5液压传动_陈奎生_方向控制阀剖析.ppt

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：,5.1.1 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Cq＝0.6～0.65。

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=0.77~0.829,5.1.2 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Δx10,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,①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(Hydraulic Jamming Force),(5.13),开一条均压槽时，K＝0.4；开三条等距槽时，K＝0.063；开七条槽时，K＝0.027。

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 Check 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 ①开启压力要小 ②能产生较高的反向压力，反向的泄漏要小 ③正向导通时，阀的阻力损失要小 ④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 Spring)； 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,B,普通单向阀和液控单向阀的应用,5.3 换。