插装阀讲义.docx

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插装阀讲义

插装阀（逻辑阀）普通液压阀是目前液压传动系统中最常用的液压阀，它们已有几十年历史了，不仅它们本身的结构和性能日趋完善，而且为了使液压系统结构紧凑，减少阀间的连接管道，便于安装、使用和维修，也发展了很多种用这种液压阀或它们的变型（如叠加阀）构成的集成系统从而使液压技术的发展进入了一个新的阶段。

但是，用这些常用液压阀构成集成系统的各种方式，仅对小流量的液压系统能收到较为良好的效果，对中、大流量，特别是流量大于200L/min的液压系统，采用这些方式进行集成仍不免有很多困难，一般还只能采用管道进行阀间的连接来组成系统。

由于流量大，管道粗，因此配管工作量很大，安装、维修困难，且易出现漏油、振动等到弊病，这逐渐成了液压技术发展中的一个难题。

七十年代初，作为液压技术的一个分支---液压插装阀（逻辑阀）出现了。

它不仅能实现常用液压控制阀的各种动作要求，而且与普通液压阀比，在控制同等功率的情况下，具有重量轻、体积小、功率损失小、动作速度快和易于集成等突出的优点，特别适用于大流量液压系统的控制和调节。

因而圆满地解决了过去大流量液压控制系统难以集成的困难，也为特大流量和较复杂的液压控制系统的设计开创了一条新的道路。

我国山东济南铸锻机械化研究所从1976年就开始设计和研究插装阀。

目前，国内已在各种液压机上获得广泛地应用。

并取得了良好的效果，很多厂家生产插装阀和插装阀系统，我厂现在生产的液压机

系列产品基本上都采用插装阀

液压插装阀，由于它的主要元件均采用插入式的连接方式，所以又称为插入式液压阀。

它的主要元件—阀芯的形状是筒形的，因此，也有称它为筒形阀的。

也因为它的主要元件大部分靠锥面密封来切断油路，为了与常用的滑阀式液压阀相区别，故亦称为锥阀式液压阀。

插装阀的工作原理一般来说，一个液压控制系统总要对油流的方向、压力、流量进行控制，使液压执行机构（如油缸、油马达）按一定的规律进行工作，才能实现液压传动机械所要求的动作。

液压控制阀就是在液压系统中实现对油流控制的元件。

插装阀与常用液压阀一样，要独立构成完整的液压控制系统，必然也要能实现对油流的方向、压力和流量的控制。

下面分别介绍插装阀是如何实现这些控制的。

插装阀对油流的方向控制

1）、二通方向控制的基本插装阀

（1）、锥阀式方向插装阀

图83是一个锥阀式方向插装阀的结构图。

它主要由阀体1、阀套2、阀芯3、端盖4和弹簧5组成。

A、B是主油路的两个管道连接腔，X是控制油腔。

阀芯3上的AA受A腔中的压力油pA的作用，环形面AB面受B腔中pB的作用，而AX面则受控制油腔X中的压力油pX的作用。

AA、AB、AX在

图83横截面的投影面积有以下关系：

AX=AA+AB当阀芯处于平衡状态时，若忽略阀芯的重量和摩擦力，则其平衡方程式为：

FS+FY+pXAX-pAAA-pAAB=O

式中FS—复位弹簧力；

FY—液流力。

等式左侧就是作用于阀芯上的轴向力，向下的力为正，向上的力为负。

由方程式可见，改变控制压力pX就能改变阀开启还是闭合的状态。

当然阀的状态还取决于工作油腔A和B的压力，以及弹簧力和液流力的大小。

当A为进油腔，B为出油腔pA>pB时，若控制腔X与油箱连通，pX=0，则作用在阀芯上的轴向力F为：

F=FS+FY-（PAAA+PBAB）

若（PAAA+PBAB）>FS+FY

即F<0

即A、B腔作用于阀芯的液压力就克服弹簧力和液流力，使阀芯抬起，A腔的压力油就能自由地流向B腔。

阀关闭时，PB=0；FY=0，所以当PAAA>FS时，阀就可以开启。

若将等于或大于A腔的压力的控制油引入控制腔X，则作用于阀

芯的轴向力为：

F=FS+FY+PxAx-PAAA-PBAB

由于式中Px≥PA>PB

AX=AA+AB

因此PxAX>PAAA+PBAB

加之FS+FY>0（液流力FY总是使阀趋向关闭）

所以F>0

也就是使阀芯下降，阀关闭，将油路切断，A腔的压力油就不能流向B腔。

此时，由于阀芯依靠锥面严密地封住阀口，因此，A腔

与B腔之间没有泄漏，只是在B腔和X腔之间通过阀芯导向面的间隙存在泄漏。

反之，当B腔是进油腔，A腔是出油pB>pAJF，若X腔与油箱连通，则阀开启，B腔的压力流向A腔，若X腔引入的控制油压等于或大于B腔的压力，则阀关闭，B腔的压力油就不能流向A腔。

所以，这种用来沟通和切断油路的插装阀相当于一个液控的二位二通换向阀。

这种插装阀一般仅用来控制A—B一个方向的流动，此时其阀芯上下面积的比值通常取：

AA：

AX=1：

1.2。

这种方向控制插装阀，在液压系统中是最常用的。

但有时液压回路中不仅要控制A—B方向的流动，还要控制B—A方向的流动，这时方向控制插装阀的阀芯的面积比，常取：

AA：

AX=1:

2。

也就是；AA=AB。

（2）、滑阀式方向插装阀

图84是一个滑阀式方向插装阀，它也象锥阀式方向控制台阀一样，起二位二通换向阀的作用。

它的特点在于：

当阀处于关闭状态时，依靠阀芯与阀套的配合间隙，来切断A腔与B腔之间的油路，因此，A、B腔之间存在泄漏。

因为阀芯轴向不受B腔压力油的作用，所以在X腔与油箱连通时，通过B腔加压，无论压力多高，都有不能使关闭的阀开启。

也就是它只能控制A—B一个方向的流动。

它的阀芯面积比AA：

AX=1：

1，在阀芯平衡时，其轴向力为零。

虽然这种插装阀能控制油流的方向，但一般在液压系统中，常不用它来控制油流的方向，而用作其它用途。

（3）、方向控制插装阀的电磁操纵如果通过一个小型电磁阀，使上述锥阀式方向插装阀的控制腔X压力油或油箱接通，来实现阀的关闭的开启，这样就成了一个电液操纵的二位二通插装

阀，如图85所示。

电磁阀的电磁铁断电时，阀关闭，通电时，阀开

启。

由于它是用小流量的压力油来控制大流量的压力油，

因此起到了液压放大器的作用。

若引到控制油腔X的压力油来自单独的小流量液压泵，如图86所示，就是一个外控式二位二通插装阀，若引到控制台油腔X来自A腔或B腔，如图86所示，就是一个内控式的二位二通插装

控制油引自A腔的内在关闭时，来自A腔的控磁阀，经阀芯的导向面间所以A、B腔之间存在泄引自B腔，则A、B腔之漏。

用二个

二位二通插装阀可以组成一个三通换向阀，如87（a）所示。

通过

控制元件1和2的启闭就能实现四种不同的工作状态：

（1）阀1和阀2都关闭，P、A、O腔互不通，A腔封闭，即保压或支承；

（2）阀1关闭，阀2开启，AO腔连通，A腔回油；

（3）阀1开启，阀2关闭，P、A腔连通，A腔进油；

（4）阀1和阀2都开启。

P、A、O腔连通，系统卸荷。

它相当于一个四位三通的换向阀见图87（b）。

图88是用先导电磁阀来控制三通阀的几种情况。

图88（a）是采用二位四通电磁阀来控制三通阀，构成一个二位三通电液换向阀的原理图。

它具有两个工作状态：

即电磁铁断电时，A、O腔连通，A回油；电磁铁通电时，P、A腔连通，A腔进油。

图88（b）是采用三位四通电磁阀来控制三通阀，构成一个三位三通电液换向阀的原理图。

它具有三个工作状态：

两个电磁铁都有断电时，电磁阀处于中间位置，两阀关闭，P、A、O腔均不通；D1通电时，A、O腔连通，A腔回油；D2通电时，P、A腔连通，A腔进油。

这是先导电磁阀为P型滑阀机能时的情况。

如果先导电磁阀是H型滑阀机能，则两电磁铁都断电时，插装阀均开启，P、A、O腔连通，系统卸荷。

如果采用两个二位四通（或二位三通）电磁阀，分别控制三通阀的两个逻辑元件时，就构成一个四位三通电液换向阀，如图88（c）所示。

四种工作状态。

图88介绍的都有是外控的型式。

在液压系统中绝大多数的情况是用内控的型式。

对三通阀来讲，控制油只要引自P腔即可变成内控式。

而图88（c）所示的三通阀中，放油阀2的控制油还可以引自A腔。

但是下面的情况，就不能简单地采用上面的办法构成内控式三通阀，就是在液压系统工作的某一段时间，需要两阀关闭，PAO不通，而P腔卸荷，或压力突然下降，A腔又要保持一定的压力，不允许立即降压时。

例如，一个三通阀用来控制一个单作用油缸，或控制活塞

缸的一个工作腔。

若油缸是垂直放置的，需要油缸的柱塞（或活塞）在某一中间位置停留一段时间，为节省功率，使用液压泵卸荷，而柱塞（或活塞）的重量又比较大，会在A腔造成一定的压力；或A腔所接的油缸工作腔加压至工作压力后，需要保压一段时间；（但保压要求较低），此时也要求液压泵卸荷。

若在这种情况下，控制油仍仅直接引自P腔，将会使系统的动作出现问题如图89所示，在两个先导电磁阀的电磁铁都断电时，两个阀的控制腔与控制油接通，两阀均应关闭。

但当P腔卸荷或突然降至较低压力，而A腔还存在相当数值的压力时，就有可能使阀1开启，A、P腔反向接通。

对于阀2来说，它的出口是接通油箱的，因此不会有反向开启反向开启的问题

为了防止阀1关闭时出现反向自动开启的误动作，阀1控制油路的连接需要采取图90的形式。

阀的控制油不仅引自P腔，而且还引自A腔。

在这两个控制油的连接处图90装一个梭阀。

梭阀的结构，见图91。

它也称双单向阀。

由阀1和钢球2组成。

当PA>PP时，钢球将P腔封闭，A、X腔连通。

当PP>PA时，钢球将A腔封闭，P、X腔连通。

也就是说，X腔的压力总是取P、A

两腔中压力较高者。

对于图89的阀来讲，当PP>PA时，P腔的压力油通过梭阀和常通状态的电磁阀进入插装阀的控制腔，使阀处于关闭状态。

此时来自A腔的控制油被梭阀的钢球封闭。

当P腔卸荷或突然降压，PP

这样不管P腔和A腔的压力发生什么样的变化，均能保证插装阀处于可靠的关闭状态。

在二通方向插装阀单独使用时，也应注意关闭可靠性的问题。

为了使用插装阀可靠地关闭，控制部分的连接除图90的形式外，还有图92所示的形式。

当电磁阀的电磁铁断电时，与图89中电磁铁断电时一样，能使插装阀可行地关闭，

P、A腔不通；当电磁铁通电时，电磁阀将来自P腔的控制油封闭，并使梭阀左端接通油箱。

若PA>0，来自A腔的控制油使梭阀的钢球把左端封闭，并与插装阀的控制腔连通。

这样就相当于一个单向阀，即PP>PA时，阀开启，P腔压力油流向A腔；PP

阀处在开启状态时，如果P腔压力突然下降，出现PP

这一特点是图90的插装阀所没有的。

3）、四通插装阀将两个三通阀并联起来，即用四个方向插装阀，可组成一个四通换向阀，如图93所示。

通过控制插装阀1、2、3和4的开启和关闭状态，就可以获得12种不同的工作机能。

例如：

四个阀全部关闭，P、O、A、B腔全封闭。

这同O型机能的滑阀中间位置一样，可实现保压和支承要求；

四个阀全部开启，P、O、A、B腔全通。

这同H型机能的滑阀中间位置一样，可使液压泵卸荷，油缸浮动；

阀

2、4开启，

阀

1、3关闭，

P、

A腔通，

B、O腔通，则A进

油，

B

回油；

阀

1、3开启，

阀

2、4关闭，

P、

B腔通，

A、O腔通，则B进

油，

A

回油；

阀

2、3开启，

阀

1、4关闭，

P、

A、B腔

通，可实现差动动作；

阀

1、4开启，

阀

2、3关闭，

P

腔封闭，

A、B、O腔通，油缸

浮动；

阀

1开启，阀

2、

3、4关闭，

A、

O腔通，

可实现A腔卸荷；

由此可见，一组由四个完全相同的方向控制阀插装阀组成的四通阀，就能方便地实现需要近十种示同机能的四通阀才能实现的全部工作机能。

图94表示用一个三位四通电磁阀控制四通插装阀的两个例子。

制四通插装阀，组成了一个相当O型机能的三位四通电液换向阀，如图94（a）所示。

当电磁铁D1，D2都有断电时，阀1、2、3和4全部关闭，P、A、B、O腔均不通；当D1通电时，阀2、4开启，阀1、3关闭，P、A腔通，A腔进油，B、O腔通，B腔回油；当

D2通电睦，阀1、3开启，闪式、4关闭，B腔进油，A腔回油。

用一个Y型机能的三位四通电磁阀控制四通插装阀，组成一个相当于H型机能的三位四通电液换向阀如图94（b）所示。

即电磁阀处于中间位置时，阀1、2、3和4全部开启，P、A、B、O腔均相通。

其它两个位置则与图94（a）相同。

图95所示为采用两个二位四通电磁阀，控制四通插装阀，组成

一个内控式四位四通电液换向阀的原理图。

它能实现以下四个工作机能：

电磁铁D1和D2均断电，阀1、4开启，阀2、3关闭，P封闭，

A、B、O腔相通，油缸浮动；

电磁铁D1和D2均通电，冷藏、3开启，阀1、4关闭，P、A、

B腔通，油缸实现差动；

图下面的数字，表示

实现该机能时需要通电的电磁铁号码。

4）、阀芯带阻尼孔的插装阀对油流方向的控制还有一种也可以用来控制油流方向的插装阀，如图97所示。

它与锥阀式方向控制插

装阀极为相似。

所不同的是阀芯底部有一个阻尼孔，使A腔

与控制腔X连通

阀芯带阻尼孔的插装阀，常与锥阀式方向插装阀配合使用，组成

一个三通阀，来控制油缸的一个油腔。

如图98所示是有一个二位四

通电磁阀控制的三通。

锥阀式方向控制插装阀1作为进油阀，阀芯带阻尼孔的插装阀2作为放油阀。

电磁铁断电时，阀1关闭，阀2开启，A腔与回油腔通；电磁铁通电时，阀1开启，阀2关闭，A腔与压力腔P连通。

5）单向阀

由于这种上阀芯带阻尼孔的插装阀，在作放油阀的同时，还可以作压力控制阀用，因此这样配合使用的三通阀不仅可以控制A腔的进油和回油，还可以控制和调节A腔的工作压力。

在液压系统中经常所用到的单向阀，前面已经作过介绍。

将图83所示的锥阀方向插装阀与之比较，不难看

出两者的差别是很小的

如图99所示的插装阀，它通过阀盖和阀体上的孔道，使阀芯的

上腔与B腔连通可使插装阀变成单向阀，这是一个既简便又能提高插装阀通用化程度的方法。

6）、液控单向阀在一般化的液压系统中所用到的液控单向阀都有是前面介绍

的下腔控制式液控单向阀。

而在液压插装阀系统中则常用上腔控制式液控单向阀。

图100（a）所示的插装阀，当电磁铁断电时，若PB>PA，B腔的压力油可流向A腔；若PA>PB，锥阀关闭，A腔的压力油不能流向B腔；当电磁铁通电时，A、B腔沟通，油流可自由流动。

图100（b）所示的插装阀的作用与图图100（a）所示的相反。

电磁铁断电时，当PA>PB时，A腔的压力油可以流向B腔；而PB>PA时，B腔的压力油不能流向A腔；电磁铁通电时，A、B腔的压力油可以正反流动。

这样构成的液控单向阀只能用于没有保压要求或保压要求不高的系统中。

这是由于处于封闭状态的A腔或B腔仍有一小部分油泄漏到油箱或另一油腔。

如图100（a），当电磁铁断电，PA>PB时，虽然A、B腔之间在主油路上依靠锥阀的锥面密封，没有泄漏，但从A腔引出的控制油经过电磁阀与阀芯上腔连通，A腔就有一部分压力油经电磁阀的阀芯配合间隙漏到油箱，还有一部分压力油经插装

阀阀芯园柱导向面的间隙泄漏到B腔，从而使A腔的压力逐渐下降。

图101（b）那种形式来说，当电磁铁断电，PB>PA时，主油路切断，虽A、B腔之间没有泄漏，但B腔的压力油也有一部分经电磁阀漏税到油箱去，使B腔的压力逐渐下降。

相比之下100（b）的形式要比图100（a）形式的泄漏要少得多。

因为小通径电磁阀的泄漏量是很小的，所以图100（b）的保压效果

要好一些。

如果采用无泄漏的座式电磁阀结构，就可以使A、B腔之间严格

封闭，这样的液控单向阀就可以用在保压要求较高的系统中（见图

101）

另有一种外控式的液控单向阀，如图102所示。

它是由一个在阀芯上带阻尼孔使B腔与阀芯上腔连通的插装阀和一个小流量的先导液控单元向元件组成，在未通入控制油时，先导液控单向元件关闭。

A腔的压力油可以流向B腔。

相反，B腔的压力油不能流向A腔，且两腔之间没有泄漏。

通入控制油时，先导液控单向元件开启，使插装阀上腔与油箱连通，A、B两腔的压力自由流动。

这种液控单向阀也能用在保压要求较高的场合，但是它需要一个单独的液压源，也可以根据需要从主油路的某处引入控制油。