6《液压传动》液压控制阀

第六章 液压控制阀
6.1 概 述
1. 阀的功能 液压系统中用以控制系统的流体压力、流量和流动方向的 压力、流量和流动方向 压力 控制元件，总称液压控制阀(或液压阀、控制阀)，它们性能很 大程度上决定了整个液压系统性能。它们的共同之处： (1)在结构上都由阀体、阀芯、操纵部件等三个主要部分组成； (2)在工作原理上都是利用阀的开口（简称阀口）的变化（大小 或通断）来控制液流压力、流量和方向的，因此阀口的通流性 能决定了它的性能。阀口的流量、压差和开口面积之间的关系 符合小孔流量公式。
6.3 压力控制阀
以液压力与弹簧力相平衡而进行压力控制的元件称压力控制 阀，简称压力阀。压力阀在油路的主要作用是用控制液流压力高 低的。
1、溢流阀
以液压力与弹簧力相平衡而维持进口压力近于恒定，系统 中多余流体通过该阀回油箱的压力控制阀，称溢流阀。 根据结构不同，溢流阀主要有直动式和先导式两种。 溢流阀在液压系统中主要起稳定压力或安全保护的作用。 它是液压系统中最重要的元件之一，几乎所有的系统都要用 到溢流阀，其性能的好坏对液压系统的正常工作有重大影响。 溢流阀在油路中的使用比较灵活，可以有不同的用途。
表6.2-1. 换向滑阀结构与图形符号
二位二通阀
接通与切断油路， 相当于一个油路 开关。
二位三通阀
改变液流流向， 从一条油路转换 到另一条油路。
二位四通阀
进油和回油不 变的情况下， 切换二个出油 口的流向。
三位四通阀
左、右位与二位 四通阀作用相同。 中位时关断所有 通油口。
二位五通阀
切换二个出油 口的流向，有 二种回油方式。
每联滑阀的进油口都和前联滑阀的中位回油口相通，即 前联回油口都和后联滑阀的中位进油口相通，这样，可使串 联油路内的数个执行元件同时动作，其条件是串联回路多路 换向阀的进油口P的压力要大于所有同时动作的执行元件的各 腔压力之和。因此，并联油路多路换向阀的进口P的压力比较 高，损失相应也较大。
3）串并联油路多路换向阀 每联滑阀的进油口都和前联滑阀的中位回油口相通，每联 回油口都直接与总回油口连接，即各滑阀的进油口串联，回 油口并联。串并联油路多路换向阀的特点是：当某联滑阀换 向时，其后各联滑阀的进油道当即被切断。因此，一组多路 换向阀中只能有一个滑阀工作，即滑阀之间具有互锁功能， 可以防止误动作。
进口压力p基本上由弹簧力决定
FS p ≈ A
1）直动式溢流阀的工作原理与结构 起稳定压力作用的溢流阀实际上是一个负反馈系统，反馈信 1-手柄 2-弹簧 号取自进口压力p，称为控制压力，在图形符号中用虚线表示。稳 3-阀芯 压时阀口虽有一定的开口量x，但常态下（进口无压力）P与T不通， 故图形符号中箭头偏向一边。另外，溢流阀的出口T通常接通油箱， 所以图形符号中也将油箱画出。
3）溢流阀的应用
（2）作安全阀以限定系统最高压力，保障系统安全 在(b)的变量泵系统中，泵输出流量可根据执行元件的需要而 自动调节。系统正常工作时无多余流量经溢流阀旁路溢流回油箱， 溢流阀是闭合的（常闭），只有当系统工作压力超过溢流阀设定 压力（一般为最高工作压力的110％）时，溢流阀才开启溢流，以 限制系统的最高工作压力，保障了系统的安全。
3）溢流阀的应用
（1）作调压阀以稳定系统压力 在图(a)的定量泵系统中，节流阀与溢流阀并联，泵输出流量QS， 节流阀用以调节进入执行元件的流量QL。 QS的选择原则是QS ≥ QL ， 以满足执行元件最大速度。在正常工作时， QS 显著大于QL ，多余流 量经溢流阀溢流回油箱。因而在正常工作时，溢流阀总是开启的（常 开），因而保证了系统工作压力稳定。调节节流阀口的开度，可调整节 流阀和溢流阀的通流量。 由于溢流阀在通流量变化很大时进口压力变化甚微，这就保证了系 统工作压力的稳定性。
5. 多路换向阀
多路换向阀是由二个以上的换向阀为主的组合阀（属于叠加阀）， 根据工作要求的不同，还可以组合上安全溢流、单向阀和补油阀。和其 它阀相比，它具有结构紧凑、压力损失小、移动滑阀阻力小、多位性能、 寿命长、制造简单等优点。
主要用于起重机械、工程机械及其它行走机构，进行多个执行元件 （液压缸和液压马达）的集中控制。它的操纵方式多为手动操纵，也有机 动、液动、气动以及电磁-气动等形式； 若按阀体结构分，有分片式和整 体式二类；若按连接方式分，有并联、串联和串并联三类。
2. 阀的分类
3. 阀的基本性能要求： 1) 动作灵敏，使用可靠，工作时冲击小、振动小、噪 音小，具有一定的使用寿命； 2) 油液通过阀时所产生的压力损失尽量小; 3)具有良好的密封性能，内、外泄漏小; 4)结构简单、紧凑，安装、调整、维护方便。 另外，液压控制阀也应实行系列化、标准化和通用化。 目前的液压阀正在向高压化、小型化、集成化的方向发展。
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三位四通液动换向阀结构（弹簧对中型） 三位四通液动换向阀结构（弹簧对中型）
当控制油路的压力油从K1口进入滑阀的左腔、滑阀的右 腔通过K2通油箱时，液压力克服弹簧力等阻力，推动阀芯右 移，P与A相通，B与T相通，换向阀处于左位状态。反之，K2 口通入压力右时，换向阀处于右位状态，P与B相通，A与T相 通。当K1、K2都不通入压力油时，阀芯在二端的弹簧力作用 下，处于中位，四个油口均不相通。
2、换向阀
换向阀是利用阀芯和阀体的相对位移关闭或接通油路，从而改变 液流方向，使执行元件停止、启动或改变运动方向。 根据阀芯和阀体的相对位移方式，可分为换向滑阀和转阀两大类。 换向滑阀是利用阀芯相对阀的往复直线位移改变内部通道连通方 式控制油路通断和改变液流方向的，而转阀是利用柱状阀芯与阀体的 旋转位移实现上述作用的。不加特别说明的换向阀即换向滑阀。
液控单向阀 允许液体单向通过， 反向时关闭或按预定液压 控制信号开放单向阀，称 液控单向阀。液控是在普 通单向阀的基础上，增加 一个液控口，以适应油液 反向流动的需要。
1 – 活塞 2 – 顶杆 3 – 阀芯
当控制口K不通压力油时，液控单向阀与普通单向阀一样，油液只能 正向流动，反向截止。而当控制口K通入压力油时，活塞1被推向右边， 克服弹簧弹力、液压力等阻力，通过顶杆2推动阀芯3右移，阀口打开， 液控单向阀反向导通，油液可以从原出油口P2通过阀口流向原进油口P1 液控单向阀常用于保压、锁紧和平衡等回路
转阀的阀芯是作旋转运动，如图所示，扳动手 柄1，阀芯3在阀体2内作转动。（a）、（b）、（c） 分别是阀芯在左、中、右三个位置的情形 （d） ）
3、换向滑阀的结构介绍 三位四通手动换向阀结构
二位二通机动换向阀结构
三位四通电磁换向阀结构
1-阀芯 2-弹簧3-推杆 4-线圈 5-导套 6-衔铁 7-压杆 8-检查按钮
电液动换向阀结构（弹簧对中型） 电液动换向阀结构（弹簧对中型）
电液动换向阀 由主阀和先导控制 阀组成。主阀是液 动换向阀，允许通 过较大流量的液流。
通电，使电磁阀处于右位， 则主阀也随之切换至右位，P、B 相通，A、T相通。当二个电磁阀 均断电时，主阀芯在复位弹簧的 作用下，回到中位，P、T、A、B 四个均互不相通。
1）并联油路多路换向阀
这类多路换向阀进口压力油可以直接通到各联滑阀的进油 口，各联滑阀的回油口又都直接通到多路换向阀的总回油口。 当采用这种油路连通方式的多路换向阀同时操作多个执行元件 同时工作，压力油总是先进入负载压力较低的执行元件。因此 只有各执行元件进油口的压力相等时，它们才能同时动作。
２）串联油路多路换向阀
（1）直动式溢流阀的工作原理与结构 根据阀芯形状不同，直动式溢流阀有3种：球芯式、锥芯 式和滑阀式溢流阀。球芯式应用较少；锥芯式动作灵敏，适于 1-手柄 2-弹簧 作安全阀；而滑阀式溢流阀压力稳定性好，适用作调压阀以稳 3-阀芯 定系统的工作压力。
阀体上阻尼孔1的作 用是对阀芯的运动产生阻 尼，以提高阀芯的稳定性。 P为进油口(液压泵出口的 分支管路接口)，T为回油 箱接口。转动调手柄5， 使调压弹簧7预压缩量为x。
三位五通换向滑阀 ：位数、通路数、中位机能
（a） ） （b） ） （c） ）
图（c）是对应图（a）、（b）换向阀的图形符号，从左至右的三个方 框分别代表换向阀阀芯所处的左位、中位和右位三个工作位置。方框内的 引线表示通路状态，其中“┷”或“┰”表示阀口关闭，箭头连线表示所 连接的口相通。图形符号中，外引线在常态（不通电）位置画出，图（c） 中的常态位置是中位，有五条外引线，表示阀的五个油口。因该阀有三个 工作位置，五个油口，称为“三位五通换向阀”。 中位机能是对三位换向阀而言的。在非控制状态时，中间位置所表示 的阀内部油路连通方式称中位机能。根据中位油路的连通方式不同，可分 为O、P、M、H、X、U、Y型多种，可参看表6.2-2
3）溢流阀的应用
（3）作卸荷阀和远程调压阀 在图（c）的定量泵系统中，调压阀为先导式溢流阀，在其先 导阀控制口处并联二位二通阀。当二位二通阀通电而处上工位时， 先导阀控制压力为零，使泵卸载。将图中的二位二通阀换成锥心 式溢流阀，则可作远程调压阀。但只有远程调压阀的调节压力低 于主阀调节压力时，才起远程调压作用。
6.2 方向控制阀
方向控制阀在油路的主要作用是用来通断或改变油液流动 的方向。
1. 单向阀
仅允许液体向一个方向流动，而不能反向流动（反向截止） 的阀。有普通型单向阀和液控单向阀两种。普通单向阀的工作 原理是利用座阀（锥阀或球阀）的单向通流特性实现的。
单向阀在油路中主要用来限制液流流向。正向时要求它 阻力小、压降损失小、动作灵敏可靠；反向时泄漏小。 单向阀的主要用途是:装在液压泵的出油液口，在液压 泵卸荷或意外停转时，防止系统中的高压油液倒流入液压泵 而影响它的工作
三位五通换向滑阀 ：
换向阀阀芯的控制方式、定位和复位方式： 控制方式即是使阀芯位移的方式和方法。常见的控制方式（参 见表6.2-3）有：手动控制、机械控制、液压控制、电磁控制及复合 控制，它们分别是利用人工方法、机械方法、液压力和通电线圈产 生的电磁力控制阀芯与阀体的相对位移的，复合控制通常是电液联 合控制，即利用电磁力控制导阀，进而使液压力控制主阀芯位移从 而达到换向目的。 在液压回路或液压系统中，换向阀的图示位置为静态（自然） 在液压回路或液压系统中，换向阀的图示位置为静态（自然） 位置。 位置。 使阀芯相对阀体在工作位置或零位固定的方法称定位方式。常 见的定位方式有弹簧定位和机械定位，其中机械定位是最可靠的。 使阀回到原始状态的方法，称复位方式，常见的复位方式有弹 簧复位、弹簧对中复位、液压对中复位，后两者是对三位阀而言的。