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第四章液压控制阀


液压与液力传动

第四章 液压控制阀

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4.1液压控制阀概述 4.1.1液压阀的基本结构与原理
液压控制阀在液压系统中被用来控制液流的 压力、流量和方向,保证执行元件按照要求进 行工作。属控制元件。 液压阀基本结构:包括阀芯、阀体和驱动阀芯在 阀体内作相对运动的装臵。驱动装臵可以是手 调机构,也可以是弹

簧或电磁铁,有时还作用 有液压力。 液压阀基本工作原理:利用阀芯在阀体内作相对 运动来控制阀口的通断及阀口的大小,实现压 力、流量和方向的控制。流经阀口的流量q与 阀口前后压力差Δp和阀口面积 A 有关,始终满 足压力流量方程;作用在阀芯上的力是否平衡 2 则需要具体分析。

4.1.2液压阀的分类 根据结构形式分类
滑阀 滑阀为间隙密封,阀芯与阀口存在一定的密封长度, 因此滑阀运动存在一个死区。阀口的压力流量方程 q= CdπD x (2Δp/ρ)1/2

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锥阀 锥阀阀芯半锥角一般为12 °~20 °,阀 口关闭时为线密封,密封性能好且动作灵敏。 阀口的压力流量方程 q= Cdπd x sinα(2Δp/ρ)1/2

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球阀 性能与锥阀相同,阀口的压力流量方程 q = Cdπd h 0 (x/R) (2Δp/ρ)1/2

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根据用途不同分类 压力控制阀 用来控制和调节液压系统 液流压力的阀类,如溢流阀、减压阀、 顺序阀等。 流量控制阀 用来控制和调节液压系统 液流流量的阀类,如节流阀、调速阀、 分流集流阀、比例流量阀等。 方向控制阀 用来控制和改变液压系统 液流方向的阀类,如单向阀、液控单 向阀、换向阀等。
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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,来控制液流的压力、流量、方向的 阀类,可直接与计算机接口,不需要D/A 转换器。
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根据安装连接形式不同分类
管式连接 阀体进出口 由螺纹或法兰与油管 连接。安装方便。
板式连接 阀体进出口通过 连接板与油管连接。便于集 成。 插装式 将阀芯、阀套组成 的组件插入专门设计的阀块 内实现不同功能。结构紧凑。 叠加式 是板式 连接阀的一种发 展形式。

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4.1.3液压阀的性能参数
公称通径 代表阀的通流能力的大小,对应于阀的额 定流量。与阀的进出油口连接的油管应与阀 的通径相一致。阀工作时的实际流量应小于 或等于它的额定流量,最大不得大于额定流 量的1.1倍。 额定压力 阀长期工作所允许的最高压力。对压力控 制阀,实际最高压力有时还与阀的调压范围 有关;对换向阀,实际最高压力还可能受它 的功率极限的限制。
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4.1.4对液压阀的基本要求
动作灵敏,使用可靠,工作时冲击和振动要 小。 阀口全开时,液流压力损失要小;阀口关闭 时,密封性能要好。 所控制的参数(压力或流量)要稳定,受外 届干扰时变化量要小。

结构紧凑,安装、调试、维护方便,通用性 要好。
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4.2方向控制阀

? 方向控制阀用在液压系统中控制液流的 方向。它包括单向阀和换向阀。
单向阀有普通单向阀和液控单向阀。 换向阀按操作阀芯运动的方式可分为手动、 机动、电磁动、液动、电液动等。

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4.2.1普通单向阀
普通单向阀是只允许液 流一个方向流动,反向则 被截止的方向阀。要求正 向液流通过时压力损失小, 反向截止时密封性能好。 图形符号

工作原理 左端进油,压力油作用在阀芯左端,克服右端 弹簧力使阀芯右移,阀口开启,油液从右端流出;若右端 进油,压力油与弹簧同向作用,将阀芯紧压在阀座孔上, 阀口关闭,油液被截止不能通过。 正向开启压力只需(0.03~0.05 )MPa,反向截止时 为线密封,且密封能力随压力增高而增大,密封性能良好。 开启后进出口压力差(压力损失)为(0.2~0.3 )MPa.。
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普通单向阀的应用

常被安装在泵的出口,一方面防止压力冲击影响 泵的正常工作,另一方面防止泵不工作时系统 油液倒流经泵回油箱。
被用来分隔油路以防止高低压干扰。 与其他的阀组成单向节流阀、单向减压阀、单向 顺序阀等,使油液一个方向流经单向阀,另一 个方向流经节流阀等。 安装在执行元件的回油路上,使回油具有一定背 压。作背压阀的单向阀应更换刚度较大的弹簧, 其正向开启压力为( 0.3~0.5)MPa。
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4.2.2液控单向阀
工作原理
当控制油口不通压 力油时,油液只 能从p1→p2;当控 制油口通压力油 时,正、反向的 油液均可自由通 过。 根据控制活塞上腔 的泄油方式不同 分为内泄式和外 泄式。 复式结构液控单向阀,单向阀芯内装有卸载小阀芯。控制活塞 上行时先顶开小阀芯使主油路卸压,再顶开单向阀阀芯,其控 制压力仅为工作压力的 4.5%,没有卸载小阀芯的液控单向阀 的控制压力为工作压力的40 %~50 %。 15

液控单向阀的应用 用于保压回路

用于锁紧回路

需要指出,控制压力油油口不工作时,应使其通回油箱, 否则控制活塞难以复位,单向阀反向不能截止液流。
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普通单向阀和 液控单向阀的应用
(1)用单向阀 将系统和泵隔断 图中,用单向阀5 将系统和泵隔断, 泵开机时泵排出的 油可经单向阀5进 入系统;泵停机时, 单向阀5可阻止系 统中的油倒流。 1 4 2 3

5

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(2)用单向阀将两个泵隔断

在下图中,1是低压大流量泵,2是高压小流量泵。低 压时两个泵排出的油合流,共同向系统供油。高压时,单 向阀的反向压力为高压,单向阀关闭,泵 2 排出的高压油 经过虚线表示的控制油路将阀3打开,使泵1排出的油经阀 3回油箱,由高压泵 2单独往系统供油,其压力决定于阀 4。 这样,单向阀将两个压力不同的泵隔断,不互相影响。
3 4

1

2
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(3) 用单向阀产生背压
在右图中,高压油进入缸的 无杆腔,活塞右行,有杆腔中的 低压油经单向阀后回油箱。单向 阀有一定压力降,故在单向阀上 游总保持一定压力,此压力也就 是有杆腔中的压力,叫做背压, 其数值不高一般约为 0.5MPa 。 在缸的回油路上保持一定背压, 可防止活塞的冲击,使活塞运动 平稳。此种用途的单向阀也叫背 背 压 阀 pb

压阀。
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(4)用单向阀和其它阀组成复合阀
由单向阀和节流阀组成复合阀,叫单向节流阀。用单向 阀组成的复合阀还有单向顺序阀、单向减压阀等。在单向节 流阀中,单向阀和节流阀共用一阀体。当液流沿箭头所示方 向流动时,因单向阀关闭,液流只能经过节流阀从阀体流出。 若液流沿箭头所示相反的方向流动时,因单向阀的阻力远比 节流阀为小,所以液流经过单向阀流出阀体。此法常用来快 速回油。从而可以改变缸的运动速度。

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(5) 用液控单向阀使立式缸活塞悬浮 在右图中,通过液控单 向阀往立式缸的下腔供袖, 活塞上行。停止供油时,因 有液控单向阀,活塞靠自重 不能下行,于是可在任一位 臵悬浮。将液控单向阀的控 制口加压后,活塞即可靠自 重下行。 若此立式缸下行为 工作行程,可同时往缸的上 腔和液控单向阀的控制口加 压,则活塞下行,完成工作 行程。

G

B

K

A

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(6) 用两个液控单向阀使液压缸 双向闭锁
将高压管A中的压力作为控制压 力加在液控单向阀2的控制口上,液 1 2 控单向阀2也构成通路。此时高压油 自A管进入缸,活塞右行,低压油自 B管排出,缸的工作和不加液控单向 阀时相同。同理,若 B管为高压, A 管为低压时,则活塞左行。若 A、 B 管均不通油时,液控单向阀的控制 A B 口均无压力,阀1和阀2均闭锁。这 样,利用两个液控单向阀,既不影响缸的正常动作,又可 完成缸的双向闭锁。锁紧缸的办法虽有多种,用液控单向 阀的方法是最可靠的一种。
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4.2.2

换向阀

换向阀能改变液流方向,将换向阀与缸连接可以很方 便地使缸的活塞改变运动方向。 换向阀的类型有

按阀的结构形式:滑阀式、转阀式、球阀式、锥阀式。
按阀的操纵方式:手动式、机动式、电磁式、液动式、 电液动式、气动式。 按阀的工作位臵数和控制的通道数:二位二通阀、二 位三通阀、二位四通阀、三位四通阀、三位五通阀等。

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换向阀的工作原理
如下图,换向阀阀体2上开有4个通油口 P、A、B、T。 换向阀的通油口用固定的字母表示,它所表示的意义如下:
P—压力油口; A、B—工作油口; T——回油口。 A A

B

B

P

T

T

P
24

AB PT

A

B

T A

P A B B

AB

P
PT

T

T

P

AB
PT

A

B

T

P
25

下图表示阀芯处于中位时的情况, 此时从P 口进来的压力 油没有通路。 A 、B 两个油口也不和T口相通。
A B

P T

A

B

T

P
26

下图表示人向一侧拉动控制手柄,阀芯左移,或者说阀芯 处于左位的情况。此时P口和A口相通,压力油经P、A到其它 元件;从其它元件回来的油经B、阀芯中心孔,T 回油箱。
AB

左位
PT

A

B

T

P

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下图表示人向另一侧拉动控制手柄阀芯右移, 或者说 阀芯处于右位时的情况。此时,从P口进来的压力油经P、 B 到其它元件。从其它元件回来的油经A、T回油箱。

右位
A B

T

P
AB PT
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4.2.2.1 换向机能
一、 换向阀的“通”和“位” “ 通 ” 和 “ 位 ” 是换向阀的重要概念。不同的 “ 通 ” 和“位”构成了不同类型的换向阀。

“位” 指阀芯的位臵,通常所说的“二位阀” 、 “三 位阀 ” 是指换向阀的阀芯有两个或三个不同的工作位置, “位”在符号图中用方框表示。
”通“所谓“二通阀” 、 “三通阀” 、 “四通阀”是 指换向阀的阀体上有两个、三个、四个可与系统中不同油 管相连的油道接口,不同油道之间只能通过阀芯移位时阀 口的开关来沟通。
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表5.1 不同的“通”和“位”的滑阀式换向阀 主体部分的结构形式和图形符号 名称
二位二通

结构原理图

图形符号

二位三通

二位四通

三位四通

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表5.1中图形符号的含义如下:

? 用方框表示阀的工作位置,有几个方框就表示有几
“位” ? 方框内的箭头表示油路处于接通状态,但箭头方向 不一定表示液流的实际方向 ? 方框内符号“┻”或“┳”表示该通路不通 ? 方框外部连接的接口数有几个,就表示几“通”

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表5.1中图形符号的含义如下: ? 一般,阀与系统供油路连接的进油口用字母P表示;阀

与系统回油路连通的回油口用T(有时用O)表示;而阀
与执行元件连接的油口用A、B等表示。有时在图形符 号上用 L 表示泄漏油口。

? 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。
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二、 滑阀机能
滑阀式换向阀处于中间位臵或原始位臵时, 阀中各油口的连通方式称为换向阀的滑阀机能。 两位阀和多位阀的机能是指阀芯处于常态位

臵时,阀各油口的通断情况。
三位阀的机能是指阀芯处于中位时,阀各油口 的通断情况。三位阀有多种机能现只介绍最常用 的几种。

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(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)、常 开式(H型) 。

图5.15 二位二通换向阀的滑阀机能

二位阀的常态位臵:若为手动控制,则是指控制手柄没 有动作的位臵;若为液压控制则是指失压的位臵;若为电磁 控制则是指失电的位臵。
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(2)三位四通换向阀

三位四通换向阀的滑阀机能有很多种。中间

一个方框表示其常态位置,左右方框表示两个换
向位。其左位和右位各油口的连通方式均为直通

或交叉相通,所以只用一个字母来表示中位的型
式。
A B

O型机能
P T
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A B

O型机能
1)O型机能
P T

阀芯处于中位时, P,A,B,T 四个油口均被封闭,其特点 ①缸的两腔被封闭,活塞在任一位臵均可停住, 且能承受 是: 一定的正向负载和反向负载。 ② 因P口封闭,泵不能卸荷 ,泵排出的压力油只能从 溢流阀排回油箱。 ③可用于多个换向阀并联的系统。当一个分支中的换 向阀处于中位时, 仍可保持系统压力,不致影响其它分 支的正常工作。
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AB

H型机能
PT 2)H型机能 阀芯处于中位时, P ,A,B,T 四个油口互通。

H 型机能的特点如下: ①虽然阀芯已处于中位,但缸的活塞无法停住。中位时 油缸不能承受负载。 ②不管活塞原来是左行还是右行,缸的各腔均无压力冲 击,也不会出现负压。换向平稳无冲击,换向时无精度可言 ③泵可卸荷。 ④不能用于多个换向阀并联的系统。因一个分支的换向 阀一旦处于中位,泵即卸荷,系统压力为零,其它分支也就 不能正常工作了。
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AB

M型机能 3)M型机能
PT

阀芯处于中位时, A 、B 油口被封闭,P、T 油口互通。
M型机能是取O型机能的上半部,H型机能的下半部组成的, 故兼有二者的特点。M型机能如下: ①活塞可停在任一位臵上,用能承受双向负载。 ②缸的两腔会出现压力冲击或负压,依活塞原来的运动 方向而定。活塞有前冲。 ③泵能卸荷。 ④不宜用于多个换向阀并联的系统。
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4)P型机能 阀芯处于中位时,P、A、B油口互通,油口T被封闭。
A B

P型机能
P T

此种机能目的是构成差动连接油路,使单活塞杆缸 的活塞增速。

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H型

O型机能

M型

P型

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选择中位机能时通常考虑:
(1)系统保压(p口堵住时) (2)系统卸荷(泵出口p=0) (3)液压缸锁紧或浮动(缸进回油口堵住 或接油箱) (4)换向平稳性与精度(缸进回油口堵住 时换向精度高但平稳性差) (5)启动平稳性(缸某腔通油箱启动时平 稳性差)

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除上述四种常用的机能外,根据油口通断情况不同尚 可组合成多种机能,不过这些机能多用在特殊场合。 Y型机能――P封闭,A、B、T互通。

K型机能――P、A、T互通,B封闭。

X型机能――P、A、B、T之间只有很小的缝隙连通。
J型机能――P、A封闭,B、T互通。 C型机能――P、A相通,B、T封闭。 N型机能――P、B封闭,A、T互通。 U型机能――P、T封闭,A、B互通。
42

43

5.2.2.2 换向阀的操纵方式

一、手动换向阀
? 手动换向阀分为手 动和脚踏两种。特 点是工作可靠。 ? 根据阀芯的定位方 式分为 弹簧钢球定位式 弹簧自动复位式

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二、电磁换向阀

阀芯运动是借助于电磁力和弹簧力的共同作用。电磁铁不得 电,阀芯在右端弹簧的作用下,处于左极端位臵(右位), 油口p与A通,B不通;电磁铁得电产生一个电磁吸力,通 过推杆推动阀芯右移,则阀左位工作,油口p与B通,A不 通。 电磁铁可以是直流、交流或交本整流的。 两位电磁阀有弹簧复位式(一个电磁铁)和钢球定位式 45 (两个电磁铁)。

? 如果将两端电磁铁与弹簧对中机构组合,又可组 ?
成三位的电磁换向阀,电磁铁得电分别为左右位, 不得电为中位(常位)。 电磁吸力有限,电磁换向阀最大通流量小于100 L/min。对液动力较大的大流量阀则应选用液动 换向阀或电液换向阀。

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三、电液换向阀
? 电液换向阀是由电 磁换向阀与液动换 向阀组合而成,液 动换向阀实现主油 路的换向,称为主 阀;电磁换向阀改 变液动阀控制油路 的方向,称为先导 阀。

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电液换向阀工作原理要点
为保证液动阀回复中位,电 磁阀的中位必须是A、B、 T油口互通。 控制油可以取自主油路的p口 (内控),也可以另设独 立油源(外控)。采用内 控时,主油路必须保证最 低控制压力(0.3~ 0.5MPa);采用外控时, 独立油源的流量不得小于 主阀最大通流量的15 %, 以保证换向时间要求。
电磁阀的回油可以单独引出(外排),也可以在阀体内与主阀回油口沟 通,一起排回油箱(内排)。 液动阀两端控制油路上的节流阀可以调节主阀的换向速度。
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四、

机动换向阀

此类控制方式的“信号源”是缸的运动件。例如将挡块 固定在运动的活塞杆上,当挡块触压阀推杆2的滚滚轮1时 , 推杆2即推动阀芯3换向。挡块和推杆2端部的滚轮脱离接触 后,阀芯即可靠弹簧复位。此种阀的控制方式因和缸的行程 有关,也有管此类阀叫“行程阀”。

1—滚轮 2—推杆 3—阀芯

图5.18

机动换向阀
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五、 电磁球式换向阀 密封性好,介质可以是水、乳化液和矿物油;工作压

力可高达63MPa。
图5.24 常开型二位三通电 磁球式换向阀。

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图5.24

电磁球式换向阀原理

1—电磁铁;2—杠杆;3—左推杆;4—左阀座;5—钢球; 6—右阀座;7—右推杆;8—弹簧
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4.2.3 方向阀在换向与锁紧回路中的应用
4.2.3.1 换向回路 一、 简单换向回路 简单换向回路,只需在泵与执行元件之间采用标准的 普通换向阀即可。

二、 复杂换向回路
对于换向要求高的主机(如各类磨床),若用手动换 向阀就不能实现自动往复运动,一般采用特殊设计的机液 换向阀,以行程挡块推动机动先导阀,由它控制一个可调 式液动换向阀来实现工作台的换向,既可避免“换向死 点”,又可消除换向冲击。这种换向回路,按换向要求不 同可分为时间控制制动式和行程控制制动式两种。
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(1)时间控制制 动式换向回路
图5.25 时间控制制动式换向回路
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其制动时间 可 通 过 节 流 阀 J1 和 J2 的 开 口 量 得 到调节;此外, 换向阀中位机能 采用H型,对减 小冲击量和提高 换向平稳性都有 利。其主要缺点 是换向精度不高 。
图5.25 时间控制制动式换向回路
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(2)行程控制制动式换向回路

换向精度较高,冲 出量较小;但制动时 间的长短不可调。

图5.26 行程间控制制动式换向回路

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单向阀和换向阀是液压系统中控制液流方向的元件。 单向阀分成两类:即普通单向阀(简称单向阀)和液控 单向阀。单向阀只允许液流向一个方向通过;液控单向阀具 有普通单向阀的功能,并且只要在控制口通以一定压力的控 制油液,油流反向也能通过。单向阀和液控单向阀用于回路 需要单向导通的场合,也用于各种锁紧回路。 换向阀既可用来使执行 元件换向,也可用来切换油路。 换向阀的各种结构形式中,滑阀式用得较多。而各种操纵形 式的换向阀中,则以电磁和电液换向阀用得较多,因为它易 于实现自动化。换向阀的图形符号明确地表示了阀的作用原 理、工作位置数、通路数、通断状态以及操纵方式等,应予 以足够的重视,并能熟练掌握。

4.3 压力控制阀

压力控制阀是用来控制液压系统中油 液压力或通过压力信号实现控制的阀 类。它包括溢流阀、减压阀、顺序阀、 压力继电器。 压力控制阀的基本工作原理 通过液 压作用力与弹簧力进行比较来实现对 油液压力的控制。 调节弹簧的预压缩量即调节了阀芯的 动作压力,该弹簧是压力控制阀的重 要调节零件,称为调压弹簧。 要掌握各种压力阀的结构原理及其应 用。 58

4.3.1溢流阀 按结构形式分直动型溢流阀、先导型溢流阀

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4.3.1.1直动型溢流阀
? 结构原理 直动型溢流阀由阀芯、阀 体、弹簧、上盖、调节杆、调节螺母 等零件组成。阀体上进油口旁接在泵 的出口,出口接油箱。原始状态,阀 芯在弹簧力的作用下处于最下端位臵, 进出油口隔断。进口油液经阀芯径向 孔、轴向孔作用在阀芯底端面,当液 压力等于或大于弹簧力时,阀芯上移, 阀口开启,进口压力油经阀口溢回油 箱。此时阀芯受力平衡,阀口溢流满 足压力流量方程。
阀口刚开启时阀芯受力平衡方程 pkπD 2/4 = K(xo+ L) 阀口开启后阀芯受力平衡方程 pπD 2/4 = K(xo+ L+ x)+Fs 阀口开启后溢流的压力流量方程 q =CπD x(2p/ρ)1/2

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?直动型溢流阀工作原理要点
(1)对应调压弹簧一定的预压缩量 xo,阀的进口压 力 p 基本为一定值。 (2)由于阀开口大小 x 和 稳态液动力Fs的影响,阀 的进口压力随流经阀口流量的增大而增大。当 流量为额定流量时的阀的进口压力 ps 最大,ps 称为阀的调定压力。 (3)弹簧腔的泄漏油经阀内泄油通道至阀的出口引 回油箱,若阀的出口压力不为零,则背压将作 用在阀芯上端,使阀的进口压力增大。 (4)对于高压大流量的压力阀,要求调压弹簧具有 很大的弹簧力,这样不仅使阀的调节性能变差, 61 结构上也难以实现。

4.3.1.2先导型溢流阀
? 结构组成 它由先导 阀和主阀组成。先导 阀实际上是一个小流 量直动型溢流阀,其 阀芯为锥阀。主阀芯 上有一阻尼孔,且上 腔作用面积略大于下 腔作用面积,其弹簧 只在阀口关闭时起复 位作用。 ? 图形符号

?

动作原理动画

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先导型溢流阀工作原理要点
(1)先导阀和主阀阀芯分别处于受力平衡,其阀口都 满足压力流量方程。阀的进口压力由两次比较得 到,压力值主要由先导阀调压弹簧的预压缩量确 定,主阀弹簧起复位作用。 (2)通过先导阀的流量很小,是主阀额定流量的1%, 因此其尺寸很小,即使是高压阀,其弹簧刚度也 不大。这样一来阀的调节性能有很大改善。 (3)主阀芯开启是利用液流流经阻尼孔形成的压力差。 阻尼孔一般为细长孔,孔径很小φ=0.8~1.2mm, 孔长l = 8~12mm,因此工作时易堵塞,一旦堵塞 则导致主阀口常开无法调压。 (4)先导阀前腔有一控制口,用于卸荷和遥控。
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先导型溢流阀遥控口接法
先导阀前腔有一遥控口,在该控制口接远程调压阀可实现远控, 接电磁阀通回油箱可实现卸载。

远程调压阀实际上是一个独立的压力先导阀,旁接在先 导型溢流阀遥控口起远程调压作用,其调定压力必须 低于先导阀的调定压力。无论哪个起作用,泵的溢流 量始终经主阀阀口回油箱。

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溢流阀的功用

? 溢流阀旁接在泵 ?
的出口,用来保 证系统压力恒定, 称为定压阀。

溢流阀旁接在泵的 出口,用来限制系 统压力的最大值, 对系统起保护作用, 称为安全阀。

?

电磁溢流阀还可以 在执行机构不工作 时使泵卸载。

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溢流阀的性能
调压范围 : 在规定的范围内调节时,阀的输出 压力能平稳的升降,无突跳或迟滞现象。为改 善高压溢流阀的调节性能,往往通过更换四根 刚度不同的弹簧0.6~8、4~16、8~20、16~ 32MPa实现四级调压。 压力流量特性: 溢流阀的进口压力随流量变化而 波动的性能;又称为启闭特性。 (ps-pk)、(ps-pb)称为调压偏差,调压偏差 小好 nk=pk/ps 称为开启压力比, nb=pb/ps 称为闭合压力比,nk 、 nb大好, nk =0.9~0.95。
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溢流阀的性能
压力损失: 当调压弹簧预压缩量等于零 时流经 阀的流量为额定值时,溢流阀的进口压力。 卸荷压力:主阀上腔经遥控口直接接回油箱时, 流经阀的流量为额定值时,溢流阀的进口压力。 这两种情况,溢流阀进口压力因只需克服主阀复 位弹簧力和阀口液动力,故其值很小,一般小 于0.5Mp 压力损失略高于卸荷压力。

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4.3.2减压阀 ? 减压阀是利用液流流 过缝隙产生压力损失, 使其出口压力低于进 口压力的压力控制阀。 ? 按调节要求不同,有 定值减压阀,定差减 压阀,定比减压阀。 其中定值减压阀应用 最广,又简称减压阀。
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定值减压阀的结构原理
减压阀由压力先导阀和 减压主阀组成。出口压 力油引至主阀芯上腔和 先导阀前腔,当出口压 力大于减压阀的调定压 力时,先导阀开启,主 阀芯上移,减压缝隙关 小,减压阀才起减压作 用且保证出口压力为定 值。 图形符号

69

减压阀的特点与功用
与先导型溢流阀比较: (1)减压阀是出口压力控制,保证出口压力为 定值;溢流阀是进口压力控制,保证进口压 力为定值。 (2)减压阀阀口常开;溢流阀阀口常闭。 (3)减压阀有单独的泄油口;溢流阀弹簧腔的 泄漏油经阀体內流道內泄至出口。 (4)减压阀与溢流阀一样有遥控口。
减压阀用在液压系统中获得压力低于系统压 力的二次油路上,如夹紧回路、润滑回路和 控制回路。
70

必须说明:减压阀出口压力还与出口负载有关,若负载压 力低于调定压力时,出口压力由负载决定,此时减压 阀不起减压作用。 如图溢流阀调定压力为5MPa,减压阀调定压力为2MPa, 单向阀压力损失为0.3MPa,求油缸在运动时和到达终 点时泵出口、减压阀出口和油缸进口的压力值(油缸 运动时负载为零)

71

4.3.3顺序阀

? 顺序阀是一种利用压力控制阀口通断 的压力阀。 ? 按控制油来源不同分内控和外控,按
弹簧腔泄漏油引出方式不同分内泄和 外泄。

? 内控外泄

? 外控外泄

? 内控内泄

? 外控内泄
72

顺序阀的四种结构形式及其图形符号
通过改变上盖或底盖的装配位臵可得到内控外 泄、内控内泄、外控外泄、外控内泄四种结 构类型。

73

顺序阀的功用

? 内控外泄顺序阀与溢流阀
非常相象:阀口常闭,进 口压力控制,但是该阀出 口油液要去工作,所以有 单独的泄油口。 内控外泄顺序阀用于多个 执行元件顺序动作。其进 口压力先要达到阀的调定 压力,而出口压力取决于 负载。当负载压力高于阀 的调定压力时,进口压力 等于出口压力,阀口全开; 当负载压力低于调定压力 时,进口压力等于调定压 力,阀的开口一定。
74

? 内控内泄顺序阀的图形符号和工作原
理与溢流阀相同。多串联在执行元件 的回油路上,使回油具有一定压力, 保证执行元件运动平稳。如图示阀3 作背压阀。

? 外控内泄顺序
阀等同于二位二 通阀,可作卸载 阀,如双泵供油 回路中阀3是泵1 的卸载阀。

? 外控外泄顺序阀可作液动开关和限速锁。
如远控平衡阀可限制重物下降的速度。
75

图示液压系统,液压缸的有效面积A1= A2=100 cm2,缸I负载F=35000N,缸II运动时负载为零。 不计摩擦阻力、惯性力和管路损失。溢流阀, 顺序阀和减压阀的调定压力分别为py=4MPa、 px=3MPa、pj=2MPa,求在下列三种工况下 A、B、C处的压力。 1) 液压泵启动后,两换向阀处于中位; 2)1DT得电,液压缸I活塞运动时及活塞运动到 终点停止运动时; 3)1 DT失电,2DT得电,液压缸II活塞运动时 及碰到挡块停止运动时

76

77

4.3.4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。 其作用是实现执行元 件的顺序控制或安全 保护。 按结构特点分为柱塞 式、弹簧管式和膜片 式。图示为柱塞式压 力继电器。
78

? ?

主要零件包括柱塞1 、调节螺帽2和电气 微动开关3。压力油 作用在柱塞下端, 液压力直接与弹簧 力比较。当液压力 大于或等于弹簧力 时,柱塞向上移压 微动开关触头,接 通或断开电气线路 。反之,微动开关 触头复位。
79

压力继电器的功用

? 如图所示,压力继
电器用在顺序动作 回路中。当执行元 件工作压力达到压 力继电器调定压力 时,压力继电器将 发出电信号,使电 磁铁得电,换向阀 换向,从而实现两 液压缸的顺序动作。
80

4.4流量控制阀

? 流量控制阀是通过改变阀口大小来改变液 阻实现流量调节的阀。 ? 普通流量控制阀包括节流阀、调速阀、溢 流节流阀和分流集流阀。

节 流 阀

调 速 阀

82

4.4.1流量控制原理
? 流经薄壁小孔的流量 q = cdA(2Δp/ρ)1/2 ? 流经细长孔的流量 q =(πd 4/128μl )Δp ? 综合两式得通用节流方程 q = KLAΔp m
孔口前后压力降与稳态流量的比 值为液阻,即在稳态下,它与 流量变化所需要的压差变化成 正比。 液阻:R=d(Δp)/dq =Δp1-m/KLAm
83

液阻R=d(Δp)/dq =Δp1-m/KLAm 将过流面积可调的节流口称 为可变液阻。由流量方程 知,当压力差一定时,改 变开口面积即改变液阻就 可改变流量。 节流元件的节流口结构有锥 形、三角槽形、矩形、三 角形、针阀、偏心式等。

84

节流口是流量阀的关键部位,节流口形式及其特性 在很大程度上决定着流量控制阀的性能。 (1)直角凸肩节流口 B h
D

本结构的特点是过流 面积和开口量呈线性结构 关系,结构简单,工艺性 好。但流量的调节范围较 小,小流量时流量不稳定, 一般节流阀较少使用。

h≤B;B — 阀体沉割槽的宽度。

直角凸肩节流口
85

(2)针阀式(锥形凸肩)节流口 特点:结构简单, 可当截止阀用。调节 范围较大。由于过流 断面仍是同心环状间 隙,水力半径较小, 小流量时易堵塞,温
D

h

θ

度对流量的影响较大。
一般用于要求较低的 场合 。 (a)
针阀(锥形)节流口
86

(3)偏心式节流口 节流口由偏心的三角沟槽组成。阀芯有转角时,节流口 过流断面面积即产生变化。本结构的特点是,小流量调节容 易。但制造略显得麻烦、阀芯所受的径向力不平衡,只宜用 在低压场合。

87

(4)轴向三角槽式节流口
沿阀芯的轴向开若干个三角槽。阀芯做轴向运动,即 可改变开口量h,从而改变过流断面面积。
l h

D

α

φ

三角槽式节流口 本节流口结构简单,水力半径大,调节范围较大。 小流量时稳定性好,最低对流量的稳定流量为50ml/min。 因小流量稳定性好,是目前应用最广的一种节流口。
88

l h

α
D

h

b
α

φ

φ

a

89

(5)周向缝隙式节流口 阀芯上开有狭缝,旋转阀芯可以改变缝隙的通流面积 大小。这种节流口可以作成薄刃结构,从而获得较小的稳 定流量,但是阀芯受径向不平衡力,只适于低压节流阀中。

周向缝隙式节流口
90

影响流量稳定性的因素: ? 流经薄壁小孔的流量 q = cdA(2Δp/ρ)1/2 ? 流经细长孔的流量 q =(πd 4/128μl )Δp (1)压差对流量的影响 (2)温度对流量的影响(细长孔影响显著,薄壁 孔影响较小) (3)节流口的堵塞的影响 最小稳定流量:一般流量控制阀的最小稳定流量 为0.05L/min.
91

4.4.2节流阀
? 结构原理 主要零件有阀芯、 阀体和螺母。阀体 上开有进油口和出 油口。阀芯一端开 有三角尖槽,另一 端加工有螺纹,旋 转阀芯即可轴向移 动改变阀口过流面 积。为平衡液压径 向力,三角槽须对 称布臵。

92

节流阀的应用
? 当节流阀前后Δp 一定
时,改变A 可改变流 经阀的流量——起节 流调速作用,如阀3。

? 当q 一定时,改变A 可
改变阀前后压力差 Δp——起负载阻尼作 用,如阀1。

? 当q=0 时,安装节流
元件可延缓压力突变 的影响——起压力缓 冲作用,如阀2。

93

4.4.3 调速阀
结构原理 调速阀是由定差减压阀与 节流阀串连而成。
压力油p1先经定差减压阀,然 后经节流阀流出。节流阀进、 出口压力油p2、p3经阀体流道 被引至定差减压阀阀芯的两 端,(p2-p3)与定差减压阀的弹 簧力进行比较,因定差减压 阀阀口的压力补偿作用,使 得(p2-p3)基本不变。

94

调速阀可以是定差减压阀在前,节流阀在后,也可 以是节流阀在前,定差减压阀在后。 调速阀工作时的静态方程
– – – – 定差减压阀受力平衡方程 p2A= p3A+Ft-Fs 定差减压阀压力流量方程 q1=Cd1πd x[2(p1-p2)/ρ]1/2 节流阀压力流量方程 q2=Cd2 Aj [2(p2-p3)/ρ]1/2 通过调速阀的流量 q1=q2=q

95

流量稳定性分析 调速阀用于调节执行元件运动速度,并保证其速度 的稳定。这是因为节流阀既是调节元件,又是检 测元件。当阀口面积调定后,它一方面控制流量 的大小,一方面检测流量信号并转换为阀口前后 压力差反馈作用到定差减压阀阀芯的两端面,与 弹簧力相比较,当检测的压力差偏离预定值时, 定差减压阀阀芯产生相应位移,改变减压缝隙进 行压力补偿,保证节流阀前后的压力差基本不变。 但是阀芯位移势必引起弹簧力和液动力波动,因 此流经调速阀的流量只能基本稳定。 调速阀的速度刚性可近似为∞。

96

为保证定差减压阀的压力补偿作用,调 速阀的进出口压力差应大于弹簧力Ft 和液动力Fs 所确定的最小压力差。否 则无法保证流量稳定。 因此调速阀正常工作时,一般最少应保 证阀进出口有0.4~0.5MPa的压力差。

97

4.4.3旁通型调速阀 结构原理
该阀又称为溢流节流阀, 由节流阀与差压式溢流阀 并连而成,阀体上有一个 进油口,一个出油口,一 个回油口。这里节流阀既 是调节元件,又是检测元 件;差压式溢流阀是压力 补偿元件,它保证了节流 阀前后压力差Δp 基本不 变。 旁通型调速阀 旁通型调速阀用于调节执行元件运动速度只能安装在执行元件的进油 路上,其速度刚性较调速阀小,但因此时的系统压力为(负载压力 +节流阀前后压差Δp ),是变压系统,与调速阀调速回路相比, 回路效率较高。
98

4.4.4分流集流阀
? 分流集流阀是用来保 证多个执行元件速度 同步的流量控制阀, 又称为同步阀。它包 括分流阀、集流阀和 分流集流阀三种控制 类型。 ? 动作原理动画

99

4.4.4分流集流阀
分流阀结构原理:它由两 个固定节流孔1、2、阀 体、阀芯和两个对中弹 簧等组成。阀芯两端台 肩与阀体沉割槽组成两 个可变节流口3、4。固 定节流孔起检测流量的 作用,可变节流口起压 力补偿作用,其过流面 积通过压力p1和p2 的反 馈作用进行控制。无论 负载压力p3、p4如何变 化,都能保证q1≈q2 。 ? 动作原理动画
100

4.5插装阀和叠加阀

4.5.1 插装阀
? 二通插装阀是插装阀基本组件(阀芯、阀套、弹 簧和密封圈)插到特别设计加工的阀体内,配以 盖板、先导阀组成的一种多功能的复合阀。因每 个插装阀基本组件有且只有两个油口,故被称为 二通插装阀,早期又称为逻辑阀。 ? 特点: – 阀芯为锥阀,密封性能好,且动作灵敏; – 通流能力大,抗污染; – 一阀多用,易组成各式系统,结构紧凑。 – 特别对大流量及非矿物油介质的场合,优点更 为突出。
102

4.5.1.1插装阀基本组件
组件由阀芯、阀套、弹簧 和密封圈组成。根据用 途不同分为方向阀组件、 压力阀组件和流量阀组 件。同一通径的三种组 件安装尺寸相同,但阀 芯的结构形式和阀套座 直径不同。三种组件均 有两个主油口A 和B、 一个控制口x 。
103

插装阀单元的工作状态 记油口A、B、x的压力分别为pA、pB、px, 作用面积分别为AA、AB、Ax, 阀芯上端复位弹簧力为Ft , 当 pxAx + Ft >pAAA + pBAB 时 阀口关闭 ; 当 pxAx + Ft ≤ pAAA+ pBAB 时 阀口开启。

?

? 实际工作时,阀芯的受力状况是通过油口
x的通油方式控制的。 X通回油箱,阀口开启; x与进油口相通,阀口关闭。 改变油口通油方式的阀称为先导阀。
104

4.5.1.2 先导阀与盖板
先导阀与盖板用来控制插 装阀控制腔的通油方式,从 而控制阀口的开启和关闭。 方向阀组件的先导阀可以是 电磁滑阀,也可以是电磁球 阀。有时还设臵防止压力冲 击的缓冲阀和选择压力的梭 阀。压力阀组件的先导阀包 括远程调压阀、电磁滑阀等。 流量阀组件的先导阀除电磁 滑阀外,还需在盖板上装阀 芯行程调节杆,以限制、调

105

4.5.1.3 插装阀的应用

? 单向阀 ?将方向阀组件的控制口通过阀块和盖板上的通道与
油口A或B直接沟通,可组成单向阀。

?二通阀
由一个二位三通电磁滑阀控制方向阀组件控制腔的通 油方式,可组成二位二通阀。

106

4.5.1.3插装阀的应用

? 三通阀
由两个方向阀组件并联而成,对外形成一个压力油 口、一个工作油口和一个回油口。三通插装阀的工

作状态数取决于先导换向阀的工作位臵数。

?

四通阀由两个三通阀并联而成

? 先导阀可以是一个三位四通换向阀,见动画。 ? 先导阀也可以是两个二位四通换向阀或四个二位三通换
向阀,见动画。

? 四通插装阀的工作状态数取决于先导换向阀的工作位臵
107

4.5.1.3插装阀的应用——复合控制阀
阀1、2、3、4与三位四通 电磁阀组成三位四通换 向回路,用于液压缸的 换向。 阀1、2组成单向节流阀, 与溢流阀共同作用用于 调节液压缸的工作速度。 阀3、4与远程调压阀组成 单向顺序阀,用作单向 背压阀。 阀5与二位三通电磁阀和远 程调压阀组成电磁溢流 阀,用于系统的调压和

108

4.5.2叠加阀
? 叠加阀以板式阀为基 础,每个叠加阀不仅 起到单个阀的功能, 而且还沟通阀与阀的 流道。换向阀安装在 最上方,对外连接油 口开在最下边的底板 上,其他的阀通过螺 栓连接在换向阀和底 板之间。左图为叠加 阀装臵图,右图为其 系统图。 ? 由叠加阀组成的系统 结构紧凑,配臵灵活, 设计制造周期短。

109

4.6伺服阀和电液比例阀

4.6.1 伺服阀
? 伺服阀是一种根据输入信号及输出信号反馈量连 续成比例地控制流量和压力的液压控制阀。根据 输入信号的方式不同,又分电液伺服阀和机液伺 服阀。 ? 电液伺服阀将小功率的电信号转换为大功率的液 压能输出,实现执行元件的位移、速度、加速度 及力的控制。 ? 机液伺服阀的输入信号是机动或手控的位移。 ? 伺服阀控制精度高,响应速度快,特别是电液伺 服系统容易实现计算机控制,在航空航天、军事 装备中得到广泛应用。但加工工艺复杂,成本高, 111 对油液污染敏感,维护保养难,民用工业应用较

? 电液伺服阀由电气-机械转换装 ? ?

? 电液伺服阀的组成和工作原理 (见动画)

?

臵、液压放大器和反馈(平衡) 机构三部分组成。 电气—机械转换装臵将输入的电 信号转换为转角或直线位移输出, 常称为力矩马达或力马达。图中 上部分为力矩马达。 液压放大器接受小功率的转角或 位移信号,对大功率的液压油进 行调节和分配,实现控制功率的 转换和放大。图中有喷嘴挡板 (前臵级)和主滑阀两级。 反馈平衡机构使阀输出的流量或 压力与输入信号成比例。图中反 馈弹簧杆11为反馈机构。

112

? 机液伺服阀
? 轴向柱塞泵的手动伺服变量机构主要
零件有伺服阀阀芯1、伺服阀阀套2、 变量活塞5等。伺服阀芯与控制杆挂在 一起,伺服阀套与变量活塞刚性连成一 体。伺服阀油口a 通过油道b 与变量活 塞下腔相通;油口e 通过油道f 与变量 活塞上腔相通。变量活塞下腔通有泵的 压力油,上腔为密闭容腔,上下腔面积 比为2:1。

? 给控制杆输入一个位移信号,因为伺
服阀的控制作用,变量活塞将跟随产生 一个同方向的位移,泵的斜盘摆动为某 一角度,泵输出一定的排量,排量的大 小与控制杆的位移信号成比例。
113

4.6.2电液比例阀
? 电液比例阀是一种性能介于普通控制 阀和电液伺服阀之间的新阀种。它既 可以根据输入电信号的大小连续成比 例地对油液的压力、流量、方向实现 远距离控制、计算机控制,又在制造 成本、抗污染等方面优于电液伺服阀。 ? 电液比例阀根据用途分为:电液比例 压力阀,电液比例流量阀,电液比例 方向阀。
114

4.6.2.1电液比例压力阀
图示为电液比例压力先导阀,它与普通溢流阀、减压 阀、顺序阀的主阀组合可构成电液比例溢流阀、电液比 例减压阀和电液比例顺序阀。改变输入电磁铁电流的大 小,即可改变电磁吸力,从而改变先导阀前腔压力,对 主阀的进口或出口压力实现控制。

? 与普通压力先导阀不
同: 1、与作用在阀芯上的液 压力进行比较的是电磁 吸力,不是弹簧力。 2、此处弹簧为传力弹簧, 无压缩量。
115

4.6.2.2电液比例流量阀
? 图示为位移—弹簧力反馈型电液比例二
通节流阀。主阀芯5为插装阀结构。当比 例电磁铁输入一定电流时,产生的电磁吸 力推动先导阀芯2下移,先导阀阀口开启, 主阀进口压力油经R1和R2、先导阀阀口 流至主阀出口。因阻尼R1作用,使主阀芯 上下腔产生压力差,致使主阀芯克服弹簧 力上移,主阀口开启。主阀芯向上位移使 反馈弹簧4受压缩,但反馈弹簧力与先导 阀芯上端电磁吸力相等时,先导阀芯和主 阀芯受力平衡,主阀阀口大小与输入电流 大小成比例。改变输入电流大小,即可改 变阀口大小,在系统中起节流调速作用。

? 特点 输入电流为零时,阀口是关闭的;主阀的位移量不受比例
电磁铁行程的限制,阀口开度可以设计得较大,即阀的通流能力较 大。
116

4.6.2.3电液比例换向阀
双向减压阀)和放大级(液动比例双 向节流阀)两部分组成。 前臵级由比例电磁铁控制双向减压阀 阀芯位移。当比例电磁铁输入电流时, 减压阀芯移动,减压开口一定,经阀 口减压后得到稳定的控制压力。 放大级由阀体、主阀芯、左右端盖、 阻尼螺钉和弹簧等零件组成。控制压 力油经阻尼孔作用在主阀芯的端面时, 液压力将克服弹簧力使阀芯移动,开 启阀口,沟通油道。主阀开口大小取 决于输入电流的大小。 改变比例电磁铁的输入电流,不仅可 以改变阀的工作液流方向,而且可以 控制阀口大小实现流量调节,即具有 换向、节流复合功能。

? 电液比例换向阀由前臵级(电液比例

?

?

?

117


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