第四章液壓控制元件第一節概述第二節方向控制閥第三節壓力控制閥第四節流量控制閥第五節疊加式液壓閥第六節二通插裝閥第七節液壓閥的連接1第一節概述一、液壓閥的作用

液壓閥是液壓系統中控制液流流動方向，壓力高低、流量大小的控制元件。

二、液壓閥的基本結構及原理

液壓閥基本結構包括閥芯、閥體和驅動閥芯在閥體內作相對運動的裝置，其中驅動裝置形式有手調機構、彈簧、電磁鐵或液壓力。2三、液壓閥的基本工作原理利用閥芯在閥體內作相對運動來控制閥口的通斷及閥口的大小，實現壓力、流量或方向的控制。流經閥口的流量q與閥口前后的壓力差Δp有關,始終滿足壓力流量方程（流量公式q=KAΔpm）；作用在閥芯上的力是否平衡則需要具體分析。3四、液壓閥的分類1、根據結構形式分滑閥、錐閥、球閥滑閥為間隙密封，閥芯與閥口存在一定的密封長度，因此滑閥運動存在一個死區。閥口的壓力流量方程為式中，D－閥的直徑；

x－開口量；小孔流量系數速度收縮4錐閥閥芯半錐角一般為12°～20°，閥口關閉時為線密封（πd），密封性能好且動作靈敏。閥口的壓力流量方程為5球閥性能與錐閥相同閥口的壓力流量方程為式中，x－閥的軸向位移；R－球閥半徑。62、根據用途不同分壓力控制閥：用來控制和調節液壓系統液流壓力，如溢流閥、減壓閥、順序閥等流量控制閥：用來控制和調節液壓系統液流流量的，如節流閥、調速閥、溢流節流閥等方向控制閥：用來控制和改變液壓系統液流方向的，如單向閥、液控單向閥、換向閥等。7五、控制閥的共性特點閥的結構：均由閥體、閥芯和控制動力三大部分組成；工作原理：利用閥芯與閥體的相對移動，改變通流面積（面），從而控制液體的壓力、流向和流量；液體流過各種閥均會產生壓力損失和溫升現象從功能上來說，閥不能對外做功，只能用以滿足執行元件的壓力、速度和換向等要求。82、對控制閥的要求：動作靈敏、準確，可靠平穩，沖擊振動小；密封性能要好，油液流過時漏損少，壓力損失小；結構緊湊，工藝性好，使用維護方便，通用性好。9方向控制閥在液壓系統中起阻止和引導油液按規定的流向進出通道，即在油路中起通斷油路或改變油液流動方向的作用。方向閥單向閥換向閥普通單向閥液控單向閥轉閥式換向閥滑閥式換向閥手動式換向閥機動式換向閥電動式換向閥液動式換向閥電液式換向閥第二節方向控制閥

directioncontrolvalves10一、單向閥（checkvalve）使油只能在一個方向上流動，其反方向被堵塞。單向閥的構造及符號如圖5－1所示。管式單向閥（一）普通單向閥圖形符號11普通單向閥12壓力油從閥體左端的通口流入時克服彈簧3作用在閥芯上的力，使閥芯向右移動，打開閥口，并通過閥芯上的徑向孔a、軸向孔b從網體右端的通口流出；

13當壓力油從閥體右端的通口流入時，液壓力和彈簧力一起使閥芯壓緊在閥座上，使閥口關閉，油液無祛通過，

14一般單向閥的開啟壓力在0.035-0.05MPa，作背壓閥使用時，更換剛度較大的彈簧，使開啟壓力達到0.2-0.6MPa。15單向閥使用的注意點（1）正常工作時，單向閥的工作壓力要低于單向閥的額定壓力；通過單向閥的流量要在通徑允許的額定流量范圍內，并且應不產生較大的壓力損失。（2）單向閥的開啟壓力有多種，應根據系統功能要求選擇適用的開啟壓力，應盡量低，以減小壓力損失；但作背壓功能的單向閥其開啟壓力較高，通常由背壓值確定。16（3）在選用單向閥時，除了要根據需要合理選擇開啟壓力外，還應特別注意工作時流量應與閥的額定流量相匹配，因為當通過單向閥的流量遠小于額定流量時，單向閥有時會產生振動。流量越小，開啟壓力越高，油中含氣越多，越容易產生振動。17（4）注意認清進出口方向，保證安裝正確，否則會影響液壓系統的正常工作。特別是單向閥用在泵的出口時，如反向安裝可能損壞泵或燒壞電動機。單向閥安裝位置不當，會造成自吸能力弱的液壓泵的吸空故障。18應采取必要措施，防止液壓泵產生吸空故障，如在連接液壓泵和單向閥的接頭或法蘭上開一排氣口，當液壓泵產生吸空故障時，可以松開排氣螺塞，使泵內的空氣直接排出。若還不夠，可從排氣口向泵內罐油；或使液壓泵的吸油口低于油箱的最低液面，以便油液靠自重能自動充滿泵體；或選用開啟壓力較小的單向閥等措施。19（5）單向閥閉鎖狀態下的泄漏量非常小，甚至為零，但是經過一段時間的使用，因閥座和閥芯的磨損就會引起泄漏，而且有時泄漏量非常大，會導致單向閥的失效，故當閥芯磨損后應注意研磨修復。（6）單向閥的正向自由流動的壓力損失也較大，一般為開啟壓力的3～5倍，約為0.2～0.4MPa，高的可達0.8MPa。故使用時應充分考慮，慎重選用，能不用的就不用。20（二）液控單向閥液控單向閥的圖形符號21單向閥有何作用？安裝在泵出口處，防止系統壓力突然升高而損壞油泵。即起止回作用。液壓泵停止時，保持液壓缸的位置。區分高、低壓力油，防止高壓油進入低壓系統。有時系統同時采用兩種壓力要求的油。選擇液流方向。22單向閥有何作用？背壓閥，對系統起緩沖作用

。利用單向閥的背壓作用，保持控制回路有個較小壓力。與節流閥或減壓閥并聯，正向慢速，反向快速；正向減壓，反向自由流通。與順序閥并聯，組合閥。23液控單向閥有何作用？能使油液正、反向流動。滑閥式換向閥有間隙泄漏，加液控單向閥保持壓力。用于液壓缸的“支承”，防止活塞和滑塊因滑閥泄漏而下降。24液控單向閥有何作用？充油閥，立式液壓缸下降迅速，產生吸空和負壓。組合換向閥（三位三通）。25二、換向閥1、作用：換向閥是利用閥芯對閥體的相對位置改變（相對運動）來控制油路接通、關斷或改變油液流動方向的。（一）基本概念26272、性能要求：（1）工作時壓力損失要小，一般Δp=0.1—0.3MPa；（2）各關閉閥口的泄漏量要小；（3）換向可靠，平穩迅速。283、分類按閥芯運動方式：滑閥式、轉閥式按操縱方式：手（腳）動、機動、電（磁）動、液動、電液動按工作位數：二位、三位等按通道數：二通、三通、四通、五通等密封性能差，徑向不平衡流量小294、換向閥的“位”與“通”“通”：是指閥上各種接油管的進、出口“位”：閥的幾個工作位置與閥芯在閥體中的對應位置進油口通常標為P，回油口標為R或T，出油口則以A、B來表示。30換向閥的“位”和“通”的符號3132規定：P口通泵（進油口），T通油箱（回油口）A、B通工作腔，L為泄油口，K為控制口33（二）換向閥的工作原理34手柄左扳，閥左位工作；（a）35（b）換向閥動作原理說明(b)松開手柄，閥中位工作36（c）換向閥動作原理說明(c)手柄右扳，閥右位工作37轉閥圖示PA相通，BT相通，轉到另一位置，通路則不相同。38（三）換向閥的結構特點391、手動換向閥手動換向閥是利用手動杠桿改變閥芯位置來實現換向的，如圖4－7所示為手動換向閥的圖形符號。圖4－7(a)為自動復位式手動換向閥，手柄左扳則閥芯右移，閥的油口P和A通，B和T通；手柄右扳則閥芯左移，閥的油口P和B通，A和T通；放開手柄，閥芯2在彈簧3的作用下自動回復中位（四個油口互不相通）換向閥的驅動方式及其結構特點40圖4－7手動換向閥(a)圖為自動復位式三位四通手動換向閥(b)圖為定位式三位四通手動換向閥41如果將該閥閥芯右端彈簧3的部位改為圖4－7(b)的形式，即成為可在三個位置定位的手動換向閥，圖4－7(c)、

圖4－7(d)所示為手動換向閥的圖形符號圖。自動復位式三位四通手動換向閥手動換向閥42機動換向閥又稱行程閥，主要用來控制液壓機械運動部件的行程。它借助于安裝在工作臺上的擋鐵或凸輪來迫使閥芯移動，從而控制油液的流動方向。機動換向閥通常是二位的，有二通、三通、四通和五通幾種。其中二位二通、三通機動換向閥又分常閉和常開兩種。2、機動換向閥43圖4－8機動換向閥(a)結構；(b)職能符號44圖4－8(a)所示為滾輪式二位二通常閉式機動換向閥若滾輪未壓住，則油口P和A不通當擋鐵或凸輪壓住滾輪時，閥芯右移，則油口P和A接通。如圖（4－8b）所示為其職能符號。45電磁換向閥是利用電磁鐵的通、斷電而直接推動閥芯來控制油口的連通狀態的。如圖4－9所示為二位三通電磁換向閥3、電磁換向閥1-推桿，2-閥芯，3-彈簧46圖4－10三位五通電磁閥(a)結構；(b)職能符號三位五通電磁換向閥當左邊電磁鐵通電，右邊電磁鐵斷電時，閥油口的連接狀態為P和A通，B和T2通，T1堵死；當右邊電磁鐵通電，左邊電磁鐵斷電時，P和B通，A和T1通，T2堵死當左右電磁鐵全斷電時，五個油口全部堵死。47電磁閥操作簡便，能遠距離自動控制，應用廣泛。但由于電磁鐵吸力有限，適用于q<100L/min場合流量q>100L/min，要用液動閥或電液動閥。48電磁閥有交流（用“D”表示，如“34D—10B”）和直流（用“E”表示，如“34E—10”）及本整式（本體整流式）三種。交流有220V、380V和36V三種直流有110V、24V和12V三種49交流電磁鐵換向時間短，接線簡單，費用低。而換向沖擊大，噪音大，當滑閥卡住時容易燒壞，工作可靠性差。直流電磁鐵啟動力小，沖擊小，壽命長，安全，工作可靠性好，但要有專門的直流電源，費用高，當電壓不夠時吸力不夠。50電磁閥的電磁鐵又分干式和濕式兩種。干式電磁鐵不允許油液進入電磁鐵內部，故推桿處有可靠的密封，推桿運動摩擦阻力大。濕式電磁鐵的銜鐵和推桿可浸在油液內工作，故電磁鐵的相對運動件之間就不需要密封裝置，減少了閥芯的運動阻力，提高了換向可靠性。濕式電磁鐵性能好，但價格高。51圖4－11所示為三位四通液動換向閥當K1通壓力油，K2回油時，P與A接通，B與T接通當K2通壓力油，K1回油時，P與B接通，A與T接通當K1、K2都未通壓力油時，P、T、A、B四個油口全部堵死液動換向閥主要用于大流量的液壓系統中4、液動換向閥(a)結構；(b)職能符號525、電液換向閥電液換向閥是由電磁換向閥和液動換向閥組合而成的電磁換向閥起先導作用，它可以改變和控制液流的方向，從而改變液動換向閥的工作位置由于操縱液動換向閥的液壓推力可以很大，因此主閥可以做得很大，允許有較大的流量通過電液動換向閥主要用于高壓大流量的液壓系統中53圖4－12(a)三位四通電液換向閥54圖4－12(b)、(c)三位四通電液換向閥(b)職能符號；(c)簡化職能符號55該閥的工作狀態（不考慮內部結構）和普通電磁閥一樣，但工作位置的變換速度可通過閥上的節流閥調節56（四）換向閥的性能和特點1、中位機能當液壓缸或液壓馬達需在任何位置均可停止時，須使用3位閥，此閥雙邊皆裝彈簧，如無外來的推力，閥芯將停在中間位置，簡稱為中位。對于各種操縱方式的三位四通和五通的換向閥，閥芯在中間位置時各油口的連通情況稱為換向閥的中位機能。換向閥不同的中位機能可以滿足液壓系統的不同工作要求。57表5-4三位換向閥的中位機能58中位機能的應用1）系統保壓中位為“O”型，如圖所示，P口被堵塞時，此時油需從溢流閥流回油箱，增加功率消耗；但是液壓泵能用于多缸系統。592）系統卸荷：中位“M”型，圖4－14所示，當方向閥于中位時，因P、T口相通，泵輸出的油液不經溢流閥即可流回油箱，由于直接接油箱，所以泵的輸出壓力近似為零，也稱泵卸荷，減少功率損失。603）液壓缸快進：中位“P”型，圖4－15所示，當換向閥于中位時，因P、A、B相通，故可用作差動回路。61在分析和選擇三位換向閥的中位機能時，通常考慮：（1）系統保壓當P口被堵塞時，系統保壓，液壓泵能用于多缸系統；當P口不太通暢地與T口相通時（如X型），系統能保持一定的壓力供控制油路使用。62（2）系統卸荷在中位時，P口通暢地與T口相通時，系統卸荷。（3）換向平穩性和精度當液壓缸A、B兩口都堵塞時，換向過程中易產生液壓沖擊，換向不平穩，但換向精度高；反之，A、B兩口都通T口時，換向過程中工作部件不易制動，換向精度低，但液壓沖擊小。有通道還在流動63（4）啟動平穩性閥在中位時，液壓缸某腔如通油箱，（如K型）則啟動時該腔內因無足夠的油液起緩沖作用，啟動不平穩。（5）液壓缸浮動和在任意位置上停止閥在中位時，當A、B兩油口互通時（U型），臥式液壓缸呈浮動狀態，可利用其他機構移動工作臺，調整其位置。當A、B兩口堵塞或與P口連接（在非差動情況下），則可使液壓缸在任意位置處停止。64換向閥P（O型）ABT1T2（T）PABT1T2PABT三位四通三位五通各油口全部封閉，系統不卸荷。液壓缸充滿油液，從靜止到啟動平穩；制動時運動慣性引起的液壓沖擊較大；換向精度高。65換向閥（H型）ABPT1T2（T）PABT1T2ABPT三位四通三位五通各油口全部連通，系統卸荷，缸成浮動狀態。液壓缸兩腔接油箱，從靜止到啟動有沖擊；制動時油口互通，故制動較O型平穩；但換向位置變化大。66換向閥（Y型）ABPT1T2（T）PABT1T2ABPT三位四通三位五通泵不卸荷，缸兩腔通回油，缸成浮動狀態。因為液壓缸兩腔接油箱，從靜止到啟動有沖擊；制動性能介于O型和Y型之間。67換向閥（J型）ABPT1T2（T）PABT1T2PABT三位四通三位五通P與A不通,B與T通,泵不卸荷，缸停止。68換向閥（C型）ABPT1T2（T）PABT1T2ABPT三位四通三位五通一側啟動平穩，一側啟動有沖擊。69換向閥（P型）ABPT1T2（T）PABT1T2PABT三位四通三位五通P與A、B連通，形成差動回路；回油口封閉。從靜止到啟動較平穩；制動時缸兩腔均通壓力油，故制動平穩；換向位置變動比H型的小，應用廣泛。70換向閥（K型）ABPT1T2（T）PABT1T2ABPT三位四通三位五通泵卸荷，缸一腔封閉一腔接回油。兩個方向換向時性能不同。71換向閥（X型）ABPT1T2（T）PABT1T2BPAT三位四通三位五通各油口半開接通，P口保持一定的壓力，換向性能介于O型和H型之間。72換向閥（M型）ABPT1T2（T）PABT1T2ABPT三位四通三位五通液壓泵卸荷，缸兩腔封閉。從靜止到啟動較平穩；制動性能與O型相同；可用于油泵卸荷液壓缸鎖緊的液壓回路中。73換向閥（U型）ABPT1T2（T）PABT1T2ABPT三位四通三位五通泵保壓，缸兩腔連通，成浮動狀態。啟動有沖擊，制動時運動慣性較大。74三位換向閥除了在中間位置時有各種滑閥機能外，有時也把閥芯在其一端位置時的油口連通情況設計成特殊的機能。以兩個字母來表示滑閥在中間狀態和一端狀態的滑閥機能。常用的有OP型和MP型。OP型MP型OP型和MP型主要用于差動回路75討論題某執行元件要求中途停頓時壓力油卸荷，應選用何種機能的三位四通換向閥？畫出中位機能為H型的三位五通換向閥的圖形符號。76答：M型PT1T2AB772、滑閥的液動力由教材P29動量方程的運用可知，油液通過換向閥時作用在閥芯上的液動力有穩態力和瞬態力兩種。穩態力是在閥芯移動完畢，開口固定后液流流過閥口時因動量變化而作用在閥芯上的力，有使閥口關小的趨勢。流量越大，穩態力越大。在高壓大流量情況下這個力相當大，使閥芯的操縱成為突出問題。流出流入動量流量變化，βρqv78瞬態力是滑閥在移動過程中閥腔中液流因速度變化而產生的力，此力的大小主要取決于閥口開度的變化率。滑閥上瞬態液動力的方向，根據油液流入閥口還是流出閥口而定，無論閥口開度增大還是減小，油液流出閥口時，作用在閥芯上的瞬態液動力與閥芯的移動方向相反;油液流入閥口時，作用在閥芯上的瞬態力與閥芯的移動方向相同。793、液壓卡緊現象為防閥的內漏，閥芯和閥體間的間隙很小，當縫隙中有油液時，移動只需克服粘性摩擦力，其數值很小。但實際上，特別在中、高壓系統中，當閥芯停止運動五分鐘后這個阻力可能很大，（幾百牛頓）使閥芯從新移動十分費力，這就是液壓卡緊現象。80產生液壓卡緊現象的原因：閥芯和閥體孔的幾何形狀誤差、中心線不重合、間隙過小、裝配太緊、閥體孔與閥芯的熱變形、進入配合間隙的污染物等。主要是由于幾何形狀誤差和同軸度誤差8182閥芯無形狀誤差，軸線平行但不重合，閥芯周圍間隙內的壓力分布為線性，且各向相等，閥芯所受徑向力平衡。83閥芯因加工誤差帶倒錐度（高壓側直徑較大）閥芯與閥體孔軸線平行但不重合時，閥芯徑向力不平衡，使閥芯向軸線偏移方向偏移(使偏心量增大)直至接觸，產生液壓卡緊現象。84若間隙小的一端在低壓側（順錐）閥芯有偏心，也將產生徑向不平衡力，但此力力圖減小偏心量，有自定心作用。有利于減小液壓卡緊現象。85閥芯表面有局部凸起相當于閥芯碰傷、殘留毛刺或縫隙中楔入污物，閥芯受到的徑向力不平衡力作用而和閥孔相接觸后，縫隙中的油液被擠出，閥芯和閥孔間形成干摩擦，從而產生液壓卡緊。86若閥芯和閥體的中心線不平行，徑向不平衡力最大。液壓卡緊現象普遍存在與各種閥和柱塞副中。87緩解液壓卡緊的措施：提高閥芯閥體的加工精度（閥芯的圓度和圓柱度允差為0.003～

0.005mm，Ra0.2μm，閥體孔Ra0.4μm