9月锅炉液压缸（左，右）(国电泉州热电有限公司)询价采购公告-采购与招标网()
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&&&&&&采购类型：询价采购日常采购发布时间X-X-XXX采购单号X-GKXJ-X物流配送方式：送货到厂交货时间X-X-XXX截止时间X-X-XXX发布人：X单名称X月锅炉液压X支付方式：电汇联X公司上海X公司物资类别：锅炉主机备品备件,锅炉辅机设备及备品备件,火电通用-风机设备及备品备件,火电通用-压力容器及备品备件,其他通用物资备注X、报价需含5%平台服务费，请下载附件中报价须知，如有疑问请来电询问。2、报价单位报价前必须了解电厂现场使用工况,项目信息中有电厂物资及专业联系人电话供咨询有关项目信息。如因报价人未确认现场工况而造成报价失误的，采购方有权要求报价人按其所报价格执行合同。如报价人拒绝按其所报价格执行，则按拒单处理并按供应商管理办法对其进行考核。3、根据泉州电厂要求，合同金额超过XX的，必须留X%质保金至验收后1年无质量问题后支付。因系统中发布的付款方式无法修改，涉及到有质保金的以本条备注为准。4、中标单位缴纳中标服务费后与项目单位直接签订购销合同。所有订单确认后请及时与电厂确认并安排供货泉州电厂目前规定5X以下可不签合同，以系统订单为准执行；5X及以上的订单后需签订购销合同。5、交货时必须提供中文装箱清单，清单要求必须与合同清单一致，否则需方有权拒绝验收！鉴于大量出现韵达，圆通等快递货物不能到厂的情况，请使用快递发货的各供应商发货时选请择顺丰，EMS等能送到厂的物流。否则出现收不到货或货物丢失的情况，后果自行承担。6、直接与电厂结算的订单项目，请将发票与货物一起送达电厂。
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液压与气压传动4
液压与气压传动本章主要内容：4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9 阀的概述 阀心的结构和性能 常用液压控制阀 常用气动控制阀 液压叠加阀、插装阀和多路阀 电液伺服控制阀 电液比例控制阀 气动比例/伺服、*数字控制阀 气动逻辑控制元件第四章 控制元件Chapter 4 控制元件
School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院液压与气压传动 目的任务:第四章 控制元件了解液压与气压传动中各种控制元件的功用、工作原理、 结构形式和性能特点； 掌握主要控制元件的控制机制及其特性分析方法。重点难点:换向阀的位、通、滑阀机能的概念； 先导式溢流阀的结构、工作原理、特性； 减压阀、溢流阀的区别； 调速阀的结构、工作原理、特性； 比例阀与普通阀的区别； 各种控制阀符号的含义。School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院液压与气压传动Part 4.1 阀的概述第四章 控制元件阀是用来控制系统中流体的流动方向或调节其压力和流量的 阀有三大类：方向阀、压力阀和流量阀 。 ?压力阀和流量阀利用通流截面的节流作用控制系统的压力 和流量。 ?方向阀则利用通流通道的更换控制流体的流动方向。 在结构上，所有的阀都由阀体、阀心（座阀或滑阀）和驱 使阀心动作的元、部件（如弹簧、电磁铁）组成。 在工作原理上，所有阀的开口大小，进、出口间的压差以 及流过阀的流量之间的关系都符合孔口流量公式，仅是各种 阀控制的参数各不相同而已。School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院阀可按不同的特征进行分类!液压与气压传动表4-1 阀的分类分类方法 种 类第四章 控制元件详 细 分 类 溢流阀、减压阀、顺序阀、卸荷阀、平衡阀、比例压 力控制阀、缓冲阀、仪表截止阀、限压切断阀、压力 继电器等 节流阀、单向节流阀、调速阀、分流阀、集流阀、比 例流量控制阀、排气节流阀等 单向阀、液控单向阀、换向阀、行程减速阀、充液阀、 梭阀、比例方向控制阀、快速排气阀、脉冲阀等 圆柱滑阀、旋转阀、平板滑阀压力控制阀 按机能分类 流量控制阀 方向控制阀 滑阀 按结构分类座阀射流管阀 喷嘴挡板阀锥阀、球阀单喷嘴挡板阀、双喷嘴挡板阀东南大学机械工程学院School of Mechanical Engineering液压与气压传动分类方法 种 手动阀 机动阀 按操纵 方法分类 类 挡块及碰块、弹簧 液动阀、气动阀 电液动阀、电气动阀第四章 控制元件详 细 分 类 手把及手轮、踏板、杠杆液/气动阀电液/气动阀 电动阀 管式连接普通/比例电磁铁控制、力马达/力矩马达/步进电动 机/伺服电动机控制 螺纹式连接、法兰式连接 单层连接板式、双层连接板式、整体连接板式、叠加 阀、多路阀 螺纹式插装（二、三、四通插装阀）、盖板式插装 （二通插装阀）按连接 方法分类板式/叠加式连接 插装式连接School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院液压与气压传动分类方法 种比例阀 按控制 方法分类第四章 控制元件详 细 分 类电液比例压力阀、电液比例流量阀、电液比例换向 阀、电液比例复合阀、电液比例多路阀；气动比例 压力阀、气动比例流量阀类伺服阀单、两级（喷嘴挡板式、滑阀式）电液流量伺服阀 、三级电液流量伺服阀、电液压力伺服阀、气液伺 服阀、机液伺服阀、气动伺服阀数字控制压力阀、数字控制流量阀与方向阀 方向控制阀、顺序阀、限速切断阀、逻辑元件 溢流阀、减压阀、节流阀、调速阀、各类电液控制 阀（比例阀、伺服阀）数字控制阀 按输出参 数可调节 性分类 开关控制阀 输出参数连 续可调的阀School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院液压与气压传动Part 4.1.1 阀性能的基本要求第四章 控制元件系统中所用的阀，应满足如下要求： ? 动作灵敏，使用可靠，工作时冲击和振动小，噪 声小，寿命长。 ? 流体流过时压力损失小。 ? 密封性能好。 ? 结构紧凑，安装、调整、使用、维护方便，通用 性大。School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院液压与气压传动Part 4.2 阀心的结构和性能第四章 控制元件表4-2 阀口的形式及其通流截面的计算公式 类 型 滑阀式① 阀 口 形 式 通流截面计算公式A ? πDxA=nwx n为槽数x ? ? R? 2 ? 2 ) ? ( R ? x ) ? 2R x ? ( x ) ? A ? 2? R 2 arccos( ? R 2 2 2 ? ? ? ?东南大学机械工程学院滑阀式错位孔式School of Mechanical Engineering液压与气压传动类 型 阀 口 形 式A? n三角槽式第四章 控制元件通流截面计算公式?2 x 2 tan2?n为槽数A ? nR 2 arccosR? x ? ( R ? x ) 2 Rx ? x2 R或弓形孔式R2 A?n (? ? sin? ) ； 以弧度计 ? 2n为孔数wx ? , w ? 2 tan x 2 2偏心槽式A?x ? e 2 ? R2 ? 2eRcos? ? RSchool of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院液压与气压传动斜槽式第四章 控制元件A ? wx sin ?旋旋槽式A ? Rw?转楔式A ? w( 1 ? cosα)Rcotθ①滑阀式的阀口，当阀心在中间位Z时，如沉割槽宽度B大于阀心凸肩宽度b，即B＞b，则 表示有正预开口；b=B，为零开口；b＞B，为正遮盖（即负预开口）。School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院液压与气压传动Part 4.2.1 液动力第四章 控制元件很多液压阀采用滑阀式结构。滑阀的阀心 移动、改变阀口的开口大小或启闭时控制 了液流，同时也产生着液动力。 液动力对液压阀的性能起着重大的影响。 液动力有稳态液动力和瞬态液动力两种。School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院液压与气压传动稳态液动力稳态液动力是阀心移动完毕，开口固定之 后，液流流过阀口时因动量变化而作用在 阀心上的力。图4-1所示为油液流过阀口的 两种情况。取阀心两凸肩间的容腔中的液 体作为控制体，对它列写动量方程，据式 （1-44），可得这两种情况下的轴向液动 力都是Fbs=ρqvcosΦ，其方向都是促使阀口 关闭的。据式（1-91）和式（1-92），并注意 2 到 A0 ? w cr2 ? xV ，上式可写成第四章 控制元件Fbs ? 2C dC v w c ? x ?p cos ?2 r 2 V图4-1 滑阀的稳态液动力a）液流流出阀口 b）液流流入阀口东南大学机械工程学院（4-1）School of Mechanical Engineering液压与气压传动第四章 控制元件稳态液动力对滑阀性能的影响是加大了操纵滑阀所需的力。例如， 当Cd=0.7，Cv=1，cr=0，w=1cm，Φ=69°，Δp=10MPa， xv=0.101cm 时，稳态轴向液动力Fbs≈50N。在高压大流量情况下， 这个力将会很大，使阀心的操纵成为突出的问题。这时必须采取措 施补偿或消除这个力。图4-2a所示为采用特种形状的阀腔；图4-2b所示为在阀套上开斜 孔，使流出和流入阀腔液体的动量互相抵消，从而减小轴向液动力； 图4-2c所示为改变阀心的颈部尺寸，使液流流过阀心时有较大的压 降，以便在阀心两端面上产生不平衡液压力，抵消轴向液动力等， 都是在实践中使用过的具体例子。 稳态液动力要使阀口关闭，相当于一个复位力，故它对滑阀性能的 另一影响是使滑阀的工作趋于稳定。School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院液压与气压传动第四章 控制元件图4-2 稳态液动力的补偿法a）特种形状阀腔 b）阀套开斜孔 c）液流产生压降School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院液压与气压传动瞬态液动力瞬态液动力是滑阀在移动过 程中（即开口大小发生变化 时）阀腔中液流因加速或减 速而作用在阀心上的力 。 瞬态液动力只与阀心移动速 度有关（即与阀口开度的变 化率有关），与阀口开度本 身无关。第四章 控制元件图4-3 瞬态液动力a）开口加大，液流流出阀口 b）开口加大，液流流入阀口School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院液压与气压传动第四章 控制元件图4-3所示为阀心移动时出现瞬态液动力的情况。当阀口开度发生变 化时，阀腔内长度为l 那部分油液的轴向速度亦发生变化，也就是 出现了加速或减速，于是阀心就受到了一个轴向的反作用力Fbt，这 就是瞬态液动力。很明显，若流过阀腔的瞬时流量为q，阀腔的截 面积为As，阀腔内加速或减速部分油液的质量为m0，阀心移动的速 度为v，则有d( As v ) dv dv dq Fbt ? ? m0 ? ? ?As l ? ? ?l ? ? ?l dt dt dt dt（4-2）据式（1-92）和等式Ao=wxv，当阀口前后的压差不变或变化不大 时，流量的变化率dq/dt为。dx dq 2 ? Cd w ?p V dt ? dtSchool of Mechanical Engineering代入式（4-2），得东南大学机械工程学院液压与气压传动瞬态液动力公式第四章 控制元件滑阀上瞬态液动的方向， 视油液流入还是流出阀腔 而定。dxV F ? ?C wl 2 ??p bt d dt（4-3）图4-3a中油液流出阀腔，则阀口开度加大时长度为l 的那部分油液 加速，开度减小时油液减速，两种情况下瞬态液动力作用方向都与 阀心的移动方向相反，起着阻止阀心移动的作用，相当于一个阻尼 力。这时式（4-3）中的l 取正值，并称之为滑阀的“正阻尼长度”。 反之，图4-3b中油液流入阀腔，阀口开度变化时引起液流流速变化 的结果，都是使瞬态液动力的作用方向与阀心移动方向相同，起着 帮助阀心移动的作用，相当于一个负的阻尼力。这种情况下式（43）中的l 取负值，并称之为滑阀的“负阻尼长度”。School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院液压与气压传动第四章 控制元件滑阀上的“负阻尼长度”是造成滑阀工 作不稳定的原因之一。 滑阀上如有好几个阀腔串联在一起，阀 心工作的稳定与否就要看各个阀腔阻尼 长度的综合作用结果而定。School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院液压与气压传动Part 4.2.2 卡紧力第四章 控制元件一般滑阀的阀孔和阀心之间有很小的缝隙，当缝隙中有油液 时，移动阀心所需的力只须克服粘性摩擦力，数值应该是相 当小的。可是实际情况并非如此，特别在中、高压系统中， 当阀心停止运动一段时间后（一般约5min左右），这个阻 力可以大到几百牛，使阀心重新移动十分费力。这就是所谓 滑阀的液压卡紧现象。 引起液压卡紧的原因，有的是由于脏物进入缝隙而使阀心移 动困难，有的是由于缝隙过小在油温升高时阀心膨胀而卡死。 但是主要的原因来自滑阀副几何形状误差和同心度变化所引 起的径向不平衡液压力，即液压卡紧力。School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院液压与气压传动图4-4b所示为阀心因加工误差而带有 图4-4c所示为阀心表面有局部 图4-4a所示为阀心与阀孔无几 倒锥（锥部大端朝向高压腔），阀心 突起（相当于阀心碰伤、残留 何形状误差，轴心线平行但不 与阀孔轴心线平行但不重合时的情况。 毛刺或缝隙中楔入脏物），且 重合时的情况，这时阀心周围 阀心受到径向不平衡压力的作用（图 中曲线A1和A2间的阴影部分，下同）， 突起在阀心的高压端时，阀心 缝隙内的压力分布是线性的 使阀心与阀孔间的偏心距越来越大， 受到的径向不平衡力将使阀心 （图中A1和A2线所示），且各 直到两者表面接触为止，这时径向不 的高压端凸起部分推向孔壁。 向相等，因此阀心上不会出现 平衡力达到最大值。但是，如阀心带 径向不平衡力。 有顺锥（锥部大端朝向低压腔）时， 产生的径向不平衡力将使阀心和阀孔 间的偏心距减小。School of Mechanical Engineering第四章 控制元件图4-4所示为滑阀上产生径向不平衡力的几种情况。图4-4 滑阀上的径向力b）有倒锥，轴线平行，有偏心 a）无锥度，轴线平行，有偏心 c）阀心表面有突起东南大学机械工程学院液压与气压传动第四章 控制元件当阀心受到径向不平衡力作用而和阀孔相接触后，缝隙中的 存留液体被挤出，阀心和阀孔间的摩擦变成半干摩擦乃至干 摩擦，因而使阀心重新移动时所需的力就大大增加了。由图4-5可以推导出径向不平衡力的估算公式如下:F ??2π 0? ? h ? ?r ? ? ? ? p1 ? ? 1 ? ?p ?lr cos ? d? dx ?0 2h1 ? ?r ? ? ? ?l? ? ? ? ? ? 2πlr1?r ?p 1 ? ? 1? ? 2 4e ? ? ? 2e ? 1? ? ? ? ? ? ? ? 2h0 ? ?r ? ? ? ? ? πlD?r ?p ? e ? 2 ? 2 ? (2h0 ? ?r ) ?z（4-4）图4-5 径向不平衡力计算图东南大学机械工程学院School of Mechanical Engineering液压与气压传动第四章 控制元件式中，D=2r1；Δp=p1-p2；Δr=r1-r2；h1= h0-ecosθ，h0为阀心 与阀套同心时大端的缝隙值。由式（4-4），并设在阀心大端已接触阀套，即e=h0时，得? ? ?r ? ? 2? ? h0 F π ? ?r ? ? ? ? ? 1? ? h ?? ? 2 lD?p 4 ? 0 ? ? ? ?r ? ?r ? ? ? ? ? 4 ? h0 ? h0 ? ? ? ? ? ? ?此式在Δr/h0=0.9时有极值， 故有Fmax ? 0.27lD?p （4-5）设阀心与阀套间的摩擦因数为f，则移动阀心所需克服的最 大摩擦阻力为:Ft ? 0.27 flD?pSchool of Mechanical Engineering（4-6）东南大学机械工程学院液压与气压传动1）提高阀的加工和装配精度，避免出现 偏心。阀心的圆度和圆柱度允差为 0.003~0.005mm，要求带顺锥，阀心的表 面粗糙度Ra值不大于0.2μm，阀孔Ra值不 大于0.4μm。 2）在阀心台肩上开出平衡径向力的均压 槽。如图4-6所示。槽的位Z应尽可能靠 近高压端。槽的尺寸是：宽0.3~0.5mm， 深0.5~0.8mm，槽距1~5mm。开槽后，移动阀心的力将减小，如取摩 擦因数f=0.04~0.08时，移动阀心的力:第四章 控制元件为了减小液压卡紧力，可以采取下述一些措施：图 均 压 槽 的 位 置 4-6式中，λk是一系数，其数值与槽数n有关， 均压槽数n 如表4-3所示。 λkＦt=(0.01~0.02)λklDΔp (4-7)表4-3 λk值1 0.43 0.067 0.027School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院液压与气压传动第四章 控制元件为了减小液压卡紧力，还可以采取下述一些措施：3）使阀心或阀套在轴向或圆周方向上产生高频小振幅的振 动或摆动。 4）精细过滤油液。School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院液压与气压传动Part 4.2.3 阀的泄漏特性?锥阀不产生泄漏。第四章 控制元件?滑阀由于阀心和阀孔间有一定的间隙，在压力作用下要产 生泄漏。 ?滑阀用于压力阀或方向阀时，压力油通过径向缝隙泄漏量 的大小，是阀的性能指标之一。 ?滑阀用于伺服阀时，实际的和理论的滑阀零开口特性之间 的差别，也取决于泄漏特性。School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院液压与气压传动滑阀的泄漏量计算公式第四章 控制元件?dh3 ?dh q0 ? ?p ? u0 （１-１１４） 12?l 2 为了减小缝隙处的泄漏 ∴为了减小泄漏，应尽量使阀心和阀 ，往往要在阀心上开出 图４-７ 泄漏量曲线 孔同心，另外应提高制造精度。 几条环形槽来。滑阀在某一位Z停留时，通过缝隙的泄漏量随时间的增加而逐渐减 小，但有时也出现相反的现象，即随时间的增加而增大。泄漏量减小 的原因，有人认为是油液中的污染物沉积所致；但也有人认为是油液 分子粘附在缝隙表面而使通流截面减小所致。泄漏增大的原因则是由 于在液压卡紧力作用下，阀心在阀孔处于最大偏心状态所致。School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院液压与气压传动Part 4.3 常用液压控制阀第四章 控制元件常用的液压控制阀分为三大类方向控制阀、压力控 制阀和流量控制阀 。 １）常见的方向控制阀分为单向阀和换向阀。 ２）常见的压力控制阀按功用可分为溢流阀、减压 阀、顺序阀、压力继电器。 ３）常用的流量控制阀有节流阀、调速阀、旁通式 调速阀（溢流节流阀）、分流集流阀和限速切断阀 等。School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院液压与气压传动Part 4.3.1方向控制阀第四章 控制元件常用的方向控制阀的类型如表4-4所示。表4-4 方向控制阀的类型School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院液压与气压传动1. 单向阀图4-8所示为一种管式普通单 液压系统中常用的单 向阀的结构。压力油从阀体 向阀有普通单向阀和 左端的通口P1流入时，克服 液控单向阀两种。 弹簧3作用在阀心2上的力， 使阀心向右移动，打开阀口， 普通单向阀 并通过阀心上的径向孔a、轴 向孔b从阀体右端的通口P2流 普通单向阀的作用， 出。但是压力油从阀体右端 是使油液只能沿一个 的通口P2流入时，它和弹簧 方向流动，不许它反 力一起使阀心锥面压紧在阀 向倒流。 座上，使阀口关闭，油液无 法从P2口流向P1口。第四章 控制元件图4-8 单向阀a）结构图 b）图形符号图 1―阀体 2―阀心 3―弹簧图4-8b所示是单向阀的图形 符号图（后同）。 School of Mechanical Engineering单向阀的阀心也可以用钢球式的结构， 其制造方便，但密封性较差，只适用于 小流量的场合。东南大学机械工程学院液压与气压传动第四章 控制元件在普通单向阀中，通油方向的阻力应尽可能小，而不通油方向应 有良好的密封。另外，单向阀的动作应灵敏，工作时不应有撞击 的噪声。单向阀弹簧的刚度一般都选得较小，使阀的正向开启压 力仅需0.03~0.05MPa。如采用刚度较大的弹簧，使其开启压力达 0.2~0.6MPa，便可用作背压阀。 单向阀的性能参数主要有：正向最小开启压力、正向流动时的压 力损失以及反向泄漏量等。这些参数都和阀的结构和制造质量有 关。 单向阀常被安装在泵的出口，可防止系统压力冲击对泵的影响， 另外泵不工作时可防止系统油液经泵倒流回油箱。单向阀还可用 来分隔油路防止干扰。单向阀和其他阀组合，便可组成复合阀。School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院液压与气压传动液控单向阀第四章 控制元件液控单向阀有普通型和带卸荷阀心型两种，每种又按其控制活塞的 泄油腔的连接方式分为内泄式和外泄式两种。图4-9所示为普通型外泄式液控单 图4-9中，如没有外泄油口， 向阀。当控制口K处无控制压力 而进油腔P1和控制活塞的上 通入时，其作用和普通单向阀一 腔直接相通的话，则是内泄 样，压力油只能从通口P1流向通 式液控单向阀。这种结构较 口P2，不能反向倒流。当控制口 为简单，在反向开启时，K K有控制压力油，且其作用在控 制活塞1上的液压力超过P2腔压力 腔的压力必须高于P1腔的压 和弹簧4作用在阀心3上的合力时 力，故控制压力较高，仅适 （控制活塞上腔通泄油口），控 用于P1腔压力较低场合。 制活塞推动推杆2使阀心上移开启， 通油口P1和P2接通，油液便可在 两个方向自由通流。这种结构在 School of Mechanical Engineering 反向开启时的控制压力较小。图4-9 普通型液控单向阀东南大学机械工程学院 1―控制活塞 2―推杆 3―阀心 4―弹簧液压与气压传动在高压系统中，液控单向阀反向开 启前P2口的压力很高，所以使之反 向开启的控制压力也较高，且当控 制活塞推开单向阀心时，高压封闭 回路内油液的压力突然释放，会产 生很大的冲击，为了避免这种现象 且减小控制压力，可采用如图4-10所 示的带卸荷阀心的液控单向阀。作 用在控制活塞1上的控制压力推动控 制活塞上移，先将卸荷阀心6顶开， P2和P1腔之间产生微小的缝隙，使 P2腔压力降低到一定程度，然后再 顶开单向阀心实现P2到P1的反向通 流。School of Mechanical Engineering第四章 控制元件图4-10带卸荷阀心的液控单向阀（内泄）1―控制活塞 2―推杆 3―阀心 4―弹 簧座 5―弹簧 6―卸荷阀心东南大学机械工程学院液压与气压传动第四章 控制元件液控单向阀的一般性能与普通单向阀相同，但有反向开启最小控 制压力要求。当P1口压力为零时，反向开启最小控制压力，普通 型的为（0.4~0.5）p2，而带卸荷阀心的为0.05p2，两者相差近10倍。 必须指出，其反向流动时的压力损失比正向流动时还小，因为在 正向流动时，除克服流道损失外，还须克服阀心上的液动力和弹 簧力。液控单向阀在系统中主要用途有： 1）对液压缸进行锁闭； 2）作立式液压缸的支承阀； 3）某些情况下起保压作用。 顺便指出，也有一种液控单向阀，其控制压力的作用是使阀 心关闭的，但这种阀仅在特殊场合中使用。School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院液压与气压传动２. 换向阀第四章 控制元件换向阀是利用阀心在阀体中的相对运动，使液流的通路接通、 关断，或变换流动方向，从而使执行元件启动、停止或变换 运动方向。对换向阀的主要要求 ：换向阀应满足： 1）流体流经阀时的压力损失要小。 2）互不相通的通口间的泄漏要小。3）换向要平稳、迅速且可靠。School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院液压与气压传动换向阀的工作原理：图4-11所示为滑阀式换向阀的 工作原理。阀心在中间位Z时 ，流体的全部通路均被切断， 活塞不运动。当阀心移到左端 时，泵的流量流向A口，使活 塞向右运动，活塞右腔的油液 流经B口和阀流回油箱；反之 ，当阀心移到右端时，活塞便 向左运动。因而通过阀心移动 可实现执行元件的正、反向运 动或停止。School of Mechanical Engineering第四章 控制元件图4-11 滑阀式换向阀工作原理 和图形符号a）示意图 b）图形符号东南大学机械工程学院液压与气压传动换向阀的结构形式：第四章 控制元件换向阀的功能主要由其控制的通路数及工作位Z所决定。图4-11 所示的换向阀有三个工作位Z和四条通路（P、A、B、T），称 为三位四通阀。 结构主体 阀体和滑阀阀心是滑阀式换向阀的结构主体。表4-5列出了常见滑阀式换向阀主体部分的结构原理、图形符号和使用场 合。以表中末行的三位五通阀为例，阀体上有P、A、B、T1、T2五个通 口，阀心有左、中、右三个工作位Z。当阀心处在图示中间位Z时，五 个通口都关闭；当阀心移向左端时，通口T2关闭，通口P和B相通，通口 A和T1相通；当阀心移向右端时，通口T1关闭，通口P和A相通，通口B 和T2相通。这种结构型式由于具有使五个通口都关闭的工作状态，故可 使受它控制的执行元件在任意位Z上停止运动。School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院液压与气压传动名 称二位 二通阀 二位 三通阀 二位 四通阀 三位 四通阀 二位 五通阀 三位 五通阀第四章 控制元件图形符号 使用场合控制油路的接通与切断（相当于一个开关） 控制液流方向（从一个方向变换成另一个 方向） 不能使执行元件 在任一位Z上停 止运动 能使执行元件在 任一位Z上停止 运动 不能使执行元件 在任一位Z上停 止运动 能使执行元件在 任一位Z上停止 运动表4-5 滑阀式换向阀主体部分的结构形式 结构原理图控 制 执 行 元 件 换 向执行元件正反向 运动时回油方式 相同执行元件正反向 运动时可以得到 不同的回油方式School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院液压与气压传动第四章 控制元件换向阀都有两个或两个以上的工作位Z，其中一个是常位，即阀 心未受外部操纵时所处的位Z。绘制液压系统图时，油路一般应 连接在常位上。滑阀的操纵方式 1）手动换向阀 图4-12所示为手动换向阀及其图形符号。图412a所示为弹簧自动复位结构的阀，松开手柄，阀心靠弹簧力恢复 至中位（常位），适用于动作频繁、持续工作时间较短的场合， 操作比较安全，常用于工程机械。图4-12b所示为弹簧钢球定位结 构的阀，当松开手柄后，阀仍然保持在所需的工作位Z上，适用 于机床、液压机、船舶等需保持工作状态时间较长的情况。这种 阀也可用脚踏操纵。 将多个手动换向阀组合在一起，用以操纵多个执行元件的运动， 便构成多路阀。School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院液压与气压传动第四章 控制元件图4-12 手动换向阀（三位四通） a）弹簧自动复位结构 b）弹簧钢球定位结构School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院液压与气压传动第四章 控制元件2）机动换向阀 图4-13所示为机动换向阀及其图形符号，它依靠 挡铁或凸轮来压迫阀心移动，从而实现液流通、断或改变流向。3）电磁换向阀 电磁换向阀借助于电 磁铁吸力推动阀心动作来改变液流流 向。这类阀操纵方便，布Z灵活，易 实现动作转换的自动化，因此应用最 广泛。图4-14和图4-15所示为电磁换 向阀的结构及图形符号。 电磁阀的电磁铁按所用电源的不同， 分为交流型、直流型和交流本整型三 种；按电磁铁内部是否有油侵入，又 分为干式、湿式和油浸式三种。1―滚轮 2―阀心 3―弹簧School of Mechanical Engineering图4-13 机动换向阀东南大学机械工程学院液压与气压传动第四章 控制元件图4-14 交流二位三通电磁换向阀及其干式电磁铁结构图1―衔铁 2―线圈 3―密封圈 4―推杆 5―阀心 6―弹簧 7―阀体School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院液压与气压传动第四章 控制元件1―阀体 2―阀心 3―弹簧座 4―弹簧 5―挡块 6―导磁套7―推杆 8―街铁 9―线圈School of Mechanical Engineering图4-15 直流三位四通电磁换向阀及其湿式电磁铁结构图东南大学机械工程学院液压与气压传动第四章 控制元件交流电磁铁使用方便，起动力大，吸合、释放快，动作时间最快 约为10ms；但工作时冲击和噪声较大，为避免线圈过热，换向频 率不能超过60次/min；起动电流大，在阀心被卡时会烧毁线圈； 工作寿命仅数百万次至一千万次以内。 直流电磁铁体积小，工作可靠；冲击小，允许换向频率为120次 /min，最高可达300次/min；使用寿命可高达两千万次以上；但 起动力比交流电磁铁要小，且需有直流电源。 交流本整型电磁铁自身带有整流器，可以直接使用交流电源，又 具有直流电磁铁的性能。School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院液压与气压传动第四章 控制元件干式电磁铁如图4-14a所示。为避免油液侵入电磁铁，在推杆4的 外周上装有密封圈3，使线圈2的绝缘性能不受油液的影响。但推 杆上密封圈的摩擦力则影响着电磁铁的换向可靠性。湿式电磁铁如图4-15a所示。该电磁铁的导磁套6是一个密封筒状 结构，与换向阀阀体1接连时仅套内的衔铁8工作腔与滑阀直接连 接，推杆7上没有任何密封，套内可承受一定的液压力。线圈9部 分仍处于干的状态。由于推杆上没有密封，从而提高了换向可靠 性。衔铁工作时处于油液润滑状态，且有一定阻尼作用而减小了 冲击和噪声。所以湿式电磁铁具有吸合声小、散热快、可靠性好 、效率高、寿命长等优点。因此已逐渐取代传统的干式电磁铁。 油浸式电磁铁的铁心和线圈都浸在油液中工作，因此散热更快、 换向更平稳可靠、效率更高、寿命更长。但结构复杂，造价较高 。School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院液压与气压传动第四章 控制元件根据JB标准规定，各种形式电磁铁的机械寿命（吸 合与释放次数）应不低于表4-6所列数值。表4-6 电磁铁的机械寿命电磁铁形式 交流干式型 直流干式型 交流本整干式型 机械寿命/次 60×104 6×106 电磁铁形式 交流湿式型 直流湿式型 交流本整湿式型 机械寿命/次 6×106 10×106由于电磁铁的吸力一般≤90N，因此电磁换向阀只适用于压力不太 高、流量不太大的场合。School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院液压与气压传动第四章 控制元件4）液动换向阀 液动换向阀是利用控制油路的压力油来改变阀心位Z 的换向阀。图4-16所示为三位四通液动换向阀及图形符号。当控制油路 的压力油从控制油口K1进入滑阀左腔、滑阀右腔经控制油口K2接通回油 时，阀心在其两端压差作用下右移，使压力油口P与A相通、B与T相通 ；当K2接压力油、K1接回油时，阀心左移，使P与B相通、A与T相通； 当K1和K2都通回油时，阀心在两端弹簧和定位套作用下处于中位，P、A 、B、T相互均不通。必须指出，液动换向阀还需另一个阀来操纵其控制 油路的方向。图4-16 三位四通液动换向阀School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院液压与气压传动第四章 控制元件5）电液换向阀 图4-17所示为电液换向阀的结构原理及其图形符号。 由图可见，当两个电磁铁都不通电时，电磁阀阀心4处于中位，液动阀（ 主阀）阀心8因其两端都接通油箱，也处于中位。电磁铁3通电时，电磁 阀阀心移向右位，压力油经单向阀1接通主阀心的左端，其右端的油则经 节流阀6和电磁阀而接通油箱，于是主阀心右移，移动速度由节流阀6的 开口大小决定。同理，当电磁铁5通电，电磁阀阀心移向左位时，主阀心 也移向左位，其移动速度由节流阀2的开口大小决定。在电液换向阀中，控制主油路的主阀心不是靠电磁铁的吸力直接推动的 ，是靠电磁铁操纵控制油路上的压力油液推动的，因此推力可以很大， 操纵也很方便。此外，主阀心向左或向右的移动速度可分别由节流阀2或 6来调节，这就使系统中的执行元件能够得到平稳无冲击的换向。所以， 这种操纵型式的换向性能是较好的，适用于高压、大流量的场合。东南大学机械工程学院School of Mechanical Engineering液压与气压传动第四章 控制元件1、7―单向阀 2、6―节流阀 3、5―电磁铁 4―电磁阀阀心 8―液动阀阀心（主阀心）东南大学机械工程学院图4-17 电液换向阀School of Mechanical Engineering液压与气压传动滑阀机能第四章 控制元件换向阀的滑阀机能分为工作位Z机能和过渡状态机能，前者 是指滑阀处于某个工作位Z时，其各个油口的连通关系；后 者则指滑阀从一个工作位Z变换到另一个工作位Z的过渡过 程中，它的各个油口的瞬时连通关系。不同的滑阀机能对应 有不同的功能。滑阀机能对换向阀的换向性能和系统的工作 特性有着重要的影响。School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院液压与气压传动第四章 控制元件几种常用换向阀的滑阀机能见表4-7~表4-9。表4-7 二位换向阀滑阀工作位Z机能 通路数二 通 三 通滑阀机能代号O图形符号通路数滑阀机能代号图形符号H H O I1 Y K P J四 通四 通I2 I3School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院液压与气压传动滑阀性能代号O第四章 控制元件图形符号 中位特点各油口全封闭，系统不卸载，缸封 闭 各油口全连通，系统卸载表4-8 三位换向阀滑阀工作位Z机能 滑阀中位状态HY系统不卸载，缸两腔与回油连通J系统不卸载，缸一腔封闭，另一腔 与回油连通 压力油与缸一腔连通，另一腔及回 油皆封闭CSchool of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院液压与气压传动P第四章 控制元件压力油与缸两腔连通，回油封闭K压力油与缸一腔及回油连通，另一 腔封闭，系统可卸载 压力油与各油口半开启连通，系统 保持一定压力 系统卸载，缸两腔封闭XM 系统不卸载，缸两腔连通，回油封 闭 系统不卸载，缸一腔与回油连通， 另一腔封闭UN注：阀心两端工作位Z的接通形式，除常用的交叉通油外，也可设计成特殊的OP型或MP型。School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院液压与气压传动第四章 控制元件在分析和选择三位换向阀中位工作机能时，通常考虑以下因素：1）系统保压 当P口被堵塞，系统保压，液压泵能用于多缸系统。当P口不 太通畅地与T口接通时（如X型），系统能保持一定的压力供控制油路使 用。 2）系统卸荷 P口通畅地与T口接通，系统卸荷，既节约能量，又防止油液 发热。 3）换向平稳性和精度 当液压缸的A、B两口都封闭时，换向过程不平稳， 易产生液压冲击，但换向精度高。反之，A、B两口都通T口时，换向过 程中工作部件不易制动，换向精度低，但液压冲击小。 4）起动平稳性 阀在中位时，液压缸某腔若通油箱，则起动时该腔因无油 液起缓冲作用，起动不太平稳。 5）液压缸“浮动”和在任意位Z上的停止 阀在中位，当A、B两口互通时， 卧式液压缸呈“浮动”状态，可利用其他机构移动，调整位Z。当A、B 两口封闭或与P口连接（非差动情况），则可使液压缸在任意位Z停下来。School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院液压与气压传动电磁球阀第四章 控制元件电磁球阀是一种以电磁铁的推力为驱动力推动钢球来实现油 路通断的电磁换向阀。 电磁球阀密封性能好，可应用于达63MPa的高压，换向、复 位速度快，换向频率高（可达250次/min），对工作介质粘 度的适应范围广，可直接用于高水基、乳化液，由于没有液 压卡紧力，以及受液动力影响小，换向、复位所需力很小， 此外，它的抗污染性也好。电磁球阀在小流量系统中可直接 控制主油路，而在大流量系统中作先导阀也很普遍。目前电 磁球阀只有两位阀，需用两个二位阀才能组成一个三位阀。 这种阀的加工、装配精度要求较高，成本价格也相应增加。School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院液压与气压传动图4-18所示为一个二位三 通电磁球阀。当电磁铁8断 电时，弹簧7将钢球5压紧 在左阀座4的孔上，油口P 与A通，T关闭。当电磁铁 通电时，电磁推力使杠杆3 绕支点1逆时针旋转，电磁 力经杠杆放大后通过操纵 杆2克服弹簧力将钢球压向 右阀座6的孔上，于是油口 P与A不通，A与T相通，实 现换向。通道b的作用使钢 球两侧液压力平衡。School of Mechanical Engineering第四章 控制元件图4-18 电磁球式换向阀（二位三通）1―支点 2―操纵杆 3―杠杆 4―左阀座 5―钢球 6―右阀座 7―弹簧 8―电磁铁东南大学机械工程学院液压与气压传动转阀第四章 控制元件转阀通过阀心的旋转实现油路的通断和换向。图4-19所示为三位四通转阀原理、符号和结构图。原理图4-19a和 符号图4-19b的左、中、右位Z是相对应的。图4-19中，当阀心处于图4-19a、b所示的中位时，P、A、B、T互不相 通。当阀心顺时针转一角度，处于图4-19a、b右位所示状态，油口P和B 相通，A和T相通。当阀心反时针转一角度，处于图4-19a、b左位所示状 态，则油口P和A相通，B和T相通，此时对应图4-19c所示状态。转阀可用手动或机动操纵。由于转阀径向力不平衡，旋转阀心所 需力较大，且密封性能差，故一般用于低压小流量场合，或作先 导阀用。School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院液压与气压传动换向阀的主要性能：第四章 控制元件（1）工作可靠性 工作可靠性指电磁铁通电以后能否可靠地换向，而断 电后能否可靠地复位。工作可靠性主要取决于设计和制造，和使用也 有关系。液动力和液压卡紧力的大小对工作可靠性影响很大，而这两 个力与通过阀的流量和压力有关。所以电磁阀也只有在一定的流量和 压力范围内才能正常工作。这个工作范围的极限称为换向界限，如图 4-20所示。 （2）压力损失 由于电磁阀的开口很小，故液流流过阀口时产生较大的 压力损失。图4-21所示为某电磁阀的压力损失曲线。一般地说，阀体 铸造流道中的压力损失比机械加工流道中的损失小。 （3）内泄漏量 在各个不同工作位Z，在规定的工作压力下，从高压腔 漏到低压腔的泄漏量为内泄漏量。过大的内泄漏量不仅会降低系统的 效率，引起过热，而且还会影响执行元件的正常工作。School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院液压与气压传动第四章 控制元件图4-20 电磁阀的换向界限图4-21 电磁阀的压力损失School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院液压与气压传动第四章 控制元件（4）换向和复位时间 换向时间指从电磁铁通电到阀心换向终止的时间； 复位时间指从电磁铁断电到阀心回复到初始位Z的时间。减小换向和 复位时间可提高机构的工作效率，但会引起液压冲击。一般说来，交 流电磁阀的换向时间约为0.03~0.05s，换向冲击较大；而直流电磁阀 的换向时间约为0.1~0.3s，换向冲击较小。通常复位时间比换向时间 稍长。 （5）换向频率 换向频率是在单位时间内阀所允许的换向次数。目前交 流单电磁铁的电磁阀的换向频率一般为60次/min以下。 （6）使用寿命 使用寿命指电磁阀用到它某一零件损坏，不能进行正常 的换向或复位动作或使用到电磁阀的主要性能指标超过规定指标时经 历的换向次数。电磁阀的使用寿命主要决定于电磁铁。湿式电磁铁的 寿命比干式的长，直流电磁铁的寿命比交流的长。School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院液压与气压传动Part 4.3.2 压力控制阀第四章 控制元件表4-10 压力控制阀的分类常用的压力控制阀的类 型如表4-10所示。School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院液压与气压传动1. 溢流阀图4-22中L为泄漏油口。 （1）直动式溢流阀 功用和要求 直动式滑阀型溢流阀当压力较高、 图示回油口T与泄漏油流经的弹簧 当进口P处压力升高至作用在阀心 图4-22所示为直动式滑阀型溢流阀 溢流阀是能过阀口的溢流，使被控 流量较大时，要求调压弹簧有很大 腔相通，L口堵塞，称为内泄。内 底面上液压力大于弹簧预调力时， 的结构及其图形符号。压力油从进 制系统或回路的压力维持恒定，实 的力，这不仅使调节性能变差，弹 泄时回油口T的背压将作用在阀心 阀心开始向上运动。当阀心上移重 口P进入阀后，经孔f和阻尼孔g后作 现稳压、调压或限压作用。 簧设计和结构上也难以实现而且阀 上端面，这时与弹簧力相平衡的将 叠量l 时，阀口处于开启的临界状 用在阀心4的底面c上。当进口压力 对溢流阀的主要要求：调压范围大， 口虽有重叠量，滑阀仍存在泄漏因 是进出油口压差。 态。若压力继续升高至阀口打开， 较低时，阀心在弹簧2预调力作用 调压偏差小，压力振摆小，动作灵 而难以实现很高的压力控制，因而 油液从P口经T口溢流回油箱。此时， 下处于最下端，由底端螺母限位。 若将泄漏油腔与T口的连接通道e 堵 敏，过流能力大，噪声小。 这种阀一般用于低压小流量场合， 由于溢流阀的作用，在流量变化时， 由阀心与阀体5构成的节流口有重 塞，将L口打开，直接将泄漏油引 目前已较少应用。 进口压力能基本保持恒定。 叠量l将P与T口隔断，阀处于关闭 回油箱，这种连接方式称外泄。 工作原理和结构形式 状态。School of Mechanical Engineering第四章 控制元件图4-22 直动式滑阀型溢流阀1－调节螺母 2－弹簧 3－上盖 4－阀心 5－阀体东南大学机械工程学院液压与气压传动第四章 控制元件图4-23所示为直动式锥阀型和球阀型溢流阀的结构。节流口 密封性能好，不需重叠量，可直接用于高压大流量场合。图4-23 高压大流量直动式溢流阀a）锥阀型 b）球阀型图4-23a所示高压大流量直动式溢流阀锥阀型结构的最高压力、 流量分别可达40MPa和300L/min，图4-23b所示的球阀型结 构的最高压力、流量可达63MPa和120L/min。School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院液压与气压传动经主阀节流口的流量便在进油口 压差作用在主阀心上下面积上 阀有两个阻尼孔2和8，一个 （2）先导式溢流阀 先导式 P建立压力。因流经先导阀的流 的合力正好与主阀弹簧力平衡 在主阀心上，另一个在先导阀 溢流阀按其主阀心不同有三种 量极小，所以主阀心上腔的压力 先导式溢流阀中流经先导阀的 时，主阀心处于开启的临界状 典型结构形式，即一级、二级 座上。当阀P口的压力增加时 基本上和由先导阀弹簧预调力所 和三级同心式。 油液可内泄（如图4-24所示） 态。当P口的压力再稍稍增加 ，使阻尼孔2，流道a、动态 确定的先导阀心前容腔压力相等 ，而使流经阻尼孔的流量再稍 阻尼孔8及先导阀心前容腔的 ，也可外泄。 ，而主阀上阻尼孔2两端用以打 二级同心式先导溢流阀如图4开主阀心的压差，仅须克服主阀 稍增大，阻尼孔2两端压力之 压力相应增加，而能克服先导 外泄时，可将先导阀口油单独 24所示，因其主阀与锥阀部 弹簧的作用力、主阀心重力及液 差克服主阀弹簧力使主阀打开 阀弹簧预调力使先导阀开启， 引回油箱，而将先导阀回油口 分直径保持同心而得名。主阀 动力等，也并不很大，所以可以 ，这时从P口输入流量将分成 就有液流从P口经阻尼孔2、 与主阀回油口T的连接通道b 心1上部受压面积略大于下部 认为溢流阀进口处压力基本上也 两部分，少量流量经先导阀后 流道a、阻尼孔8、开启的先 由先导阀弹簧预调力所确定。在 堵住。 ，当阀P口压力较低先导阀心 流向出油口T，大部分则经主 导阀和通道b流到T口。此流 溢流阀的主阀心升起且有溢流作 4未开启时，作用在主阀心上 用时，溢流阀进口处的压力便可 阀节流口流向T口。 量将在阻尼孔2两端产生压差 液压力合力方向与弹簧3作用 维持由先导阀弹簧所调定的定值 。 力相同，使阀关闭。 。School of Mechanical Engineering第四章 控制元件图4-24 二级同心式先导溢流阀1―主阀心 2―阻尼孔 3―主阀弹簧 4―先导阀心 5―先导阀弹簧 6―调压手轮 7―螺堵东南大学机械工程学院液压与气压传动阀体上有一个远程控制口K，当将 此口通过二位二通阀接通油箱时， 主阀心上腔的压力接近于零，主阀 心在很小的压力下即可向上移动且 阀口开得最大，这时泵输出的油液 在很低的压力下通过阀口流回油箱 ，实现卸荷作用。如果将K口接到 另一个远程调压阀上（其结构和溢 流阀的先导阀一样）并使打开远程 调压阀的压力小于打开溢流阀先导 阀心4的压力，则主阀心上腔的压 力（从而溢流阀的溢流压力）就由 远程调压阀来决定。使用远程调压 阀后，便可对系统的溢流压力实行 远程调节。School of Mechanical Engineering第四章 控制元件图4-24 二级同心式先导溢流阀1―主阀心 2―阻尼孔 3―主阀弹簧 4―先导阀心 5―先导阀弹簧 6―调压手轮 7―螺堵东南大学机械工程学院液压与气压传动特性第四章 控制元件当溢流阀稳定工作时，作用在阀心上的力相互平衡。以图4-22所示的直 动式溢流阀为例，如令p为进口处的压力（稳态下它就是阀心底端的压 力），A为阀心承压面积，Fs为弹簧作用力，Fg为阀心重力，Fbs为作用 在阀心上的轴向稳态液动力，Ff为摩擦力，则当阀垂直安放时，阀心上 的受力平衡方程为pA ? Fs ? Fg ? Fbs ? Ff（4-8）在一般情况下，略去阀心自重和摩擦力，将式（4-1）代入上式，令xR表 示溢流阀的开度，略去Cr不计，且取Cv=1则有Fs p? A ? 2Cd? xR cos ?School of Mechanical Engineering（4-9）东南大学机械工程学院液压与气压传动第四章 控制元件可见溢流阀进口处的压力是由弹簧力决定的。如忽略稳态液动力，且假 设弹簧力Fs变化相当小，则由式（4-9）可知溢流阀进口处的压力基本上 维持由弹簧调定的定值。然而，在弹簧力调整好之后，因溢流阀流量变 化，阀口开度xR的变化影响弹簧压紧力和稳态液动力，所以溢流阀在工 作时进口处的压力还是会发生变化的。如令xc为弹簧调整时的预压缩量，ks为弹簧刚度，则由式（4-9）有k s ( xc ? x R ) p? A ? 2Cd?xR cos?（4-10）当溢流阀开始溢流时（即阀口将开未开时），xR=0，这时进口处的压力 pc称为溢流阀的开启压力，其值为ks pc ? xc ASchool of Mechanical Engineering（4-11）东南大学机械工程学院液压与气压传动第四章 控制元件当溢流量增加时，阀心上升，阀口开度加大，p值亦加大。 当溢流阀通过额定流量qn时，阀心上升到相应位Z，这时进 口处的压力pT称为溢流阀的调定压力或全流压力。全流压力 与开启压力之差称为静态调压偏差，而开启压力与全流压力 之比称为开启比。溢流阀的开启比越大，它的静态调压偏差 就赵小，所控制的系统压力便越稳定。 溢流阀溢流时通过阀口的流量q可以由第一章的式（1-92） 求出，在考虑了式（4-10）、式（4-11）和等式A0=ωxR，并 因溢流阀的回油口接通油箱，Δp=p，便有如后页所示的公式School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院液压与气压传动第四章 控制元件直动式溢流阀的“压力一流量”特性方程Cd Aw 2p q? ( p ? pc ) ks ? 2Cd w cos?p ?根据特性方程画出来的曲线称为溢流 特性曲线，如图4-25所示。溢流阀的 理想溢流特性曲线最好是一条在pT处 平行于流量坐标的直线，即仅在p达到 pT时才溢流，且不管溢流量多少，压 力始终保持在pT值上。实际溢流阀的 特性不可能是这样的。而只能要求它 的特性曲线尽可能接近这条理想曲线。图4-25 溢流阀的特性曲线School of Mechanical Engineering（4-１2）东南大学机械工程学院液压与气压传动第四章 控制元件对先导式溢流阀来说，对应于式（4-9）的公式为式中，p＇为主阀心上端的压 Fs ? p?A （4-１3） 力，其值由先导阀弹簧的压紧 p? A ? 2Cd wxR cos? 力决定；其余符号意义同前。当先导阀弹簧调整好之后，在溢流时主阀心上端的压力p＇便基本 上是个定值，此值与p值很接近（两者间之差值为油液通过阻尼孔 的压降），所以主阀弹簧力Fs只要能克服阀心的摩擦力就行，主 阀弹簧可以做得较软。当溢流量变化引起主阀阀心位Z变化时， Fs值变化较小，因而p的变化也较小。为此先导式溢流阀的开启比 通常都比直动式的大，即静态调压偏差比直动式的小（见图425）。东南大学机械工程学院School of Mechanical Engineering液压与气压传动第四章 控制元件溢流阀的阀心在工作中受到摩擦力的作用，阀口开大和关小时的摩擦力 方向刚好相反，因此阀在工作时不可避免地会出现粘滞现象，使阀开启 时的特性和闭合时的特性产生差异。图4-25中的实线表示其开启特性， 而虚线则表示其闭合特性。在某一溢流流量时，这两曲线纵坐标（即压 力）的差值，即是不灵敏区（压力在此差值范围内变动时，阀心不起调 节作用）。不灵敏区使受溢流阀控制的系统的压力波动范围增大。先导 式溢流阀的不灵敏区比直动式溢流阀的小。关于溢流阀的启闭特性，目前有如下规定：先把溢流阀调到全流量时的 额定压力，在开启过程中，当溢流量加大到额定流量的1%时，系统的压 力称为阀的开启压力。在闭合过程中，当溢流量减小到额定流量的1%时， 系统的压力称为阀的闭合压力。为了保证溢流阀具有良好的静态特性， 一般说来，阀的开启压力和闭合压力对额定压力之比分别不应低于85% 和80%。School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院液压与气压传动溢流阀的动态特性当溢流阀的溢流量由零 到额定流量发生阶跃变 化时，其进口压力将如 图4-26所示迅速升高并 超过其调定压力值，然 后逐步衰减并稳定在调 定压力值上。这过程即 为溢流阀的动态特性。School of Mechanical Engineering第四章 控制元件图4-26 溢流阀的动态特性东南大学机械工程学院液压与气压传动第四章 控制元件评价溢流阀阶跃响应指标主要有：1）压力超调量 系最大峰值压力和调定压力之差Δp与阀的调 定压力pT比的百分值，即Δp/pT×100%。性能良好的溢流阀 必须说明的是：溢流阀的阶跃响应 的压力超调量一般应小于30%。` 不仅反映阀本身的性能，而在很大 程度上还受系统参数如阀前容腔大 2）压力上升时间 压力开始上升第一次达到调定压力值所需 小和油的等效体积模量（与钢管、 时间Δt1，它反映阀的快速性。 橡胶软管等管道材料及油中含气量 3）过渡过程时间 压力开始上升到最后稳定在调定压力 等有关）的影响。 pT±5%pT所需时间Δt2。 4）压力卸荷时间 压力由调定压力降到卸荷压力所需的时间 Δt3。School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院液压与气压传动溢流阀的主要用途有：第四章 控制元件1）作溢流阀，溢流阀有溢流时，可维持阀进口亦即系统压力 恒定。2）作安全阀，系统超载时，溢流阀才打开，对系统起过载保 护作用，而平时溢流阀是关闭的。3）作背压阀，溢流阀（一般为直动式的）装在系统的回油路 上，产生一定的回油阻力，以改善执行元件的运动平稳性。 4）用先导式溢流阀对系统实现远程调压或使系统卸荷。School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院液压与气压传动2. 减压阀第四章 控制元件减压阀分定值、定差和定比减压阀三种，其中最常用的是定 值减压阀。如不指明，通常所称的减压阀即为定值减压阀。功用和要求在同一系统中，往往有一个泵要向几个执行元件供油，而各执行元件所 需的工作压力不尽相同的情况。若某执行元件所需的工作压力较泵的供 油压力低时，可在该分支油路中串联一减压阀。油液流经减压阀后，压 力降低，且使其出口处相接的某一回路的压力保持恒定。这种减压阀称 为定值减压阀。 对减压阀的要求是：出口压力维持恒定，不受进口压力、通过流量大小 的影响。School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院液压与气压传动工作原理和结构第四章 控制元件减压阀也有直动式和先导式两种，每种各有二通和三通两种形式。图4-27所示为直动式二通减压阀的工作原理。 当阀心处在原始位Z上时，它的阀口a是打开 的，阀的进、出口沟通。这个阀的阀心由出口 处的压力控制，出口压力未达到调定压力时阀 口全开，阀心不动。当出口压力达到调定压力 时，阀心上移，阀口开度xR关小。如忽略其他 阻力，仅考虑阀心上的液压力和弹簧力相平衡 的条件，则可以认为出口压力基本上维持在某 一定值（调定值）上。这时如出口压力减小， 阀心下移，阀口开度xR开大，阀口处阻力减小， 压降减小，使出口压力回升，达到调定值。反 之，如出口压力增大，则阀心上移，阀口开度 xR关小，阀口处阻力加大，压降增大，使出口 图4-27 直动式减压阀工作原理 压力下降，达到调定值。School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院液压与气压传动第四章 控制元件图4-28所示为直动式三通减压阀（带单向阀）的结构和图形符号 。图中P1口为一次压力油口，P2口为二次压力油口，T为回油口， 弹簧腔泄漏油口Y和T口相通（内泄）。图4-28 直动式三通减压阀School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院液压与气压传动三通与二通减压阀减压的工作原理 基本相似，其主要区别是：前者有 两个可变节流阀口，因此在工作腔 P2中无任何负载流量时能正常工作， 而后者的负载腔内必须有流量时才 能正常工作；此外，三通减压阀的 二次压力油口流入反向流量时也可 起恒压作用，此时的功能相当于溢 流阀，因此三通减压阀又称溢流减 压阀。图4-29所示为先导式减压阀，它的 工作原理可仿照图4-27以及先导式 溢流阀来进行分析。School of Mechanical Engineering第四章 控制元件图4-29 先导式二通减压阀东南大学机械工程学院液压与气压传动第四章 控制元件先导式减压阀和先导式溢流阀有以下几点不同之处： 1）减压阀保持出口处压力基本不变，而溢流阀保持进 口处压力基本不变。 2）在不工作时，减压阀进出口互通，而溢流阀进出口 不通。3）为保证减压阀出口压力调定值恒定，它的先导阀弹 簧腔需通过泄油口单独外接油箱；而溢流阀的出油口是 通油箱的，所以它的先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（当然也可 外泄）。School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院液压与气压传动性能第四章 控制元件在图4-27中，如忽略减压阀阀心的自重、摩擦力，且令Cv=1，则 阀心上的力平衡方程为p2 A ? 2Cd wxR cos? ( p1 ? p2 ) ? ks ( xc ? xR )ks ( xc ? xR ) ? 2Cd wxR cos?p1 p2 ? A ? 2Cd wxR cos?如忽略稳态液动力，则（4-14）式中，xc为当阀心开口xR=0时的弹簧预压缩量。由此得（4-15）p2 ?School of Mechanical Engineeringks ( xc ? x R ) A（4-16）东南大学机械工程学院液压与气压传动第四章 控制元件在使用ks很小的弹簧，且考虑到xR&&xc时，则ks p2 ? xc ? con st （4-１7） A当减压阀的出油口处不输出油 减压阀的p2-q特性曲线如图4-30 液时，它的出口压力基本上仍 所示。减压阀进口压力p1基本 能保持恒定，此时有少量的油 恒定时，若通过的流量q增加， 液通过减压阀开口经先导阀和 则阀口缝隙xR加大，出口压力 泄油管流回油箱，保持该阀处 略微下降。先导式减压阀出油 于工作状态。 口压力的调整值越低，它受流 量变化的影响就越大。School of Mechanical Engineering图4-30 减压阀的特性曲线东南大学机械工程学院液压与气压传动应用第四章 控制元件减压阀主要用在系统的夹紧、电液换向阀的控制压力油、润 滑等回路中。而三通减压阀还可用在有反向冲击流量的场合。 必须指出，应用减压阀必有压力损失，这将增加功耗和使油 液发热。当分支油路压力比主油路压力低很多，且流量又很 大时，常采用高、低压泵分别供油，而不宜采用减压阀。School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院液压与气压传动应用定差减压阀和定比减压阀。 主要用来和其他阀组成组合 阀，如定差减压阀可保证节 流阀进出口间的压差维持恒 定，这种减压阀和节流阀串 联连接组成的调速阀，其工 作原理将在后面提及。 图4-31所示为定比减压阀的 结构原理图。定比减压阀的 进口压力和出口压力之比维 持恒定。School of Mechanical Engineering第四章 控制元件图4-31 定比减压阀东南大学机械工程学院液压与气压传动应用阀心在稳态下的力平衡方程：第四章 控制元件p1 A1 ? ks ( xc ? xR ) ? p2 A2（4-１8）式中 p1、p2 ――进口、出口压力； A1、A2――阀心面积； xR――阀口开度； xc――阀口关闭，即xR=0时的 弹簧预压缩量； ks――弹簧刚度。School of Mechanical Engineering图4-31 定比减压阀东南大学机械工程学院液压与气压传动弹簧力很小可忽略，则有p2 p1 ? A 1 A2第四章 控制元件（4-１9）由式（4-19)可见，在A1/A2一定 时，该阀能维持进、出口压力 间的定比关系，而改变阀心的 压力作用面积A1、A2，便可得 到不同的压力比。图4-31 定比减压阀School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院液压与气压传动3. 顺序阀第四章 控制元件顺序阀用来控制多个执行元件的顺序动作。通过改 变控制方式、泄油方式和二次油路的接法，顺序阀 还可具有其他功能，如作背压阀、平衡阀或卸荷阀 用。 工作原理和结构 顺序阀也有直动式和先导式之分，根据控制压力来 源的不同，它有内控式和外控式之分；根据泄油方 式，它有内泄式和外泄式两种。School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院液压与气压传动直动式内控外泄顺序阀的工作原理第四章 控制元件图4-32所示为直动式 内控外泄顺序阀的工 作原理。泵起动后， 油源压力p1克服负载 使液压缸Ⅰ运动。当 p1口压力升高至作用 在柱塞A下端面积上 的液压力超过弹簧预 调力时，阀心便向上 运动，使p1口和p2口 接通。油源压力经顺 序阀口后克服液压缸 Ⅱ的负载使活塞运动。 这样利用顺序阀实现 了液压缸Ⅰ和Ⅱ的顺 序动作。 东南大学机械工程学院图4-32 顺序阀的工作原理a）结构 b）内控外泄式顺序阀符号 c）外控外泄式顺序阀符号School of Mechanical Engineering液压与气压传动第四章 控制元件顺序阀的结构与溢流阀相似。两者主要差别是：顺序阀的出口通常与负载油路相通，而溢流阀的出口则与回 油相通，因此顺序阀调压弹簧中的泄漏油和先导控制油必须 外泄，如内泄阀将无法开启；而溢流阀的泄漏油和先导控制 油可内泄也可外泄。此外，溢流阀的进口压力调定后是不变 的，而顺序阀的进口压力在阀开启后将随出口负载增加而进 一步升高。 若将图4-32a的下部阀盖转动180°，并将外控口K的螺堵卸 去，便成为外控式。为减少弹簧刚度以使开启后进、出口压 力尽可能接近，该阀采用截面积较小的柱塞A。阀心中空以 使阀心下端的泄漏油经弹簧腔外泄。School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院液压与气压传动第四章 控制元件?内控式顺序阀在其进油路压力p1达到阀的设定压力之 前，阀口一直是关闭的，达到设定压力后阀口才开启， 使压力油进入二次油路，驱动另一个执行元件工作。?外控式顺序阀阀口的开启与否和一次油路处来的进口 压力没有关系，仅决定于控制压力的大小。?直动式顺序阀结构简单，动作灵敏，但由于弹簧和结 构设计的限制，虽可采用小直径柱塞，弹簧刚度仍较大， 因此调压偏差大且限制了压力的提高，调压范围一般小 于8MP，较高压力时宜采用先导式顺序阀。School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院液压与气压传动图4-33所示为先导式顺序阀， 图示为内控式，也可变成外控 式。其先导控制油必须经L口 外泄。采用先导控制后，主阀 弹簧刚度可大为减小，主阀心 面积则可增大，故启闭特性显 著改善，工作压力也可大大提 高。先导式顺序阀的缺点是当 阀的进口压力因负载压力增加 而增大时，将使通过先导阀的 流量随之增大，引起功率损失 和油液发热。School of Mechanical Engineering第四章 控制元件图4-33 先导式顺序阀1―阀体 2―阀心 3―阻尼孔 4―盖板东南大学机械工程学院液压与气压传动性能第四章 控制元件顺序阀的主要性能和溢流阀相仿。此外，顺序阀为使执行元件准确地实 现顺序动作，要求阀的调压偏差小，因而调压弹簧的刚度小一些好。另 外，阀关闭时，在进口压力作用下各密封部位的内泄漏应尽可能小，否 则可能引起误动作。应用1）控制多个执行元件的顺序动作。 2）与单向阀组成平衡阀，保持垂直放Z的液压缸不因自重而下落。 3）用外控顺序阀可在双泵供油系统中，当系统所需流量较小时，使大流 量泵卸荷。卸荷阀便是由先导式外控顺序阀与单向阀组成的。 4）用内控顺序阀接在液压缸回油路上，产生背压，以使活塞的运动速度 稳定。School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院液压与气压传动4. 平衡阀第四章 控制元件图4-34所示为在工程机械领域得到广泛应用的一种平衡阀结构。重物下 降时的油流方向为B→A，X为控制油口。当没有输入控制油时，由重物 形成的压力油作用在锥阀2上，B口与A口不通，重物被锁定。当输入控 制油时，推动活塞4右移，先顶开锥阀2内部的先导锥阀3。由于阀3右移， 切断了弹簧8所在容腔与B口高压腔的通路，该腔快速卸压。此时，B口 还未与A口沟通。当活塞4右移至其右端面与锥阀2端面接触时，其左端 圆盘正好与活塞附件5接触形成一个组件。该组件在控制油作用下压缩弹 簧9继续右移，打开锥阀2，B口与A口相通，其通流截面依靠阀套上几排 小孔来逐渐增大，从而起到了很好的平衡阻尼作用。活塞4左端中心部分 还配Z了一套阻尼组件6。这样，平衡阀在反向通油时就比较平稳。图4-34 平衡阀的结构图1―阀体 2―锥阀 3―先导锥阀 4―控制活塞 5―活塞附件 6―阻尼组件 7―阀套 8―弹簧组件 9―控制弹簧School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院液压与气压传动5. 压力继电器第四章 控制元件图4-35所示为柱塞式压力 压力继电器是利用液体压力信号来启闭电气触点的液压电气转 继电器的结构。当油液压 换元件。它在油液压力达到其设定压力时，发出电信号，控制电 力达到压力继电器的设定 气元件动作，实现泵的加载或卸荷、执行元件的顺序动作或系统 压力时，作用在柱塞1上 的安全保护和连锁等功能。国内现通常将之归入压力阀类，而国 的力通过顶杆2合上微动 外则通常称之为压力开关而将之归入液压附件类。 开关4，发出电信号。图4-35 压力继电器 1―柱塞 2―顶杆 3―调节螺钉 4―微动开关School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院液压与气压传动压力继电器的主要性能包括：第四章 控制元件（1）调压范围 指能发出电信号的最低工作压力和最高工作压力之间的 范围。 （2）灵敏度和通断调节区间 压力升高，继电器接通电信号的压力（称 用很广，如刀具移到指定位Z碰到 开启压力）和压力下降，继电器复位切断电信号的压力（称闭合压力） 挡铁或负载过大时的自动退刀；润 之差为压力继电器的灵敏度。为避免压力波动时继电器时通时断，要求 开启压力和闭合压力间有一可调的差值，称为通断调节区间。 滑系统发生故障时的工作机械自动 （3）重复精度 停车；系统工作程序的自动换接等 在一定的设定压力下，多次升压（或降压）过程中，开 启压力和闭合压力本身的差值称为重复精度。 ，都是典型的例子。 （4）升压或降压动作时间 压力由卸荷压力升到设定压力，微动开关 触点闭合发出电信号的时间，称为升压动作时间，反之称为降压动作时 间。压力继电器在液压系统中的应School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院液压与气压传动Part 4.3.3 流量控制阀第四章 控制元件流量控制阀是通过改变可变节流口面积大小，从而控制 通过阀的流量，达到调节执行元件（缸或马达）运动速 度的阀类。 常用的液压流量控制阀有节流阀、调速阀、旁通式调速 阀（溢流节流阀）、分流集流阀和限速切断阀等。 液压系统中使用的流量控制阀应满足如下要求：有足够 的调节范围；能保证稳定的最小流量；温度和压力变化 对流量的影响小；调节方便；泄漏小等。School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院液压与气压传动1.流量控制原理第四章 控制元件由第一章“流体力学基础”知，当流体流经细长孔时，液流作层流流动， 流过的流量q和细长孔两端的压差Δp成线性关系，如式（1-82）所示；而 当流体流经薄壁孔口时，流量q与孔口两端压差Δp的平方根成正比，如 式（1-92）所示。一般情况下，流经阀可变节流口（以下简称阀口）的 流量公式可写成：q ? KA( x)?pm（4-20）式中 K ――常数； A(x)――可变节流孔的通流面积； x ――开口量； m ――指数，0.5≤m≤1。School of Mechanical Engineering由式（4-20）可知，在一 定压差Δp下，改变阀心开 口x可改变阀口的通流面 积A(x)，从而可改变通过 阀的流量。这就是流量控 制的基本原理。东南大学机械工程学院液压与气压传动第四章 控制元件由式（4-20）还可以看出，通过阀口的流量，和阀口前后压 差、油温及阀口形状等因素密切相关。（1）压差Δp对流量稳定性的影响 在使用中，当阀口前后压差变化时， 使流量不稳定。式（4-20）中的m越大，Δp的变化对流量的影响越大， 因此阀口制成薄壁孔（m=0.5）比制成细长孔（m=1）的好。 （2）温度对流量稳定性的影响 油温的变化引起油液粘度的变化，从而 对流量发生影响。这在细长孔式阀口上是十分明显的。而对锐边或薄壁 型阀口来说，当雷诺数Re大于临界值时，流量系数不受油温影响；但当 压差小，通流面积小时，流量系数与Re有关，流量要受到油温变化的影 响。因而阀口应采用锐边或薄壁型的为好。 （3）最小稳定流量和流量调节范围 当阀口压差Δp一定，在阀口面积 调小到一定值时，流量将出现时断时续现象；进一步调小，则可能断流。 这种现象称为节流阀的阻塞现象。每个节流阀都有一个能正常工作的最 小稳定流量，其值一般约在0.05L/min左右。School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院液压与气压传动第四章 控制元件节流阀口发生阻塞的主要原因是由于油液中的杂质、 油液高温氧化后析出的胶质等附在节流阀口表面上 所致。当阀口开度很小，这些附着层达到一定厚度 时，就会使油液时断时续，甚至断流。 为减小阻塞现象，可采用水力直径大的节流口；另 外，选择化学稳定性和抗氧化稳定性好的油液，精 细过滤，定期换油等都有助于防止阻塞，降低最小 稳定流量。 流量调节范围指通过阀的最大流量和最小流量之比， 一般在50以上。高压流量阀则在10左右。School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院液压与气压传动2.节流阀图4-36所示的节流阀，可通过旋转 阀心3使之在螺母1中上下移动，从 而改变阀心与阀体2组成的节流口面 积大小。采用三角槽结构的阀口可提 高分辨率，即减小节流口面积对阀心 位移的变化率（又称面积梯度），使 调节的精确性提高。 节流阀在液压系统中主要与定量泵、 溢流阀和执行元件等组成节流调速系 统。调节其开口，便可调节执行元件 运动速度的大小。节流阀也可于试验 系统中用作加载等。School of Mechanical Engineering第四章 控制元件图4-36 节流阀1―螺母 2―阀体 3―阀心东南大学机械工程学院液压与气压传动3.调速阀第四章 控制元件减压阀阀心上端的油腔b通过孔道 图4-37所示为调速阀进行调速 a和节流阀后的油腔相通，压力为 的工作原理。液压泵出口（即 上述调速阀是先减压后节流型的结构。 p2，而其肩部腔c和下端油腔d，通 调速阀进口）压力p1由溢流阀 调速阀是在节流阀的前面串 调速阀也可以是先节流后减压型的，两 过孔道f和e与节流阀前的油腔相通， 调定，基本上保持恒定。调速 接了一个定差式减压阀，使 者的工作原理和作用情况基相上相同。 压力为pm。活塞上负载Ｆ增大时， 阀出口处的压力p2由活塞上的 油液先经减压阀产生一次压 p2升高，于是作用在减压阀阀心上 应当指出，这种阀称为调速阀是不十分 负载F决定。所以当F增大时， 力降，将压力降到pm。利用 端的液压力增加，阀心下移，减 确切的，称稳流量阀似更合符实际。 调速阀进出口压差p1-p2将减小。 压阀的开口加大，压降减小，因 减压阀阀心的自动调节作用， 如在系统中装的是普通节流阀， 而使pm也升高，结果使节流阀前 使节流阀前后压差Δp=pm-p2 则由于压差的变动，影响通过 后的压差pm-p2保持不变。反之亦 基本上保持不变。 节流阀的流量，从而使活塞运 然。这样就使通过调速阀的流量 恒定不变，活塞运动的速度稳定， 动的速度不能保持恒定。 图4-37 调速阀的工作原理 不受负载变化的影响。School of Mechanical Engineeringa）结构 b）图形符号 c）简化的图形符号东南大学机械工程学院液压与气压传动稳态特性第四章 控制元件调速阀的流量特性可按下述基本关系式推导出来。式中带Ｒ下标 为减压阀，带Ｔ下标为节流阀。当忽略减压阀阀心的自重和摩擦力时，阀心上受力平衡方程为ks ( xc ? xR ) ? 2C dR wR xR ( p1 ? pm ) cos? ? ( pm ? p2 ) AR （4-21）式中，xc为阀心开口xR=0时的弹簧预压缩量。减压阀和节流阀的 开口都是薄壁孔形式，所以通过减压阀和节流阀的流量分别为q R ? CdR wR xR2?( p1 ? pm )qT ? CdT wT xT2?( pm ? p2 )School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院液压与气压传动于是第四章 控制元件qT ? CdT wT xT? ? xR 1? ? 2 k s xc ? xc ? 2 2 2 2CdT wT xT ?AR ? ? ? 1 ? A C w x cos? ? R dR R R ? ?1 2（4-22）School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院液压与气压传动考虑到2 dT 2 T 2 T第四章 控制元件2C w x xR ? ? ,　 1 cos? ? ? 1 xc ARCdR wR xR则（4-23）qT ? C dT w T x T2ks xc ?AR（4-24）由式（4-24）可见，在满足式（4-23）的条件下，通过调速 阀的流量可以基本上保持不变。School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院液压与气压传动调速阀和节流阀的流量特性调速阀的q与Δp间的关系曲线 示于图4-38中。图中也示出节 流阀的流量特性，以资比较。 调速阀因有减压阀和节流阀两 个液阻串联，所以它在正常工 作时，至少要有0.4~0.5MPa的 压差。这是因为在压差很小时， 减压阀阀心在弹簧作用下处于 最下端位Z，阀口全开，不能 起到稳定节流阀前后压差的缘 故。School of Mechanical Engineering第四章 控制元件图4-38 调速阀和节流阀的 流量特性东南大学机械工程学院液压与气压传动应用第四章 控制元件1）调速阀在液压系统中的应用和节流阀相 仿，它适用于执行元件负载变化大而运动 速度要求稳定的系统中，也可用在容积-节 流调速回路中。 2）调速阀在连接时，可接在执行元件的进 油路上，也可接在执行元件的回油路上， 或接在执行元件的旁油路上。School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院液压与气压传动4.旁通式调速阀由图可见，进口处高压油 旁通式调速阀亦称溢流节 p1，一部分通过节流阀４ 流阀，图4-39所示旁通式 的阀口由出油口处流出， 调速阀是由定差溢流阀与 压力降到p2，进入液压缸 节流阀并联而成。当负载 １克服负载Ｆ而以速度v运 压力变化时，由于定差溢 动。另一部分则通过溢流 流阀的补偿作用使节流阀 阀3的阀口溢回油箱。溢 两端压差保持恒定，从而 流阀上端的油腔与节流阀 使流量与节流阀的通流面 后的压力油p2相通，下端 积成正比，而与负载压力 的油腔与节流阀前的压力 无关。 油p1相通。School of Mechanical Engineering第四章 控制元件图4-39 旁通式调速阀1―液压缸 2―安全阀 3―溢流阀 4―节流阀东南大学机械工程学院液压与气压传动溢流阀阀心的受力平衡方程：第四章 控制元件p2 A ? ks( xo ? xc ? xR ) ? Ffs ? p1 A1 ? p1 A2式中 ks――溢流阀弹簧刚度；（4-25）xo――溢流阀阀心在底部限位时的弹簧预压缩量；xc――溢流阀开启（ xR =0）时阀心位移；xR――阀开口量； Ffs――溢流阀阀心稳态液动力。p1、p2、A、A1、A2如图4-39所示。School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院液压与气压传动k s ( xo ? xc ) p1 ? p2 ? A第四章 控制元件式（4-25）中，阀心面积A=A1+A2，设计时使xo+xc＞＞xR，若忽 略稳态液动力Ffs，则有：（4-26）节流阀两端压差p1-p2基本保持恒定。在稳态工况下，当负载力F发生变化，例如增加时，p2即上升，溢流阀阀 心力平衡破坏，这时溢流阀阀心向下运动，溢流阀口xR减小，进口压力 p1上升，溢流阀阀心建立新的力平衡，节流阀口两端压差p1- p2仍然不变； 反之，若负载力F减小时，p2下降，但p1也下降，压差p1-p2、流量和速度 也保持不变。 当调节节流阀开度xT，例如增大时，通过节流阀的流量和活塞运动速度v 均将增加，溢阀口xR将减小，但p1 -p2将保持不变。同理可分析xT减小的 情况。School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院液压与气压传动第四章 控制元件图4-39中2为安全阀。当负载压力p2超过其调定压力时，安全阀将开启， 流过安全阀的流量在节流阀口xT处的压差增大，使溢流阀阀心克服弹簧 力向上运动，溢流阀口xR将开大，泵通过溢流阀口的溢流加大，进口压 力p1得到限制。 调速阀和溢流节流阀虽都是通过压力补偿来保持节流阀两端的压差不变， 但在性能和应用上有一定差别。调速阀应用在由液压泵和溢流阀组成的 定压油源供油的节流调速系统中，如前所述，它可以安装在执行元件的 进油路、回油路或旁油路上。旁通式调速阀只能用在进油路上，泵的供 油压力p1将随负载压力p2而改变，因此系统功率损失小，效率高，发热 量小，这是其最大的优点。此外，旁通式调速阀本身具有溢流和安全功 能，因而与调速阀不同，进口处不必单独设Z溢流阀。但是，旁通式调 速阀中流过的流量比调速阀的大（一般是系统的全部流量），阀心运动 时阻力较大，弹簧较硬，其结果是使节流阀前后压差Δp加大（须达 0.3~0.5MPa），因此它的稳定性稍差。School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院液压与气压传动5.分流集流阀第四章 控制元件分流集流阀分为分流阀、集流阀和兼有分流、集流功能的分 流集流阀。这是一种同步控制阀，其功能是将一个油源按一 定的流量比例（一般相等）同时向两个液压缸或液压马达供 油（分流）或接受回油（集流），而两路流量（即执行元件 速度）不受负载压力变化的影响。 分流集流阀具有压力补偿的功能。 图4－40a所示为一螺纹插装、挂钩式分流集流阀。图中二位 三通阀通电后在右位接入时起分流阀作用，断电时左位接入， 起集流阀作用。School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院液压与气压传动该阀有两个完全相同的带挂钩 的阀心1，其上钻有固定节流 孔4，按流量规格不同，固定 节流孔直径及数量不同，流量 越大孔数和孔径越大；两侧流 量比例为1∶1时，两阀心上固 定节流孔完全相同。阀心上还 有通油孔及沉割槽，沉割槽与 阀套上的圆孔组成左右两个可 变节流口3。两根完全相同的 外侧弹簧6其刚度较内侧弹簧5 的大。第四章 控制元件图4-40 分流集流阀a）结构原理 b）分流阀 c）集流阀 d）分流集流阀 1―阀心 2―阀套 3―可变节流孔 4―固定节流孔 5―内侧弹簧 6―外侧弹簧School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院液压与气压传动第四章 控制元件现分析起分流阀作用时的工作原理。假设两缸完全相同。 开始时负载力F1和F2以及负载压力p1’和p2’完全相等。供油压力为ps、流 量q等分为q1和q2，活塞速度v1与v2相等。由于流量q1和q2流经固定节流孔 产生压降，而两个阀心的内侧都是高压，因此在压差作用下，两阀心相 离，挂钩互相钩住，两根弹簧产生相同变形。 此时，假设F1增大，p1’升高，p1则也将升高。这时两阀心将同时右移。 使左边的可变节流口开大，右边的可变节流口减少，从而使p2也升高， 阀心处于新的力平衡。若忽略阀心位移引起的弹簧力变化等影响，p1和 p2在阀心位移后仍近似相等，此时左侧可变节流口两端压差p1-p1’虽比原 来减小，但阀口通流面积增大，而右侧可变节流口两端的压差p2-p2’虽增 大，但阀口通流面积减小，因此两侧负载流量q1和q2在F1 &F2后仍基本相 等。但F1增大后，q1和q2比原来的要减小。即一侧负载加大后，两者流 量和速度虽仍能保持相等，但比原来的要小。 同样的分析可知当F1减小后，两侧流量和速度也能相等，但比原来的要 增加。School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院液压与气压传动第四章 控制元件起集流阀作用时，两缸中的油经阀集流后回油箱。此时由于压差作用两 阀心相抵。同理可知，两缸负载不等时，活塞速度和流量也能基本保持 相等。由于弹簧力和液动力变化、摩擦力的影响以及两侧固定节流 孔特性不可避免的差异，因此分流集流阀有约2%~5%的同 步误差。分流集流阀主要用在精度要求不太高的同步控制场 合。6.限速切断阀在液压举升系统中，为防止意外情况发生时由于负载自重而 超速下落，常设Z一种当管路中流量超过一定值时自动切断 油路的安全保护阀，即限速切断阀。School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院液压与气压传动第四章 控制元件图4-41所示为一限速切断阀。图中锥阀2上有固定节流孔，其数量 及孔径由所需的流量确定。锥阀在弹簧３作用下由挡圈４限位， 锥阀口开至最大。当流量增大，固定节流孔两端压差作用在锥阀 上的力超过弹簧预调力时，锥阀开始向右移动。当流量超过一定 值时，锥阀会完全关闭，而使液流切断。反向作用时该阀无限流 作用。限速切断阀的典型应用例 子是液压升降平台，用于 防止液压缸回油管道破裂 等意外情况发生时平台因 自重急剧下降而引发事故。1―阀体 2―锥阀 3―弹簧 4―挡圈图4-41 限速切断阀School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院液压与气压传动 Part 4.4 常用气动控制阀第四章 控制元件气动控制阀的功用、工作原理等和液压 控制阀的相似，仅在结构上有些不同。 常用气动控制阀也分为方向控制阀、压 力控制阀和流量控制阀三大类。School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院液压与气压传动Part 4.4.1 方向控制阀 1.方向控制阀的分类第四章 控制元件与液压方向控制阀相同，气动方向控制 阀也分为单向阀和换向阀。 气动换向阀可按阀心结构、控制方式等 进行分类，从阀心结构来看，以截止式 换向阀和滑柱式换向阀应用较多。School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院液压与气压传动表4-11 气动方向控制阀分类第四章 控制元件School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院液压与气压传动截止式换向阀工作原理图4-42所示为二位三通单气控 截止式换向阀的工作原理。442a为无控制信号时的状态， 阀心在弹簧力及Ｐ腔压力作用 下关闭，气源被切断，Ａ、Ｏ 相通，阀没有输出；当加上控 制信号K（如图4-4２b）时， 阀心克服弹簧力和Ｐ腔压力而 向下运动，打开阀口使Ｐ、Ａ 相通，阀有输出。此阀属常闭 型二位三通阀，若将Ｐ、Ｏ换 接，则为常通型二位三通阀。School of Mechanical Engineering第四章 控制元件图4-42 单气控截止式换向阀东南大学机械工程学院液压与气压传动截止式阀性能特点：第四章 控制元件１）阀心行程短，故换向迅速，流阻小，通流能力强，易于设计 成结构紧凑的大通径阀。２）由于阀心始终受气源压力的作用，因此阀的密封性能好，即 使弹簧折断也能密封，不会导致动作失误，但在高压或大流量时， 所需的换向力较大，换向时的冲击力也较大，故不宜用在灵敏度 要求高的场合。3）滑动密封面少，漏泄损失小，因此抗粉尘及污染能力强，阀件 磨损小，对气源过滤精度要求较其他结构的阀低。 4）截止式阀在换向的瞬间，气源口、输出口和排气口可能因同时 相通而发生串气现象，此时会出现较大的系统气压波动。School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院液压与气压传动滑柱式换向阀工作原理图4-43所示为二位五通双气控滑 柱式换向阀的工作原理。图443a为有控制信号K1时，滑柱停 在右端，通路状态是Ｐ→B、Ａ →O1，Ｂ腔进气，Ａ腔排气；当 有控制信号Ｋ2时，滑柱左移， 通路状态变为Ｐ→A、Ｂ→O2， Ａ腔进气，Ｂ腔排气。显然，这 种双气控滑柱式换向阀具有记忆 功能，即控制信号消失后，阀仍 然保持着有信号时的工作状态。School of Mechanical Engineering第四章 控制元件图4-43 双气控滑柱式换向阀东南大学机械工程学院液压与气压传动滑柱式阀性能特点：第四章 控制元件１）阀心行程较截止式长，对动态性能有不利影响，并会增加阀的轴向 尺寸，因此，大通径的阀一般不宜采用滑柱式结构。２）阀心处于静止状态时，由于结构的对称性，各通口气压对阀心产生 的轴向力保持平衡，因此，容易设计成具有记忆功能的阀。3）换向时，由于不承受像截止式密封结构所具有的背压阻力，所以换向 力小，动作灵敏。4）通用性强。同一基型，只要调换少数零件便可变成不同控制方式、不 同通口数的各种阀。同一只阀，改变接管方式，可作多种阀使用。5）滑柱式结构的密封特点是密封面为圆柱面，换向时，沿密封面进行滑 动，因此对工作介质中的杂质比较敏感，需有一套严格的过滤、润滑、 维护等措施，宜使用含有油雾润滑的压缩空气。School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院液压与气压传动2. 单向型控制阀 单向阀单向阀是最简单的一种单向型方向 阀。图4-44所示为单向阀的典型结 构。当气流由Ｐ口进气时，气体压 力克服弹簧力和阀心与阀体之间的 摩擦力，阀心左移，Ｐ、Ａ接通。 为保证气流稳定流动，Ｐ腔与Ａ腔 应保持一定压力差，使阀心保持开 启。当气流反向时，阀心在Ａ腔气 压和弹簧力作用下右移，Ｐ、Ａ关 闭。School of Mechanical Engineering第四章 控制元件图4-44 单向阀1―弹簧 2―阀心 3―阀座 4―阀体密封性是单向阀的重要性 能。最好采用平面弹性密 封，尽量不采用钢球或金 属阀座密封。东南大学机械工程学院液压与气压传动梭阀（或门）第四章 控制元件梭阀相当于由两个单向阀组合而成，有两个输入口和一个输 出口，在气动回路中起逻辑“或”的作用，又称或门型梭阀。图4-45a的结构在切换过程中 图4-45所示为梭阀的两种结 或门型梭阀在逻辑回路和程 有串气现象。但因摩擦阻力 构。当P1腔进气，P2腔通大 序控制回路中被广泛采用。 小，最低工作压力低，广泛 气时，阀心推向左边，A有 应用于执行回路和不会造成 输出。反之，P2腔进气，P1 图4-46是在手动一自动回路 腔通大气，阀心推向右边， 误动作的控制回路。图4的转换上常应用的或门型梭 45b避免了串气现象，但摩 Ａ也有输出。当P1、P2都进 阀。当其用于高低压转换回 擦阻力较大，最低工作压力 气。且气压力相等，视压力 路中时，须注意，若一个输 增高，多用于控制回路，特 加入的先后次序，阀心可停 在左边或右边；若压力不等， 别是逻辑回路中。图4-45c为 入口进气，另一个输入口则 则开启高压口通路。这两种 该阀的图形符号。 必须排气。 情况下Ａ都有输出。School of Mechanical Engineering图4-45 梭阀1―阀体 2―阀心 3―阀座 图4-46 梭阀应用回路东南大学机械工程学院液压与气压传动双压阀（与门）第四章 控制元件双压阀又称与门型梭阀，其有两个输入口P1、P2和一个输出 口A。当P1、P2都有输入时，Ａ才有输出。使用于互锁回路 中，起逻辑“与”的作用。图4-47所示为双压阀的一种结构。 当P1进气，P2通大气时，阀心推向 右侧，使P1、Ａ通路关闭，Ａ无输 出。反之，当P2进气而P1通大气时， 阀心推向左侧，使P2、A关闭，A 也无输出。只有当P1、P2同时输入 时，气压低者的一侧才与A相通， 使A有输出。School of Mechanical Engineering图4-47 双压阀东南大学机械工程学院液压与气压传动与门型梭阀的应用很广泛， 图4-48所示为该阀在互锁回 路中的应用。行程阀1为工 件定位信号，行程阀2是夹 紧工件信号。只有在工件定 位并被夹紧后，即只有当1、 2两个信号同时存在时，与 门型梭阀（双压阀）3才有 输出，使换向阀4切换，钻 孔缸5进给，钻孔开始。School of Mechanical Engineering第四章 控制元件图4-48 双压阀应用回路1、2―行程阀 3―双压阀 4―换向阀 5―钻孔缸东南大学机械工程学院液压与气压传动快速排气阀快速排气阀主要用于气缸排 图4-49所示为快速排气 气，以加快气缸动作速度。 阀。当P腔进气后，活塞 通常，气缸的排气是从气缸 上移，阀口2开启，阀口 的腔室经管路及换向阀而排 1关闭，P口和A口接通， 出的，若气缸到换向阀的距 A有输出。当P腔排气时， 离较长