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第六章 压力控制阀_图文

第六章 压力控制阀
pressure control valve

本章提要
主要内容
调压和稳压基本原理 溢流阀、减压阀、顺序阀和压力继电 器等四种控制阀的原理、结构、主 要性能和应用 调压与减压回路 压力负反馈原理 溢流阀工作原理和性能

重点

减压阀工作原理和性能
调压回路

压力控制阀简称压力阀 用来控制液压系统的压力 包括 利用压力变化作为信号来控制其它 元件动作的阀类
按其功能与用途分:

溢流阀
减压阀 顺序阀 压力继电器

§6-1 压力的调节与控制
压力阀控制压力过程中需要解决两个关键问题: 压力可调 压力反馈 一、调压原理 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。 1、流量型油源并联溢流式调压

p L ? QL Z

2、压力型油源串联减压式调压

pL ? ? ps ?Rx ? Z ??Z
pL ? ps ? ?pR



3、半桥回路分压式调压

4、油泵变量调压

二、压力负反馈 压力负反馈的核心是构造一个压力比较器。
压力比较器一般是一个减法器,将代表期望压 力大小的指令信号与代表实际受控压力大小的压力 测量信号相减后,使其差值转化为阀口液阻的控制 量,并通过阀口的调节使期望压力与受控压力之间 的误差趋于减小,这就是简单的压力反馈过程。 构造压力负反馈必须研究以下问题: (1)代表期望压力的指令信号如何产生? (2)怎样构造在实际结构上易于实现的比较器? (3)受控压力p 如何测量?转换成什么信号才便于 比较?怎样反馈到比较器上去?
L

三、先导控制 所谓先导压力控制,是指控制系统中有大、小 两个阀芯,小阀芯为先导阀芯,大阀芯为主阀芯, 并相应形成先导级和主级两个压力调节回路。 其中,小阀芯以主阀为负载,构成小流量半桥分 压式调压回路; 主阀芯以系统中的执行元件为负载,根据油源不 同,具体选择并联式、串联式或油泵变量式等调节 方式,构成大流量级调压回路。

先导型压力控制阀有以下共同特点:
(1)先导型压力负反馈控制中有两个压力负反馈回 路,有两个比较器和调压回路。先导级负责主级指 令信号的稳压和调压;主级则负责系统的稳压。 (2)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。 (3)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, 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。

(4)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。在比例压力阀中则用 比例电磁铁产生指令力。

(5)主阀和先导阀均有滑阀式和锥阀式两种典型结构。

§6—2 溢 流 阀
压力阀的共同点:都是靠作用在 阀芯上的液压力与弹簧力相平衡 的原理来进行工作的。 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。 溢流阀的用途: (1)调压和稳压 (2)限压 溢流阀的特征: 阀与负载相并联,溢流口接 回油箱,采用进口压力负反馈。

根据结构不同,溢流阀可分为直动型和先导型两类。

一、直动式溢流阀: 直动型溢流阀是作用在阀芯上的主油路液压力与调 压弹簧力直接相平衡的溢流阀。 根据阀口和测压面结构形式不同,形成三种基本结构。

无论何种结构,直动型溢流阀均是由调压弹簧和调压 手柄、溢流口、测压面三部分构成。
1、结构:

2、工作原理:

动画

动画2

3、阀芯受力分析:

当阀芯重力、摩擦力、液动力忽略不计, 令指令力(弹簧调定力)时,阀芯在稳态 下的受力平衡方程为:
?F指=F指-pA ? ? Kx K ( x0 ? x) Kx0 p? ? (常数) A A

因为,x值很小,可忽略不计。

由此可知直动式溢流阀的开启压力是直 接与弹簧力相平衡的,改变弹簧的预压紧 力就能改变阀的开启压力,因此直动式溢 流阀的开启动作迅速,且结构简单,所以 多用作系统的安全阀,而不作溢流阀(调 压)。

DBD型直动式溢流阀

二、先导式溢流阀:

1、结构:由主阀和导阀 组成,主阀部分有:阀 体、主阀芯、主阀弹簧; 导阀部分有:调压螺母、 调压弹簧、导阀阀芯和 导阀阀座等主要零件组 成。

2、工作原理
动画1 动画2 动画3

3、阀芯受力分析:
令导阀的指令力

F指 ? K s xs 0

?Fs ? F指 ? p2 AS ? ? K S xs

K s ? xs 0 ? xs ? p2 ? (xs≈0) As K s xs 0 ?常数? p2 ? As

令主阀的指令力 F调 ? p2 A2
?F ? F调 ? p1 A1 ? p2 A2 ? P ? K ?x0 ? x ? 1A 1

?0



F指 ? A2 K s xs 0 A2 ? ? F调 p2 A2 ? ? p1 ? ? ? A ? ? A ?常数 ? ? s ? 1 As A1 A1 A1

由此可知先导式溢流阀的开启压力主要是 由p2来平衡的,而p2是由导阀弹簧调定 的, 所以改变导阀弹簧的预压紧力就能改变阀的 开启压力。与直动式溢流阀相比,结构复杂, 开启动作慢,但稳压性能好,所以多用作系 统的溢流阀(调压)。 4、远程控制口的作用: 1)卸荷 2)远程调压

与三节同心结构相比,二节同心结构的特点是:
1)主阀芯仅与阀套和主阀座有同心度要求,免 去了与阀盖的配合,故结构简单,加工和装配 方便。 2)过流面积大,在相同流量的情况下,主阀开 启高度小;或者在相同开启高度的情况下,其 通流能力大。 3)主阀芯与阀套可以通用化,便于组织生产。

三、电磁溢流阀
是由电磁换向阀与先导溢流阀的组合,用于系统 的多级压力控制或泄荷。

电磁溢流阀除具有溢流阀的基本性能外,还要满足以 下要求:
1)建压时间短; 2)具有通电或断电卸荷功能; 3)卸荷时间短且无明显液压冲击。

四、溢流阀的静态特性与动态特性
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。

1、静态特性

静态特性主要讨 论其溢流特性: 指溢流阀在稳定 工况下,其进口 压力和流量之间 的关系,它是衡 量溢流阀特性的 一个重要指标。

图中pc为开启压 力, pn为调定压 力(全流压力)

由溢流阀的启闭特性可以看出:
1)对同一个溢流阀,其开启特性总是优于闭合特性。 2)先导式溢流阀的启闭特性优于直动式溢流阀。

静态调压偏差:调定压力与开启压力之差。 Δp n = pn - pc 开启比:开启压力与调定压力之比。 δ =pc/ pT 溢流阀的开启比越大,静态调压偏差就越小, 它所控制的系统压力就越稳定。

直动型溢流阀与先导型溢流阀的比较: 直动型溢流阀: 结构简单,灵敏度高,但压力受溢流量的变化影响较 大,调压偏差大,不适于在高压、大流量下工作,常 作安全阀或用于调压精度不高的场合。 先导型溢流阀: 主阀弹簧主要用于克服阀芯的摩擦力,弹簧刚度小。 当溢流量变化引起主阀弹簧压缩量变化时,弹簧力变 化较小,因此阀进口压力变化也较小。调压精度高, 广泛应用于高压、大流量系统。 溢流阀的阀芯在移动过程中要受到摩擦力的作用,阀口 开大和关小时的摩擦力方向刚好相反,使溢流阀开启 时的特性与关闭时的特性产生差异。

除启闭特性外,溢流阀的静态性能还有:
1)压力调节范围:是指压力弹簧在规定的范围 内调节时,系统压力平稳的上升或下降的最大 和最小调定压力。 2)卸荷压力:当溢流阀作卸荷阀用时,额定流 量下进、出口油的压力差。 3)最大允许流量和最小稳定流量:溢流阀在最 大允许流量下工作时应无噪声。最小稳定流量 取决于压力平稳性的要求。 2、动态特性 动态特性是指流量阶跃变化时的压力响应特性,其 衡量指标主要有响应时间和压力超调量等。

五、职能符号

六、溢流阀在系统 中的应用 1、稳定系统压力

2、防止系统过载
(安全保护)

3、作背压阀用

4、起卸荷作用

5、远程调压

§6—3 减压阀
pressure reducing valve
根据串联减压式压力负反馈原理设计而成的液 压阀称为减压阀。 作用:用于降低并稳定系统中某一支路的油液压力, 常用于夹紧、控制、润滑等油路中。 特征: 阀与负载相串联,调压弹簧腔有外接泄油 口,采用出口压力负反馈。 分类:

直动型
先导型 先导级由减压出口供油式

先导级由减压进口供油式

一、先导级由减压出口供油的减压阀
1、结构:
与先导式溢流阀的 结构一样,也是由导 阀和主阀两部分组成。

2、工作原理: 动画

二、先导级由减压进口供油的减压阀

先导级由进口供油和有出口供油的特点比较:
先导级供油由减压阀出 口引入时,该供油压力 是经减压阀稳压后的压 力,波动不大,有利于 提高先导阀的控制精度, 但导致先导级的输出压 力始终低于主阀下腔压 力,若减压阀主阀芯上 下有效面积相等,为使 主阀芯平衡,不得不加 大主阀芯的弹簧刚度, 这又会使主级的控制精 度降低。

先导级供油从减压阀 进口引入时,优点是 先导级供油压力高, 先导级的输出压力也 较高,故不需加大主 阀芯的弹簧刚度即可 使主阀芯平衡,主级 的控制精度可能较高; 但减压阀进口压力未 经稳压,压力波动可 能较大,又不利于先 导级的控制。需在先 导级进口设置一小型 恒流器。

三、职能符号

四、减压阀与溢流阀的区别
(1)静止状态,减压阀阀口常开,溢流阀阀口常闭;
(2)减压阀控制出口压力稳定,而溢流阀控制进口 压力稳定;

(3)减压阀阀口随出口压力的升高而关小,溢流阀 阀口随进口压力的升高而开大;
(4)减压阀进出油口都是压力油路,经先导阀的回 油必须单独引回油箱,而溢流阀则和出口合并一同流 回油箱。

五、单向减压阀

单向减压阀

例1:如图所示回路,减压阀调定压力为pJ,溢流阀 调定压力为pY,负载压力(被动力)为pL。试分析下 述各条件下,减压阀进出口压力的关系以及减压阀口 的开启状况(通道损失不计)。
1)

pJ >pY > pL 。

2) pY >pJ > pL 。
3) pY >pJ , pJ= pL 。 4) pY >pJ , pL无穷大

(液压缸运动到行程终点)

解:设减压阀进口压力为p1,出口压力为p2 。
1) p1 =p2 = pL ,阀口处于全开启状态。
2)

p1 =p2 = pL ,阀口处于全开启状态。

3) p1= pY , p2= pJ = pL 。阀口处于小开口的减压工

作状态。
4) p1= pY , p2= pJ 。阀口处于基本关闭状态。

§6—4 顺序阀 sequence valve
顺序阀的作用: 利用油液压力作为控制信号控制油路的通断。 直动型 先导型

分类:

内控式 外控式

通过改变控制方式、泄油方式以及二次油路的连 接方式,顺序阀还可用作背压阀、泄荷阀和平衡 阀等。

一、直动型顺序阀
作用:控制多个执行元件动作顺序。 1.内控顺序阀
结构:出油口接二次油路,有单独泄油口。 工作原理:p < ps ,进出口不通; p > ps ,接通。 特点:内部控制, 外部泄油。 职能符号:

注意:当进口压力超过调定压力时,阀口的开启状 态分两种情况:
1) 当负载压力大于调定压力时,阀口全开;此时

p1 ? p2 ? pL
2) 当负载压力小于调定压力时,阀口小开口,此时

p1 ? p调 , p2 ? pL

应用:
控制液压缸动作顺序

2. 外控顺序阀
结构:控制油口。 工作原理:pK < ps ,不通; pK > ps ,进出口接通。 特点:外部控制, 外部泄油。 职能符号:

液控顺序阀

职能符号:

3、结构:
主要由阀体、阀芯、调压 弹簧、控制活塞及上下端 盖等零件组成。

二、先导型顺序阀

先导级设计为: 1)导阀的测压面与主油路 进口一次压力相通,由先导 阀的调压弹簧直接与之相比 较; 2)导阀阀口回油接出口二 次压力,这样可不致产生大 量外泄油量; 3)导阀弹簧腔接外泄口, 使导阀芯弹簧侧不形成背压; 4)先导级仍采用带进有固定节流口的半桥回路,固 定节流口的进油压力为p1,先导阀阀口仍然作为先导 级的回油阀口,但回油油压为p2 。

三、顺序阀与溢流阀的区别:
(1)顺序阀只有开启和切断两种状态,不象 溢流阀那样有自动稳压调节作用; (2)顺序阀进出油口都是压力油路,所以它 的泄油口必须单独引回油箱,而溢流阀则和出 口合并一同流回油箱。 (3)顺序阀的进、出油口一经接通,油液通 过该阀的压力损失较小,而溢流阀处于溢流状 态时,压力损失一般较大。

四、

平衡阀

作用:放在执行元件的回油路上,平衡重物。

1. 内控平衡阀 特点:内部控制, 内部泄油。

职能符号:

应用:
平衡重物

2. 外控平衡阀
特点:外部控制, 内部泄油。

职能符号:

五、 卸荷阀
作用:使油泵卸荷,减小功率消耗。 区别:出口接油箱,K口接卸荷油压。
工作原理:pK < ps ,阀口不开; pK > ps ,阀口打开, 使泵卸荷。 职能符号: 特点:外部控制, 内部泄油。

应用:

使左泵卸荷

例2:如图所示,顺序阀调定压力为px ? 3MPa ,溢流 阀调定压力为pY ? 5MPa ,试求在下列情况下A、B点 的压力是多少?1)液压缸运动时,负载压力pL ? 4MPa 2)pL ? 1MPa ;3)活塞运动到右端时。

解:1) ? pL ? px

,顺序阀全开,为一通路。

? p A ? pB ? pL ? 4MPa
2)∵ 缸运动,即进口压力达到调定值,而

pL ? px

此时顺序阀阀口开度适当。

? pA ? pL ? 1MPa, pB ? px ? 3MPa
3)此时顺序阀全开,且无油液流动,压力 由溢流阀调定。

pA ? pB ? pY ? 5MPa

§6-5 压力继电器 pressure switch
作用: 利用系统 中压力变 化,控制 电路的通 断。

微动开关 调节螺钉
顶杆

柱塞

1、工作原理: 动画
2、职能符号:

应用:1.控制电磁阀动作。 2.控制系统压力,出 故障时,自动停车。

§6-6 压力阀在调压与减压回路 中的应用
一、调压回路
1、单级调 压回路

2、双向调压回路

3、多级调压回路

4、电磁溢流阀调压——卸荷回路

二、减压回路

例3:如图示,两个减压阀串联,已知减压阀的调 整值为:PJ1=3.5MPa,PJ2=2MPa,溢流阀的调整值 Py=4.5MPa;活塞运动时,负载F=1.2KN,活塞面 积A=15cm2,减压阀全开时的局部损失及管路损失 不计。试确定:1)活塞在运动时和到达终端位置 时,A、B、C各点压力为多少?2) 若负载F=4200N, 各阀调定值不变,这时各点压力为多少?

解:1)活塞运动时: pL ? F ? 0.8MPa

A pB ? p A ? pC ? 0.8MPa

活塞到终端时:pC ? p j 2 ? 2 MPa
p A ? p j1 ? 3.5MPa p B ? pY ? 4.5MPa

2)负载F=4200N时:
F pL ? ? 2.8MPa A ? p j 2 ? pL ∴ pC ? p j 2 ? 2 MPa

p A ? p j1 ? 3.5MPa p B ? pY ? 4.5MPa

压力阀小结
作用:控制液压系统中的压力。 共性:利用液压力和弹簧力比较,控制阀口的开与 关;或控制开口大小。 溢流阀:控制进口压力 减压阀:控制出口压力 顺序阀:控制阀口通与不通,进而控制执行元件的 动作顺序。 平衡阀:装在执行元件的回油路上,平衡重物。 卸荷阀:使油泵卸荷。 要求:掌握各种阀的工作原理及应用场合。


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