液压控制元件
液压控制元件
第4章液压控制元件在液压系统中，除需要液压泵供油和液压执行元件来驱动工作装置外，还要配备一定数量的液压控制元件，液压控制阀就是用来对液流的流动方向、压力的高低以及流量的大小进行预期的控制，以满足负载的工作要求的控制元件。
因此，液压控制阀是直接影响液压系统工作过程和工作特性的重要元件。
在液压系统中，液压控制阀（简称液压阀）是用来控制系统中油液的流动方向、调节系统压力和流量的控制元件。
借助于不同的液压阀，经过适当的组合，可以达到控制液压系统的执行元件（液压缸与液压马达）的输出力或力矩、速度与运动方向等的目的。
4.1 液压控制阀概述4.1.1液压阀的分类液压阀的分类方法很多，根据不同的用途和结构，液压阀主要分为以下几类：（1）按用途可以分为：压力控制阀（如溢流阀、顺序阀、减压阀等）、流量控制阀（如节流阀、调速阀等）、方向控制阀（如单向阀、换向阀等）三大类。
（2）按控制方式可以分为：定值或开关控制阀、比例控制阀、伺服控制阀。
（3）按操纵方式可以分为：手动阀、机动阀、电动阀、液动阀、电液动阀等。
（4）按安装形式可以分为：管式连接、板式连接、集成连接等。
为了减少液压系统中元件的数目和缩短管道长度尺寸，有时常将两个或两个以上的阀类元件安装在一个阀体内，制成结构紧凑的独立单元，这样的阀称为组合阀，如单向顺序阀、单向节流阀等。
4.1.2 对液压阀的基本要求1. 液压阀的共同点各类液压阀虽然形式不同，控制的功能各异，但各类液压阀之间总还是保持着一些基本的共同点：（1）在结构上，所有的阀都是由阀芯、阀体和驱动阀芯动作的元部件组成；（2）在工作原理上，所有的阀都是通过改变阀芯与阀体的相对位置来控制和调节液流的压力、流量及流动方向的；（3）所有阀中，通过阀口的流量与阀口通流面积的大小、阀口前后的压差有关，它们之间的关系都符合流体力学中的孔口流量公式（)q∆=），只是各种阀控制的参数各pKa(m不相同而已。
可以说，各类阀在本质上是相同的，仅仅是由于某一特点得到了特殊的发展，才演变出了各种不同类型的阀来。
液压执行元件各有什么用途
液压执行元件各有什么用途液压执行元件是液压系统中的核心部件，主要用于将液压能转化为机械能，实现各种工程机械的运动。
常见的液压执行元件包括液压缸、液压马达和液压伺服阀等。
它们各有不同的用途，具体如下：1. 液压缸：液压缸是最常见和应用广泛的液压执行元件，主要用于产生线性运动。
它通常由缸体、活塞、活塞杆和密封件等部件组成。
液压缸可用于各种工程机械，如挖掘机、铲车和推土机等，实现各种行程和推力的精确控制。
2. 液压马达：液压马达是将液压能转化为旋转运动的液压执行元件。
它通常由马达本体、齿轮或液压马达柱塞等组成。
液压马达广泛应用于各种需要转动运动的工程机械，如起重机、钻机和混凝土泵等。
3. 液压伺服阀：液压伺服阀是用于控制和调节液压系统中流量和压力的重要元件。
通过调节阀芯的位置和开口大小，实现对液压能的精确控制。
液压伺服阀广泛应用于液压系统中的动态控制和自动化控制系统。
4. 液压驻车制动器：液压驻车制动器主要用于工程机械和汽车等的停车制动。
它通过液压系统产生的压力来使制动器盘片紧密贴合，从而实现对车辆的牵制和停止。
5. 液力变矩器：液力变矩器是用于传递和调节动力的液压执行元件。
它通常由泵轮、涡轮和导向器等组成，可以实现变矩器的连续变比。
液力变矩器广泛应用于各种需要动力变速的工程机械和汽车等。
6. 液压传动件：液压传动件主要用于传递液压能和机械能的变换。
常见的液压传动件包括管路、接头和油管等。
液压传动件在液压系统中起到连接各个液压元件的作用，实现液压能的传递和分配。
总结来说，液压执行元件在工程机械、汽车等领域中起到至关重要的作用。
它们能够将液压能有效地转化为机械能，实现各种运动和动力传递。
液压执行元件的应用不仅提高了机械设备的工作效率和精度，还增加了操作的便利性和安全性。
液压控制元件(2)
图4-7 手动换向阀
第4章 液压控制元件
1
2
3
P
A
(a)
1—滚 轮 ； 2—阀 芯 ； 3—弹 簧 A
P (b)
图4-8 (a) 结构； (b) 职能符号
第4章 液压控制元件
2） 机动换向阀又称行程阀， 主要用来控制液压机械运动 部件的行程。 它借助于安装在工作台上的挡铁或凸轮来迫 使阀芯移动， 从而控制油液的流动方向， 机动换向阀通常 是二位的， 有二通、 三通、 四通和五通几种， 其中二位 二通、 三通机动换向阀又分常闭和常开两种。
第4章 液压控制元件
如果将该阀阀芯右端弹簧3的部位改为图4-7(b)的 形式， 即成为可在三个位置定位的手动换向阀，图47(c)、 图4-7(d)所示为手动换向阀的图形符号图。
1
T2 P a
3
B
A
(b) (a)
图4-7 手动换向阀
第4章 液压控制元件
AB
AB
PT
PT
(c)
(d)
1—手 柄 ； 2—阀 芯 ； 3—弹 簧
第4章 液压控制元件
调 压 手轮
弹簧
提动头 (锥 阀 )
溢 流 口T) (
压 力 口P)(
(a)
(b)
(c)
图4-17 (a) 外观； (b) 结构； (c) 职能符号
第4章 液压控制元件
2） 先导型溢流阀（Pilot operated relief valve）
先导型溢流阀如图4-18所示， 主要由主阀和先导阀两部
K
T(T1) A P
B T(T2)
X
T(T1) A P
B T(T2)
M
T(T1) A P
第八章 液压系统控制元件
✵二位二通电磁阀
✵三位四通电磁阀
④液动换向阀 液动换向阀利用控制油路的压力油来推动阀芯实现 换向，它适用于流量较大的阀。 ⑤电液动换向阀
2.多路换向阀 多路换向阀是将两个以上手动换向阀组合在一起的 阀组，用以操纵多个执行元件的运动。为了适应多个执 行元件运动的配合或互锁要求，这种阀比通常的四通阀 增加两个油口，所以多路阀往往由若干个三位六通手动 换向阀组合而成。 ✵并联油路：多路换向阀内各单阀可以独立操作，如 果同时操纵两个或两个以上的阀时， 负载轻的先动作，此时分配到各执行 元件的油液仅为泵流量的一部分。
与油泵连接）；A、B－工作 油口（与执行元件连接）； T－回油口（与油箱连接）。 根据进、出油口的数目 可分为二通、三通、四通、 五通等。 ✵阀芯 带凸肩的圆柱体，按阀 芯的可变位臵可分为二位、 三位和多位。 ②工作原理与职能符号： 换向阀都有两个或两个 以上的工作位臵，其中有一 个常态位，即阀芯未受到操 纵它的外部作用时所处的位
8.2 方向控制阀（DIRECTIONAL CONTROL VALVES） 一、单向阀（CHECK VALVE） ✵功用：使液体只能单向通过。 ✵性能要求：压力损失小，反向截止密封性好。 ✵分类：普通单向阀，液控单向阀。 1.普通单向阀（CHECK VALVE） ⑴结构：由阀体、阀芯和复位弹簧等组成。 ⑵工作原理：
✵串联油路：各单阀之间的进油路串联，上游换向阀 的工作回油为下游换向阀的进油。该油路可以实现两个 或两个以上工作机构的同步动作，泵的出口压力等于各 工作机构负载压力的总和。 ✵串并联油路：各单阀之间的进油路串联，回油路并 联，操纵上游阀时下游阀不能工作。但上游阀在微调范 围内操纵时，下游阀尚能控制该路工作机构的动作。
臵，这是阀的原始位臵。绘制液压系统图时，油路一般 应连接在换向阀的常态位上。 滑阀式换向阀主体部分的结构原理与职能符号
第3章 液压动力元件
《液压伺服与比例控制系统》
多媒体授课系统
燕 山 大 学 《液压伺服与比例控制系统》课程组
第3章 液压动力元件
本章摘要
液压动力元件(或称液压动力机构)是由液压放 大元件(液压控制元件)和液压执行元件组成。有四 种基本型式的液压动力元件：阀控液压缸、阀控 液压马达、泵控液压缸、泵控液压马达。 本章将建立几种基本的液压动力元件的传递函 数，分析它们的动态特性和主要性能参数。
忽略Bp后近似为：
K ce h Ap
e mt
Vt
2 h
K c mt 2 h Ap
标准传递函数形式：
K ps Ap 1 Vt X v 1 s FL K K 4 e K ce Xp s s 2 2 o 1 2 s 1 o r o
简化为：
s FL Xp 2 s 2 h K K ce K s 1 s 2 2 h h Kh Ap
Kq K ce Vt X v 2 1 Ap Ap 4 e K ce
综合固有频率：
o h
K 1 Kh
综合阻尼比：
Bp 1 4 e K ce o 2o Vt 1 K K h mt
或进一步简化为：
s FL Xp K ce K s 2 2 h s 1 s 2 2 Ap h h Kq K ce Vt X v 2 1 Ap Ap 4 e K ce
(三) 其它简化形式：
Xp Xv Kq Ap K ce mt s 2 s 1 Ap Kq Ap Kq Ap s s 1 1
根据阀控液压缸的拉氏变换方程式绘出系统方框图。
液压系统控制元件
三位四通电磁换向阀
二位二通机动换向阀
换向阀主体部分结构型式
主体部分 （1）二位二通
职能符号 ：
A P
作用：控制油路的通与断
（动画素材）
（2）二位三通
职能符号：
A
P
B
作用：控制液流方向
（3）二位四通
职能符号 ：
P — 压力油口 T — 回油口 A、B — 分别接执行元件的两腔
动画
作用：控制执行元件换向
三位阀的机能是指阀芯处于中位时，阀
各油口的通断情况。三位阀的滑阀机能也称
中位机能。三位阀有多种机能现只介绍最常
用的几种。
（l）二位二通换向阀
二位二通换向阀其两个油口之间的状态只有两种：通或断。 二位二通换向阀的滑阀机能有：常闭式（O型） （即油路是 断开的） 、常开式（H型）（即油路是接通的） 。
表5.1中图形符号的含义如下：
• 换向阀都有两个或两个以上的工作位置，其中一个 为常态位，即阀芯未受到操纵力时所处的位置，图 形符号中的中位是三位阀的常态位。利用弹簧复位 的二位阀则以靠近弹簧的方框内的通路状态为其常
态位。绘制系统图时，油路一般应连接在换向阀的
常态位上。
换向阀的命名要顺序的表明其“位”、“通 ”及控制能源方式（或操纵方式）。如：
1 2 (4)液控单向阀符号 3
A B
A
B 4 L
K
〈b〉外泄式
A
B
5 6
A
B
K
K
〈a〉内泄式
K
图5.14(b) 带卸荷阀的液控单向阀(外泄式) 2-主阀芯;3-卸荷阀芯;5-控制活塞 A-正向进油口;B-正向出油口;K-控制口
电液控制-液压动力元件
忽略了库仑摩擦力等非线性负载。 以上三个方程中的变量均是在平衡工作点的增量，去掉了增量 符号“△”。
三个基本方程完全描述了阀控液压缸的动态特性。取它们的拉 式变换，可得
可据此绘制出阀控液压缸系统的方框图。以阀芯位移XV 为指令信号，外负载力FL为干扰信号。图a、 b 分别以负载流量 QL和负载压力pL为中间变量。 通过对方程消去中间变量或由方框图化简，可得阀芯输 入位移和外负载力同时作用时液压缸活塞总输出位移为：
（3）K=0，mt=0，Bp=0时，传递函数为
液压伺服系统常常是整个控制回路的一个部件，如水轮 机调节系统等，此时其传函常可简化为这三种形式。
（三）阀控液压缸系统的频率响应分析
1、无弹性负载时的情形 （1）对输入指令Xv的频响分析 其传递函数为：
可绘制出其伯德图如下图所示，它由比例、积分和二阶振 荡环节组成。系统的主要性能参数为：速度放大系数（速度增益） Kq/Ap，液压固有频率ωh和液压阻尼比ξh。 A、速度放大系数（速度增益）Kq/Ap 表示阀对液压缸活塞 输出速度控制的灵敏度，它直接影响系统的稳定性、响应速度和 控制精度。 Kq/Ap增大时可提高系统的响应速度和精度，但使系 统的稳定性变坏。 在工作零点处Kq0最大，而Kc0最小，系统的稳定性最差，故在计 算系统稳定性时取零位处。 Kq会随负载压力pL的增大而降低， 为保证系统的工作速度和良好的控制性能，常需限制 pL 2Ps / 3
阻尼比表示系统的相对稳定性，一般液压伺服系统的液 压阻尼比较小，需要提高阻尼比值以改善系统性能。所用方法 有： （a）设置旁路泄漏通道，即在液压缸两个工作腔之间设置旁 路通道增加泄漏系数Ctp，但增大了功率损失，降低了系统的 总压力增益和系统刚度，增大了外负载力引起的误差。 （b）采用正开口阀。正开口阀的Kc0值较大，可增加阻尼比， 但会降低系统刚度，零位泄漏量引起的功率损失大，还会带来 非线性流量增益、稳态液动力变化等问题。 （c）增加负载的粘性阻尼，但需另外设置阻尼器，增加了结 构的复杂性。
液压与气动技术第4章-控制元件.答案
①手动换向阀。手动换向阀是利用手动杠杆改变阀芯位置来 实现换向的.如图4-7所示。
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4.1 常用的液压控制阀
图4-7(a)所示为自动复位式手动换向阀.手柄左扳则阀芯右
移.阀的油口P和A通.B和T通;手柄右扳则阀芯左移.阀的油口 P和B通.A和T通;放开手柄.阀芯在弹簧的作用下自动回复中
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4.1 常用的液压控制阀
4. 1. 3 压力控制阀
压力控制阀简称压力阀.主要用来控制系统或回路的压力。其 工作原理是利用作用于阀芯上的液压力与弹簧力相平衡来进 行工作。根据功用不同.压力阀可分为溢流阀、减压阀、顺序 阀、平衡阀和压力继电器等.具体如下:
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4.1 常用的液压控制阀
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4.1 常用的液压控制阀
5.压力继电器
压力继电器是一种将液压系统的压力信号转换为电信号输出 的元件其作用是根据液压系统压力的变化.通过压力继电器内 的微动开关自动接通或断开电气线路.实现执行元件的顺序控 制或安个保护。 压力继电器按结构特点可分为柱塞式、弹簧管式和膜片式等 图4-25所示。
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4.1 常用的液压控制阀
2.减压阀 (1)减压阀结构及工作原理 减压阀有直动型和先导型两种.直动型减压阀很少单独使用. 而先导型减压阀则应用较多。图4-18所示为先导型减压阀. 它是由主阀和先导阀组成.先导阀负责调定压力.主阀负责减 压作用。 压力油由P1口流入.经主阀和阀体所形成的减压缝隙从P2口 流出.故出口压力小于进口压力.出口压力经油腔1、阻尼管、 油腔2作用在先导阀的提动头上。当负载较小.出口压力低于 先导阀的调定压力时.先导阀的提动头关闭.油腔1、油腔2的 压力均等于出口压力.主阀的滑轴在油腔2里面的一根刚性很 小的弹簧作用下处于最低位置.主阀滑轴凸肩和阀体所构成的 阀口全部打开.减压阀无减压作用.
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液压控制元件
【课程性质】
理论课
【教学目标】
1、熟悉方向阀、压力阀、流量阀作用原理
2、掌握方向阀、压力阀、流量阀结构
3、熟知常用阀门的表示符号。
【教学重点】
重点：1、液压控制阀的工作原理
2、液压控制阀的分类
3、各方向控制阀的工作原理、符号认知及其应用
4、各压力控制阀的工作原理、符号认知及其应用
5、各流量控制阀的工作原理、符号认知及其应用【教学难点】
难点：1、相似符号的区分
2、相同元件在同一回路中的作用
3、各元件的结构分析
【教学课时】
10课时
【教学策略】
采用多媒体动画的教学方式，进行直观教学
【教学方法】
讲授法，多媒体教学法
【教学过程】
1-阀体 2.阀芯 3-弹簧图23 单向阀
1-控制活塞 2.顶杆 3-阀芯图24 液控单向阀
手柄 2.滑阀（阀芯） 3-阀体
弹簧
图25 三位四通手动换向阀
②机动换向阀
1-挡铁 2.阀芯 3-弹簧
图26 二位二通机动换向阀
③电磁换向阀
1-推杆 2.阀芯 3-弹簧
图27 二位三通电磁换向阀
④ 液动换向阀 ⑤ 电液换向阀 ⑥ 转阀
图30 转阀
(3) 中位机能
三位四通换向阀的中位机能是指阀处于中位时各油口的连通方式，如表5所示为常见的几种中位机能。
分析和选择三位换向阀的中位机能时，通常考虑以下几个方面：
1） 系统保压 P 口堵塞时，系统保压，液压泵用于多缸系统；
2）系统卸荷 P 口通畅地与T 口相通，系统卸荷；
3）换向平稳与精度 A 、B 两口堵塞，换向过程中易产生冲击，换向不平稳，但精度高；A 、B 口都通T 口，换向平稳，但精度低；
4） 启动平稳性 阀在中位时，液压缸某腔通油箱，启动时无足够的油液起缓冲，启动不平稳。
5） 液压缸浮动和在任意位置上停止。
本节课学习了以下内容：
1、了解液压传动的工作原理.
2、掌握液压传动传统的组成部分及其
功用. 3、了解其优缺点和液压传动发展过程. 二、压力控制阀分析
1、常用压力控制阀 压力控制阀是用于控制液压系统中系统压力或利用压力变化
来实现某种动作的阀，简称为压力阀。
这类阀的共同点是利用作用在阀芯上的液压力和弹簧力相平衡的原理来工作的。
按用途不同，可分为溢流阀、减压阀、顺序阀和压力继电器等。
2、溢流阀
(1) 功用和分类
溢流阀在液压系统中的功用主要有两点：一是保持系统或回路的压力恒定；起溢流和稳压作用。
如在定量泵节流调速系统中作溢流衡压阀，用以保持泵的出口压力恒定。
二是在系
①液压传动利用液体的压力能来传递动力（运动和力），与其他传动方式特点不同。
②液压系统由动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件组成，用液压油作为工作介质。
(2) 直动型溢流阀
(a)结构
原理图 （c ）
图。