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液压第四章


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第四章
§4-1 一、控制阀的作用

液压控制阀
概述

对系统中油液压力的流动方向、压力和起控制作用 流量大小进行预期控制,以满足工作元件再运动方向上克服负载和运动


速度上的要求,使系统能按要求启动和停止。 液

压控制阀在系统中不做功,只对执行元件



二、液压控制阀的参数 一般注明在出厂标牌上,是选用液压阀的基本依据。 1.规格参数:表示阀的大小,规定其适用范围。一般用阀的进出口名 义通径 Dg 表示,单位为毫米。
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2.性能参数表示阀的工作品质:一般有最大工作压力、开启压力、压 力调整范围、允许背压、最大流量、额定压力损失、最小稳定流量。 提示:必要时,还给出若干条特性曲线,使参数间的对应关系更加 直观,供使用者确定不同状态下的性能参数值。 三、对控制阀的要求和分类 要求:

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1 动作灵敏,使用可靠,工作平稳,冲击和振动要小。 2 油液通过液压阀时压力损失小。 3 阀的密封性能好,泄漏少。 4 结构简单、紧凑,通用性好;安装、调整和使用方便。 分类:


1. 按用途分:

压力控制阀 流量控制阀 方向控制阀



2.按操纵方法分:

人力操纵阀 机械操纵阀 电动操纵阀

3.按连接方法分:管式连接
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板式及叠加式连接 插装式连接

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§4-2 方向控制阀 一、单向阀 液压系统中常见的单向阀有普通单向阀和液控单向阀两种。 1.普通单向阀




图 4-1

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普通单向阀的作用, 是使油液只能沿一个方向流动, 不许它反向倒流。 图 4—1 左图所示是一种管式普通单向阀的结构。压力油从阀体左端 的通口 P1 流入时, 克服弹簧 3 作用在阀芯 2 上的力, 使阀芯向右移动, 打开阀口,并通过阀芯 2 上的径向孔 A、轴向孔 B 从阀体右端的通口 它和弹簧力一起使阀 流出。 但是压力油从阀体右端的通口 P2 流入时, 芯锥面压紧在阀座上,使阀口关闭,油液无法通过。图 4—1 右图所 示是单向阀的职能符号图。 2.液控单向阀

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图 4—2 液控单向阀 图 4—2 左图所示是液控单向阀的结构。当控制口 K 处无压力油通入 时,它的工作机制和普通单向阀一样;压力油只能从通口 P1 流向通口 P2,不能反向倒流。当控制口 K 有控制压力油时,因控制活塞 1 右侧 a 腔通泄油口,活塞 1 右移,推动顶杆 2 顶开阀芯 3,使通口 P1 和 P2 接通,油液就可在两个方向自由通流。图 4—2 右图所示是液控单向 阀的职能符号。


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二、换向阀 换向阀利用阀芯相对于阀体的相对运动,使油路接通、关断,或变换 油流的方向,从而使液压执行元件启动、停止或变换运动方向。 1. 对换向阀的主要要求 换向阀应满足: (1) 油液流经换向阀时的压力损失要小。 (2) 互不相通的油口间的泄露要小。 (3) 换向要平稳、迅速且可靠。 (补充:换向阀在按阀芯形状分类时,有滑阀式和转阀式两种,滑阀式 换向阀在液压系统中远比转阀式用得广泛。 转阀 : 该阀由阀体 1、 阀芯 2 和使阀芯转动的操作手柄 3 组成, 在图示位置, 通口 P 和 A 相通、B 和 T 相通;当操作手柄转换到“止”位置时,通口 P、A、B 和 T 均不相通,当操作手柄转换到另一位置时,则通口 P 和 B 相通,A 和 T 相通。 ) 2.滑阀式换向阀

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(1) 结构主体。 阀体和滑动阀芯是滑阀式换向阀的结构主体。表 4 —3 所示是其最常见的结构形式。由表可见,阀体上开有多个通口,阀 芯移动后可以停留在不同的工作位置上 当阀芯处在图示中间位置时,五个通口都关闭;当阀芯移向左端时, 通口 O ? 2 关闭,通口 P 和 B 相通,通口 A 和 O ? 1 相通;当阀芯移向 右端时,通口 O ? 1 关闭,通口 P 和 A 相通,通口 B 和 O ? 2 相通。这 种结构形式由于具有使五个通口都关闭的工作状态,故可使受它控制的 执行元件在任意位置上停止运动。?? (2)滑阀的操纵方式。常见的滑阀操纵方式示于图 4-4 中。?


(a)手动式(b)机动式(c)电磁动(d)弹簧控制(e)液动(f)液压先导控 制(g)电液控制



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(3)换向阀的结构。 (3)换向阀的结构。 换向阀的结构 在液压传动系统中广泛采用的是滑阀式换向阀,在这里主要介绍这 种换向阀的几种典型结构。 ①手动换向阀。图 4-5(b)为自动复位式手动换向阀,放开手柄 1、 阀芯 2 在弹簧 3 的作用下自动回复中位,该阀适用于动作频繁、工作持 续时间短的场合,操作比较完全,常用于工程机械的液压传动系统中。 如果将该阀阀芯右端弹簧 3 的部位改为可自动定位的结构形式,即 成为可在三个位置定位的手动换向阀。 ②机动换向阀。机动换向阀又称行程阀,它主要用来控制机械运动 部件的行程, 它是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,其中二位二通机动阀又分常闭和常开两种。图 4-6(a) 为滚轮式二位三通常闭式机动换向阀,在图示位置阀芯 2 被弹簧 1 压向 上端,油腔? P 和 A 通,B 口关闭。当挡铁或凸轮压住滚轮 4,使阀芯 2 移动到下端时,就使油腔 P 和 A 断开,P 和 B 接通,A 口关闭。图 4-6(b) 所示为其职能符号。?
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③电磁换向阀。电磁换向阀是利用电磁铁的通?电吸合与断电释放 而直接推动阀芯来控制液流方向的。 它是电气系统与液压系统之件发出, 从间的信号转换元件, 它的电气信号由液压设备结构图(b)职能符号图中 的按钮开关、限位开关、行程开关等电气元 1—滚轮 2—阀芯 3—弹簧而

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可以使液压系统方便地实现各种操作及自动顺序动作。 电磁铁按使用电源的不同,可分为交流和直流两种。按衔铁工作腔 是否有油液又可分为“干式”和“湿式” 。交流电磁铁起动力较大,不需 要专门的电源,吸合、释放快,动作时间约为 0.01~0.03s,其缺点是 若电源电压下降 15%以上,则电磁铁吸力明显减小,若衔铁不动作,干 式电磁铁会在 10~15min 后烧坏线圈(湿式电磁铁为 1~1.5h),且冲击 及噪声较大,寿命低,因而在实际使用中交流电磁铁允许的切换频率一 般为 10 次/min,不得超过 30 次/min。直流电磁铁工作较可靠,吸合、 释放动作时间约为 0.05~0.08s,允许使用的切换频率较高,一般可达 120 次/min,最高可达 300 次/min,且冲击小、体积小、寿命长。但需 有专门的直流电源,成本较高。此外,还有一种整体电磁铁,其电磁铁 是直流的,但电磁铁本身带有整流器,通入的交流电经整流后再供给直 流电磁铁。目前,国外新发展了一种油浸式电磁铁,不但衔铁,而且激 磁线圈也都浸在油液中工作,它具有寿命更长,工作更平稳可靠等特点, 但由于造价较高,应用面不广。? 电磁换向阀就其工作位置来说,有二位和三位等。二位电磁阀有一个 电磁铁,靠弹簧复位;三位电磁阀有两个电磁铁,如图 4-8 所示为一种 三位五通电磁换向阀的结构和职能符号。 ?
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④液动换向阀。 液动换向阀是利用控制油路的压力油来改变阀芯位置 的换向阀,图 4-9 为三位四通液动换向阀的结构和职能符号。阀芯是由 其两端密封腔中油液的压差来移动的,当控制油路的压力油从阀右边的 控制油口 K2 进入滑阀右腔时,K1 接通回油,阀芯向左移动,使压力油口 P 与 B 相通,A 与 T 相通;当 K1 接通压力油,K2 接通回油时,阀芯向右移 动,使得 P 与 A 相通,B 与 T 相通;当 K1、K2 都通回油时,阀芯在两端弹 簧和定位套作用下回到中间位置。 ⑤电液换向阀。在大中型液压设备中,当通过阀的流量较大时,作 用在滑阀上的摩擦力和液动力较大,此时电磁换向阀的电磁铁推力相对 地太小,需要用电液换向阀来代替电磁换向阀。电液换向阀是由电磁滑 阀和液动滑阀组合而成。电磁滑阀起先导作用,它可以改变控制液流的 方向,从而改变液动滑阀阀芯的位置。由于操纵液动滑阀的液压推力可

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以很大,所以主阀芯的尺寸可以做得很大,允许有较大的油液流量通过。 这样用较小的电磁铁就能控制较大的液流。 当先导电磁阀左边的电磁铁通电后使其阀芯向右边位置移动,来自 主阀 P 口或外接油口的控制压力油可经先导电磁阀的 A′口和左单向阀 进入主阀左端容腔,并推动主阀阀芯向右移动,这时主阀阀芯右端容腔 中的控制油液可通过右边的节流阀经先导电磁阀的 B′口和 T′口, 再从 主阀的 T 口或外接油口流回油箱(主阀阀芯的移动速度可由右边的节流 阀调节),使主阀 P 与 A、B 和 T 的油路相通;反之,由先导电磁阀右边 的电磁铁通电,可使 P 与 B、A 与 T 的油路相通;当先导电磁阀的两个电 磁铁均不带电时,先导电磁阀阀芯在其对中弹簧作用下回到中位,此时 来自主阀 P 口或外接油口的控制压力油不再进入主阀芯的左、 右两容腔, 主阀芯左右两腔的油液通过先导电磁阀中间位置的 A′、B′两油口与先 导电磁阀 T′口相通(如图 5-10b 所示),再从主阀的 T 口或外接油口流 回油箱。主阀阀芯在两端对中弹簧的预压力的推动下,依靠阀体定位, 准确地回到中位,此时主阀的 P、A、B 和 T 油口均不通。电液换向阀除 了上述的弹簧对中以外还有液压对中的,在液压对中的电液换向阀中, 先导式电磁阀在中位时,A′、B′两油口均与油口 P 连通,而 T′则封 闭,其他方面与弹簧对中的电液换向阀基本相似。 (4)换向阀的中位机能分析。三位换向阀的阀芯在中间位置时,各通 口间有不同的连通方式,可满足不同的使用要求。这种连通方式称为换 向阀的中位机能。三位四通换向阀常见的中位机能、型号、符号及其特 点,示于表 5-4 中。三位五通换向阀的情况与此相仿。不同的中位机能 是通过改变阀芯的形状和尺寸得到的。 在分析和选择阀的中位机能时,通常考虑以下几点:? ①系统保压。当 P 口被堵塞,系统保压,液压泵能用于多缸系统。 当 P 口不太通畅地与 T 口接通时(如 X 型),系统能保持一定的压力供控 制油路使用。? ②系统卸荷。P 口通畅地与 T 口接通时,系统卸荷。?? ③启动平稳性。阀在中位时,液压缸某腔如通油箱,则启动时该腔 内因无油液起缓冲作用,启动不太平稳。? ④液压缸“浮动”和在任意位置上的停止,阀在中位,当? A、B ?
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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 两口堵塞或与 P 口连接(在非差动情况下),则可使 液压缸在任意位置处停下来。?三位五通换向阀的机能与上述相仿。? (5)主要性能。换向阀的主要性能,以电磁阀的项目为最多,它主要 包括下面几项:? ①工作可靠性。工作可靠性指电磁铁通电后能否可靠地换向,而断 电后能否可靠地复位。工作可靠性主要取决于设计和制造,且和使用也 有关系。液动力和液压卡紧力的大小对工作可靠性影响很大,而这两个 力是与通过阀的流量和压力有关。所以电磁阀也只有在一定的流量和压 力范围内才能正常工作。这个工作范围的极限称为换向界限,如图 5-11 所示。 ②压力损失。由于电磁阀的开口很小,故液流流过阀口时产生较大 的压力损失。图 5-12 所示为某电磁阀的压力损失曲线。一般阀体铸造流 道中的压力损失比机械加工流道中的损失小。?


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? ③内泄漏量。在各个不同的工作位置,在规定的工作压力下,从高 压腔漏到低压腔的泄漏量为内泄漏量。过大的内泄漏量不仅会降低系统 的效率,引起过热,而且还会影响执行机构的正常工作。 ? ④换向和复位时间。换向时间指从电磁铁通电到阀芯换向终止的时 间;复位时间指从电磁铁断电到阀芯回复到初始位置的时间。减小换向 和复位时间可提高机构的工作效率,但会引起液压冲击。交流电磁阀的 换向时间一般约为 0.03~0.05 ? s,换向冲击较大;而直流电磁阀的换 向时间约为 0.1~0.3s,换向冲击较小。通常复位时间比换向时间稍长。 ? ⑤换向频率。换向频率是在单位时间内阀所允许的换向次数。目前 单电磁铁的电磁阀的换向频率一般为 60 次/min。? ⑥使用寿命。使用寿命指使用到电磁阀某一零件损坏,不能进行正 常的换向或复位动作,或使用到电磁阀的主要性能指标超过规定指标时 所经历的换向次数。 电磁阀的使用寿命主要决定于电磁铁。湿式电磁铁的寿命比干式的 长,直流电磁铁的寿命比交流的长。?

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⑦滑阀的液压卡紧现象。 一般滑阀的阀孔和阀芯之间有很小的间隙, 当缝隙均匀且缝隙中有油液时, 移动阀芯所需的力只需克服粘性摩擦力, 数值是相当小的。但在实际使用中,特别是在中、高压系统中,当阀芯 停止运动一段时间后(一般约 5min 以后),这个阻力可以大到几百牛顿, 使阀芯很难重 新移动。这就是所谓的液压卡紧现象。? 引起液压卡紧的原因, 有的是由于脏物进入缝隙而使阀芯移动困难, 有的是由于缝隙过小在油温升高时阀芯膨胀而卡死,但是主要原因是来 自滑阀副几何形状误差和同心度变化所引起的径向不平衡液压力。如图 5-13(a)所示,当阀芯和阀体孔之间无几何形状误差,且轴心线平行但不 重合时,阀芯周围间隙内的压力分布是线性的(图中 A1 和 A2 线所示),且 各向相等,阀芯上不会出现不平衡的径向力;当阀芯因加工误差而带有 倒锥(锥部大端朝向高压腔)且轴心线平行而不重合时,阀芯周围间隙内 的压力分布如图 4-13(b)中曲线 A1 和 A2 所示,这时阀芯将受到径向不平 衡力(图中阴影部分)的作用而使偏心距越来越大,直到两者表面接触为 止,这时径向不平衡力达到最大值;但是,如阀芯带有顺锥(锥部大端朝 向低压腔)时,产生的径向不平衡力将使阀芯和阀孔间的偏心距减小;图 5-13(c)所示为阀芯表面有局部凸起(相当于阀芯碰伤、残留毛刺或缝隙 中楔入脏物时, 阀芯受到的径向不平衡力将使阀芯的凸起部分推向孔壁。 ?? 当阀芯受到径向不平衡力作用而和阀孔相接触后,缝隙中存留液体 被挤出,阀芯和阀孔间的摩擦变成半干摩擦乃至干摩擦,因而使阀芯重 新移动时所需的力增大了许多。? 滑阀的液压卡紧现象不仅在换向阀中有, 其他的液压阀也普遍存在, 在高压系统中更为突出,特别是滑阀的停留时间越长,液压卡紧力越大, 以致造成移动滑阀的推力(如电磁铁推力)不能克服卡紧阻力,使滑阀不 能复位。为了减小径向不平衡力,应严格控制阀芯和阀孔的制造精度, 在装配时,尽可能使其成为顺锥形式,另一方面在阀芯上开环形均压槽, 也可以大大减小径向不平衡力。? (4)三位四通阀的中位机能

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4-3 压力控制阀 在液压传动系统中,控制油液压力高低的液压阀称之为压力控制阀, 简称压力阀。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 平衡的原理工作的。 在具体的液压系统中,根据工作需要的不同,对压力控制的要求是各 不相同的:有的需要限制液压系统的最高压力,如安全阀;有的需要稳 定液压系统中某处的压力值(或者压力差,压力比等) ,如溢流阀、减压 阀等定压阀;还有的是利用液压力作为信号控制其动作,如顺序阀、压 力继电器等。 一、 溢流阀 1、溢流阀的基本结构及其工作原理 溢流阀的主要作用是对液压系统定压或进行安全保护。几乎在所有 的液压系统中都需要用到它,其性能好坏对整个液压系统的正常工作有 很大影响。 1. 1. 溢流网的作用和性能要求 (1)溢流阀的作用。在液压系统中维持定压是溢流阀的主要用途。它 常用于节流调速系统中,和流量控制阀配合使用,调节进入系统的流 量,并保持系统的压力基本恒定。如图 4-14(a)所示,溢流阀 2 并联 于系统中,进入液压缸 4 的流量由节流阀 3 调节。由于定量泵 1 的流 量大于液压缸 4 所需的流量,油压升高,将溢流阀 2 打开,多余的油 液经溢流阀 2 流回油箱。因此,泵在这里溢流阀的功用就是在不断的 溢流过程中保持系统压力基本不变。 用于过载保护的溢流阀一般称为安全阀。如图 4-14(b)所示的变量 泵调速系统。在正常工作时,安全阀 2 关闭,不溢流,只有在系统发生 故障,压力升至安全阀的调整值时,阀口才打开,使变量泵排出的油液 经溢流阀 2 流回油箱,以保证液压系统的安全。 (2)液压系统对溢流阀的性能要求。? ①定压精度高。当流过溢流阀的流量发生变化时,系统中的压力变 化要小,即静态压力超调要小。 ②灵敏度要高。如图 4-14(a)所示,当液压缸 4 突然停止运动时, 溢流阀 2 要迅速开大。否则,定量泵 1 输出的油液将因不能及时排出而
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使系统压力突然升高,并超过溢流阀的调定压力,称动态压力超调,使 系统中各元件及辅助受力增加,影响其寿命。溢流阀的灵敏度越高,则 动态压力超调越小。 ③工作要平稳,且无振动和噪声。 ④当阀关闭时,密封要好,泄漏要小。 对于经常开启的溢流阀,主要要求前三项性能;而对于安全阀,则 主要要求第二和第四两项性能。其实,溢流阀和安全阀都是同一结构的 阀,只不过是在不同要求时有不同的作用而已。 2.溢流阀的结构和工作原理 2.溢流阀的结构和工作原理 常用的溢流阀按其结构形式和基本动作方式可归结为直动式和先导 式两种。 (1) 直动式溢流阀 直动式溢流阀是依靠系统中的压力油直接作用在阀芯上与弹簧力等相平 衡,以控制阀芯的启闭动作,图 4-15(a)所示是一种低压直动式溢流阀, P 是进油口,T 是回油口,进口压力油经阀芯 4 中间的阻尼孔 g 作用在阀 芯的底部端面上,当进油压力较小时,阀芯在弹簧 2 的作用下处于下端 位置,将 P 和 T ?两油口隔开。当油压力升高,在阀芯下端所产生的作 用力超过弹簧的压紧力 F。此时,阀芯上升,阀口被打开,将多余的油 液排回油箱,阀芯上的阻尼孔 g 用来对阀芯的动作产生阻尼,以提高阀 的工作平衡性,调整螺帽 1 可以改变弹簧的压紧力,这样也就调整了溢 流阀进口处的油液压力 p。 溢流阀是利用被控压力作为信号来改变弹簧的压缩量,从而改变阀 口的通流面积和系统的溢流量来达到定压目的的。当系统压力升高时, 阀芯上升,阀口通流面积增加,溢流量增大,进而使系统压力下降。溢 流阀内部通过阀芯的平衡和运动构成的这种负反馈作用是其定压作用的 基本原理,也是所有定压阀的基本工作原理。由式(4-2)可知,弹簧力的 大小与控制压力成正比,因此如果提高被控压力,一方面可用减小阀芯 的面积来达到,另一方面则需增大弹簧力,因受结构限制,需采用大刚 度的弹簧。这样,在阀芯相同位移的情况下,弹簧力变化较大,因而该 阀的定压精度就低。所以,这种低压直动式溢流阀一般用于压力小于 2.5MPa 的小流量场合, 4-15(b)所示为直动式溢流阀的图形符号.由图 图 4-15(a)还可看出,在常位状态下,溢流阀进、出油口之间是不相通的,

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而且作用在阀芯上的液压力是由进口油液压力产生的,经溢流阀芯的泄 漏油液经内泄漏通道进入回油口 T。 直动式溢流阀采取适当的措施也可用于高压大流量。例如,德国 Rexroth 公司开发的通径为 6~20mm 的压力为 40~63MPa;通径为 25~ 30mm 的压力为 31.5MPa 的直动式溢流阀,最大流量可达到 330L/min,其 中较为典型的锥阀式结构如图 5-16 所示。图 5-16 为锥阀式结构的局部 放大图,在锥阀的下部有一阻尼活塞 3,活塞的侧面铣扁,以便将压力 油引到活塞底部, 该活塞除了能增加运动阻尼以提高阀的工作稳定性外, 还可以使锥阀导向而在开启后不会倾斜。此外,锥阀上部有一个偏流盘 1,盘上的环形槽用来改变液流方向,一方面以补偿锥阀 2 的液动力;另 一方面由于液流方向的改变,产生一个与弹簧力相反方向的射流力,当 通过溢流阀的流量增加时,虽然因锥阀阀口增大引起弹簧力增加,但由 于与弹簧力方向相反的射流力同时增加,结果抵消了弹簧力的增量,有 利于提高阀的通流流量和工作压力。 (2) 先导式溢流阀 图 4-17 所示为先导式溢流阀的结构示意图,在图中压力油从 P 口进 入,通过阻尼孔 3 后作用在导阀 4 上,当进油口压力较低,导阀上 的液压作用力不足以克服导阀右边的弹簧 5 的作用力时,导阀关闭,没 有油液流过阻尼孔,所以主阀芯 2 两端压力相等,在较软的主阀弹簧 1 作用下主阀芯 2 处于最下端位置,溢流阀阀口 P 和 T 隔断,没有溢流。 当进油口压力升高到作用在导阀上的液压力大于导阀弹簧作用力时,导 阀打开,压力油就可通过阻尼孔、经导阀流回油箱,由于阻尼孔的作用, 使主阀芯上端的液压力 p2 小于下端压力 p1,当这个压力差作用在面积为 AB 的主阀芯上的力等于或超过主阀弹簧力 Fs,轴向稳态液动力 Fbs、摩擦 力 Ff 和主阀芯自重 G 时, 主阀芯开启, 油液从 P 口流入, 经主阀阀口由 T 流回油箱,实现溢流,即有: Δp=p1-p2≥Fs+Fbs+G±Ff/AB (4-3) ?由式(4-3)可知,由于油液通过阻尼孔而产生的 p1 与 p2 之间的压差 值不太大,所以主阀芯只需一个小刚度的软弹簧即可;而作用在导阀 4 上的液压力 p2 与其导阀阀芯面积的乘积即为导阀弹簧 5 的调压弹簧力, 由于导阀阀芯一般为锥阀,受压面积较小,所以用一个刚度不太大的弹

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簧即可调整较高的开启压力 P2,用螺钉调节导阀弹簧的预紧力,就可调 节溢流阀的溢流压力。 先导式溢流阀有一个远程控制口 K,如果将 K 口用油管接到另一个 远程调压阀(远程调压阀的结构和溢流阀的先导控制部分一样),调节远 程调压阀的弹簧力,即可调节溢流阀主阀芯上端的液压力,从而对溢流 阀的溢流压力实现远程调压。但是,远程调压阀所能调节的最高压力不 得超过溢流阀本身导阀的调整压力。当远程控制口 K 通过二位二通阀接 通油箱时,主阀芯上端的压力接近于零,主阀芯上移到最高位置,阀口 开得很大。由于主阀弹簧较软,这时溢流阀 P 口处压力很低,系统的油 液在低压下通过溢流阀流回油箱,实现卸荷。 3.溢流阀的性能 溢流阀的性能包括溢流阀的静态性能和动态性 能,在此作一简单的介绍。 (1)静态性能。? ①压力调节范围。压力调节范围是指调压弹簧在规定的范围内调节 时,系统压力能平稳地上升或下降,且压力无突跳及迟滞现象时的最大 和最小调定压力。溢流阀的最大允许流量为其额定流量,在额定流量下 工作时,溢流阀应无噪声、溢流阀的最小稳定流量取决于它的压力平稳 性要求,一般规定为额定流量的 15%。 ②启闭特性。启闭特性是指溢流阀在稳态情况下从开启到闭合的过 程中,被控压力与通过溢流阀的溢流量之间的关系。它是衡量溢流阀定 压精度的一个重要指标,一般用溢流阀处于额定流量、调定压力 ps 时, 开始溢流的开启压力 pk 及停止溢流的闭合压力 pB 分别与 p1 的百分比来衡 量,前者称为开启比 pk,后者称为闭合比 ps,即:
pk = pb = pk × 100 % ps pb × 100 % ps

(4-4)

(4-5) 式中:ps 可以是溢流阀调压范围内的任何一个值,显然上述两个百分比 越大,则两者越接近,溢流阀的启闭特性就越好,一般应使 p k ≥90%,p b ≥85%,直动式和先导式溢流阀的启闭特性曲线如图 4-18 所示。 ③卸荷压力。当溢流阀的远程控制口 K 与油箱相连时,额定流量下

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的压力损失称为卸荷压力。 (2)动态性能。当溢流阀在溢流量发生由零至额定流量的阶跃变化 时,它的进口压力,也就是它所控制的系统压力,将如图 5-19 所示的那 样迅速升高并超过额定压力的调定值,然后逐步衰减到最终稳定压力, 从而完成其动态过渡过程。 定义最高瞬时压力峰值与额定压力调定值 ps 的差值为压力超调量Δ p,则压力超调率Δp 为:


(4-6) 它是衡量溢流阀动态定压误差的一个性能指标。 一个性能良好的溢流阀, 其 ?p ≤10%~30%。图 4-19 中所示 t1 称之为响应时间;t2 称之为过渡过 程时间。显然,t1 越小,溢流阀的响应越快;t2 越小,溢流阀的动态过 渡过程时间越短。


?p =

?p × 100% ps

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二、减压阀 减压阀是使出口压力(二次压力)低于进口压力(一次压力)的一种压 力控制阀。其作用是用低液压系统中某一回路的油液压力,使用一个油 源能同时提供两个或几个不同压力的输出。减压阀在各种液压设备的夹 紧系统、润滑系统和控制系统中应用较多。此外,当油液压力不稳定时, 在回路中串入一减压阀可得到一个稳定的较低的压力。根据减压阀所控 制的压力不同,它可分为定值输出减压阀、定差减压阀和定比减压阀。 1.定值输出减压阀 (1)工作原理。图 5-20(a)所示为直动式减压阀的结构示意图和图形 符号。P1 口是进油口,P2 口是出油口,阀不工作时,阀芯在弹簧作用下 处于最下端位置,阀的进、出油口是相通的,亦即阀是常开的。若出口 压力增大,使作用在阀芯下端的压力大于弹簧力时,阀芯上移,关小阀 口,这时阀处于工作状态。若忽略其他阻力,仅考虑作用在阀芯上的液 压力和弹簧力相平衡的条件,则可以认为出口压力基本上维持在某一定 值——调定值上。这时如出口压力减小,阀芯就下移,开大阀口,阀口 处阻力减小,压降减小,使出口压力回升到调定值;反之,若出口压力 增大,则阀芯上移,关小阀口,阀口处阻力加大,压降增大,使出口压

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力下降到调定值。 图 4-20(b)所示为先导式减压阀的工作原理图和图形符号,可仿前 述先导式溢流阀来推演,这里不再赘述。 将先导式减压阀和先导式溢流阀进行比较,它们之间有如下几点不 同之处: ①减压阀保持出口压力基本不变,而溢流阀保持进口处压力基本不 变。 ②在不工作时,减压阀进、出油口互通,而溢流阀进出油口不通。 ③为保证减压阀出口压力调定值恒定,它的导阀弹簧腔需通过泄油 口单独外接油箱;而溢流阀的出油口是通油箱的,所以它的导阀的弹簧 腔和泄漏油可通过阀体上的通道和出油口相通,不必单独外接油箱。 (2)工作特性。理想的减压阀在进口压力、流量发生变化或出口负载 增加,其出口压力 p2 总是恒定不变。但实际上,p2 是随 p1、q 的变化, 或负载的增大而有所变化。由图 5-20(a)可知,当忽略阀芯的自重和摩 擦力,当稳态液动力为 Fbs 时,阀芯上的力平衡方程为: p2AR+Fbs=ks(xc+xR) (4-7) 式中:ks 为弹簧刚度;xc 为当阀芯开口 xR=0 时弹簧的预压缩量,其余符 号见图,亦即: p2=ks(xc+xR)-Fbs/AR ? (4-8) 若忽略液动力 Fbs,且 xR≤xc 时,则有: p2≈ksxc/AR=常数 (4-9) 这就是减压阀出口压力可基本上保持定值的原因。减压阀的 p2-q 特性曲 线如图 4-21 所示,当减压阀进油口压力 p1 基本恒定时,若通过的流量 q 增加,则阀口缝隙 xR 加大,出口压力 p2 略微下降。在如图 4-20(b)中的 先导式减压阀中,出油口压力的压力调整值越低,它受流量变化的影响 就越大。当减压阀的出油口不输出油液时,它的出口压力基本上仍能保 持恒定, 此时有少量的油液通过减压阀阀口经先导阀和泄油口流回油箱, 保持该阀处于工作状态,如图 4-20(b)所示。 2.定差减压阀 定差减压阀是使进、出油口之间的压力差等于或近似于不变的减压 阀,其工作原理如图 4-22 所示。高压油 p1 经节流口 xR 减压后以低压 p2

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流出,同时,低压油经阀芯中心孔将压力传至阀芯上腔,则其进、出油 液压力在阀芯有效作用面积上的压力差与弹簧力相平衡。 Δp=p1-p2=ks(xc+xR)/(π/4(D2-d2)) (4-10)? 式中:xc 为当阀芯开口 xR=0 时弹簧(其弹簧刚度为 ks)的预压缩量;其余 符号如图所示。 由式(4-10)可知,只要尽量减小弹簧刚度 ks 和阀口开度 xR,就可使压力 差Δp 近似地保持为定值。 3.定比减压阀 定比减压阀能使进、出油口压力的比值维持恒定。 图 5-23 所示为其工作原理图,阀芯在稳态时忽略稳态液动力、阀芯的自 重和摩擦力时可得到力平衡方程为: (4-11) p1A1+ks(xc+xR)=p2A2 式中:ks 为阀芯下端弹簧刚度;xc 是阀口开度为 xR=0 时的弹簧的预压缩 量;其它符号如图所示。若忽略弹簧力(刚度较小),则有(减压比): (4-12) p2/p1=A1/A2 由式(5-12)可见,选择阀芯的作用面积 A1 和 A2,便可得到所要求的压力 比,且比值近似恒定。 三、顺序阀 顺序阀是用来控制液压系统中各执行元件动作的先后顺序。依控制 压力的不同,顺序阀又可分为内控式和外控式两种。前者用阀的进口压 力控制阀芯的启闭, 后者用外来的控制压力油控制阀芯的启闭(即液控顺 序阀)。顺序阀也有直动式和先导式两种,前者一般用于低压系统,后者 用于中高压系统。 图 5-24 所示为直动式顺序阀的工作原理图和图形符号。 当进油口压 力 p1 较低时,阀芯在弹簧作用下处下端位置,进油口和出油口不相通。 当作用在阀芯下端的油液的液压力大于弹簧的预紧力时, 阀芯向上移动, 阀口打开,油液便经阀口从出油口流出,从而操纵另一执行元件或其他 元件动作。由图可见,顺序阀和溢流阀的结构基本相似,不同的只是顺 序阀的出油口通向系统的另一压力油路,而溢流阀的出油口通油箱。此 外,由于顺序阀的进、出油口均为压力油,所以它的泄油口 L 必须单独 外接油箱。 直动式外控顺序阀的工作原理图和图形符号如图 4-25 所示, 和上述顺序
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阀的差别仅仅在于其下部有一控制油口 K,阀芯的启闭是利用通入控制 油口 K 的外部控制油来控制。 4-26 所示为先导式顺序阀的工作原理图 图 和图形符号,其工作原理可仿前述先导式溢流阀推演,在此不再重复。 将先导式顺序阀和先导式溢流阀进行比较,它们之间有以下不同之 处: (1)溢流阀的进口压力在通流状态下基本不变。 而顺序阀在通流状态 下其进口压力由出口压力而定, 如果出口压力 p2 比进口压力 p1 底的多时, p1 基本不变,而当 p2 增大到一定程度,p1 也随之增加,则 p1=p2+Δp,Δp 为顺序阀上的损失压力。 (2)溢流阀为内泄漏,而顺序阀需单独引出泄漏通道,为外泄漏。 (3)溢流阀的出口必须回油箱,顺序阀出口可接负载。 四、压力继电器


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压力继电器是一种将油液的压力信号转换成电信号的电液控制元 件,当油液压力达到压力继电器的调定压力时,即发出电信号,以控制 电磁铁、电磁离合器、继电器等元件动作,使油路卸压、换向、执行元 件实现顺序动作,或关闭电动机,使系统停止工作,起安全保护作用等。 图 5-27 所示为常用柱塞式压力继电器的结构示意图和职能符号。 如图所 示,当从压力继电器下端进油口通入的油液压力达到调定压力值时,推 动柱塞 1 上移,此位移通过杠杆 2 放大后推动开关 4 动作。改变弹簧 3 的压缩量即可以调节压力继电器的动作压力。

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§4-4 流量控制阀





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液压系统中执行元件运动速度的大小,由输入执行元件的油液流 量的大小来确定。 流量控制阀就是依靠改变阀口通流面积(节流口局部阻 力)的大小或通流通道的长短来控制流量的液压阀类。 常用的流量控制阀 有普通节流阀、压力补偿和温度补偿调速阀、溢流节流阀和分流集流阀 等。 流量控制原理及节流口形式? 一、流量控制原理及节流口形式? 节流阀节流口通常有三种基本形式:薄壁小孔、细长小孔和厚壁小孔,但 无论节流口采用何种形式,通过节流口的流量 q 及其前后压力差Δp 的关 系均可用式(2-63)q=KAΔpm 来表示,三种节流口的流量特性曲线如图 4-28 所示,由图可知: (1)压差对流量的影响。节流阀两端压差Δp 变化时,通过它的流量 要发生变化,三种结构形式的节流口中,通过薄壁小孔的流量受到压差改 变的影响最小。 (2)温度对流量的影响。油温影响到油液粘度,对于细长小孔,油温变 化时,流量也会随之改变,对于薄壁小孔粘度对流量几乎没有影响,故 油温变化时,流量基本不变。 (3)节流口的堵塞。 节流阀的节流口可能因油液中的杂质或由于油液 氧化后析出的胶质、 沥青等而局部堵塞,这就改变了原来节流口通流面积 的大小,使流量发生变化,尤其是当开口较小时,这一影响更为突出,严重 时会完全堵塞而出现断流现象。因此节流口的抗堵塞性能也是影响流量 稳定性的重要因素,尤其会影响流量阀的最小稳定流量。 一般节流口通流 面积越大,节流通道越短和水力直径越大,越不容易堵塞,当然油液的清 洁度也对堵塞产生影响。一般流量控制阀的最小稳定流量为 0.05L/min。 综上所述,为保证流量稳定,节流口的形式以薄壁小孔较为理 想。图 4-29 所示为几种常用的节流口形式。图 4-29(a)所示为针阀式节

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流口,它通道长,湿周大,易堵塞,流量受油温影响较大,一般用于对性能 要求不高的场合;图 4-29(b)所示为偏心槽式节流口,其性能与针阀式节 流口相同,但容易制造,其缺点是阀芯上的径向力不平衡,旋转阀芯时较 费力,一般用于压力较低、流量较大和流量稳定性要求不高的场合;图 4-29(c)所示为轴向三角槽式节流口,其结构简单,水力直径中等,可得到 较小的稳定流量,且调节范围较大,但节流通道有一定的长度,油温变化 对流量有一定的影响,目前被广泛应用,图 4-29(d)所示为周向缝隙式节 流口,沿阀芯周向开有一条宽度不等的狭槽,转动阀芯就可改变开口大 小。阀口做成薄刃形,通道短,水力直径大,不易堵塞,油温变化对流量影 响小,因此其性能接近于薄壁小孔,适用于低压小流量场合;图 4-29(e)所 示为轴向缝隙式节流口,在阀孔的衬套上加工出图示薄壁阀口,阀芯作轴 向移动即可改变开口大小,其性能与图 4-29(d)所示节流口相似。为保证 流量稳定,节流口的形式以薄壁小孔较为理想。 在液压传动系统中节流元件与溢流阀并联于液泵的出口,构成恒压 油源,使泵出口的压力恒定。如图 4-30(a)所示,此时节流阀和溢流阀相 当于两个并联的液阻,液压泵输出流量 qp 不变,流经节流阀进入液压缸的 流量 q1 和流经溢流阀的流量Δq 的大小由节流阀和溢流阀液阻的相对大 小来决定。 若节流阀的液阻大于溢流阀的液阻,则 q1<Δq;反之则 q1>Δ q。节流阀是一种可以在较大范围内以改变液阻来调节流量的元件。因此 可以通过调节节流阀的液阻,来改变进入液压缸的流量,从而调节液压缸 的运动速度;但若在回路中仅有节流阀而没有与之并联的溢流阀,如图 4-30(b)所示,则节流阀就起不到调节流量的作用。液压泵输出的液压油 全部经节流阀进入液压缸。 改变节流阀节流口的大小,只是改变液流流经 节流阀的压力降。节流口小,流速快;节流口大,流速慢,而总的流量是不 变的,因此液压缸的运动速度不变。所以,节流元件用来调节流量是有条 件的,即要求有一个接受节流元件压力信号的环节(与之并联的溢流阀或 恒压变量泵)。通过这一环节来补偿节流元件的流量变化。 液压传动系统对流量控制阀的主要要求有: (1)较大的流量调节范围,且流量调节要均匀。 (2)当阀前、 后压力差发生变化时,通过阀的流量变化要小,以保证负 载运动的稳定。 (3)油温变化对通过阀的流量影响要小。

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(4)液流通过全开阀时的压力损失要小。 (5)当阀口关闭时,阀的泄漏量要小。 二、普通节流阀 1、 作原理 图 4—31 所示为一种普通节流阀的结构和图形符号。 这种节流阀的 节流通道呈轴向三角 槽式。压力油从进油口 P1 流入孔道 α 和阀芯 1 左端的三角槽进入孔 调节手柄 3, 可通过推杆 2 使阀芯作轴向移动, 道 b, 再从出油口 P2 流出。 以改变节流口的通流截面积来调节流量。阀芯在弹簧的作用下始终贴紧 在推杆上,这种节流阀的进出油口可互换。 2、节流阀的刚性 节流阀的刚性表示它抵抗负数变化的干扰,保持 流量稳定的能力,即当节流阀开口量不变时,由于阀前后压力差Δp 的变 化,引起通过节流阀的流量发生变化的情况。流量变化越小,节流阀的刚 性越大,反之,其刚性则小,如果以 T 表示节流阀的刚度,则有: T=dΔp/dq (4-13) m 由式 q=KAΔp ,可得: T=Δpm-1Kam (4-14) 从节流阀特性曲线图 5-32 可以发现,节流阀的刚度 T 相当于流量曲线上 某点的切线和横坐标 夹角β的余切,即
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T=cotβ (4-15) 由图 4-32 和式(4-14)可以得出如下结论:? (1)同一节流阀,阀前后压力差Δp 相同,节流开口小时,刚度大。 (2)同一节流阀,在节流开口一定时,阀前后压力差Δp 越小,刚度越 低。为了保证节流阀具有足够的刚度,节流阀只能在某一最低压力差Δp 的条件下,才能正常工作,但提高Δp 将引起压力损失的增加。 (3)取小的指数 m 可以提高节流阀的刚度,因此在实际使用中多希望 采用薄壁小孔式节流口,即 m=0.5 的节流口。 三、调速阀和温度补偿调速阀

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普通节流阀由于刚性差,在节流开口一定的条件下通过它的工作 流量受工作负载(亦即其出口压力)变化的影响,不能保持执行元件运 动速度的稳定,因此只适用于工作负载变化不大和速度稳定性要求不高 的场合,由于工作负载的变化很难避免,为了改善调速系统的性能,通 常是对节流阀进行补偿,即采取措施使节流阀前后压力差在负载变化时


始终保持不变。由 q = K A ? p m 可知,当 ? p 基本不变时,通过节流阀的 流量只由其开口量大小来决定,使 ? p 基本保持不变的方式有两种:一种 是将定压差式减压阀与节流阀并联起来构成调速阀;另一种是将稳压溢 流阀与节流阀并联起来构成溢流节流阀。这两种阀是利用流量的变化所


引起的油路压力的变化,通过阀芯的负反馈动作来自动调节节流部分的 压力差,使其保持不变。 1.
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调速阀 油温的变化也将引起油粘度的变化,从而导致通过节流阀的流量发

生变化,为此出现了温度补偿调速阀。 调速阀是在节流阀 2 前面串接一个定差减压阀 1 组合而成。图 4— 33 为其工作原理图。液压泵的出口(即调速阀的进口)压力 p1 由溢流阀 调整基本不变,而调速阀的出口压力 p3 则由液压缸负载 F 决定。油液先 经减压阀产生一次压力降,将压力降到 p2,p2 经通道 e、f 作用到减压阀 的 d 腔和 c 腔;节流阀的出口压力 p3 又经反馈通道 a 作用到减压阀的上 腔 b,当减压阀的阀芯在弹簧力 Fs、油液压力 p2 和 p3 作用下处于某一平 衡位置时(忽略摩擦力和液动力等) ,则有:

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p2A1+p2A2=p3A+Fs

(4-16)

式中:A、A1 和 A2 分别为 b 腔、c 腔和 d 腔内压力油作用于阀芯的有 效面积,且 A=A1+A2。 故 p2-p3= ? p =Fs/A (4-17)

因为弹簧刚度较低,且工作过程中减压阀阀芯位移很小,可以认为


Fs 基本保持不变。故节流阀两端压力差 p2 - p3 也基本保持不变,这就保 证了通过节流阀的流量稳定。 2.


温度补偿调速阀

普通调速阀的流量虽然已能基本上不受外部负载变化的影响,但是 当流量较小时,节流口的通流面积较小,这时节流口的长度与通流截面水 力直径的比值相对地增大,因而油液的粘度变化对流量的影响也增大,所 以当油温升高后油的粘度变小时,流量仍会增大,为了减小温度对流量的
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影响,可以采用温度补偿调速阀。 温度补偿调速阀的压力补偿原理部分与普通调速阀相同,据 q=Δ KApm 可知,当Δp 不变时,由于粘度下降,K 值(m≠0.5 的孔口)上升,此时 只有适当减小节流阀的开口面积,方能保证 q 不变。图 4-34 为温度补偿 原理图,在节流阀阀芯和调节螺钉之间放置一个温度膨胀系数较大的聚 氯乙烯推杆,当油温升高时,本来流量增加,这时温度补偿杆伸长使节流 口变小,从而补偿了油温对流量的影响。在 20~60℃的温度范围内,流 量的变化率超过 10%,最小稳定流量可达 20mL/min(3.3×10-7m3/s)。 四、溢流节流阀(旁通型调速阀) 溢流节流阀(旁通型调速阀)

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溢流节流阀也是一种压力补偿型节流阀,图 4-35(a) 为其工作原理 图及职能符号。 从液压泵输出的油液一部分从节流阀 4 进入液压缸左腔推动活塞向 右运动,另一部分经溢流阀的溢流口流回油箱,溢流阀阀芯 3 的上端 a 腔 同节流阀 4 上腔相通,其压力为 p2;腔 b 和下端腔 c 同溢流阀阀芯 3 前的


油液相通,其压即为泵的压力 p1,当液压缸活塞上的负载力 F 增大时,压力 p2 升高,a 腔的压力也升高,使阀芯 3 下移,关小溢流口,这样就使液压泵 的供油压力 p1 增加,从而使节流阀 4 的前、后压力差(p1-p2)基本保持不 变。这种溢流阀一般附带一个安全阀 2,以避免系统过载。


溢流节流阀是通过 p1 随 p2 的变化来使流量基本上保持恒定的,它与调速阀虽都具有压力补偿 的作用,但其组成调速系统时是有区别的,调速阀无论在执行元件的进油路上或回油路上,执行元 件上负载变化时,泵出口处压力都由溢流阀保持不变,而溢流节流阀是通过 p1 随 p2(负载的压力) 的变化来使流量基本上保持恒定的。因而溢流节流阀具有功率损耗低,发热量小的优点。但是,
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溢流节流阀中流过的流量比调速阀大(一般是系统的全部流量),阀芯运动时阻力较大,弹簧较硬, 其结果使节流阀前后压差Δp 加大(需达 0.3~0.5MPa),因此它的稳定性稍差。

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【授课题目】 第七章 液压典型回路 授课题目】 【授课教师】 戴春琴 授课教师】 【授课对象】 2010 级高级工数控及模具班 授课对象】 【授课时间】 第 14-15 周 授课时间】

【教学方法】 授课 教学方法】 【选用教具】 多媒体 选用教具】 【作业布置】 P181 习题 作业布置】 : 【教学重点、难点及基本要求】 教学重点、难点及基本要求】 本章主要是通过三个典型机床的液压系统来分析液压系统设计的特 点,进一步了解液压元件及基本回路的应用。通过本章的学习,要求学 生能看懂液压系统图,会分析液压系统图。 : 【授课内容提要及时间分配】 授课内容提要及时间分配】 第七章机床液压系统实例(6 学时)

§7-1 YT4543 型组合机床动力滑台液压系统(2) 一、机床概述 二、工作原理 三、YT4543 型动力滑台液压系统特点

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§7-2 3463-1 型半自动转塔车床液压系统(2) 一、机床概述 二、转塔刀架 三、前刀架 四、后刀架 五、液压系统的其它功用 六、液压系统特点

§7-3 M1432A 型万能外园磨床液压系统(简介) (2) 一、机床液压系统的功能 M1432A 型万能外圆磨床主要用于磨削 IT5~IT7 精度的圆柱形或圆 锥形外圆和内孔,表面粗糙度在 Ra1.25~0.08 之间。该机床的液压系统 具有以下功能: 1.能实现工作台的自动往复运动, 并能在 0.05~4m/min 之间无级调 速,工作台换向平稳,起动制动迅速,换向精度高。 2.在装卸工件和测量工件时,为缩短辅助时间,砂轮架具有快速进 退动作,为避免惯性冲击,控制砂轮架快速进退的液压缸设置有缓冲装 置。 3.为方便装卸工件,尾架顶尖的伸缩采用液压传动。

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4.工作台可作微量抖动:切入磨削或加工工件略大于砂轮宽度时, 为了提高生产率和改善表面粗糙度,工作台可作短距离(1~3mm)、频繁 往复运动(100~150 次/min)。 5.传动系统具有必要的联锁动作: (1)工作台的液动与手动联锁, 以免液动时带动手轮旋转引起工伤事 故。 (2)砂轮架快速前进时,可保证尾架顶尖不后退,以免加工时工件脱 落。 (3)磨内孔时,为使砂轮不后退,传动系统中设置有与砂轮架快速后 退联锁的机构,以免撞坏工件或砂轮。 (4)砂轮架快进时,头架带动工件转动,冷却泵启动;砂轮架快速后 退时,头架与冷却泵电机停转。 二、液压系统的工作原理 1.工作台的往复运动 (1)工作台右行:如图所示状态,先导阀、换向阀阀芯均处于右端, 开停阀处于右位。其主油路为:? 进油路:液压泵 19→换向阀 2 右位(P→A)→液压缸 2 右腔; 回油路:液压缸 9 左腔→换向阀 2 右位(B→T2)→先导阀 1 右位→开 停阀 3 右位→节流阀 5→油箱。液压油推液压缸带动工作台向右运动, 其运动速度由节流阀来调节。 (2)工作台左行:当工作台右行到预定位置,工作台上左边的挡块拨

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与先导阀 1 的阀芯相连接的杠杆,使先导阀芯左移,开始工作台的换向 过程。先导阀阀芯左移过程中,其阀芯中段制动锥 A 的右边逐渐将回油 路上通向节流阀 5 的通道(D2→T)关小,使工作台逐渐减速制动,实现预 制动;当先导阀阀芯继续向左移动到先导阀芯右部环形槽,使 a2 点与高 压油路 a2′?相通,先导阀芯左部环槽使 a1→a1′接通油箱时,控制油路 被切换。这时借助于抖动缸推动先导阀向左快速移动(快跳)。其油路是: 进油路: 19→精滤油器 21→先导阀 1 左位(a2′→a2)→抖动缸 6 左 泵 端。 回油路:抖动缸 6 右端→先导阀 1 左位(a1→a1′)→油箱。 因为抖动缸的直径很小, 上述流量很小的压力油足以使之快速右移, 并通过杠杆使先导阀芯快跳到左端,从而使通过先导阀到达换向阀右端 的控制压力油路迅速打通, 同时又使换向阀左端的回油路也迅速打通(畅 通)。 这时的控制油路是: 进油路:泵 19→精滤油器 21→先导阀 1 左位(a2′→a2)→单向阀 I2 →换向阀 2 右端。 回油路:换向阀 2 左端回油路在换向阀芯左移过程中有三种变换。 首先:换向阀 2 左端 b1′→先导阀 1 左位(a1→a1′)→油箱。换向阀芯 因回油畅通而迅速 左移,实现第一次快跳。当换向阀芯 1 快跳到制动锥 C 的右侧关小主回 油路 (B→T2)通道,工作台便迅速制动(终制动)。换向阀芯继续迅速左

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移到中部台阶处于阀体中间沉割槽的中心处时, 液压缸两腔都通压力油, 工作台便停止运动。 换向阀芯在控制压力油作用下继续左移, 换向阀芯左端回油路改为: 换向阀 2 左端→节流阀 J1→先导阀 1 左位→油箱。这时换向阀芯按节流 阀(停留阀)J1 调节的速度左移由于换向 阀体中心沉割槽的宽度大于中部台阶的宽度,所以阀芯慢速左移的 一定时间内,液压缸两腔 继续保持互通,使工作台在端点保持短暂的停留。其停留时间在 0~5s 内由节流阀 J1、J2 调节。 最后当换向阀芯慢速左移到左部环形槽与油路(b1→b1′)相通时,换 向阀左端控制油的 回油路又变为换向阀 2 左端→油路 b1→换向阀 2 左部环形槽→油路 b1′ →先导阀 1 左位→油箱。这时由于换向阀左端回油路畅通,换向阀芯实 现第二次快跳,使主油路迅速切换,工作台则迅速反向启动(左行)。这 时的主油路是: 进油路:泵 19→换向阀 2 左位(P→B)→液压缸 22 左腔。 回油路: 液压缸 22 右腔→换向阀 2 左位 (A→T1)→先导阀 1 左位(D1 →T)→开停阀 3 右位→节流阀 5→油箱。 当工作台左行到位时,工作台上的挡铁又碰杠杆推动先导阀右移, 重复上述换向过程。实现工作台的自动换向。 2.工作台液动与手动的互锁

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工作台液动与手动的互锁是由互锁缸 4 来完成的。当开停阀 3 处于 图 8-2 所示位置时,互锁缸 4 的活塞在压力油的作用下压缩弹簧并推动 齿轮 Z1 和 Z2 脱开,这样,当工作台液动(往复运动)时,手轮不会转动。 当开停阀 3 处于左位时,互锁缸 4 通油箱,活塞在弹簧力的作用下 带着齿轮 Z2 移动,Z2 与 Z1 啮合,工作台就可用手摇机构摇动。 3.砂轮架的快速进、退运动 砂轮架的快速进退运动是由手动二位四通换向阀 12(快动阀)来操 纵,由快动缸来实现的。在图 8-2 所示位置时,快动阀右位接入系统, 压力油经快动阀 12 右位进入快动缸 14 右腔,砂轮架快进到前端位置, 快进终点是靠活塞与缸体端盖相接触来保证其重复定位精度;当快动缸 左位接入系统时,砂轮架快速后退到最后端位置。为防止砂轮架在快速 运动到达前后终点处产生冲击,在快动缸两端设缓冲装置,并设有抵住 砂轮架的闸缸 13,用以消除丝杠和螺母间的间隙。 手动换向阀 12(快动阀)的下面装有一个自动启、闭头架电动机和冷 却电动机的行程开关和一个与内圆磨具联锁的电磁铁(图上均未画出)。 当手动换向阀 12(快动阀)处于右位使砂轮架处于快进时,手动阀的手柄 压下行程开关,使头架电动机和冷却电动机启动。当翻下内圆磨具进行 内孔磨削时,内圆磨具压另一行程开关,使联锁电磁铁通电吸合,将快 动阀锁住在左位(砂轮架在退的位置),以防止误动作,保证安全。 4.砂轮架的周期进给运 砂轮架的周期进给运动是由选择阀 8、进给阀 9、进给缸 10 通过棘

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爪、棘轮、齿轮、丝杠来完成的。选择阀 8 根据加工需要可以使砂轮架 在工件左端或右端时进给,也可在工件两端都进给(双向进给),也可以 不进给,共四个位置可供选择。 图 8-2 所示为双向进给,周期进给油路:压力油从 a1 点→J4→进给 阀 9 右端;进给阀 9 左端→I3→a2→先导阀 1→油箱。进给缸 10→d→进 给阀 9→c1→选择阀 8→a2→先导阀 1→油箱,进给缸柱塞在弹簧力的作 用下复位。当工作台开始换向时,先导阀换位(左移)使 a2 点变高压、a1 点变为低压(回油箱);此时周期进给油路为:压力油从 a2 点→J3→进给 阀 9 左端;进给阀 9 右端→I4→a1 点→先导阀 1→油箱,使进给阀右移; 与此同时,压力油经 a2 点→选择阀 8→c1→进给阀 9→d→进给缸 10,推 进给缸柱塞左移,柱塞上的棘爪拨棘轮转动一个角度,通过齿轮等推砂 轮架进给一次。在进给阀活塞继续右移时堵住 c1 而打通 c2,这时进给缸 右端→d→进给阀→c2→选择阀→a1→先导阀 a1′→油箱, 进给缸在弹簧力 的作用下再次复位。当工作台再次换向,再周期进给一次。若将选择阀 转到其他位置,如右端进给,则工作台只有在换向到右端才进给一次, 其进给过程不再赘述。从上述周期进给过程可知,每进给一次是由一股 压力油(压力脉冲)推进给缸柱塞上的棘爪拨棘轮转一角度。调节进给阀 两端的节流阀 J3、J4 就可调节压力脉冲的时期长短,从而调节进给量的 大小。 5.尾架顶尖的松开与夹紧 尾架顶尖只有在砂轮架处于后退位置时才允许松开。为操作方便,

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采用脚踏式二位三通阀 11(尾架阀)来操纵,由尾架缸 15 来实现。由图 可知,只有当快动阀 12 处于左位、砂轮架处于后退位置,脚踏尾架阀处 于右位时,才能有压力油通过尾架阀进入尾架缸推杠杆拨尾顶尖松开工 件。当快动阀 12 处于右位(砂轮架处于前端位置)时,油路 L 为低压(回 油箱),这时误踏尾架阀 11 也无压力油进入尾架缸 14,顶尖也就不会推 出。 尾顶尖的夹紧是靠弹簧力。 6.抖动缸的功用 抖动缸 6 的功用有两个。第一是帮助先导阀 1 实现换向过程中的快 跳;第二是当工作台需要作频繁短距离换向时实现工作台的抖动。 当砂轮作切入磨削或磨削短圆槽时,为提高磨削表面质量和磨削效 率,需工作台频繁短距离换向—抖动。这时将换向挡铁调得很近或夹住 换向杠杆,当工作台向左或向右移动时,挡铁带杠杆使先导阀阀芯向右 或向左移动一个很小的距离,使先导阀 1 的控制进油路和回油路仅有一 个很小的开口。 通过此很小开口的压力油不可能使换向阀阀芯快速移动, 这时,因为抖动缸柱塞直径很小,所通过的压力油足以使抖动缸快速移 动。抖动缸的快速移动推动杠带先导阀快速移动(换向),迅速打开控制 油路的进、回油口,使换向阀也迅速换向,从而使工作台作短距离频繁 往复换向—抖动。 三、本液压系统的特点 由于机床加工工艺的要求,M1432A 型万能外圆磨床液压系统是机床

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液压系统中要求较高、较复杂的一种。其主要特点是: (1)系统采用节流阀回油节流调速回路,功率损失较小。 (2)工作台采用了活塞杆固定式双杆液压缸,保证左、右往复运动的 速度一致,并使机床占地面积不大。 (3)本系统在结构上采用了将开停阀、先导阀、换向阀、节流阀、抖动缸 等组合一体的操纵箱。使结构紧凑、管路减短、操纵方便,又便于制造 和装配修理。此操纵箱属行程制动换向回路,具有较高的换向位置精度 和换向平稳性。


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