6压力控制阀
实验 6：气体压力 PID 单回路控制系统的设计与整定
实验6：气体压力PID单回路控制系统的设计与整定1、测试实验目的1）掌握压力PID单回路控制系统的常用方法。
2）熟悉压力PID单回路控制系统组态。
3）掌握压力PID控制器参数整定方法。
2、实验原理1）压力作用于单位面积上的垂直力，工程上称为压力，物理学中称为压强。
压力依据零点参考压力的不同，分为绝对压力、表压力、压力差、负压力（真空）和真空度。
绝对压力：以完全真空为零标准所表示的压力。
表压力：以大气压为零标准所表示的压力，等于高于大气压力的绝对压力与大气压力之差。
大气压力：一个标准大气压是在纬度45度，温度为0℃，重力加速度为9.80665m/s2海平面上，空气气柱重量所产生的绝对压力，其值是101325Pa。
压差：除大气压力以外的任意两个压力的差值。
负压：绝对压力小于大气压时，大气压力与绝对压力之差为负压。
负压的绝对值称为真空。
真空度：绝对压力小于大气压时的绝对压力。
压力测量常用的单位有：①帕斯卡（Pa），其物理意义是，1牛顿的力作用于1平方米的面积上的压强（力）。
工程中常用MPa表示压力，1 MPa=106 Pa，②工程大气压（kgf/cm2），垂直作用于每平方厘米面积上的力，以公斤数为计量单位。
工程上常用kg/cm2表示。
1 kgf/cm2=9.80665×105 Pa=0.980665 MPa。
③物理大气压（atm），即上面所述的标准大气压。
④毫米汞柱（mmHg）、毫米水柱（mmH2O），垂直作用于底面积上的水银柱或水柱的高度为计量单位。
1 atm=760 mmHg。
许多生产过程都是在不同的压力下进行的，有些需要很高的压力，例如，高压聚乙烯、合成氨生产过程等，有些需要很高的真空度。
压力是化学反应的重要参数，不但影响到反应平衡关系，也影响到反应速率。
生产过程中的其它参数也经常通过压力间接测量，例如，流量、液位、温度等可以转换为压力进行测量。
2）压力的测量压力（压差）的测量方法主要有，液体式、弹性式、活塞式、电动式（电感、电容、电位、应变、压电、霍尔、力平衡、电涡流等）、气动式、光学式（光纤、光干涉、光电、激光等）。
液压传动与控制之液压控制阀
▪ 根据控制方式不同分类
▪ 定值或开关控制阀 被控制量为定值的阀类，包
括普通控制阀、插装阀、叠加阀
▪ 比例控制阀 被控制量与输入信号成比例连续变
化的阀类，包括普通比例阀和带内反馈的电液比
例阀
▪ 伺服控制阀 被控制量与（输出与输入之间的）
偏差信号成比例连续变化的阀类，包括机液伺服
阀和电液伺服阀
▪ 数字控制阀 用数字信息直接控制阀口的启闭，
(5)液压缸“浮动”和在任意位置上的停止 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工作台，调整其 位置。当A、B两口封闭或与P口连接(在非差动情 况下)，可使液压缸在任意位置处停止
4. 多路换向阀 多路换向阀是集中布置的组合式手动换向阀，常 用于工程机械等要求集中操纵多个执行元件的液压 设备中
操纵方式： 手动、液压、电液、电磁和机械换向
液压阀的阀口数量因阀而异，一般分5种，用字母 表示阀口功能
压力油口(P)：进入压力油的油口
减压阀、顺序阀的出油口也是压力油口
回油口(O或T)：低压油口，阀内低压油由此流出， 流向下一个元件或油箱
泄油口(L)：低压油口，阀体中漏到空腔中的低压 油经它回到油箱
工作油口：指方向阀的 A、B油口，连接执行元件 控制油口(K)：使控制阀动作的外接控制压力油由 此进入
对液压阀要求：
(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， 通用性好
6.2 方向控制阀
作用：用来控制液压系统中工作液体的流向和通断 用途： (1)控制一条管路内工作液体的流动：使其通过、关 断和阻止反向流通； (2)联接多条管路时选择液流的方向； (3)控制执行元件的起动、停止以及前进、后退
电液比例控制阀结构及原理
图 9 带限压阀的先导比例减压阀工作原理图 1.比例溢流阀先导级；2.限压阀；3.主阀；4.先导油流道
3.2.4 三通比例减压阀
直动式三通比例减压阀
图 10 直动式三通比例减压阀 1.比例电磁铁；2.对中弹簧；3.阀芯；4.阀体
无信号电流时，阀芯3在对中弹簧2作用下处于中位，P、T、A 各油口互不相通。比例电磁铁接收信号电流时，电磁力使阀芯3右移， P、A接通，油口A输出的二次压力油输入到执行元件。二次压力油 又经阀体通道a反馈到阀芯右端，作用于右端的油液压力与电磁力方 向相反。二次压力与电磁力平衡时，滑阀芯3返回中位，A口压力保 持不变，并与电磁力成正比例。若对阀芯的作用力大于电磁力，阀 芯移至左端，A口与T接通，压力下降，直至新的平衡。三通比例减 压阀可以控制二次压力油的压力和方向。成对使用时，用作比例方 向阀的先导阀，如图3-11所示：
5 闭环比例阀
闭环比例阀是传统阀持续发展的产物，其动静态性能几乎毫不逊
色于伺服阀，在某些方面甚至超过伺服阀。
它与一般比例阀的最大区别在于采用了控制中位零搭接阀口的结 构，因而无中位死区，而这点正是高精度闭环控制元件的先决条件。
此外，它通常有四个阀位，除了正常工作的三个阀位外，还有一
个机械（自然）零位。过去，在高精度的控制领域，通常只会想到伺 服阀，现在闭环比例方向阀是一种可供选择的方案。 闭环比例阀必须要采用行程控制的比例电磁铁来驱动，而测量电 子装置，如振荡器、解调器等都与位置传感器一起集成在阀的内部， 它可分为直动式和先导式，二位三通或三位四通、四位四通等。
2.3 先导型比例减压阀
先导型比例减压阀与先导型比例溢流阀工作原理基本相同。它们 的先导阀完全一样，不同的只是主阀级。溢流阀采用常闭式锥阀，减 压阀采用常开式滑阀。
(完整版)项目六液压控制阀及液压回路答案
项目六液压控制阀及液压回路一、填空题1．在定量泵供油的系统中，用流量控制阀实现对执行元件的速度调节。
这种回路称为_______。
（节流调速回路）2．调速阀是由________阀和 _______阀________联组成的。
_______阀的进出口的压力差是由________阀保证而基本不变化一的，使其流量不受负载变化的影响。
一般情况下，对于调速阀其________必须大于一定值（5×105Pa或10×105Pa），才能正常工作。
(减压阀；节流阀；串；节流阀；减压阀；进出口)3．溢流阀的进口压力随流量变化而波动的性能称为________，性能的好坏用________或________、________评价。
(压力流量特性；调压偏差；开启压力比、闭合压力比)4．溢流阀为________压力控制，阀口常________，先导阀弹簧腔的泄漏油与阀的出口相通。
定值减压阀为________压力控制，阀口常________，先导阀弹簧腔的泄漏油必须________。
(进口；闭；出口；开；单独引回油箱)5．当油液压力达到预定值时便发出电信号的液－电信号转换元件是_______。
（压力继电器）6．三位四通手动中位机能为P型换向阀的职能符号是________。
7．溢流阀在液压系统中起调压溢流作用，当溢流阀进口压力低于调整压力时，阀口是_______ 的，溢流量为_______，当溢流阀进口压力等于调整压力时，溢流阀阀口是_______，溢流阀开始_______。
（关闭、0、开启、溢流）8．换向阀的驱动方式主要有________、________、________、________等。
(手动、机动、电磁、电液)9．先导式溢流阀中先导阀起________作用、主阀起________作用。
(控制和调节溢流压力；溢流) 10．减压阀简化图形符号_________，调速阀简化图形符号________，液控单向阀简化图形符号________。
压力阀工作原理
压力阀工作原理
压力阀是一种常见的控制阀，主要作用是用来保护管道、容器或设备不受过高压力的损坏。
压力阀的工作原理通常包括以下几个方面：
1. 弹簧调节原理：压力阀内部通常装有一个弹簧，当系统压力超过设定值时，弹簧会受到压力的作用而变形，从而使阀门打开，释放部分流体以降低系统压力。
当压力降低到设定范围内时，弹簧恢复原状，阀门关闭，阀门的开启和关闭使得系统始终保持在设定的压力范围内。
2. 隔膜调节原理：有些压力阀采用隔膜结构，通过隔膜受力来实现自动调节压力的功能。
在正常工作状态下，系统压力通过进入隔膜上端和下端的液体传递到两侧，使得隔膜处于平衡状态。
当系统压力超过设定值时，上端液体压力增加，使隔膜产生不平衡，从而打开阀门。
随着流体通过阀门释放，系统压力降低，隔膜恢复平衡，阀门关闭。
这样循环调节就能保持系统压力在设定范围内。
3. 电磁控制原理：电磁压力阀通过电磁铁产生的磁力来控制阀门的开启和关闭。
当系统压力超过设定值时，电磁铁通电，产生磁力将阀门打开，释放部分流体。
当系统压力降低到设定范围内时，电磁铁断电，阀门恢复关闭状态。
综上所述，压力阀的工作原理可以通过弹簧调节、隔膜调节或电磁控制等方式实现。
这些原理的共同目标是根据系统压力的
变化来自动调节阀门的开启和关闭，保持系统压力在设定范围内，以避免设备或管道的损坏。
第4章控制阀
第四章 控制阀本章重点：1. 三位四通电磁换向阀和电液换向阀的工作原理2. 溢流阀的流量特性及溢流阀的应用3. 节流口的流量特性，调速阀的工作原理本章难点：1. 滑阀式换向阀的中位机能2. 直动式溢流阀和先导式溢流阀的工作性能及压力流量特性比较3. 减压阀的工作原理及应用第一节 阀的基本类型和要求一、阀的基本类型控制阀在液压系统中的作用是控制液流的压力、流量和方向，以满足执行元件在输出的力(力矩)、运动速度及运动方向上的不同要求。
控制阀可按不同的特征进行分类，如表4-1所示。
表4-1控制阀的分类分类方法种类详细分类压力控制阀溢流阀、减压阀、顺序阀、比例压力控制阀、压力继电器等流量控制阀节流阀、调速阀、分流阀、比例流量控制阀等按机能分方向控制阀单向阀、液控单向阀、换向阀、比例方向控制阀等人力操纵阀手把及手轮、踏板、杠杆机械操纵阀挡块、弹簧、液压、气动按操纵方式分电动操纵阀电磁铁控制、电-液联合控制管式连接螺纹式连接、法兰式连接板式及叠加式连接单层连接板式、双层连接板式、集成块连接、叠加阀按连接方式分插装式连接螺纹式插装、法兰式连接插装开关定值控制阀（普通液压阀）定值控制液流的压力和流量伺服阀根据输入信号，成比例、连续、远距离控制液流的压力、方向和流量模拟量比例阀根据输入信号，成比例、连续、远距离控制液流的压力、方向和流量按控制信号形式分数字量数字阀根据输入的脉冲数或脉冲频率，控制液流的压力和流量。
只能用于小流量控制场合，如电液控制的先导控制级二、基本要求控制阀的性能对液压系统的工作性能有很大影响，因此液压控制阀应满足下列要求：(1)动作灵敏、准确、可靠、工作平稳、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，工艺性好，安装、调整、使用、维修方便，通用性大。
第二节 方向控制阀方向控制阀简称方向阀，主要用来通断油路或切换油流的方向，以满足对执行元件的启、停和运动方向的要求。
压力控制元件类型及功能介绍
• • •
干式阀向外泄漏油液 1）推杆处O型动密封圈损坏，油液进入电磁铁后，常从 端面应急手动推杆处向外泄漏。 2）电磁阀阀芯两端一般为泄油腔L或回油腔O，检查是 否存在过高的背压及背压产生原因，注意油箱空气滤清 器不能堵塞而造成油箱内存在压力。 湿式电磁铁吸合释放过于迟缓 电磁铁后端有放气螺钉，电磁铁试车时，导磁油缸内存 有空气，当油液通过衔铁周隙进入油缸后，若后腔空气 排放不掉，将受压缩而形成阻尼，使衔铁动作迟缓。应 在试车时，拧开放气螺钉排气，当油液充满后，再旋紧 密封。
2、方向控制阀的常见故障与排除 • 方向控制阀因中位机能、通径大小和控制方式的不同，其品 种较多，但其原理却是相似的，在实际应用中，以电磁（液） 换向阀应用最为广泛。 • （1） 电磁换向阀在安装、使用中的常见故障与排除 交流电磁铁线圈烧毁 • 1）线圈绝缘不良，引起匝间断路而烧毁。必须更换线圈。 • 2）供电电压高出电磁铁额定电压，引起线圈过热而烧毁。 • 3）电源电压太低，使电磁铁电流过大，引起过热而烧毁线 圈。
2、压力控制阀
用来控制液压系统中油液压力的阀成为压力阀，它们的共 同特点是借助阀开口（节流口）的降压作用，使油液压力和弹 簧力相平衡达到控制油液压力的目的。其分类如下：
3、流量控制阀 流量控制阀是通过改变阀口开度控制输出流量多少的控制 阀，用以控制输入执行元件（液压缸、液压马达）油液流量的 大小，从而控制执行元件的运动速度。 常用的流量阀的分类如下：
• • • • • • • • • • •
（3）工作时发出异常声音。 主要原因为： 1)油流流量超过允许值。 2)与其它阀发生共振现象发出激荡声。 3)在卸压单向阀中，用于立式大液压缸等的回油，缺少卸压 装量。 处理措施相应为： 1）换用流量比较大的规格阀。 2）换用弹力强弱合适的弹簧。 主要是还是改进系统回路本身的设计，必要时加装蓄能器等。 3）加设卸压装置回路。 表6-5、表6-6分别列出了普通单向阀和液控单向阀的常见故 障及排除方法。
各种液压控制阀图型符号和功用
各种液压控制阀图型符号和功用一、方向控制阀：名称功用职能符号说明单向阀允许液流单向通过，反向被截止。
液控单向阀既有单向止回作用又能使阀在控制油的控制下实现阀的反向开启。
双向液压锁当两条进口油路无油压，两条出口油路被锁闭。
当一条进口油路有油压，另一条油路双向导通。
换向阀用于将两个或两个以上的油口接通或切断改变液流方向。
人力控制按扭式拉钮式按—拉式手柄式踏板式双向踏板式一般符号机械控制顶杆式可变行程式弹簧式滚轮式电气控制单作用电磁式双作用电磁式比例电磁式比例双电磁式例：三位四通Y型弹簧复位双作用电磁阀压力控制加压或卸压控制差动控制例子：三位四通O型弹簧复位液动阀先导控制加压控制液动式（外控）二级（内控内泄）电液式（外控）例子：三位四通O型外控电液阀卸压控制液动式（内泄控制）（外泄控制）电液式（外控外泄）反馈控制一般符号梭阀有两个进口和一个公共出口，在进口压力的作用下，出口自动地与其中一个进口接通的阀。
或门型与门型二、压力控制阀：名称功用职能符号说明溢流阀控制阀的进口压力的压力阀。
直动型溢流阀先导型溢流阀先导型电磁溢流阀卸荷溢流阀一般符号减压阀使流经阀的油液节流降压，以便从系统中分出油压较低的支路。
直动型减压阀先导型减压阀定比减压阀定差减压阀一般符号顺序阀用油压信号控制油路接通或隔断的阀，常用来自动控制油缸或油马达的动作顺序。
直动型直控顺序阀直动型外控顺序阀先导型顺序阀单向顺序阀（平衡阀）一般符号卸荷阀使油泵或油路卸荷（卸压），减小功率消耗。
顺序阀和先导型溢流阀都可以作为卸荷阀使用。
名称功用职能符号说明节流阀靠改变阀的开度来改变通流面积，从而控制流量，借以控制执行机构的运动速度。
不可调节流阀可调节流阀单向节流阀油压差、油温、油的状况、节流口堵塞影响流量的稳定性。
调速阀（普通型调速阀）提供稳定的流量使执行元件运动速度稳定。
普通型调速阀温度补偿型调速阀轻载时功率损耗比溢流节流阀大，油液发热程度较大。
溢流节流阀提供稳定的流量使执行元件运动速度稳定。
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远程调压阀
远程调压原理 25MPa
远程调压阀
Remote-relief Valve
25MPa
先导式溢流阀部分
Pilot-relief Valve
32MPa
先导式溢 流阀lve
P
32MPa
输出25MPa
T
31
6.2.4 溢流阀静态特性与动态持性
Static and Dynamic Characteristics of the Relief Vavle 静态特性是指阀在稳态工况时的特性，动态特性是指 阀在瞬态工况时的特性。
Pressure Regulating and Control
4
6.1 压力的调节与控制
在压力阀控制压力的过程中，需要解决压力可调和压
力反馈两个方面的问题。
6.1.1 调压原理 Pressure Regulating Principle
溢流式调节
pL QL Z
调压是指以负载 为对象，通过调节控 制阀口的大小，使系 统输给负载的压力大 小可调。
先导式溢流阀的启闭特性 比直动式溢流阀更好
②先导式溢流阀的启闭特性(Open-closed Characteristics) 优于直动式溢流阀。也就是说，先导式溢流阀的调压偏差比 直动式溢流阀的调压偏差小，调压精度更高。
电磁阀部分
Solenoid Operated Valve
电磁溢流阀是电 磁换向阀与先导式溢 流阀的组合，用于系 统的多级压力控制或 先导式溢流阀部分 Pilot-operated Pressure 卸荷。
Relief Valve
图6.12 电磁溢流阀
29
电磁阀通电卸压
符号 P
先导式溢流阀部分
T 电磁溢流阀原理图
9
Open-loop Pressure Regulating
开环调压回路
F指 F指 pA Kx
Negative Feedback
负反馈部分
压力通过微型测量油缸测量反馈
指令力通过调压弹簧产生
不要形成正反馈！
直动 型并 联溢 流式 压力 负反 馈控 制
图 6.3
10
F指 F指 Fp F指 当 趋于 0时 F指 Fp F指 F指 pL (近似恒定) A
pR
7
（3）半桥回路分压式调压
阻尼孔 Orifice 固定阻尼孔 Fixed Orifice
图 6.2
液压半桥实质上是由进、回油节流口串联而成的分压回 路。为了简化加工，进油节流口多采用固定节流孔来代替， 回油节流口是由锥阀或滑阀构成可调节流口。这种调压方式 主要用于液压阀的先导级中。
8
6.1.2 压力负反馈 Pressure Negative Feedback
调 压 手 轮 导阀芯
调压弹簧
主阀弹簧 主阀芯 主阀口
23
图6.10 YF型先导式溢流阀原理图
半桥式先导控制部分
导 阀 比 较 主级指令
F主 p2 A2 p1 A1 若先导级p2 常数 且当 F主 趋于 0时 p2 A2 A2 (近似恒定) A1
Fs F指 p2 As
FS F指 p2 AS F 当 S 趋于 0时 F指 p2 AS F指 Kx0 F指 p2 (近似恒定) AS
p2 A2 p1 A1 p1 p2
主阀比较：
主级测压面
阀 口
F主 p2 A2 p1 A1
24
主级指令
主级测压面
黑三角代表 先导型液压控制
Fs F指 p2 As
主级指令
主阀比较：
F主 p2 A2 p1 A1
主级测压面
图6.10 YF型先导式溢流阀原理图
27
图6.11 二节同心型先导式溢流阀
导阀芯
固定节流孔
阀 口
主级测压面
28
6.2.3 电磁溢流阀
Solenoid Operated Pressure Relief Valve
16
根据“并联溢流式压力负反馈”原理设计而成的液压 阀称为溢流阀。 溢流阀的主要用途有以下两点： 1) 调压(Adjust Pressure)和稳压(Maintain Pressure)。如用 在由定量泵构成的液压源中，用以调节泵的出口压力，保持 该压力恒定。 2) 限压(Limit Pressure)。如用作安全阀(Safety Valve)，当 系统正常工作时，溢流阀处于关闭状态，仅在系统压力大于 其调定压力时才开启溢流，对系统起过载保护作用。 溢流阀的特征是：阀与负载相并联，溢流口接回油箱， 采用进口压力负反馈， 不工作时阀口常开。 根据结构不同，溢流阀可分为直动型和先导型两类。
直动型溢流阀结构简单，灵敏度高，但因压力直接与 调压弹簧力平衡，不适于在高压、大流量下工作。
19
直动型溢流阀 与符号的对应关系
阀口
Valve Orifice
测压孔
Manometry Hole
阀 口
比较：
F指 F指 p L A Kx 0 p K ( x0 x) Kx0 (常数) A A
•主阀芯既构成主调压回路的阀口，又作为主级压力反馈的力 比较器。(主级的测压容腔设在主阀芯的一端，另一端作用有主级的指令
力p2A)
•主级所需要的指令信号由先导级负责输出。(先导级通过半桥回路
向主级的力比较器输出一个压力 p2，该压力称为主级的指令压力，然后通 过主阀芯端部的受压面积转化为主级的指令力p2A)
2
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本章教学内容
6.1 压力的调节与控制 6.2 溢流阀
6.3 减压阀
6.4 顺序阀 6.5 压力继电器 6.6 压力阀在调压与减压回路中的应用
点 击 进 入 相 应 章 节
本章小结 习题
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3
6.1 压力的调节与控制
•先导阀芯既构成先导调压回路的阀口，又作为先导级压力反 馈的力比较器。(先导级的测压容腔设在先导阀芯的一端，另一端安装
有作为先导级指令元件的调压弹簧和调压手柄)
•主阀和先导阀均有滑阀式(Spool Valve)和锥阀式(Cone Valve)两 种典型结构。
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6.2 溢流阀
Pressure Relief Valve
路液压力与先导级所输出的“指令压力”相平衡。 (1) 三节 同心 先导 型溢 流阀
活塞处同心
Piston Concentric
导向处同心
Oriented Concentric
阀口处同心
Valve Orifice Concentric
22
(1) 三节同心先导型溢流阀
Three Concentric Pilot-relief Valve
负反馈部分
负反馈部分
图6.4
直动型串联 减压式压力 负反馈控制
半桥分压式压 力负反馈控制
图 6.5
11
6.1.3 先导控制 Pilot Operated
直动型压力控制中，由力比较器直接驱动主控制阀芯， 驱动力远小于弹簧力，因此驱动能力十分有限。这种控制 方式导致主阀芯不能做得太大，不适合用于高压大流量系 统中。
主阀的指令信号
导阀流量稳压精度高 F 输出p2 指 (近似恒定) AS 可作为主级的指令
主阀的反馈压力 主级为并联溢流式
主阀比较：
F主 p2 A p1 A
图6.6
压力负反馈控制
13
导阀比较： F指 F指 Fp
半桥式先导控制部分
主阀的指令信号 Main Valve Command
锥阀式溢流口，锥面测压
锥阀式溢流口 ，端面测压
图 6.7
18
6.2.1 直动型溢流阀 Direct-acting Pressure Relief Valves
锥阀式直动型溢流阀
调压手柄
Adjustment Hand lever
锥阀芯 与面测压
调压弹簧
Adjustment Spring
图形符号
图6.7
6
（2）压力型油源串联减压式调压 Constant Pressure Sources in Series with Reducing Pressure Regulating 减压式调节 p L ps p R 如果油源换成恒压 源 pS ，并联式调节不能 改变负载压力。这时可 将控制阀口Rx串联在压 力源 pS 和负载 Z 之间， 通过阀口的减压作用即 可调节负载压力pL。
阀 口
图6.9 YF型先导式溢流阀
25
(2) 二节同心先导型溢流阀
Two Concentric Pilot-relief Valve
导向处同心
阀口处同心
图6.11 二节同心先导式溢流阀
26
导 阀 比 较
半桥式先导控 制部分
节 流 孔 3 构 成 动 态 阻 尼 ， 稳 定 主 阀
节 流 孔 2、 4 串 联 等 价 于 1 个 孔
5
（1）流量型油源并联溢流式调压 Constant Flow Sources Parallel Connection with Overfall Pressure regulating 显然，只有改变负 溢流式调节 pL QL Z 载流量(Load Flow)QL的 大小才能调节负载压力 (Load Pressure)pL。将控 制阀口RX与负载Z并联， 通过阀口的溢流作用， 能使负载流量QL发生变 化，最终达到调节负载 压力之目的。