèi)的箭頭表示油路處于接通狀態(tài)，但箭頭方向不一定表示液流的實際方向方框內(nèi)符號“┻”或“┳”表示該通路不通方框外部連接的接口數(shù)有幾個，就表示幾“通”31表5.1中圖形符號的含義如下：一般，閥與系統(tǒng)供油路連接的進(jìn)油口用字母P表示；閥與系統(tǒng)回油路連通的回油口用T(有時用O)表示；而閥與執(zhí)行元件連接的油口用A、B等表示。有時在圖形符號上用L表示泄漏油口。換向閥都有兩個或兩個以上的工作位置，其中一個為常態(tài)位，即閥芯未受到操縱力時所處的位置，圖形符號中的中位是三位閥的常態(tài)位。利用彈簧復(fù)位的二位閥則以靠近彈簧的方框內(nèi)的通路狀態(tài)為其常態(tài)位。繪制系統(tǒng)圖時，油路一般應(yīng)連接在換向閥的常態(tài)位上。

32二、滑閥機(jī)能

滑閥式換向閥處于中間位置或原始位置時，閥中各油口的連通方式稱為換向閥的滑閥機(jī)能。

兩位閥和多位閥的機(jī)能是指閥芯處于常態(tài)位置時,閥各油口的通斷情況。三位閥的機(jī)能是指閥芯處于中位時,閥各油口的通斷情況。三位閥有多種機(jī)能現(xiàn)只介紹最常用的幾種。33（l）二位二通換向閥

二位二通換向閥其兩個油口之間的狀態(tài)只有兩種：通或斷。

二位二通換向閥的滑閥機(jī)能有：常閉式（O型）、常開式（H型）。圖5.15二位二通換向閥的滑閥機(jī)能

二位閥的常態(tài)位置：若為手動控制，則是指控制手柄沒有動作的位置；若為液壓控制則是指失壓的位置；若為電磁控制則是指失電的位置。34

（2）三位四通換向閥

三位四通換向閥的滑閥機(jī)能有很多種。中間一個方框表示其常態(tài)位置，左右方框表示兩個換向位。其左位和右位各油口的連通方式均為直通或交叉相通，所以只用一個字母來表示中位的型式。PTABO型機(jī)能35

②因P口封閉，泵不能卸荷，泵排出的壓力油只能從溢流閥排回油箱。

③可用于多個換向閥并聯(lián)的系統(tǒng)。當(dāng)一個分支中的換向閥處于中位時,仍可保持系統(tǒng)壓力，不致影響其它分支的正常工作。PTABO型機(jī)能①缸的兩腔被封閉,活塞在任一位置均可停住,且能承受一定的正向負(fù)載和反向負(fù)載。1）O型機(jī)能

閥芯處于中位時,P,A,B,T

四個油口均被封閉，其特點是：362）H型機(jī)能

閥芯處于中位時,P,A,B,T四個油口互通。PTABH型機(jī)能

①雖然閥芯已處于中位，但缸的活塞無法停住。中位時油缸不能承受負(fù)載。②不管活塞原來是左行還是右行，缸的各腔均無壓力沖擊，也不會出現(xiàn)負(fù)壓。換向平穩(wěn)無沖擊，換向時無精度可言③泵可卸荷。④不能用于多個換向閥并聯(lián)的系統(tǒng)。因一個分支的換向閥一旦處于中位，泵即卸荷，系統(tǒng)壓力為零，其它分支也就不能正常工作了。H型機(jī)能的特點如下：373）M型機(jī)能

閥芯處于中位時,A、B

油口被封閉，P、T

油口互通。M型機(jī)能是取O型機(jī)能的上半部，H型機(jī)能的下半部組成的，故兼有二者的特點。M型機(jī)能如下：①活塞可停在任一位置上，用能承受雙向負(fù)載。②缸的兩腔會出現(xiàn)壓力沖擊或負(fù)壓，依活塞原來的運動方向而定?；钊星皼_。③泵能卸荷。④不宜用于多個換向閥并聯(lián)的系統(tǒng)。PTABM型機(jī)能38

此種機(jī)能目的是構(gòu)成差動連接油路，使單活塞桿缸的活塞增速。4）P型機(jī)能閥芯處于中位時，P、A、B油口互通，油口T被封閉。PTABP型機(jī)能39O型機(jī)能H型M型P型40選擇中位機(jī)能時通?？紤]：（1）系統(tǒng)保壓（p口堵住時）（2）系統(tǒng)卸荷（泵出口p=0)（3）液壓缸鎖緊或浮動(缸進(jìn)回油口堵住或接油箱）（4）換向平穩(wěn)性與精度（缸進(jìn)回油口堵住時換向精度高但平穩(wěn)性差）（5）啟動平穩(wěn)性（缸某腔通油箱啟動時平穩(wěn)性差)41Y型機(jī)能――Ｐ封閉，Ａ、Ｂ、Ｔ互通。Ｋ型機(jī)能――Ｐ、Ａ、Ｔ互通，Ｂ封閉。Ｘ型機(jī)能――Ｐ、Ａ、Ｂ、Ｔ之間只有很小的縫隙連通。Ｊ型機(jī)能――Ｐ、Ａ封閉，Ｂ、Ｔ互通。Ｃ型機(jī)能――Ｐ、Ａ相通，Ｂ、Ｔ封閉。Ｎ型機(jī)能――Ｐ、Ｂ封閉，Ａ、Ｔ互通。Ｕ型機(jī)能――Ｐ、Ｔ封閉，Ａ、Ｂ互通。

除上述四種常用的機(jī)能外，根據(jù)油口通斷情況不同尚可組合成多種機(jī)能，不過這些機(jī)能多用在特殊場合。4243一、手動換向閥手動換向閥分為手動和腳踏兩種。特點是工作可靠。根據(jù)閥芯的定位方式分為彈簧鋼球定位式彈簧自動復(fù)位式5.2.2.2換向閥的操縱方式44二、電磁換向閥閥芯運動是借助于電磁力和彈簧力的共同作用。電磁鐵不得電，閥芯在右端彈簧的作用下，處于左極端位置（右位），油口p與A通，B不通；電磁鐵得電產(chǎn)生一個電磁吸力，通過推桿推動閥芯右移，則閥左位工作，油口p與B通，A不通。電磁鐵可以是直流、交流或交本整流的。兩位電磁閥有彈簧復(fù)位式（一個電磁鐵）和鋼球定位式（兩個電磁鐵）。45如果將兩端電磁鐵與彈簧對中機(jī)構(gòu)組合，又可組成三位的電磁換向閥，電磁鐵得電分別為左右位，不得電為中位（常位）。電磁吸力有限，電磁換向閥最大通流量小于100L/min。對液動力較大的大流量閥則應(yīng)選用液動換向閥或電液換向閥。46三、電液換向閥

電液換向閥是由電磁換向閥與液動換向閥組合而成，液動換向閥實現(xiàn)主油路的換向，稱為主閥；電磁換向閥改變液動閥控制油路的方向，稱為先導(dǎo)閥。47電液換向閥工作原理要點為保證液動閥回復(fù)中位，電磁閥的中位必須是A、B、T油口互通?？刂朴涂梢匀∽灾饔吐返膒口（內(nèi)控），也可以另設(shè)獨立油源（外控）。采用內(nèi)控時，主油路必須保證最低控制壓力（0.3～0.5MPa)；采用外控時，獨立油源的流量不得小于主閥最大通流量的15％，以保證換向時間要求。電磁閥的回油可以單獨引出（外排），也可以在閥體內(nèi)與主閥回油口溝通，一起排回油箱（內(nèi)排）。液動閥兩端控制油路上的節(jié)流閥可以調(diào)節(jié)主閥的換向速度。48

此類控制方式的“信號源”是缸的運動件。例如將擋塊固定在運動的活塞桿上，當(dāng)擋塊觸壓閥推桿2的滾滾輪1時，推桿2即推動閥芯3換向。擋塊和推桿2端部的滾輪脫離接觸后，閥芯即可靠彈簧復(fù)位。此種閥的控制方式因和缸的行程有關(guān)，也有管此類閥叫“行程閥”。1—滾輪2—推桿3—閥芯圖5.18機(jī)動換向閥四、機(jī)動換向閥49五、電磁球式換向閥

密封性好，介質(zhì)可以是水、乳化液和礦物油；工作壓力可高達(dá)63MPa。圖5.24常開型二位三通電磁球式換向閥。501—電磁鐵；2—杠桿；3—左推桿；4—左閥座；5—鋼球；6—右閥座；7—右推桿；8—彈簧圖5.24電磁球式換向閥原理514.2.3方向閥在換向與鎖緊回路中的應(yīng)用

對于換向要求高的主機(jī)（如各類磨床），若用手動換向閥就不能實現(xiàn)自動往復(fù)運動，一般采用特殊設(shè)計的機(jī)液換向閥，以行程擋塊推動機(jī)動先導(dǎo)閥，由它控制一個可調(diào)式液動換向閥來實現(xiàn)工作臺的換向，既可避免“換向死點”，又可消除換向沖擊。這種換向回路，按換向要求不同可分為時間控制制動式和行程控制制動式兩種。一、簡單換向回路

二、復(fù)雜換向回路

簡單換向回路，只需在泵與執(zhí)行元件之間采用標(biāo)準(zhǔn)的普通換向閥即可。

4.2.3.1換向回路

52圖5.25時間控制制動式換向回路（1）時間控制制動式換向回路53圖5.25時間控制制動式換向回路

其制動時間可通過節(jié)流閥J1和J2的開口量得到調(diào)節(jié)；此外，換向閥中位機(jī)能采用H型，對減小沖擊量和提高換向平穩(wěn)性都有利。其主要缺點是換向精度不高。54圖5.26行程間控制制動式換向回路（2）行程控制制動式換向回路換向精度較高，沖出量較小；但制動時間的長短不可調(diào)。

55小結(jié)

單向閥和換向閥是液壓系統(tǒng)中控制液流方向的元件。單向閥分成兩類：即普通單向閥（簡稱單向閥）和液控單向閥。單向閥只允許液流向一個方向通過；液控單向閥具有普通單向閥的功能，并且只要在控制口通以一定壓力的控制油液，油流反向也能通過。單向閥和液控單向閥用于回路需要單向?qū)ǖ膱龊?，也用于各種鎖緊回路。換向閥既可用來使執(zhí)行元件換向，也可用來切換油路。換向閥的各種結(jié)構(gòu)形式中，滑閥式用得較多。而各種操縱形式的換向閥中，則以電磁和電液換向閥用得較多，因為它易于實現(xiàn)自動化。換向閥的圖形符號明確地表示了閥的作用原理、工作位置數(shù)、通路數(shù)、通斷狀態(tài)以及操縱方式等，應(yīng)予以足夠的重視，并能熟練掌握。564.3壓力控制閥57壓力控制閥是用來控制液壓系統(tǒng)中油液壓力或通過壓力信號實現(xiàn)控制的閥類。它包括溢流閥、減壓閥、順序閥、壓力繼電器。壓力控制閥的基本工作原理通過液壓作用力與彈簧力進(jìn)行比較來實現(xiàn)對油液壓力的控制。調(diào)節(jié)彈簧的預(yù)壓縮量即調(diào)節(jié)了閥芯的動作壓力，該彈簧是壓力控制閥的重要調(diào)節(jié)零件，稱為調(diào)壓彈簧。要掌握各種壓力閥的結(jié)構(gòu)原理及其應(yīng)用。58

4.3.1溢流閥按結(jié)構(gòu)形式分直動型溢流閥、先導(dǎo)型溢流閥594.3.1.1直動型溢流閥結(jié)構(gòu)原理直動型溢流閥由閥芯、閥體、彈簧、上蓋、調(diào)節(jié)桿、調(diào)節(jié)螺母等零件組成。閥體上進(jìn)油口旁接在泵的出口，出口接油箱。原始狀態(tài)，閥芯在彈簧力的作用下處于最下端位置，進(jìn)出油口隔斷。進(jìn)口油液經(jīng)閥芯徑向孔、軸向孔作用在閥芯底端面，當(dāng)液壓力等于或大于彈簧力時，閥芯上移，閥口開啟，進(jìn)口壓力油經(jīng)閥口溢回油箱。此時閥芯受力平衡，閥口溢流滿足壓力流量方程。閥口剛開啟時閥芯受力平衡方程pkπD

2/4=K（xo+L）閥口開啟后閥芯受力平衡方程pπD2/4=K（xo+L+x）+Fs閥口開啟后溢流的壓力流量方程q=CπDx（2p/ρ）1/260直動型溢流閥工作原理要點(1)對應(yīng)調(diào)壓彈簧一定的預(yù)壓縮量xo，閥的進(jìn)口壓力p

基本為一定值。(2)由于閥開口大小x

和穩(wěn)態(tài)液動力Fs的影響，閥的進(jìn)口壓力隨流經(jīng)閥口流量的增大而增大。當(dāng)流量為額定流量時的閥的進(jìn)口壓力ps

最大，ps稱為閥的調(diào)定壓力。(3)彈簧腔的泄漏油經(jīng)閥內(nèi)泄油通道至閥的出口引回油箱，若閥的出口壓力不為零，則背壓將作用在閥芯上端，使閥的進(jìn)口壓力增大。(4)對于高壓大流量的壓力閥，要求調(diào)壓彈簧具有很大的彈簧力，這樣不僅使閥的調(diào)節(jié)性能變差，結(jié)構(gòu)上也難以實現(xiàn)。614.3.1.2先導(dǎo)型溢流閥

結(jié)構(gòu)組成它由先導(dǎo)閥和主閥組成。先導(dǎo)閥實際上是一個小流量直動型溢流閥，其閥芯為錐閥。主閥芯上有一阻尼孔，且上腔作用面積略大于下腔作用面積，其彈簧只在閥口關(guān)閉時起復(fù)位作用。圖形符號

動作原理動畫62先導(dǎo)型溢流閥工作原理要點(1)先導(dǎo)閥和主閥閥芯分別處于受力平衡，其閥口都滿足壓力流量方程。閥的進(jìn)口壓力由兩次比較得到，壓力值主要由先導(dǎo)閥調(diào)壓彈簧的預(yù)壓縮量確定，主閥彈簧起復(fù)位作用。(2)通過先導(dǎo)閥的流量很小，是主閥額定流量的1％，因此其尺寸很小，即使是高壓閥，其彈簧剛度也不大。這樣一來閥的調(diào)節(jié)性能有很大改善。(3)主閥芯開啟是利用液流流經(jīng)阻尼孔形成的壓力差。阻尼孔一般為細(xì)長孔，孔徑很小φ=0.8~1.2mm，孔長l=8~12mm，因此工作時易堵塞，一旦堵塞則導(dǎo)致主閥口常開無法調(diào)壓。(4)先導(dǎo)閥前腔有一控制口，用于卸荷和遙控。63先導(dǎo)型溢流閥遙控口接法遠(yuǎn)程調(diào)壓閥實際上是一個獨立的壓力先導(dǎo)閥，旁接在先導(dǎo)型溢流閥遙控口起遠(yuǎn)程調(diào)壓作用，其調(diào)定壓力必須低于先導(dǎo)閥的調(diào)定壓力。無論哪個起作用，泵的溢流量始終經(jīng)主閥閥口回油箱。先導(dǎo)閥前腔有一遙控口，在該控制口接遠(yuǎn)程調(diào)壓閥可實現(xiàn)遠(yuǎn)控，接電磁閥通回油箱可實現(xiàn)卸載。64

溢流閥的功用溢流閥旁接在泵的出口，用來保證系統(tǒng)壓力恒定，稱為定壓閥。溢流閥旁接在泵的出口，用來限制系統(tǒng)壓力的最大值，對系統(tǒng)起保護(hù)作用，稱為安全閥。電磁溢流閥還可以在執(zhí)行機(jī)構(gòu)不工作時使泵卸載。65溢流閥的性能調(diào)壓范圍：在規(guī)定的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)時，閥的輸出壓力能平穩(wěn)的升降，無突跳或遲滯現(xiàn)象。為改善高壓溢流閥的調(diào)節(jié)性能，往往通過更換四根剛度不同的彈簧0.6～8、4～16、8～20、16～32MPa實現(xiàn)四級調(diào)壓。壓力流量特性：溢流閥的進(jìn)口壓力隨流量變化而波動的性能；又稱為啟閉特性。（ps-pk）、（ps-pb）稱為調(diào)壓偏差，調(diào)壓偏差小好

nk=pk/ps

稱為開啟壓力比，

nb=pb/ps

稱為閉合壓力比，nk

、nb大好,

nk=0.9~0.95。66溢流閥的性能壓力損失：當(dāng)調(diào)壓彈簧預(yù)壓縮量等于零時流經(jīng)閥的流量為額定值時，溢流閥的進(jìn)口壓力。

卸荷壓力：主閥上腔經(jīng)遙控口直接接回油箱時，流經(jīng)閥的流量為額定值時，溢流閥的進(jìn)口壓力。這兩種情況，溢流閥進(jìn)口壓力因只需克服主閥復(fù)位彈簧力和閥口液動力，故其值很小，一般小于0.5Mp壓力損失略高于卸荷壓力。

674.3.2減壓閥減壓閥是利用液流流過縫隙產(chǎn)生壓力損失，使其出口壓力低于進(jìn)口壓力的壓力控制閥。按調(diào)節(jié)要求不同，有定值減壓閥，定差減壓閥，定比減壓閥。其中定值減壓閥應(yīng)用最廣，又簡稱減壓閥。68定值減壓閥的結(jié)構(gòu)原理減壓閥由壓力先導(dǎo)閥和減壓主閥組成。出口壓力油引至主閥芯上腔和先導(dǎo)閥前腔，當(dāng)出口壓力大于減壓閥的調(diào)定壓力時，先導(dǎo)閥開啟，主閥芯上移，減壓縫隙關(guān)小，減壓閥才起減壓作用且保證出口壓力為定值。圖形符號69

減壓閥的特點與功用與先導(dǎo)型溢流閥比較：(1)減壓閥是出口壓力控制，保證出口壓力為定值；溢流閥是進(jìn)口壓力控制，保證進(jìn)口壓力為定值。(2)減壓閥閥口常開；溢流閥閥口常閉。(3)減壓閥有單獨的泄油口；溢流閥彈簧腔的泄漏油經(jīng)閥體內(nèi)流道內(nèi)泄至出口。(4)減壓閥與溢流閥一樣有遙控口。減壓閥用在液壓系統(tǒng)中獲得壓力低于系統(tǒng)壓力的二次油路上，如夾緊回路、潤滑回路和控制回路。70必須說明:減壓閥出口壓力還與出口負(fù)載有關(guān)，若負(fù)載壓力低于調(diào)定壓力時，出口壓力由負(fù)載決定，此時減壓閥不起減壓作用。如圖溢流閥調(diào)定壓力為5MPa，減壓閥調(diào)定壓力為2MPa，單向閥壓力損失為0.3MPa，求油缸在運動時和到達(dá)終點時泵出口、減壓閥出口和油缸進(jìn)口的壓力值（油缸運動時負(fù)載為零）714.3.3順序閥順序閥是一種利用壓力控制閥口通斷的壓力閥。按控制油來源不同分內(nèi)控和外控，按彈簧腔泄漏油引出方式不同分內(nèi)泄和外泄。內(nèi)控內(nèi)泄內(nèi)控外泄外控內(nèi)泄外控外泄72

順序閥的四種結(jié)構(gòu)形式及其圖形符號通過改變上蓋或底蓋的裝配位置可得到內(nèi)控外泄、內(nèi)控內(nèi)泄、外控外泄、外控內(nèi)泄四種結(jié)構(gòu)類型。73

順序閥的功用

內(nèi)控外泄順序閥與溢流閥非常相象：閥口常閉，進(jìn)口壓力控制，但是該閥出口油液要去工作，所以有單獨的泄油口。內(nèi)控外泄順序閥用于多個執(zhí)行元件順序動作。其進(jìn)口壓力先要達(dá)到閥的調(diào)定壓力，而出口壓力取決于負(fù)載。當(dāng)負(fù)載壓力高于閥的調(diào)定壓力時，進(jìn)口壓力等于出口壓力，閥口全開；當(dāng)負(fù)載壓力低于調(diào)定壓力時，進(jìn)口壓力等于調(diào)定壓力，閥的開口一定。74內(nèi)控內(nèi)泄順序閥的圖形符號和工作原理與溢流閥相同。多串聯(lián)在執(zhí)行元件的回油路上，使回油具有一定壓力，保證執(zhí)行元件運動平穩(wěn)。如圖示閥3作背壓閥。

外控內(nèi)泄順序閥等同于二位二通閥，可作卸載閥，如雙泵供油回路中閥3是泵1的卸載閥。

外控外泄順序閥可作液動開關(guān)和限速鎖。如遠(yuǎn)控平衡閥可限制重物下降的速度。75圖示液壓系統(tǒng)，液壓缸的有效面積A1=A2=100cm2，缸I負(fù)載F=35000N，缸II運動時負(fù)載為零。不計摩擦阻力、慣性力和管路損失。溢流閥，順序閥和減壓閥的調(diào)定壓力分別為py＝4MPa、px＝3MPa、pj＝2MPa，求在下列三種工況下A、B、C處的壓力。

1）液壓泵啟動后，兩換向閥處于中位；2）1DT得電，液壓缸I活塞運動時及活塞運動到終點停止運動時；3）1DT失電，2DT得電，液壓缸II活塞運動時及碰到擋塊停止運動時76774.3.4壓力繼電器壓力繼電器是一種將液壓系統(tǒng)的壓力信號轉(zhuǎn)換為電信號輸出的元件。其作用是實現(xiàn)執(zhí)行元件的順序控制或安全保護(hù)。按結(jié)構(gòu)特點分為柱塞式、彈簧管式和膜片式。圖示為柱塞式壓力繼電器。78主要零件包括柱塞1、調(diào)節(jié)螺帽2和電氣微動開關(guān)3。壓力油作用在柱塞下端，液壓力直接與彈簧力比較。當(dāng)液壓力大于或等于彈簧力時，柱塞向上移壓微動開關(guān)觸頭，接通或斷開電氣線路。反之，微動開關(guān)觸頭復(fù)位。79

壓力繼電器的功用如圖所示，壓力繼電器用在順序動作回路中。當(dāng)執(zhí)行元件工作壓力達(dá)到壓力繼電器調(diào)定壓力時，壓力繼電器將發(fā)出電信號，使電磁鐵得電，換向閥換向，從而實現(xiàn)兩液壓缸的順序動作。804.4流量控制閥81流量控制閥是通過改變閥口大小來改變液阻實現(xiàn)流量調(diào)節(jié)的閥。普通流量控制閥包括節(jié)流閥、調(diào)速閥、溢流節(jié)流閥和分流集流閥。節(jié)流閥調(diào)速閥824.4.1流量控制原理流經(jīng)薄壁小孔的流量

q=cdA(2Δp/ρ)1/2流經(jīng)細(xì)長孔的流量

q=(πd4/128μl)Δp綜合兩式得通用節(jié)流方程

q=KLAΔpm孔口前后壓力降與穩(wěn)態(tài)流量的比值為液阻，即在穩(wěn)態(tài)下，它與流量變化所需要的壓差變化成正比。液阻:R=d(Δp)/dq=Δp1-m/KLAm83液阻R=d(Δp)/dq=Δp1-m/KLAm將過流面積可調(diào)的節(jié)流口稱為可變液阻。由流量方程知，當(dāng)壓力差一定時，改變開口面積即改變液阻就可改變流量。節(jié)流元件的節(jié)流口結(jié)構(gòu)有錐形、三角槽形、矩形、三角形、針閥、偏心式等。84

(1)直角凸肩節(jié)流口h≤B；B—閥體沉割槽的寬度。直角凸肩節(jié)流口DBh

本結(jié)構(gòu)的特點是過流面積和開口量呈線性結(jié)構(gòu)關(guān)系，結(jié)構(gòu)簡單，工藝性好。但流量的調(diào)節(jié)范圍較小，小流量時流量不穩(wěn)定，一般節(jié)流閥較少使用。

節(jié)流口是流量閥的關(guān)鍵部位，節(jié)流口形式及其特性在很大程度上決定著流量控制閥的性能。

85(2)針閥式（錐形凸肩）節(jié)流口針閥（錐形）節(jié)流口Dh(a)θ

特點：結(jié)構(gòu)簡單，可當(dāng)截止閥用。調(diào)節(jié)范圍較大。由于過流斷面仍是同心環(huán)狀間隙，水力半徑較小，小流量時易堵塞，溫度對流量的影響較大。一般用于要求較低的場合。86(3)偏心式節(jié)流口

節(jié)流口由偏心的三角溝槽組成。閥芯有轉(zhuǎn)角時，節(jié)流口過流斷面面積即產(chǎn)生變化。本結(jié)構(gòu)的特點是，小流量調(diào)節(jié)容易。但制造略顯得麻煩、閥芯所受的徑向力不平衡，只宜用在低壓場合。87(4)軸向三角槽式節(jié)流口

沿閥芯的軸向開若干個三角槽。閥芯做軸向運動，即可改變開口量h，從而改變過流斷面面積。

本節(jié)流口結(jié)構(gòu)簡單，水力半徑大，調(diào)節(jié)范圍較大。小流量時穩(wěn)定性好，最低對流量的穩(wěn)定流量為50ml/min。因小流量穩(wěn)定性好，是目前應(yīng)用最廣的一種節(jié)流口。φlDhα三角槽式節(jié)流口88bhaφαφlDhα89周向縫隙式節(jié)流口(5)周向縫隙式節(jié)流口

閥芯上開有狹縫，旋轉(zhuǎn)閥芯可以改變縫隙的通流面積大小。這種節(jié)流口可以作成薄刃結(jié)構(gòu)，從而獲得較小的穩(wěn)定流量，但是閥芯受徑向不平衡力，只適于低壓節(jié)流閥中。

90影響流量穩(wěn)定性的因素：流經(jīng)薄壁小孔的流量

q=cdA(2Δp/ρ)1/2流經(jīng)細(xì)長孔的流量

q=(πd

4/128μl)Δp（1）壓差對流量的影響（2）溫度對流量的影響(細(xì)長孔影響顯著，薄壁孔影響較?。?）節(jié)流口的堵塞的影響最小穩(wěn)定流量：一般流量控制閥的最小穩(wěn)定流量為0.05L/min.914.4.2節(jié)流閥結(jié)構(gòu)原理主要零件有閥芯、閥體和螺母。閥體上開有進(jìn)油口和出油口。閥芯一端開有三角尖槽，另一端加工有螺紋，旋轉(zhuǎn)閥芯即可軸向移動改變閥口過流面積。為平衡液壓徑向力，三角槽須對稱布置。92

節(jié)流閥的應(yīng)用當(dāng)節(jié)流閥前后Δp一定時，改變A可改變流經(jīng)閥的流量——起節(jié)流調(diào)速作用，如閥3。當(dāng)q一定時，改變A可改變閥前后壓力差Δp——起負(fù)載阻尼作用，如閥1。當(dāng)q＝0時，安裝節(jié)流元件可延緩壓力突變的影響——起壓力緩沖作用，如閥2。934.4.3調(diào)速閥結(jié)構(gòu)原理調(diào)速閥是由定差減壓閥與節(jié)流閥串連而成。壓力油p1先經(jīng)定差減壓閥，然后經(jīng)節(jié)流閥流出。節(jié)流閥進(jìn)、出口壓力油p2、p3經(jīng)閥體流道被引至定差減壓閥閥芯的兩端，(p2-p3)與定差減壓閥的彈簧力進(jìn)行比較，因定差減壓閥閥口的壓力補(bǔ)償作用，使得(p2-p3)基本不變。94調(diào)速閥可以是定差減壓閥在前，節(jié)流閥在后，也可以是節(jié)流閥在前，定差減壓閥在后。調(diào)速閥工作時的靜態(tài)方程定差減壓閥受力平衡方程p2A=p3A+Ft-Fs定差減壓閥壓力流量方程q1=Cd1πd

x[2（p1-p2）/ρ]1/2節(jié)流閥壓力流量方程q2=Cd2Aj

[2（p2-p3）/ρ]1/2通過調(diào)速閥的流量q1=q2=q95流量穩(wěn)定性分析調(diào)速閥用于調(diào)節(jié)執(zhí)行元件運動速度，并保證其速度的穩(wěn)定。這是因為節(jié)流閥既是調(diào)節(jié)元件，又是檢測元件。當(dāng)閥口面積調(diào)定后，它一方面控制流量的大小，一方面檢測流量信號并轉(zhuǎn)換為閥口前后壓力差反饋作用到定差減壓閥閥芯的兩端面，與彈簧力相比較，當(dāng)檢測的壓力差偏離預(yù)定值時，定差減壓閥閥芯產(chǎn)生相應(yīng)位移，改變減壓縫隙進(jìn)行壓力補(bǔ)償，保證節(jié)流閥前后的壓力差基本不變。但是閥芯位移勢必引起彈簧力和液動力波動，因此流經(jīng)調(diào)速閥的流量只能基本穩(wěn)定。調(diào)速閥的速度剛性可近似為∞。96為保證定差減壓閥的壓力補(bǔ)償作用，調(diào)速閥的進(jìn)出口壓力差應(yīng)大于彈簧力Ft和液動力Fs所確定的最小壓力差。否則無法保證流量穩(wěn)定。因此調(diào)速閥正常工作時，一般最少應(yīng)保證閥進(jìn)出口有0.4~0.5MPa的壓力差。974.4.3旁通型調(diào)速閥結(jié)構(gòu)原理

該閥又稱為溢流節(jié)流閥，由節(jié)流閥與差壓式溢流閥并連而成，閥體上有一個進(jìn)油口，一個出油口，一個回油口。這里節(jié)流閥既是調(diào)節(jié)元件，又是檢測元件；差壓式溢流閥是壓力補(bǔ)償元件，它保證了節(jié)流閥前后壓力差Δp基本不變。旁通型調(diào)速閥旁通型調(diào)速閥用于調(diào)節(jié)執(zhí)行元件運動速度只能安裝在執(zhí)行元件的進(jìn)油路上，其速度剛性較調(diào)速閥小，但因此時的系統(tǒng)壓力為（負(fù)載壓力＋節(jié)流閥前后壓差Δp

），是變壓系統(tǒng)，與調(diào)速閥調(diào)速回路相比，回路效率較高。984.4.4分流集流閥分流集流閥是用來保證多個執(zhí)行元件速度同步的流量控制閥，又稱為同步閥。它包括分流閥、集流閥和分流集流閥三種控制類型。動作原理動畫994.4.4分流集流閥分流閥結(jié)構(gòu)原理：它由兩個固定節(jié)流孔1、2、閥體、閥芯和兩個對中彈簧等組成。閥芯兩端臺肩與閥體沉割槽組成兩個可變節(jié)流口3、4。固定節(jié)流孔起檢測流量的作用，可變節(jié)流口起壓力補(bǔ)償作用，其過流面積通過壓力p1和p2的反饋作用進(jìn)行控制。無論負(fù)載壓力p3、p4如何變化，都能保證q1≈q2。動作原理動畫1004.5插裝閥和疊加閥1014.5.1插裝閥二通插裝閥是插裝閥基本組件（閥芯、閥套、彈簧和密封圈）插到特別設(shè)計加工的閥體內(nèi)，配以蓋板、先導(dǎo)閥組成的一種多功能的復(fù)合閥。因每個插裝閥基本組件有且只有兩個油口，故被稱為二通插裝閥，早期又稱為邏輯閥。特點：閥芯為錐閥，密封性能好，且動作靈敏；通流能力大，抗污染；一閥多用，易組成各式系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)緊湊。特別對大流量及非礦物油介質(zhì)的場合，優(yōu)點更為突出。102

4.5.1.1插裝閥基本組件

組件由閥芯、閥套、彈簧和密封圈組成。根據(jù)用途不同分為方向閥組件、壓力閥組件和流量閥組件。同一通徑的三種組件安裝尺寸相同，但閥芯的結(jié)構(gòu)形式和閥套座直徑不同。三種組件均有兩個主油口A

和B、一個控制口x。103

插裝閥單元的工作狀態(tài)

記油口A、B、x的壓力分別為pA、pB、px，

作用面積分別為AA、AB、Ax，

閥芯上端復(fù)位彈簧力為Ft，當(dāng)

pxAx+Ft＞pAAA

+pBAB

時閥口關(guān)閉；當(dāng)pxAx+Ft≤pAAA+pBAB

時閥口開啟。實際工作時，閥芯的受力狀況是通過油口x的通油方式控制的。X通回油箱，閥口開啟；x與進(jìn)油口相通，閥口關(guān)閉。改變油口通油方式的閥稱為先導(dǎo)閥。1044.5.1.2先導(dǎo)閥與蓋板

先導(dǎo)閥與蓋板用來控制插裝閥控制腔的通油方式，從而控制閥口的開啟和關(guān)閉。方向閥組件的先導(dǎo)閥可以是電磁滑閥，也可以是電磁球閥。有時還設(shè)置防止壓力沖擊的緩沖閥和選擇壓力的梭閥。壓力閥組件的先導(dǎo)閥包括遠(yuǎn)程調(diào)壓閥、電磁滑閥等。流量閥組件的先導(dǎo)閥除電磁滑閥外，還需在蓋板上裝閥芯行程調(diào)節(jié)桿，以限制、調(diào)節(jié)閥口開度的大小。1054.5.1.3插裝閥的應(yīng)用

單向閥將方向閥組件的控制口通過閥塊和蓋板上的通道與油口A或B直接溝通，可組成單向閥。二通閥由一個二位三通電磁滑閥控制方向閥組件控制腔的通油方式，可組成二位二通閥。1064.5.1.3插裝閥的應(yīng)用三通閥

由兩個方向閥組件并聯(lián)而成，對外形成一個壓力油口、一個工作油口和一個回油口。三通插裝閥的工作狀態(tài)數(shù)取決于先導(dǎo)換向閥的工作位置數(shù)。

四通閥由兩個三通閥并聯(lián)而成先導(dǎo)閥可以是一個三位四通換向閥，見動畫。先導(dǎo)閥也可以是兩個二位四通換向閥或四個二位三通換向閥，見動畫。四通插裝閥的工作狀態(tài)數(shù)取決于先導(dǎo)換向閥的工作位置數(shù)。107

4.5.1.3插裝閥的應(yīng)用——復(fù)合控制閥閥1、2、3、4與三位四通電磁閥組成三位四通換向回路，用于液壓缸的換向。閥1、2組成單向節(jié)流閥，與溢流閥共同作用用于調(diào)節(jié)液壓缸的工作速度。閥3、4與遠(yuǎn)程調(diào)壓閥組成單向順序閥，用作單向背壓閥。閥5與二位三通電磁閥和遠(yuǎn)程調(diào)壓閥組成電磁溢流閥，用于系統(tǒng)的調(diào)壓和卸載。1084.5.2疊加閥疊加閥以板式閥為基礎(chǔ)，每個疊加閥不僅起到單個