華東交通大學 液壓與氣壓傳動 §53 壓力控制閥

第五章液壓控制閥-§5.3

壓力控制閥§5.3

壓力控制閥2024/1/26第五章液壓控制閥-§5.3

壓力控制閥§5.3壓力控制閥定義：指液壓系統(tǒng)中控制油液壓力的上下或利用壓力實現(xiàn)某些動作的液壓閥，簡稱壓力閥。共同點利用閥芯上的液壓力和彈簧力平衡的原理工作。調(diào)壓彈簧端的油液直接接油箱，稱為泄漏油，以確保閥芯上液壓力與彈簧預壓縮量的近似比例關(guān)系，這個彈簧稱為調(diào)壓彈簧。調(diào)節(jié)彈簧預壓縮量，即調(diào)節(jié)了閥芯的動作壓力。2024/1/26第五章液壓控制閥-§5.3

壓力控制閥壓力控制閥的類型2024/1/26第五章液壓控制閥-§5.3

壓力控制閥-5.3.1溢流閥5.3.1溢流閥〔短片〕溢流閥：通過閥口溢流，使被控制系統(tǒng)或回路的壓力維持恒定，實現(xiàn)穩(wěn)壓、調(diào)壓或限壓作用。特別說明：溢流閥是壓力閥，不是流量閥。按結(jié)構(gòu)原理分類直動式先導式2024/1/26第五章液壓控制閥-§5.3

壓力控制閥-5.3.1溢流閥1．溢流閥的結(jié)構(gòu)及工作原理〔1〕直動式溢流閥工作原理：右圖為錐閥式直動型溢流閥，彈簧3有一定的預壓縮量。組成：閥芯、閥體、彈簧、調(diào)壓螺釘。油路連接：進口P旁接在泵的出口，回油口T接到油箱。當進口P油壓不高時：彈簧3把錐閥2壓在閥體1孔口上，閥口關(guān)閉。當進口P油壓升高到能克服彈簧3的阻力時：錐閥2被推開，即閥口翻開，進口P的油液從回油口T流回油箱，即溢流，進口P壓力亦即溢流壓力不再升高。2024/1/26第五章液壓控制閥-§5.3

壓力控制閥-5.3.1溢流閥當通過溢流閥的流量變化：彈簧壓縮量改變，即閥口開度變化，如壓縮量變化很小，可認為錐閥上液壓力和彈簧力平衡，進口P壓力根本保持定值。溢流壓力調(diào)節(jié)：改變彈簧3預壓縮量，溢流壓力得到調(diào)整。此彈簧為調(diào)壓彈簧。改變彈簧剛度，得到不同調(diào)壓范圍。右邊左圖為德國力士樂公司的DBD型錐閥式直動型溢流閥。2024/1/26第五章液壓控制閥-§5.3

壓力控制閥-5.3.1溢流閥錐閥式溢流閥的特點錐閥芯和球閥式閥芯一樣結(jié)構(gòu)簡單，密封性好，但閥芯和閥座接觸應力大?；y式閥芯用得多，但泄漏大。見右圖。直動式溢流閥的特點：①進油口處的壓力直接由彈簧調(diào)定，故稱為直動式溢流閥。②結(jié)構(gòu)簡單，靈敏度高。③當壓力較高或流量較大時：彈簧剛度大或閥芯開度大〔或閥芯直徑大〕，調(diào)節(jié)力大，且閥口開度(即彈簧壓縮量)略變化就引起較大壓力變化，僅用于低壓小流量場合。直動式溢流閥的圖形符號見右圖。2024/1/26第五章液壓控制閥-§5.3

壓力控制閥-5.3.1溢流閥〔2〕先導式溢流閥右圖為一種板式連接的先導式溢流閥的結(jié)構(gòu)原理圖。組成先導閥1：小規(guī)格直動式溢流閥，其上彈簧是調(diào)壓彈簧，較“硬〞。主閥2：閥芯3端部為錐形，有阻尼小孔R，彈簧用于閥芯復位，克服摩擦力，較“軟〞。工作原理油液進入進油口P，經(jīng)阻尼孔R到主閥彈簧腔，作用于先導閥錐閥芯(外控口X一般堵死)。2024/1/26第五章液壓控制閥-§5.3

壓力控制閥-5.3.1溢流閥進油壓力p不高時：液壓力小于先導閥彈簧預調(diào)力，其閥口關(guān)閉，閥內(nèi)油液不流動。主閥芯上下腔油壓相同，彈簧壓在閥座上，主閥口關(guān)閉。進油壓力p高到能克服先導閥彈簧預調(diào)力時：先導閥閥口翻開，進油中一小局部油液即泄漏油，經(jīng)阻尼孔R通過先導閥口與回油T一起流回油箱。阻尼孔R有油液流動，進出口有壓差(p-p′)，當壓差增大時，主閥芯能克服彈簧力上移，主閥口開啟，進口油液絕大局部從主閥口流向回油口T回油箱，實現(xiàn)溢流穩(wěn)壓。2024/1/26第五章液壓控制閥-§5.3

壓力控制閥-5.3.1溢流閥壓力調(diào)節(jié)：主閥彈簧腔壓力p′通過先導閥彈簧來調(diào)節(jié)，而進口壓力p與p′相差很小，即相當于調(diào)整了p。此彈簧是調(diào)壓彈簧。改變其剛度，得到不同調(diào)壓范圍。外控口X：也稱遠程控制口或遙控口。X接油箱：主閥彈簧腔壓力為零，只需很小壓力便可克服彈簧力使主閥口全開，油液通過主閥口回油箱的壓力損失很小，使進口壓力p接近于零，實現(xiàn)卸荷。X接遠程調(diào)壓閥：調(diào)定壓力小于先導閥調(diào)定壓力，先導閥口關(guān)閉，遠程閥口翻開，由其調(diào)壓，即遠程調(diào)壓。2024/1/26第五章液壓控制閥-§5.3

壓力控制閥-5.3.1溢流閥2024/1/26第五章液壓控制閥-§5.3

壓力控制閥-5.3.1溢流閥圖5.6為先導式溢流閥的一種典型結(jié)構(gòu)。先導式溢流閥圖形符號：當不知是直動式還是先導式溢流閥時，可用一般符號即直動式式溢流閥的圖形符號表示：2024/1/26第五章液壓控制閥-§5.3

壓力控制閥-5.3.1溢流閥先導式溢流閥特點①先導閥控制溢流壓力，主閥溢流。②先導閥通過泄漏油，流量小(額定流量1％，1～5L/min)，閥口直徑小，錐閥芯液壓力小，調(diào)壓彈簧調(diào)整輕便，適于中、高壓。③阻尼孔R：在其上有液流流動時形成主閥芯開啟壓力。阻尼孔過大，壓差(p-p′)=0，主閥芯無法動；阻尼孔堵塞，(p-p′)很大，主閥芯全開。均使溢流閥失效。阻尼孔為細長孔，直徑0.8～1.2mm，孔長8～12mm。④主閥彈簧“軟〞，流量變化引起進口壓力波動小，穩(wěn)壓性能優(yōu)于直動式溢流閥。⑤主閥開啟在先導閥開啟后，靈敏度低于直動式溢流閥。⑥遠程控制口X：實現(xiàn)遠程調(diào)壓、多級調(diào)壓和卸荷等。2024/1/26第五章液壓控制閥-§5.3

壓力控制閥-5.3.1溢流閥遠控調(diào)壓卸荷2024/1/26第五章液壓控制閥-§5.3

壓力控制閥-5.3.1溢流閥2．溢流閥的靜態(tài)特性靜態(tài)特性：指溢流閥在穩(wěn)定工作狀態(tài)下的性能。主要有：壓力-流量特性啟閉特性〔1〕直動式溢流閥的壓力-流量特性靜力學方程閥芯上的受力平衡方程略去閥芯自重Fg、摩擦力Ff和穩(wěn)態(tài)液動力Fbs進口壓力由彈簧力Fs決定。Fs變化很小時，溢流閥進口壓力恒定。2024/1/26第五章液壓控制閥-§5.3

壓力控制閥-5.3.1溢流閥實際壓力p：溢流閥工作時由于流量變化導致閥口開度xR變化，彈簧力和穩(wěn)態(tài)液動力也變化，因而進口處壓力發(fā)生微小變化，令彈簧預壓縮量為xc，彈簧剛度為ks，那么開啟壓力pc：指溢流閥剛開始溢流(即閥口將開未開，xR=0)時的進口壓力，其值為：2024/1/26第五章液壓控制閥-§5.3

壓力控制閥-5.3.1溢流閥閉合壓力pk：指溢流閥閥口完全關(guān)閉時的壓力。調(diào)定壓力pT：指隨著溢流量增加，閥芯上升，閥口開度xR加大，p值亦加大，當溢流閥通過額定流量qS時，閥芯上升到相應位置時的進口壓力。亦稱全流壓力。見圖5.7。靜態(tài)調(diào)壓偏差：指全流壓力與開啟壓力之差(pT-pc)。見圖5.7a。開啟比：開啟壓力與全流壓力之比〔pc/pT〕。溢流閥開啟比越大，靜態(tài)調(diào)壓偏差就越小，控制的壓力越穩(wěn)定。閉合比：指閉合壓力與全流壓力之比〔pk/pT〕。2024/1/26第五章液壓控制閥-§5.3

壓力控制閥-5.3.1溢流閥直動式溢流閥的“壓力-流量〞特性方程即：溢流閥溢流時通過閥口的流量q2024/1/26第五章液壓控制閥-§5.3

壓力控制閥-5.3.1溢流閥溢流特性曲線討論溢流特性曲線：指任設一xc值，得對應的開啟壓力pc值，代入“壓力-流量〞特性方程，畫出的曲線，如圖5.7，實際上一般還是通過實驗獲得的。理想的溢流特性曲線：一條在pT處平行于流量坐標的直線，即p到達pT且不管溢流量多少，壓力始終為pT。實際的溢流特性曲線：受溢流量影響，要求盡可能接近理想曲線。直動式溢流閥中流量變化對壓力的影響，約為0.2～0.4MPa。2024/1/26第五章液壓控制閥-§5.3

壓力控制閥-5.3.1溢流閥2024/1/26第五章液壓控制閥-§5.3

壓力控制閥-5.3.1溢流閥先導式溢流閥的靜力學方程仿照直動式溢流閥靜力學方程，其主閥芯上腔的除了受彈簧力FS=kS〔xc+xR〕作用外，還有先導閥前的液壓力p′A，即溢流時先導閥調(diào)整的主閥芯上端壓力p′是定值，與p值很接近，因主閥彈簧“軟〞，溢流量變化引起Fs變化小，即p變化小。先導式溢流閥的特性曲線有兩段(圖5.7a)，AB段是先導閥的p-q特性，即A點對應先導閥開啟壓力，此時先導閥剛開啟而主閥關(guān)閉；BC段是主閥的p-q特性，B點對應主閥開啟壓力。先導式溢流閥的特性曲線比起直動式的平緩得多，即開啟比比直動式的大，靜態(tài)調(diào)壓偏差也比直動式的小。2024/1/26第五章液壓控制閥-§5.3

壓力控制閥-5.3.1溢流閥〔2〕啟閉特性啟閉特性：指溢流閥開啟和閉合全過程中的p-q特性。粘滯現(xiàn)象：溢流閥閥芯所受摩擦力Ff在閥口開啟時為正，閉合時為負，方向相反，使得相同溢流量下，開啟壓力pc大于閉合壓力pk，如圖5.7b中間，實線和虛線分別為開、閉曲線，出現(xiàn)粘滯現(xiàn)象。不靈敏區(qū)：指在某溢流量下，開、閉曲線壓力坐標的差值(如pn-pn′或pc-pk)。壓力在不靈敏區(qū)升降時，閥口開度無變化。不靈敏區(qū)加大了調(diào)壓偏差和壓力波動。先導式溢流閥的不靈敏區(qū)比直動式的小。2024/1/26第五章液壓控制閥-§5.3

壓力控制閥-5.3.1溢流閥為保證溢流閥良好的啟閉特性，一般規(guī)定開啟比≥90%，閉合比≥85%。規(guī)定：把溢流閥調(diào)到全流量時的額定壓力，開啟中溢流量加大到額定流量的1%時的壓力為開啟壓力pc；閉合中溢流量減小到額定流量的1%時的壓力為閉合壓力pk。〔3〕壓力調(diào)節(jié)范圍壓力調(diào)節(jié)范圍：指調(diào)壓彈簧在規(guī)定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，壓力平穩(wěn)上升或下降、無突跳及遲滯現(xiàn)象時的最大和最小調(diào)定壓力，如圖5.7b。一般分為0.6～8、4～16、8～20、16～32MPa，實現(xiàn)四級調(diào)壓。2024/1/26第五章液壓控制閥-§5.3

壓力控制閥-5.3.1溢流閥〔4〕額定流量額定流量：指溢流閥的最大允許流量。額定流量下溢流閥應無噪聲。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%。〔5〕壓力損失和卸載壓力壓力損失：指調(diào)壓彈簧預壓縮量為零且閥的流量為額定值時，溢流閥的進口壓力值。卸載壓力：指先導式溢流閥遠程控制口通油箱且閥的流量為額定值時，溢流閥的進口壓力值。壓力損失略大于卸載壓力，因主閥上腔油液要經(jīng)先導閥回油箱，液流阻力稍大。但兩種情況進口壓力只克服主閥彈簧力和液動力，都很小，小于0.5MPa。2024/1/26第五章液壓控制閥-§5.3

壓力控制閥-5.3.1溢流閥〔6〕壓力超調(diào)量壓力超調(diào)量：指溢流閥由卸荷突然變?yōu)轭~定壓力工況或由零流量變?yōu)轭~定壓力、額定流量工況，由于閥芯慣性、粘性摩擦及油液壓縮性影響，進口壓力先迅速上升到一峰值pmax，衰減波動后穩(wěn)定為額定壓力值ps，峰值pmax與額定壓力值ps之差值Δp。壓力超調(diào)量是溢流閥動態(tài)性能的一種描述，一般限制超調(diào)量不得大于額定值的30%。圖5.8為溢流閥由零壓力、零流量過渡為額定壓力、額定流量的動態(tài)性能曲線。2024/1/26第五章液壓控制閥-§5.3

壓力控制閥-5.3.1溢流閥3．溢流閥的要求及應用對溢流閥要求：調(diào)壓范圍大，調(diào)壓偏差小，壓力振擺小，動作靈敏，過流能力大，噪聲小。溢流閥的應用①溢流閥，穩(wěn)壓。②平安閥，過載保護。③背壓閥，接系統(tǒng)回油路，形成回油阻力，使執(zhí)行元件運動平穩(wěn)。2024/1/26第五章液壓控制閥-§5.3

壓力控制閥-5.3.2減壓閥5.3.2減壓閥減壓閥：指是利用液流流過縫隙產(chǎn)生壓力損失原理，使其出口壓力低于進口的壓力控制閥。用于支路需比主系統(tǒng)低且穩(wěn)定的壓力的場合。如夾緊支路、控制支路或潤滑支路。分類按調(diào)節(jié)要求分：定值減壓閥：應用廣，就是常說的減壓閥。定差減壓閥：進出口壓力差恒定，常與別的閥聯(lián)用。定比減壓閥：進出口壓力成比例。按結(jié)構(gòu)原理分：直動式：應用少先導式：應用多2024/1/26第五章液壓控制閥-§5.3

壓力控制閥-5.3.2減壓閥1．減壓閥的工作原理和結(jié)構(gòu)直動式減壓閥工作原理原始狀態(tài)：閥口全開，進、出口溝通。出口壓力油引至閥芯底部與彈簧力平衡。當出口壓力小于彈簧調(diào)定壓力時：閥芯不動，閥口全開，減壓閥不工作。當出口壓力達彈簧調(diào)定壓力時：閥芯上移，閥口關(guān)小，減壓閥工作。忽略其它阻力，僅考慮閥芯上液壓力和彈簧力平衡，出口壓力p2由彈簧預壓縮量調(diào)定，低于進口壓力。減壓閥進出口均為壓力油，其彈簧腔的泄漏油L須單獨接油箱2024/1/26第五章液壓控制閥-§5.3

壓力控制閥-5.3.2減壓閥減壓閥工作的動態(tài)調(diào)節(jié)p2↓→閥芯下移→閥口↑→閥口阻力↓→壓降↓→p2上升到調(diào)定值p2↑→閥芯上移→閥口↓→閥口阻力↑→壓降↑→p2回下降到調(diào)定值直動式減壓閥圖形符號

直動式減壓閥圖形符號2024/1/26第五章液壓控制閥-§5.3

壓力控制閥-5.3.2減壓閥先導式減壓閥的工作原理類似先導式溢流閥先導閥：小規(guī)格直動式溢流閥。主閥：開有阻尼小孔的減壓閥。有外控口X：可遠程調(diào)壓或多級壓力控制。先導式減壓閥的圖形符號(圖5.10b)減壓閥的通用圖形符號同直動式減壓閥2024/1/26第五章液壓控制閥-§5.3

壓力控制閥-5.3.2減壓閥減壓閥減壓的特點閥不工作時的p2值：與負載有關(guān)p2＜調(diào)定壓力→閥口全開→p2=p1；進口壓力p1＜調(diào)定壓力→閥口全開→p2=p1；出口接油箱和負載壓力為零時，p2=0；因閥口是全開的，進口壓力p1=0。閥工作時的p2值：與負載無關(guān)

p2＝調(diào)定壓力→閥口關(guān)小→p2＜p1。2024/1/26第五章液壓控制閥-§5.3

壓力控制閥-5.3.2減壓閥減壓閥和溢流閥的不同點①減壓閥：出口壓力控制，保證出口壓力為定值；溢流閥：進口壓力控制，保證進口壓力為定值。②閥不工作時減壓閥：進、出口完全溝通且壓力相等。溢流閥：進、出口那么不通。③泄油口L減壓閥：進、出口是壓力油，泄漏油需單獨外接油箱。溢流閥：出油口通油箱，泄漏油可在閥體內(nèi)和出油口連④遙控口：和先導式溢流閥一樣，遙控口接溢流閥，可進行壓力遙控或多級壓力控制。2024/1/26第五章液壓控制閥-§5.3

壓力控制閥-5.3.2減壓閥2．靜態(tài)特性理想的減壓閥在進口壓力、流量變化或負載增加，出口壓力p2總是穩(wěn)定不變的。實際上p2是隨p1、q的變化或負載的增大有所變化，故減壓閥的靜態(tài)特性主要有p1-p2和p2-q特性。如圖5.9a直動式減壓閥，忽略減壓閥閥芯自重、摩擦力和穩(wěn)態(tài)液動力，設xc為當閥芯開口xR=0時的彈簧的預壓縮量，A為閥芯的工作面積，那么閥芯力平衡方程為2024/1/26第五章液壓控制閥-§5.3

壓力控制閥-5.3.2減壓閥2024/1/26第五章液壓控制閥-§5.3

壓力控制閥-5.3.2減壓閥減壓閥靜態(tài)特性曲線p2-p1特性曲線：各曲線拐點是閥芯動作開始點，對應壓力p2為該曲線調(diào)定壓力，當出口壓力p2小于調(diào)定壓力時，p2=p1，當出口壓力p2大于調(diào)定壓力時，p2=const。p2-q特性曲線：當p1=const，隨q增加，p2略下降，p1越大那么p2下降越少(圖中p1max)，但下降不多，且p2可調(diào)。當出口無油液輸出時：出口壓力恒定。對先導式減壓閥：少量油液通過減壓閥開口經(jīng)先導閥和泄油口回油箱，保持閥處于工作狀態(tài)。2024/1/26第五章液壓控制閥-§5.3

壓力控制閥-5.3.2減壓閥3．應用減壓閥用在液壓系統(tǒng)中獲得壓力低于系統(tǒng)壓力的二次油路上夾緊回路潤滑回路控制回路2024/1/26第五章液壓控制閥-§5.3

壓力控制閥-5.3.3順序閥5.3.3順序閥順序閥：指用壓力控制原理控制多執(zhí)行元件動作順序的壓力閥。即用壓力來控制閥口通斷。1．工作原理原始狀態(tài)：進出口不通。壓力油由P1引至控制活塞6，閥芯5受向上推力。進口油壓較低時：閥芯處于最下位，進、出口不通。進口油壓增至預調(diào)值：閥芯液壓力壓縮彈簧上移，閥口開啟。2024/1/26第五章液壓控制閥-§5.3

壓力控制閥-5.3.3順序閥順序閥分類按結(jié)構(gòu)不同分直動式先導式：類似先導式溢流閥，也有遙控口X。差異：溢流閥：出口壓力為零，泄漏油內(nèi)部連通回油口；順序閥：出口有壓力，泄漏油單獨引回油箱。順序閥：控制活塞直徑小，閥芯推力小，彈簧較軟，可用于高壓。按控制油來源分：內(nèi)控、外控按泄油方式分：外泄、內(nèi)泄內(nèi)控內(nèi)泄內(nèi)控外泄外控內(nèi)泄外控外泄2024/1/26第五章液壓控制閥-§5.3

壓力控制閥-5.3.3順序閥內(nèi)控內(nèi)泄內(nèi)控外泄外控內(nèi)泄外控外泄2024/1/26第五章液壓控制閥-§5.3

壓力控制閥-5.3.3順序閥順序閥特點進口順序閥：開啟壓力一定，開啟前進出口不通；開啟后進口壓力可進一步上升。溢流閥：開啟壓力一定，開啟前進出口不通；開啟后，進口壓力恒定。出口順序閥：接二次油路、有壓力。溢流閥：接油箱、無壓力。泄油口順序閥：外泄型要單獨泄油口。溢流閥：與回油口接通。2024/1/26第五章液壓控制閥-§5.3

壓力控制閥-5.3.3順序閥轉(zhuǎn)換順序閥可作溢流閥，內(nèi)控內(nèi)泄式即溢流閥；溢流閥不可作順序閥。內(nèi)控式順序閥p1＜設定壓力→閥口關(guān)閉p1

≥設定壓力→閥口開啟外控式順序閥閥口開啟與否與p1無關(guān)，僅取決控制壓力大小。順序閥主要性能：與溢流閥相仿，但為使執(zhí)行元件準確實現(xiàn)順序動作，要求調(diào)壓偏差小，故調(diào)壓彈簧剛度小。關(guān)閉狀態(tài)內(nèi)泄漏要小。2024/1/26第五章液壓控制閥-§5.3

壓力控制閥-5.3.3順序閥2．應用①作順序閥：控制多執(zhí)行元件順