液压与气压传动.ppt

华北水利水电学院机械学院,液压与气压传动,第五章液压控制阀,第一节概述,一、作用控制液压系统中流体的压力、流量和流动方向，使之满足各类执行元件不同的动作要求。二、用途广泛应用于液压系统，品种繁多。,三、分类,1、按功用分1）压力控制阀压力阀控制油路的压力，实现执行机构对力或力矩的要求。,第一节概述,2）流量控制阀流量阀控制油路的流量，实现执行机构对运动速度的要求。3）方向控制阀方向阀控制油路中液流的方向，实现执行机构对运动方向的要求。,2、按控制方式分1）开关阀，又称为普通液压阀。2）伺服控制阀，输入多为偏差信号，多用于要求精度高、响应快的闭环系统。3）比例控制阀，多用于开环系统中。4）数字控制阀，用数字信息直接控制。3、按阀芯结构形式分滑阀、锥阀、球阀。,第一节概述,4、按连接方式分螺纹连接阀、法兰连接阀、板式连接阀、叠加式连接阀、插装式连接阀。,四、（一般）工作原理利用阀芯在阀体内与阀体孔的相对运动来控制阀口的通断和开口的大小。所有阀的阀口大小、进出口间的压差和通过阀的流量之间均符合孔口流量公式,五、阀的性能参数（共同的性能参数）1公称通经，代表阀的通流能力，对应于阀的额定流量，与之连接的油路规格应与之相一致，工作的实际流量最大不得大于额定流量的1.1倍。2额定压力，长期工作的允许最高压力。,第二节压力控制阀,常见的压力控制阀有溢流阀、减压阀、顺序阀、压力继电器等。一、溢流阀（直动式和先导式）功用通过阀口的溢流，控制系统或回路的压力，从而实现稳压和限压的作用。这类阀的共同特点是利用油液压力和弹簧力相平衡的原理进行工作。1、直动式溢流阀,第二节压力控制阀,没有偏流盘时,有了偏流盘，射流力可以抵消弹簧力的增量。,第二节压力控制阀,2、先导式溢流阀组成由先导阀和主阀两部分，结构常见的有三节同心式和二节同心式。三节同心式的结构和工作原理,第二节压力控制阀,受力分析主阀芯力平衡方程,先导阀芯力平衡方程,所以，,由于，,第二项的影响很小。,第二节压力控制阀,3、溢流阀的特性1静态性能指标压力调节范围是指调压弹簧在规定的范围内调节时，系统压力平稳地（压力无突跳及迟滞现象）上升或下降的最大和最小调定压力。启闭特性是指溢流阀从开启到闭合过程中，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。卸荷压力当溢流阀作卸荷阀使用时，额定流量下进、出油口的压力差称为卸荷压力。,第二节压力控制阀,2动态性能指标,当溢流阀的溢流量由零阶跃变化至额定流量时，其进口压力（及其控制的系统压力）将迅速升高并超过额定压力的调定值，然后逐步衰减到最终稳定压力，从而完成其动态过渡过程。,最大允许流量和最大稳定流量溢流阀在最大允许流量下工作时应无噪声。溢流阀的最小稳定流量取决于对压力平稳性的要求，一般规定为额定流量的15％。,第二节压力控制阀,压力超调量定义最高瞬时压力峰值与额定压力调定值pn的差值为压力超调量Δp。,响应时间t1是指从起始稳态压力与最终稳态压力之差的10％上升到90％的时间，即图中A、B两点间的时间间隔。,过渡时间t1t2是指从A点到瞬时过渡过程的最终时刻C点之间的时间。C点以后的压力波形应落在图中给定的0.95～1.05pn-p0限制范围内；否则，C点应后滞，直到满足要求为止。,第二节压力控制阀,升压时间Δt1是指流量阶跃变化时，0.1～0.9pn-p0的时间，即图中A和B两点间的时间。卸荷时间Δt2是指卸荷信号发出后，0.9～0.1pn-p0的时间，即C和D两点间的时间。,第二节压力控制阀,4、溢流阀的用途定压溢流作用在定量泵节流调节系统中，定量泵提供的是恒定流量。当系统压力增大时，会使流量需求减小。此时溢流阀开启，使多余流量溢回油箱，保证溢流阀进口压力，即泵出口压力恒定。,安全保护作用系统正常工作时，阀门关闭。只有负载超过规定的极限（系统压力超过调定压力）时开启溢流，进行过载保护，使系统压力不再增加（通常使溢流阀的调定压力比系统最高工作压力高10％～20％）。这种系统中的溢流阀我们称之为安全阀。,其它作卸荷阀用、作远程调压阀、作高低压多级控制阀、作顺序阀、用于产生背压（串在回油路上）。,第二节压力控制阀,5、对溢流阀的要求1）定压精度高，即静压力超调要小。2）灵敏度高，即负载压力和流量变化时，溢流阀动作灵敏，越灵敏，其动态超调量越小。3）工作平稳，振动、噪声小4）阀关闭时，密封好，泄漏小。,第二节压力控制阀,二、减压阀作用使出口压力低于进口压力。分类定值减压阀（定压输出减压阀）、定差减压阀和定比减压阀三种。,（一）定值减压阀作用输出稳定的低压油定值减压阀有直动型和先导型两种结构形式。先导型定值减压阀又有“出口压力控制式“和“进口压力控制式“两种控制方式。1、先导型定值减压阀的结构原理,第二节压力控制阀,第二节压力控制阀,先导阀和主阀的力平衡方程,第二节压力控制阀,2、先导型减压阀和先导型溢流阀的不同点（1）减压阀保持出口压力基本不变，溢流阀打开时保持入口压力基本不变。（2）为保证减压阀正常工作，它的导阀弹簧腔区通过泄油口单独外接油箱（称为外卸），溢流阀的出油口通油箱，它的导阀弹簧腔和泄漏油可通过阀体上的通道和出油口接通，不必单独外接油箱（称为内卸）。,（二）定差减压阀,作用使进出口压力差保持为定值。工作原理,第二节压力控制阀,用途举例将定差减压阀的进出口分别与节流阀两端相连，可使节流阀两端压差保持恒定，通过节流阀的流量将基本不受外界负载变动的影响。,第二节压力控制阀,三、顺序阀功用以系统压力为信号使多个执行元件自动的按先后顺序动作。根据控制压力来源的不同，有内控式和外控式之分。其结构有直动型和先导型之分。直动型顺序阀用于低压系统先导型顺序阀用于高压系统1、先导型顺序阀结构原理,第二节压力控制阀,第二节压力控制阀,2、各种顺序阀的职能符号,3、顺序阀的应用1）使两个或两个以上的执行元件按一定的顺序工作。2）作背压阀用。3）单向顺序阀可作为平衡阀用。4）液控顺序阀可作卸荷阀用。,第二节压力控制阀,四、溢流阀、减压阀和顺序阀三者的比较,第二节压力控制阀,五、压力继电器作用利用液体的压力来启闭电气触点的液压电气转换元件。当系统压力达到压力继电器的调定值时，发出电信号，使电气元件动作，使油路卸压、换向，执行元件实现顺序动作，或关闭电动机使系统停止工作，起安全保护作用等。,柱塞式压力继电器工作原理,分类柱塞式、膜片式、弹簧管式和波纹管式四种结构形式。,第二节压力控制阀,应用场合1、用于安全保护。2、控制执行元件的顺序动作。3、用于泵的启闭。4、用于泵的卸荷。,注意事项压力继电器必须放在压力有明显变化的地方才能输出电信号。若将压力继电器放在回油路上，由于回油路直接接回油箱，压力也没有变化，所以压力继电器也不会工作。,第五章液压控制阀,第三节流量控制阀,流量控制阀通过改变节流口通流面积或通流通道的长短来改变局部阻力的大小，实现对流量的控制。流量控制阀是节流调速系统中的基本调节元件。在定量泵供油的节流调速系统中，必须将流量控制阀与溢流阀配合使用，以便将多余的流量流回油箱。流量控制阀包括节流阀、调速阀、溢流节流阀和分流集流阀等。,一、节流阀（一）节流阀的工作原理,第三节流量控制阀,（二）流量特性,通过节流阀的流量及其前后压差的关系可表示为,对薄壁孔，,对细长孔，,第三节流量控制阀,（三）节流口堵塞及最小稳定流量,节流阀在小开口下工作时，特别是进出口压差较大时，虽然不改变油温和阀的压差，但流量会出现时大时小的脉动现象，开口越小，脉动现象越严重，甚至在阀口没有完全关闭时就完全断流。这种现象称为节流口堵塞。,产生堵塞的主要原因1、油液中的机械杂质或因氧化析出的胶质、沥青、炭渣等污物堆积在节流缝隙处；2、由于油液老化或受到挤压后产生带电的极化分子，节流缝隙的金属表面上存在电位差，极化分子被吸附到缝隙表面，形成牢固的边界吸附层，吸附层的厚度一般为5～8μm，影响节流缝隙的大小。以上堆积、吸附物增长到一定厚度时，会被液流冲刷掉，随后又重新吸附在阀口上。这样周而复始，就形成流量的脉动；,第三节流量控制阀,3、阀口压差较大时，因阀口温升高，液体受挤压的程度增强，金属表面也更易受摩擦作用而形成电位差，因此压差大时容易产生堵塞现象。,减轻堵塞现象的措施1、选择水力半径大的薄刃节流口；2、精密过滤并定期更换油液；3、适当选择节流口前后的压差；4、采用电位差较小的金属材料、选用抗氧化稳定性好的油液、减小节流口的表面粗糙度等，都有助于缓解堵塞的产生。,（四）节流阀的应用,第三节流量控制阀,节流阀的流量不仅取决于节流口面积的大小，还与节流口前后压差有关，阀的刚度小，故只适用于执行元件负载变化很小和速度稳定性要求不高的场合。,对于执行元件负载变化大及对速度稳定性要求高的节流调速系统，必须对节流阀进行压力补偿来保持节流阀前后压差不变，从而达到流量稳定。,固定式节流阀（节流口大小不能调整）－用于改变流量。可调式节流阀（特点不易堵塞，流量不稳定）－用于速度较低的液压系统。可调式单向节流阀（特点流量不稳定）－用于需要单向节流阀调整，反向快速运动的场合。,第三节流量控制阀,二、调速阀,节流阀和定差减压阀串联，就可构成高稳定性的调速阀。,（一）工作原理,第三节流量控制阀,调速阀装在进油路上，回油路上或旁油路上都可以达到改善速度负载特性使速度稳定性最高的目的。,三、分流集流阀分流集流阀是分流阀、集流阀和分流集流阀的总称。分流阀的作用使液压系统中由同一个能源向两个执行元件供应相同的流量（等量分流），以实现两个执行元件的速度保持同步或定比关系。集流阀的作用从两个执行元件收集等流量或按比例的回油量，以实现其间的速度同步或定比关系。分流集流阀则兼有分流阀和集流阀的功能。它们的图形符号分别为,第三节流量控制阀,四、单路稳流阀,单路稳流阀的特点在输入流量变化时，能保证单路输出稳定流量。是一种工程机械常用的专用分流阀，常应用于叉车和装载机的转向系统。（一）单泵单路稳流阀特点稳流精度高，发热大，只适用于小功率工程机械。（二）双泵单路稳流阀特点有两个液压泵供油，保证一条油路有稳定的流量。用途广泛用于大、中型铰接装载机的转向系统。,第五章液压控制阀,第四节方向控制阀,方向控制阀是用来改变液压系统中各油路之间液流通断关系的阀类。如单向阀、换向阀及压力表开关。,一、单向阀单向阀包括普通单向阀和液控单向阀。（一）普通单向阀结构和工作原理,第四节方向控制阀,对单向阀的要求主要1、通过液流时压力损失要小，反向截止时密封性要好；2、动作灵敏，工作时无撞击和噪声。,主要用途1、选择液流方向。2、区分高低压油。3、保护泵正常工作（防止压力突然增高，反向传给泵，造成反转或损坏）。4、泵停止供油时，保护缸中活塞的位置。5、作背压阀用，提高执行元件的运动平稳性（背压作用－保持低压回路的压力）。,第四节方向控制阀,（二）液控单向阀结构和工作原理,第四节方向控制阀,液控单向阀按结构特点可分为简式（a）和卸载式（b）两类。卸载式的特点是带有卸载阀，当控制活塞上移时先顶开卸载阀的小阀芯3，使主油路卸压，然后再顶开单向阀芯。这样可大大减小控制压力，使控制压力与工作压力之比降低到4.5％，因此可用于压力较高的场合。,工程机械中常采用双液控单向阀，称为双向液压锁，它将两个液控单向阀布置在同一个阀体内，能够完成其中一个油腔进油时，另一个油腔出油的功能。,第四节方向控制阀,二、换向阀,换向阀是借助于阀芯与阀体之间的相对运动，使之与阀体相连的各油路实现接通、切断，或改变液流方向的阀类。对换向阀的基本要求1、液流通过阀时压力损失小（一般Δp0.1～0.3MPa）；2、互不相通的液流间的泄漏小；3、换向可靠、迅速且平稳无冲击。,换向阀的分类,第四节方向控制阀,（一）、滑阀式换向阀１、结构形式与外部连接的孔称为“通”，阀芯相对于阀体的不同工作位置称为“位”。,第四节方向控制阀,第四节方向控制阀,2、中位机能（滑阀机能）三位四通和三位五通换向阀，滑阀在中位时各油口的连通方式称为中位机能。不同机能的滑阀，其阀体是通用件，而区别仅在于阀芯台肩结构、轴向尺寸及阀芯上径向通孔的个数。,第四节方向控制阀,第四节方向控制阀,第四节方向控制阀,3、滑阀式换向阀－操纵方式1）手动换向阀,第四节方向控制阀,2）机动换向阀（又称行程阀，常采用挡铁、凸轮结构）机动换向阀用来控制机械运动部件的行程，故又称行程换向阀。它利用挡铁或凸轮推动阀芯实现换向。,第四节方向控制阀,3）电磁换向阀电磁换向阀是利用电磁铁吸力推动阀芯来改变阀的工作位置。由于它可借助于按钮开关、行程开关、限位开关、压力继电器等发出的信号进行控制，所以易于实现动作转换的自动化。,（1）阀用电磁铁分类根据所用的电源不同，分为交流型（110V、220V、380V）、直流型（12V、24V、110V）和本整型（即交流本机整流型）三种。根据电磁铁的铁芯和线圈是否浸油而分为干式、湿式和油浸式三种。,第四节方向控制阀,（2）电磁换向阀的典型结构,第四节方向控制阀,4）电液换向阀,电液动换向阀由电磁换向阀和液动换向阀组合而成。其中电磁换向阀起先导作用，液动换向阀起主阀作用。,液压对中的最大优点是回中位可靠性好，但其结构较复杂，轴向尺寸长。,