液压控制阀 - 图文

第5章 液压控制阀

内容提要

本章主要介绍液压控制元件（压力阀、流量阀、方向阀等）在液压系统中的作用、工作原理、性能、职能符号及其应用。

基本要求、重点和难点

基本要求：通过本章学习，要求掌握压力阀、流量阀、方向阀的工作原理，性能、特性及其在液压系统中的应用。

重点：① 压力阀中的先导式溢流阀、减压阀。 ② 流量阀中的普通节流阀、调速阀。 ③ 方向阀中滑阀式电磁阀、电液换向阀。

难点：① 直动式溢流阀与先导式溢流阀的流量——压力特性比较。 ② 减压阀的作用。 ③ 调速阀的基本工作原理。 ④ 换向阀的换向原理和滑阀机能。

5.1概述

5.1.1液压控制阀的功用、分类

1.液压控制阀的功用

液压控制阀是液压系统中用来控制油液的流动方向或调节其压力和流量的元件。借助于这些阀,便能对执行元件的启动、停止、运动方向、速度、动作顺序和克服负载的能力进行调节与控制，使各类液压机械都能按要求协调地进行工作。液压控制阀对液压系统的工作过程和工作特性有重要的影响。

2.液压控制阀的基本共同点及要求 尽管液压阀的种类繁多，且各种阀的功能和结构形式也有较大的差异，但它们之间均保持下述基本共同点：

1）在结构上，所有液压阀都是由阀体、阀芯、和驱动阀芯动作的元、部件组成； 2）在工作原理上，所有液压阀的开口大小、进出口间的压差以及通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。

液压系统中所使用的液压阀均应满足以下基本要求： 1）动作灵敏，使用可靠，工作时冲击和振动小； 2）油液流过时压力损失小； 3）密封性能好；

4）结构紧凑，安装、调整、使用、维护方便，通用性大。 3.液压控制阀的分类

液压控制阀按不同的特征和方式可分为以下几类，如表5.1所示。

表5.1液压控制阀的分类 分类方法 种类 详细分类 压力控制阀 按用途分 流量控制阀 方向控制阀 人力操纵阀 按操纵方式分 机械操纵阀 电动操纵阀 管式连接 按连接方式分 板式及叠加式连接 溢流阀、减压阀、顺序阀、比例压力控制阀、压力继电器等 节流阀、调速阀、分流阀、比例流量控制阀等 单向阀、液控单向阀、换向阀、比例方向控制阀 手把及手轮、踏板、杠杆 挡块、弹簧、液压、气动 电磁铁控制、电一液联合控制 螺纹式连接、法兰式连接 单层连接板式、双层连接板式、集成块连接、叠加式 插装式连接 开关或定值控制阀 电液比例阀 按控制原理分 伺服阀 数字控制阀 螺纹式插装、法兰式插装 压力控制阀、流量控制阀、方向控制阀 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、 单、两极 （喷嘴挡板式、动圈式）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 数字控制压力阀、数字控制流量阀与方向阀 4.液压控制阀的基本参数 1）公称通径

公称通径代表阀的通流能力大小，对应阀的额定流量。与阀的进出口连接油管的规格应与阀的通径相一致。阀工作时的实际流量应小于或等于它的额定流量,最大不得大于额定流量的1.1倍。

2）额定压力

额定压力代表阀在工作时允许的最高压力。对压力控制阀,实际最高压力有时还与阀的调压范围有关；对换向阀,实际最高压力还可能受其功率极限的限制。

5.1.2.阀口的结构形式和流量计算公式

1.阀口的结构形式

液压阀中常见阀口的结构形式如图5-1所示。

图5-1阀口的形式

（a）（b）滑阀式 （c）错位孔式 （d）三角槽式（e）弓形孔式 （f）偏心槽式

（g）斜槽式 （h）转楔式 （i）旋转槽式 （j）针阀式（k）缝隙式

2.流量计算公式

各种液压阀阀口都以接近于薄壁小孔为目标，这正是为了减小液压油的粘温特性对阀口通流性能的影响。工程上阀口的流量计算公式

mq?CA?pT （5-1）

式中 C——与阀口形状、液体流态、油液性质有关的系数；

m——流量指数，取值范围为0.5～1， m越小，节流口越接近于薄壁小孔，m越大，节流口越接近于细长孔；

AT——通流截面面积；

?p——流经阀口的压差；

5.1.3液动力

驱动阀芯的方式有手动、机动、电磁驱动、液压驱动等多种。其中手动最简单，电磁驱动易于实现自动控制，但高压、大流量时手动和电磁驱动方式常常无法克服巨大的阀芯阻力，这时不得不采用液压驱动方式。稳态时（即阀芯与阀体是相对静止的），阀芯运动的主要阻力为：液压不平衡力、稳态液动力、摩擦力（含液压卡紧力）；动态时（即阀芯与阀体是相对运动的）还有瞬态液动力、惯性力等。阀芯的稳态液动力和瞬态液动力在高压、大流量时

可达数百至数千牛，影响阀芯的操纵稳定性，因此有必要了解它们的特性。下面以应用广泛的滑阀为例进行介绍。

1.稳态液动力

稳态液动力是阀芯移动完毕，开口固定之后，液流流过阀口时因动量变化而作用在阀芯上的力。图5-2示油液流过阀口的两种情况。

图5-2滑阀的稳态液动力

（a）液流流出阀口 （b）液流流入阀口

根据动量方程，取阀芯两凸肩间的容腔中液体作为控制体，可得这两种情况下的轴向液动力都是

Fbs?pqvcos?，其方向都是促使阀口关闭的。用薄壁小孔的速度公式

11v?CV(2?p)2q?CdAT(2?p)2?和流量公式

?代入上式。可得

式中

Fbs?2CdCVAT?pcos? （5-2）

Cd——流量系数； CV——小孔速度系数；

AT——小孔截面积；

?p——小孔前后压差；

?——液流速度方向角。

在高压大流量的情况下，稳态液动力将会很大，使阀芯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5-3（a）采用特种形状的阀腔；（b）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；（c）改变阀芯的颈部尺寸，使液流流过阀芯时有较大的压降，以便在阀芯两端面上产生不平衡液动力，抵消轴向液动力。

图5-3 稳态液动力的补偿法

（a）特种形状阀腔 （b）阀态开斜孔 （c）液流产生压降

稳态液动力始终使阀口关闭，相当于一个回复力，故它对滑阀性能的另一影响是使滑阀的工作趋于稳定。

2.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芯上的力。这个力只与阀芯移动速度有关（即与阀口开度的变化率有关），与阀口