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发布时间:2020-07-24 08:02

  压力控制阀利用液压力和弹簧力的平衡原理调整液压系统的压力,控制与压力有关的其它动作,它的主要作用是:使液压系统保持一定的压力;使某些支回油获得低于系统总压力的低压;使两回路保持一定的压力差或压力比;系统超出预定压力时使卸荷,发挥安全保护作用;获得背压使液压装置运动稳定,或实现配重平衡;通过压力信号,控制其它元件的动作。

  常用的压力控制阀有溢流阀、减压阀、顺序阀、背压阀、卸荷阀、压力继电器等。

  溢流阀的主要作用是当液压系统压力超过调定值时,阀口自动开启,油液溢流,使压力保持恒定。按结构可分为直动式、差动式和先导式。

  (1)直动式溢流阀直动式溢流阀可以采用提动阀,也可以采用滑阀。提动阀多采用主流控制,即进油直接作用在阀芯上;滑阀多采用支流控制,即进油通过细长小孔分出支流,作用于阀芯上。

  另外,溢流阀的压力随溢流流量的大小而变化。开始溢流时,阀的开口较小,弹簧压缩量也较小,所以溢流阀开启压力p开较低,此时溢流流量也较少。溢流流量增加时,阀的开口变大,此时弹簧力增大,因而压力p增高。当全部溢流时,阀芯升到最高位置,这时的压力为调定压力p调。溢流阀的调定压力与开启压力的差值称为静态调压偏差。溢流阀的调压偏差越大,系统的压力波动也就越大。

  直动式溢流阀结构简单,动作迅速。但是稳定性差噪音大,一般用于25 kgf /cm2以下的液压系统中。

  (2)差动式溢流阀在高压大流量系统中使用直动式溢流阀需要很大的弹簧力,不仅会带来设计上的困难,而且使阀的体积变大。采用差动式溢流阀可以解决这些问题。差动式溢流阀原理如图。

  从上式可见,a、b两面的面积差越小,所需的弹簧力也越小,这样便于弹簧的设计,并能使溢流阀小型化。

  (3)先导式溢流阀它由先导阀和主阀两部分组成。先导阀采用提动阀,主阀采用滑阀结构。原理如图,即使进油腔压力p较大,但由于上腔压力p1的抵消作用,实际作用在弹簧4的力并不很大,所以弹簧4可以做的较软,因而它的调压偏差较小。另外,由于先导阀座孔较小,调压弹簧2也较软,所以调整压力比较轻便。

  溢流口采用锥阀结构时,不仅可以增强其关闭时的密封性能,而且由于它没有搭合量,阀口可以迅速开启进行溢流,所以动作灵敏。但它的加工装配精度要求较高,工艺性较差。

  2.溢流阀的性能指标对溢流阀性能最基本的要求是,它所控制的压力应保持稳定。溢流阀工作稳定性的好坏,要通过以下几个指标评定。

  (1)静态调压偏差阀的调定压力与开启压力之差称为静态调压偏差。溢流流量对系统压力的影响一般在2~4 kgf/cm2左右。调压偏差越大,系统的压力波动也越大。

  (2)压力振摆它是溢流阀在系统最大额定流量和最大压力下工作时,所控制的压力变动。一般应在±1~±3 kgf/cm2左右。

  (3)卸载压力当系统的全部流量从溢流阀卸荷时,阀的压力损失为卸载压力,卸载压力越小越好。

  (4)动态指标溢流阀调整好以后,从开始工作到稳定工作一段的很短的过渡时间内,被控制的油压首先以衰减振荡的形式围绕所调定的工作压力值上下波动,然后才变为稳压溢流状态,当工作机构受冲击载荷而系统压力突然升高时,会出现压力峰值。峰值压力与调定压力的差值称为压力超调量。超调量与调定压力之比称为超调值。超调值越小越好,高压溢流阀超调值一般小于20%,中、低压溢流阀一般小于50%,另外,它的振摆次数和过渡过程时间也愈小愈好。

  (1)防止过载并保障系统安全,此时溢流阀又称安全阀,它的调定压力一般比最高工作压力高10~20%。

  (2)调节稳定系统的工作压力,此时溢流阀处于常开状态,它的调定压力一般低于最大工作压力。而且此时溢流阀兼有防止过载,保障系统安全的功能。

  (3)调整局部回路的压力,此时局部溢流阀的调定压力应低于总系统溢流阀的调定压力。

  (4)远程调压。将溢流阀的遥控口连接一个直动式溢流阀,用来控制溢流阀上腔p1的压力值,从而调整溢流阀的工作压力。远程调压阀的调定压力必须小于先导阀,所以所得到的工作压力必定小于主溢流阀限定的压力。远程调压阀一般设置在便于操作的位置。利用此原理可实现多级压力控制。

  (5)系统卸荷。将溢流阀的遥控口经二位二通滑阀与油箱连接时,可以控制溢流阀卸荷。

  (6)用于产生背压。将溢流阀串联在回油路上,可以产生背压,使液动机运动稳定,此时溢流阀调定压力较低,一般用直动式低压溢流阀即可。

  减压阀用于降低液压系统某一局部回路的压力,使之得到比液压泵供油较低的稳定压力,减压阀按其二次压力值的特点可分为定压式、定差式、和定比式。

  1.定压减压阀它在降低系统压力后,保证输出的二次压力为一定值,一般所称的减压阀均指定压减压阀。

  从以上可知,减压阀与溢流阀有很多类似之处,它们都是通过阀芯开口的大小,控制系统的压力,并且它们都利用控制油压力与弹簧力平衡的原理调整滑阀的开口量。但是溢流阀起溢流限压作用,保证进口压力恒定;减压阀起减压稳压作用,保证出口压力恒定。在系统中溢流阀出口接油箱,为并联连接(除了用于产生背压外),减压阀泄油口接油箱,出油口接液动机,在回路中为串联连接。

  4)稳定性表示出口压力与流量的关系。当公称压力不变,在调定压力和公称流量的范围内,流量增大,使阀口增大,滑阀偏于下端,弹簧力减小,因而出口压力有所降低。反之,流量减小,出口压力略为增高。这种由流量引起的压力波动的性能,称作稳定性。压力波动越小,则稳定性越好。

  5)灵敏性当阀的进口压力或流量突然变化时,导致出口压力的变化,出口压力变化的大小称作减压阀的灵敏性,一般它的变化量应小于调整压力的20%。

  1)降低液压泵压力,供给低压回路。减压阀不能反向使用,即二次压力油口不能通高压油,因此单独使用减压阀时,必须将它设置在换向阀与液压泵之间,避免回油逆向流经减压阀,这时液压缸在正、反两个方向上都实现减压。

  2)稳定压力。减压阀输出的二次压力比较稳定,供给液动机工作可以避免一次压力油波动对它的影响。

  2.定差减压阀定差减压阀无论进口压力和出口压力怎样变化,进出口压力始终保持一定的压力差。其工作原理如图,高压油p1通入滑阀,经阀的开口a和出油口输出到低压系统,由于阀口a的阻尼作用,使输出的二次压力p2低于输入油液的压力p1。同时,高压油p1作用在阀芯的下端台肩c上,低压油p2经阀芯中心孔通入阀的上腔,作用于阀芯的上端b上。定差减压阀处于稳定工作状态时,若忽视阀芯的重量,摩擦力和液动,那么阀芯的力和平衡式为

  由此可知,当P簧、D、d为一定值时,p1-p2也为一定值。但如果调整弹簧力的大小,也可以改变定差减压阀进出口压力差值的大小。定差减压阀一般用于与其它元件串联,保证这些元件的进出压力差为一定值。

  3.定比减压阀它输出的低压油始终与高压油保持一定的比值。它的工作原理如图所示,高压油p1从进油口进入阀腔,经阀口a,小孔b和出油口输出低压油p2。由于阀口a的阻尼作用,可以实现减压。若忽略滑阀重量,摩擦力,液动力和弹簧力(弹簧力很小)不计,作用在滑阀上的力的平衡式为

  当D和d为定值时,p1/p2也必然保持一定的压力比。当p1升高时,阀口a变大,输出的二次油压力p2也随之升高;当p1降低时,阀口a变小,输出的二次油压力p2也随之减小。当p2升高时,阀口a变小,使p2减小;当p2降低时,阀口a变大,使p2升高。它的比值大小由D和d的数值决定。

  顺序阀依靠的液压力自动控制阀口的启闭和液动机的动作顺序。为防止液动机因自重下滑,有时用顺序阀使回油保持一定的阻力,这时叫平衡阀。当系统压力超过调定值时,顺序阀还可以使液压泵卸荷,这时叫卸荷阀。

  1.顺序阀的工作原理及结构顺序阀的工作原理如图所示,与溢流阀相似。顺序阀也分为直动式和先导式两种。直动式一般用于低压顺序阀。先导式一般用于中、高压顺序阀。顺序阀按结构还可以分直接控制和远程控制。它的泄油方式又有内泄式和外泄式两种。

  (1)直控顺序阀指顺序阀的控制压力油直接取自它的进口压力油。先导式直控顺序阀的先导阀与溢流阀和减压阀中的先导阀结构完全相同。

  (2)液控顺序阀又称远控顺序阀,它的控制压力油不取自阀进油口,而是来自单独的控制油路。一般的液控顺序阀采用外部泄油的方式,但它作为卸荷阀使用时,往往在阀体内将泄油孔与出油口连接起来,通回油箱。

  (3)单向顺序阀就是单向阀与顺序阀并联组合的形式。这是由于顺序阀不能反向使用。

  (1)由于液动机的启动压力在调定压力以下,液压回路中压力控制阀又具有压力超调特性,因此控制顺序动作的顺序阀的调定压力不能太低,否则会出现误动作。

  (3)顺序阀作为平衡阀使用时,要求它必须具有高度的密封性能,不能产生内部泄漏,使它能长时间保持液压缸所在的位置,不致因自重下滑。

  背压阀的结构与单向阀相同,只是采用了弹力较大的弹簧,一般单向阀的开启压力为0.35~0.5 kgf/cm2,背压阀开启压力为2~6 kgf/cm2。背压阀在液压系统中主要作用如下:

  1.装于液压系统的回油路中,增加工作机构运动的平稳性。对于负载变化较大的场合,使用背压阀效果尤其显著。

  压力继电器是将压力信号转变淡电信号的转换装置。当液压系统通入压力继电器的油液压力超过了压力继电器的调定压力值时,它发出信号,通过电器控制系统控制液压装置的动作。

  1.压力继电器的结构和工作原理压力继电器按结构可分为滑阀式和薄膜式两种。

  流量控制阀通过改变阀芯通流开口的大小,调节油液的流量,以控制执行元件的工作速度。常用的流量控制阀有节流阀、调速阀、分流阀、延时阀、计量阀以及与其它阀组合成一体的复合阀。

  (1)节流口的形式油液流经节流口会遇到阻力,因而减少了流量。阀口的通流面积越小,油液流动的阻力越大,同时所通过的流量也就越小。

  1)针阀式节流口阀芯端部为锥形,通过阀芯轴向移动调节环形通道大小,以调节流量。

  2)周向槽隙式节流口在中间有孔的阀芯上开出局部槽形切口,通过旋转阀芯,可以调整槽隙开口的大小。

  3)周向偏心槽式节流口在阀芯上开一个截面为三角形或矩形的偏心沟槽,通过旋转阀芯改变液流通道开口的大小。

  4)轴端槽隙式节流口在阀芯端部开出圆弧槽或三角槽,三角槽的横截面有矩形和三角形等形状,阀芯轴向移动能调整开口的大小。

  5)轴向缝隙式节流口在套式阀芯上开有轴向沟槽与阀芯内孔连通,轴向移动阀芯可以改变沟槽缝隙通流面积的大小。

  6)多孔串联式节流它是由若干节流小孔串联而成的,在节流作用相同和条件下,采用这种节流方式可以增大节流口直径,与其它节流口比较,不容易发生堵塞现象。

  7)螺旋槽式节流它将表面光滑的螺杆装入配合精度很高的圆柱孔内,油液通过螺旋槽从一方流至另一方,螺旋槽越长,沿程阻尼作用越大,节流作用就越明显。若轴向移动螺杆,改变螺旋槽的通流长度,可以调节流量的大小。

  上述各种节流口可以归纳为三种基本类型:①薄壁小孔节流,②细长小孔节流,③介于薄壁小孔和细长小孔之间的节流。

  薄壁小孔节流指节流孔直径远远大于孔的长度,油液流过时产生局部压力损失;细长小孔节流指节流口直径远远小于长度,油液流过时产生沿程压力损失;第三种情况介于上述两者之间,节流口直径与长度相差不大,既有局部压力损失又有沿程压力损失。

  从上式可以看出,当节流口形式确定之后,倘若节流口前后压力不变,只要改变节流口的通流面积即可调整油液的流量。

  1)压力差Δp的变化对流量的影响根据流量方程,压力差越大,通过节流口的流量也就越大。而压力差对流量的影响程度又取决于它的指数m。薄壁小孔节流的m值为0.5,细长小孔节流的m值为1,介于两者之间的节流的m值为0.5~1之间。由此可以看出,薄壁小孔的m值最小,因而稳定性也最好,所以节流装置绝大部分采用薄壁小孔节流的形式。

  2)油温对流量的影响薄壁小孔的流量方程中的K值,不含有粘度因数μ,而细长小孔的流量方程中的K值却包含粘度因数μ。油温的变化影响油液的粘度,因而也影响流经细长小孔的流量。从这一点来讲,薄壁小孔节流也比细长小孔节流稳定。

  3)节流口堵塞对流量的影响节流口的堵塞受其形状和大小的影响,采用大截面的节流口如多孔串联式节流和螺旋槽式节流则不容易堵塞。另外,采用大水力半径的节流口也不容易堵塞。总而言之,对流量控制阀性能的主要要求是:压力差和油温的变化对流量的影响要小,阀口不易堵塞,最小稳定流量较低,压力损失小,泄漏少。

  1.简式节流阀仅仅有节流部分的节流阀称为简式节流阀,它有固定式和可调式两种不同的类型。简式节流阀前后压力差随负载的变化而变化,因而会影响流量的稳定性,它只适用于负载变化较小的液压系统中。

  节流阀主要用于调整执行元件和工作机构的运动速度,有时也用于背压回路。节流阀用于调速回路有三种基本方案,即进油节流、回油节流和傍路节流。

  (1)进油节流调速节流阀装在执行元件和液压泵之间的进油管路上。节流阀前的压力为pb,大小由溢流阀调定,并基本保持恒定。节流阀后的压力p1由负载W和油缸无杆腔有效工作面积F1的大小决定,p1=W/ F1。节流阀前后压差Δp为

  此式为进油节流的调速公式。可以看出,油缸的运动速度的大小与节流开口面积大小F成正比,而油缸的有效工作面积F1不仅直接影响油缸运动速度,还通过改变压力差Δp使流量Q发生变化,进而影响油缸的运动速度。百家了稳赢打法同时,负载W对运动速度也有一定的影响,负载加大,油缸运动速度降低;负载减小,油缸运动速度加大,因而刚性较差。另外,当油缸在轻载低速的情况下工作时,相当大的一部分功率消耗在溢流阀和节流阀上,使油液发热。特别是节流后温度升高的油液直接进入油缸,使泄漏变大,影响油缸的运动速度。

  由于进油节流的回油路上没有背压,所以油缸运动的平稳性稍差,尤其是它不能承受负性负载,因而在采用进油节流回路时,常常在回油路上增设一个2~3 kgf/cm2的背压阀,以提高运动的平稳性。

  这种调速方式调速范围较大(一般可达100以上),启动时冲击较小,便于进行压力控制,所以适用于一般负载变化较小的液压系统,如机床的进给运动和其它辅助装置。

  (2)回油节流调速节流阀装在执行元件和油箱之间的回油管路上,由于节流后油液直接流回油箱,因而压力为零,因此节流阀前后压力差为

  此式为回油节流的调速公式。可以看出,油缸的运动速度同样受负载的影响。它与进油节流的不同之处为油缸的回油须经过节流阀才能流回油箱,因而形成背压,即使承受交变负载也能使油缸运动趋于平稳。另外,由于油缸回油腔有效工作面积F2较小,在空载时它所产生的压力可能超过泵的供油压力pb,特别是承受负性负载时,p1更高,因而提高了回油腔和回油管路的刚度并减小油缸的内泄漏。此外,油液温度也不影响油缸的运动。但这种调速方式在油缸停止运动后,回油腔的油液往往经回油管路流回油箱,因而产生空隙,重新启动时,就会发生冲击。

  回油节流调速的范围比进油节流调速稍大,它可达到更低的速度。它在轻载低速的情况下功率损失较大,所以一般用于负载变化较大及要求运动平稳的系统,如机床的运动系统。

  (3)傍路节流调速节流阀与执行元件并联,装在油泵和油箱之间的管路上。在这个回路中,节流阀把泵供给的油液排回油箱一部分,从而控制进入油缸的流量和油缸的运动速度,因此进入油缸的流量Q1等于泵的供油流量Qb与流经节流阀的流量Q2之差。节流阀前的压力为pb,节流后的压力为零,因而节流阀前后的压差为pb。而pb=W/F1,因而通过节流阀的流量可由下式求出

  此式为傍路节流调速公式,由此可知,节流阀开口F为零时,油缸的速度最大。油缸的速度受负载变化影响的程度比进油节流和回油节流的调速系统都明显增大,因而它的刚性最差,速度也最不稳定。另外,增大节流阀的开口F,会使油缸低速运动时明显地降低其最大承载能力。因此它的调速范围也比前二种调速方法小得多。但是傍路节流调速的泵压力是随负载变化的,因此电机消耗的功率是随负载而变化的,因而效率较高,油液温升较低。

  傍路节流调速一般用于动力较大,速度较快,调速范围较窄,速度稳定性要求不高的情况下,如刨床等。

  除以上三种基本节流调速方案外,还有一种进出口同时节流调速。它在执行元件的进出油口各装一个节流阀,采用进出口同时节流的调速方法,调速范围大,低速稳定性好,往返速度差小,负载刚度高,但由于它两次节流,所以损失较大。一般用于磨床、镗床的进给系统。

  2.单向节流阀它是能完成单向阀和节流阀两种职能的复合件。用于单方向节流调速,反方向快速运动的场合。

  3.单向行程节流阀它是机械操纵的单向节流阀,用于油缸在一个方向需变换速度,而反向为快速运动的场合。它也可以用于实现减速运动,所以也称为行程减速阀。

  以上的节流阀都有一个共同的问题,由于负载变化引起节流阀两端的压力差变化,导致流量发生变化,造成执行元件运动速度发生变化。而调速阀使节流阀两端的压差趋于稳定,以保证所通过的流量稳定。

  1.调速阀它是节流阀和定差式减压阀组合而成的流量控制阀。两个阀的油路串联,即减压阀的出油口为节流阀的进油口。在调速回路中用调速阀代替节流阀,不仅改善了负载速度特性,也提高了承载能力和低速特性,同时扩大了调速范围。调速阀与单向阀可以组合成单向调速阀,单向调速阀与行程阀可以组合成单向行程调速阀。

  2.温度补偿调速阀这是为了减小油温变化对流量的影响。温度补偿调速阀的结构与普通调速阀相同,但是它的节流阀调节杆中有一段聚氯乙烯塑料制成的温度补偿杆。

  溢流节流阀一般设置在执行元件的进油管路上,它由溢流阀和节流阀并联而成。它的功能与调速阀相似,但性能不同。调速阀系统中,由于泵压力为一定,因此实现消耗的功率较大;溢流节流阀系统可以减少功率损失和液压系统的发热,但由于全部油液流经溢流阀,阀芯运动阻力较大,因而溢流阀上部弹簧比调速阀硬,使得节流阀前后压力差比调速阀大,所以调速性能较差。它一般用于速度稳定程度要求不高的大功率节流调速系统中。

  以上各种节流阀和调速阀的最小稳定流量都较高,一般在20~30cm3/m,所以低速时的稳定性较差。为获得稳定的小流量,可采用微量节流阀。它采用多级节流的形式,阀中有多片很薄的节流片,每片上有多个节流小孔。这样形成一条流经多个小孔的曲折油路,因而能获得稳定的小流量,一般为5 cm3/m,最大流量为1.6L/m。

  延时阀是对执行元件的动作进行时间控制的阀。它通过控制油液的流量来控制阀的切换速度,从而控制油路的启闭和执行元件的动作时间。

  它是带有延时装置的压力继电器。它一般用于需要延时的压力——电器控制回路中。

  计量阀又称配量阀。由于它的构造和工作原理与柱塞泵相似,所以又称为计量泵。它的结构为:一边供给系统压力油的齿轮泵,右边为计量阀。泵输入的油分为两路,一路输至液压系统,另一路通入计量阀。目前一般计量阀的最小流量为20~30mL/m,最大调节范围为50~100,前后压差为1.5~2kgf/cm2。由于计量结构复杂,一般仅用于低速进给要求较高的系统。

  分流阀可以使两个或两个以上的执行元件在承受不同负载时仍能获得相等(或成一定比例)的流量,从而实现执行元件的同步运动,因而也称同步阀。

  根据流量的分配情况,分流阀可分为等量分流阀和比例分流阀。根据液流方向,可分为出口分流阀(分流阀)、进口分流阀(集流阀)、双向分流阀(分集流阀)、单路稳定分流阀(优先阀)

  在机床和其它装置的液压系统中,除了采用一般通用液压元件外,为了结构紧凑和操作方便,往往将执行元件的启动、停止、换向、调速、进给方式的选择、进给量的调节等动作的控制阀集中在一个阀体内,成为专用的液压操纵箱。

  管式联接又称螺纹联接,指液压阀直接安装在管路中,它占用空间大,元件分散,拆卸更换元件麻烦,需很多管接头和油管,而且管路较长,但它不需要专用的联接板,阀之间的联接和油管的走向比较容易看清。

  1.有管板式联接它的阀布置在操纵板上,排列整齐,比较紧凑,但阀之间仍采用油管联接。

  2.无管板式联接它的阀之间的油路不依靠油管导通,而是依靠联接板上的孔腔沟槽导通,分为叠板式和整体式两种。

  (1)叠板式它的操纵板由两块板叠装而成,油槽均在板上。它结构紧凑,装配简单,但由于系统压力过高或液压冲击,两板容易离缝,一般只用于板面较小的低压系统。

  (2)整体式它是在整体的方块上钻孔或铸孔,将液压阀之间的油路际通。液压元件可布置在方块的几个面上,结构比叠板式更加紧凑,工作也更加可靠。

  无管板式联接结构紧凑,占用空间小,阀之间不用油管,所以不会引起油管很容易发生的振动。因为缩短了管路,故而减少了压力损失。由于减少了接头的数量,因而也减少了漏油和进入空气等不良现象,从而提高了系统的稳定性。另外,它装配容易,工作可靠,不容易发生故障,所以应用较多。

  在无管板式联接的设计中,应特别注意阀位置的安排,尽量减少和缩短油路,并使操纵板或连接块的出油口朝向应该通往的元件。

  集成块是为标准液压元件按典型动作组成标准回路而设计制造的整体无管板式联接块。采用集成块,除了具有无管板式联接的全部优点外,还有以下几个优点:由于它采用标准回路叠积而成,所以配置灵活,更改液压系统比较方便,另外,由于集成块标准化,便于组织大批量生产,因而减少了设计、制造和维修的工作量,降低了成本。它又有垂直叠积和横向叠积,也可同时使用。

  叠加阀是将阀本身按标准参数制成专用元件,然后将其叠积在一起即可构成一个单元系统。它的结构比集成块联接紧凑,体积更小。它一般叠积的顺序由上至下为电磁换向阀、单向阀、节流阀、压力阀、底板。中间各阀可根据情况互换,但电磁阀一般在最上端。各阀的通油孔和安装孔均与电磁阀相同。

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