液压传动第五章方向控制阀

1、第 五 章,方 向 控 制 阀,DIRECTIONAL CONTROL VALVE,2,本章提要,液压控制阀按其作用可分为方向控制阀、压力控制阀和流量控制阀三大类。本章介绍方向控制阀。,方向控制阀是用来改变液压系统中各油路之间液流通断关系的阀类。如单向阀、换向阀及压力表开关等。本章主要介绍方向控制阀和方向控制回路。,3,本章教学内容,5.1 阀口特性与阀芯的运动阻力,5.2 单向阀,5.3 换向阀,5.4 方向阀在换向与锁紧回路中的应用,5.5 液压阀的连接方式,本章小结,习 题,点击进入 相应章节,http:/ 引用本教案内容，请注明出处,返回本页点击此,4,液压控制阀的分类:,方 向 控 制 阀用于控制液流的流动方向； Directional Control Valve 压 力 控 制 阀用于控制液流的压力大小； Pressure Control Valve 流 量 控 制 阀用于控制液流的流量大小。 Flow Control Valve,1. 按功能:,可用于控制液流的压力、方向和流量的元件或装置称为液压控制阀(Hydraulic Control Valve),5,滑阀阀芯为多

2、段圆柱体，阀芯相对阀体作轴向运动； 锥阀阀芯为锥柱体，阀芯相对阀体作轴向运动； 转阀阀芯为带圆周方向槽的圆柱体，阀芯相对阀体转动。,2. 按阀芯结构:,3. 按控制方式:,有手动操作(Manually-actuated)、电磁铁控制(Solenoid-actuated)、比例电磁铁控制(Proportional Solenoid-actuated)、液压控制(Hydraulic Pressure-actuated)等。,4. 按安装方式:,有板式(Subplate mounting)、管式(Threaded Connection)、叠加式(Sandwich plate design)、插装式(Cartridge)等。,滑阀 spool valve 锥阀 cone valve 转阀 rotational valve,6,5.1 阀口特性与阀芯的运动阻力,Flow Characteristics in Orifice and Resistance in Spool Movement,7,5.1 阀口特性与阀芯的运动阻力,对于各种滑阀、锥阀、球阀、节流孔口，通过阀口的流量均可用下式表示：,5

3、.1.1 阀口流量公式及流量系数,(5-1),8,1、滑阀的流量系数,流量系数Cq与雷诺数Re有关。对于滑阀，若阀口为锐边，可取Cq0.60.65。,2、锥阀的流量系数,5.1.1 阀口流量公式及流量系数,锥阀阀口流量系数约为Cq=0.770.82。,9,5.1.2 节流边与液压桥路 Metering Land and Hydraulic Bridge,(1) 阀口与节流边,阀中的可变节流口可以看成是由两条作相对运动的边线构成，故一个可变节流口可以看成是一对节流边。其中固定不动的节流边在阀体上，可以移动的节流边则在阀芯上。这一对节流边之间的距离就是阀的开度x。,10,阀体的节流边是在阀体孔中挖一个环形槽(或方孔、圆孔)后形成的，阀芯的节流边也是在阀芯中间挖出一个环形槽后形成的。阀芯环形槽与阀体环形槽相配合就可以形成一个可变节流口(即阀口)。,(1) 阀口与节流边,5.1.2 节流边与液压桥路 Metering Land and Hydraulic Bridge,11,如果在阀芯上不开环形槽，而是直接利用阀芯的轴端面作为阀芯节流边图(a)，则阀芯受到液压力的作用后不能平衡，会给控制带来困

4、难。通过在阀芯上开设环形槽，形成图(b)所示平衡活塞，则阀芯上所承受的液压力(Liquid Pressure)大部分可以得到平衡，施以较小的轴向力即可驱动阀芯。,若进油道与阀芯环形槽相通，那么出油道必须与阀体的环形槽相通，阀口正好将两个通道隔开。,12,(2)液压半桥与三通阀 Hydraulic Half Bridge and Three-way Valve,由于液压半桥有三个通道，因此必须在阀芯和阀体上共开出三个环形槽，让P、O、A分别与三个环形槽相通，并且受控压力A要放在P和O的中间，以便于A能分别与P和O接通。,液压半桥只有一个控制油口A(或B)，只能用于控制有一个工作腔的单作用缸或单向马达。三通阀就是液压半桥。,5.1.2 节流边与液压桥路,13,液压半桥有两种布置方案： 第一种方案是将A放在阀芯环形槽中，而将P、O两腔放在阀体环形槽中如图(b)； 另一种方案是将A放在阀体环形槽中，而将P、O两腔放在阀芯环形槽中如图(C)。,14,(3)液压全桥与四通阀 Hydraulic Full Bridge and Four-way Valve,全桥应该有Ol、A、P、T、O2等5个通道

5、。相应地，阀芯和阀体应共有5个环形槽。,15,液压全桥有两种布置方案。 第一种：将A、B通道布置在阀体环形槽中，将O1、P、O2布置在阀芯环形槽中(四台肩四通阀) 第二种：将阀芯槽与阀体槽所对应的油口对换，让A、B通道布置在阀芯环形槽中，O1、P、O2布置在阀体环形槽中(三台肩式四通阀),16,将A、B通道布置在阀体环形槽中，将O1、P、O2布置在阀芯环形槽中,将A、B通道布置在阀芯环形槽中，O1、P、O2布置在阀体环形槽中,17,(1)作用在圆柱滑阀上的稳态液动力(Bernoulli Force),5.1.3 阀芯驱动与阀芯运动阻力 Spool Driving and Spool Resistance in Movement,图5.7 作用在带平衡活塞的滑阀上的稳态液动力,稳态液动力始终指向阀口关闭的方向,(5.5),18,无论液流方向如何，液动力作用在阀芯上，指向阀口Xv减少的方向,补充：稳态液动力 Bernoulli Force,19,(5.9),(2)作用在锥阀上的稳态液动力,外流式锥阀,此力指向阀口关闭方向,此力指向阀口开启方向,20,(3)作用在滑阀上的液压卡紧力(Hydr

6、aulic Jamming Force),(5.13),开一条均压槽时，K0.4；开三条等距槽时，K0.063；开七条槽时，K0.027。,侧向力指向阀芯卡紧方向,侧向力指向阀芯对中方向,(c)倾斜,(b)顺锥,(a)倒锥,5.2 单向阀 Check Valve,单向阀只允许经过阀的液流单方向流动，而不许反向流动。 单向阀有 普通单向阀 液控单向阀 Check Valve Pilot-operated Check Valve,22,5.2 单向阀,5.2.1 普通单向阀 Check Valves,正向导通，反向不通,23,(1) 单向阀的工作原理,A-B导通，B-A不通,不能作单向阀,B-A导通，A-B不通,5.2.1 普通单向阀,24,上图所示的阀属于管式连接阀(Thread Connecting Valve)，此类阀的油口可通过管接头和油管相连，阀体的重量靠管路支承，因此阀的体积不能太大太重。,1阀体(Valve Body)； 2阀芯(Spool)；3 弹簧(Spring)；,直通式单向阀中的油流方向和阀的轴线方向相同。,25,直角式单向阀(The Right-angle Chec

7、k Valve)的进出油口A(P1)、B(P2)的轴线均和阀体轴线垂直。,图5.11所示的阀属于板式连接阀(Subplate Mounting Valve)，阀体用螺钉固定在机体上，阀体的平面和机体的平面紧密贴合，阀体上各油孔分别和机体上相对应的孔对接，用“O”形密封圈使它们密封。 不但单向阀有管式连接和板式连接之分，其它阀类也有管式连接和板式连接之分。大多数液压系统都采用板式连接阀。,图5.11 板式连接单向阀,26,(2)对单向阀的要求 开启压力要小。 能产生较高的反向压力，反向的泄漏要小。 正向导通时，阀的阻力损失要小。 阀芯运动平稳，无振动、冲击或噪声。,(3)单向阀的图形符号 单向阀和其它阀组合后，成为组合阀，例如单向顺序阀、单向节流阀等。,27,5.2.2 液控单向阀 Pilot-operated Check Valves,(1) 液控单向阀的工作原理和图形符号,28,(1) 简式内泄型液控单向阀,此类阀不带卸荷阀芯(Unload Poppet)，无专门的泄油口。,图5.12 简式内泄型液控单向阀 1阀体(Valve Body)；2阀芯(Poppet)；3弹簧(Bias S

8、pring)； 4阀盖(Valve Top)；5阀座(Valve Seat)；6控制活塞(Control Piston)；7下盖。,A 正向进油口 B 正向出油口 K 控制口,29,(2) 简式外泄型液控单向阀,此类阀不带卸荷阀芯，有专门的泄油口，外泄油口通油箱，故可用于较高压力系统。,泄油口 Drain,p1正向进油口; p2 正向出油口; K 控制口,30,内泄式,(3) 带卸荷阀的液控单向阀,若在控制口K加控制压力，先顶开卸荷阀芯3，B腔压力降低，活塞5继续上升并顶开主阀芯2，大量液流自B腔流向A腔，完成反向导通。此阀适用于反向压力很高的场合。,31,(4) 液控单向阀图形符号,32,右图中，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。,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,33,(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

9、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。,普通单向阀和液控单向阀的应用,34,(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压阀(Back Pressure Valve)。,pb,普通单向阀和液控单向阀的应用,35,(4)用单向阀和其它阀组成复合阀 由单向阀和节流阀(Throttle Valve)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。,普通单向阀和液控单向阀的应用,36,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，于是可在任一位置悬浮。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。,(5) 用液控单向阀使立式缸活塞悬浮,普通单向阀和液控单向阀的应用,37,(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。,1,2,A,

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