液压控制阀原理分析及基本回路组建1.docx

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液压控制阀原理分析及基本回路组建1

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项目三：

液压控制阀原理分析及基本回路组建

本项目分4个模块进行，通过对常用液压控制阀的结构介绍和液压基本回路的组建，使学生对液压传动系统有一个基本了解。

模块一：

组建方向控制回路；模块二:

组建压力控制回路；模块三:

组建速度控制回路；模块四：

组建多缸运动控制回路。

模块一组建方向控制回路

项目介绍

项目的提出：

平面磨床工作台在工作时，需要自动地完成往复运动。

现要求绘制和连接工作台液压控制回路。

图3－1平面磨床外形图

通过对典型液压方向阀的拆装，师生共同分析方向控制阀的工作原理、结构，学生能组建基本方向控制回路。

任务要求：

1、认识常用液压方向控制阀的组成。

2、常用液压方向控制阀的拆卸与装配。

3、组建一般换向回路。

项目执行过程

一、方向阀的拆卸训练

①单向阀的拆卸顺序

先拆卸螺钉，取出弹簧，分离阀芯和阀体。

观察阀芯的结构和阀体上的油口尺寸。

②液控单向阀的拆卸顺序

先拆卸控制端的螺钉，取出控制活塞和顶杆，再拆卸阀芯端螺钉，取出弹簧，分离阀芯和阀体。

观察阀芯与活塞的结构和尺寸。

③换向阀的拆卸顺序

先拆卸提供外部力的控制方式，再取下卡簧，取出弹簧，分离阀芯和阀体。

观察阀芯的结构和阀体上的油口尺寸及油口数量，观察阀芯相对于阀体的稳定的工作位置。

二、方向阀的装配训练

装配前清洗各零件，将阀芯与阀体等配合表面涂润滑油，然后按拆卸时的反向顺序装配。

三、方向阀通、断的检测

启动空压机，将换向阀接上软管接头，先不对换向阀施加外部力，给换向阀接入压缩空气，观察进气口与出气口的关系；再对换向阀的阀芯逐端施加外部力，给换向阀接入压缩空气，观察进气口与出气口的关系。

四、方向控制回路的组建

液压实训台上组装下列换向回路

①手动控制换向回路（图3-2）

③电磁控制换向回路（图3-3）

图3-2图3-3

五、完成项目报告

项目知识链接

一、方向控制阀概述

方向控制阀是控制液压系统中液流的流向。

方向控制阀的工作原理是利用阀芯和阀体之间相对位置的改变，来实现油路间的接通、断开、改变油液流动方向，从而控制执行元件的起动、停止或改变其运动方向，以满足系统对液流流向的要求。

它主要包括单向阀和换向阀两类。

单向阀又分为普通单向阀（通常称单向阀）与液控单向阀；换向阀又分为滑阀与转阀。

（一）单向阀

图3-4普通单向阀

1、阀体2、阀芯3、弹簧

a管式连接b职能符号图c板式连接

1．普通单向阀

普通单向阀的作用是控制油液只向一个方向流，故称为单向阀。

液压系统对普通单向阀的主要性能要求是：

正向导通，液流阻力小，反向截止，密封性能好，动作灵敏。

图3-4a为一种管式普通单向阀的结构，压力油从阀体1左端的进油口

流入，并作用在锥阀上，使锥阀承受一个液压力作用，当这个液压力大于弹簧3对锥阀的作用力时，锥阀克服弹簧3的作用力顶开阀芯2，使阀口打开，油液从进口到阀口，再经过锥阀芯上的径向孔a、轴向孔b流到阀体右端的出油口

最后流出，实现正向导通；但是，当压力油从阀体右端的油口流入时，油液的液压力和弹簧3的弹簧力一起使阀芯压紧在阀座上，使阀口关闭，油液不能通过，实现反向截止。

其职能符号如图3-4b所示。

板式连接单向阀的工作原理与管式单向阀相同，只是将进、出油口开在底平面上，用螺钉把阀体固定在连接板上，图3-4c是一个板式单向阀。

单向阀的阀芯分钢球式和锥阀式两种。

钢球式阀芯结构简单但密封性能不如锥阀式好，一般只在低压、小流量情况下使用；锥阀式阀芯应用最广泛。

单向阀中的弹簧主要用来克服阀芯的摩擦阻力和惯性力。

为了使单向阀工作灵敏可靠，普通单向阀的弹簧刚度较小，以免油液流动时产生较大的压力降。

一般单向阀的开启压力在0.035~0.05MPa左右，通过额定流量时的压力损失不应超过0.1~0.3MPa。

若将单向阀中的弹簧换成较大刚度的弹簧，则阀的开启压力约为0.2~0.6MPa，可将其置于回油路中作背压阀使用。

2．液控单向阀

当油液需要反向流动时，可采用液控单向阀。

图3-5a为一种液控单向阀结构，当控制油口K处无压力油通过时，它的工作就像普通单向阀一样，压力油只能从进油口

流向出油口

，不能反向流动。

当控制油口K有控制压力油作用时，控制活塞1右侧a腔通泄油口（图中未画出）在液压力的作用下活塞向右移动，推杆2顶开阀芯3，使阀口打开，油口

和

接通，油液就可以从油口

流向

实现反向导通。

在液控单向阀中，K处通入的控制油液的压力最小应为主油路油液压力的30%~50%，图3-5b为液控单向阀的图形符号。

图3-5液控单向阀

1—控制活塞2—顶杆3—阀芯

在高压系统中，为了降低控制油液的压力，在锥阀3中心增加了一个用于泄压的阀芯6（卸荷阀芯），如图3-6所示，锥阀3开启之前，控制活塞1通过顶杆2先顶起泄压阀芯6，并通过弹簧座4压缩弹簧5，这时锥阀3上部的油液通过泄压阀芯上的缺口流入

腔而降压，上腔压力降低到一定值后，控制活塞1再将锥阀3顶起，使

和

完全沟通。

采用这种带卸压阀芯的液控单向阀，其最小控制油液的压力约为主油路的5%。

单向阀常安装在液压泵的出油口，可防止泵停止时因受压力冲击而损坏，又可防止系统中的油液流失，避免空气进入系统。

单向阀还可做保压阀用，对开启压力大的单向阀还可作背压阀用。

单向阀与其它元件经常组成复合元件。

液控单向阀的应用范围也很广，如利用液控单向阀的锁紧回路、防止自重下落回路、充液阀回路、旁通放油阀回路以及蓄能器供油回路等。

图3-6卸荷式液控单向阀，

1—控制活塞2—顶杆3—锥阀4—弹簧座5—弹簧6—泄压阀芯

3．单向阀的应用

图3-7用液控单向阀的锁紧回路

图3-7是采用液控单向阀的锁紧回路。

当换向阀处于右位时，压力油经液控单向阀1进入液压缸左腔，同时压力油亦进入液控单向阀2的控制油口K，打开阀2，使活塞右行，液压缸右腔的油液经阀2、换向阀流回油箱；反之，活塞左行运动，到了需要停留的位置，只要使换向处于中位，因阀的中位为H型机能（Y型也行），所以阀1和阀2能立即关闭，使活塞停止运动并双向锁紧。

由于液控单向阀的阀芯一般为锥阀式，密封性好，泄漏少，锁紧精度主要取决于液压缸的泄漏。

这种回路广泛用于工程机械、起重机械等有锁紧要求的场合。

（二）换向阀

1．换向阀的类型与工作原理

（1）换向阀的类型

换向阀是利用改变阀芯与阀体的相对位置，控制相应油路接通、断开或变换油液的方向，从而实现对执行元件的起动、停止和变换运动方向的控制。

根据换向阀阀芯的运动方式、结构特点和控制方式等对换向阀进行分类，具体分类见表3-19。

表3-1换向阀的分类

分类方式

型式

阀芯运动方式

滑阀、转阀、

阀的工作位置数

二位、三位、多位

阀的通路数

二通、三通、四通、五通、多通

阀的操纵方式

手动、机动、电动、液动、电液动

（2）对换向阀性能的主要要求

液压传动系统对换向阀性能的主要要求是：

1）油液流经换向阀时压力损失要小。

2）互不相通的油口间的泄漏要小。

3）换向要平稳、迅速且可靠。

（3）滑阀换向阀的工作原理

图3-8滑阀式换向阀的换向原理

如图3-8所示为滑阀式换向阀（简称滑阀）的工作原理图，当阀芯处于图示位置时，油口P、A、B、T互不相通，液压缸的活塞处于停止状态；当阀芯向右移动一定的距离时，如图3-8a所示,油口P、A相通，油口B、T2相通，由液压泵输出的压力油从阀的P口经A口输入液压缸左腔，液压缸右腔的油经B口、T口流回油箱，液压缸活塞向右运动，实现右行；反之，若阀芯向左移动某一距离时，如图3-8c所示,液压缸活塞向左运动，实现左行。

（4）换向阀的职能符号

表3-2常用换向阀的结构原理和图形符号

表3-2列出了几种常用的滑阀式换向阀的结构原理图和与之相对应的职能符号图。

换向阀职能符号的含义如下：

①用方格表示阀的工作位置，有几个方格就表示有几“位”，三格代表三个工作位置。

②方格内的箭头“↑”、“↓”表示两油口接通，方框内“⊥”或“T”表示此油口不通。

③一个方格中箭头“↑”、“↓”和符号“⊥”、“T”与一个方格的交点个数，即为油口的通路数，箭头“↑”、“↓”和符号“⊥”、“T”与方格的交点表示阀的油口。

如有四个交点，说明有四个油口，通路数为四，叫四通。

④靠近控制（操纵）方式的方格，为控制力作用下的工作位置。

⑤三位阀的中位和二位阀靠弹簧侧的一位为常态位。

二位二通阀有常开型和常闭型两种。

在绘制液压系统原理图时，换向阀的职能符号与油路的连接应画在常态位上。

⑥一般，阀与供油路连接的油口为进油口，用P表示；与系统回油路连接的油口为回油口，用T表示；与执行元件连接的为工作油口，用A、B表示。

（5）常用的换向阀操纵方式符号

常用的换向阀操纵方式符号如图3-57所示。

图不同的操纵方式与表3-21中所示的换向阀的符号组合就可以得到不同的换向阀，如三位四通电磁换向阀、二位二通机动换向阀等。

图3-9换向阀操纵方式符号

a）手动式b）机动式c）电动式d）弹簧式e）液动式f）液动先导式g）电液动先导式

（6）三位换向阀的中位机能

表3-3列出了常见中位机能的结构原理、代号、职能符号及机能特点和作用。

对于各种操纵方式的三位换向滑阀，阀芯在中间位置时，各油口间的通路有各种不同的连接形式，以适应各种不同的工作要求。

这种常态位时，换向阀各油口的连通方式称为中位机能。

常见的是三位四通、五通换向阀的滑阀机能（五通阀有两个回油口，四通阀在阀体内连通，所以只有一个回油口）。

中位机能不仅在阀芯处于中位时对系统性能有影响，而且在换向过程中对系统的性能也有影响，如果能合理地选用滑阀中位机能，可以大大减少系统所需元件的数量，提高系统的性能。

因此，在分析和选择三位换向阀的中位滑阀机能时，通常要考虑以下几点：

①液压泵的工作状态当接液压泵的油口P被堵塞时（如O型），液压泵能用于多缸液压系统；当油口P和T相通时（如H型、M型），液压泵处于卸荷状态（液压泵的出口接油箱），功率损耗少。

②液压缸工作状态工作油口A和B接通时（如H型），卧式液压缸处于“浮动”状态（液压缸卸荷状态），可以通过某些机械装置（如齿轮齿条机构）改变工作台的位置；立式液压缸由于自重而不能在任意位置上停止。

当油口A、B堵塞时（如O、M型），液压缸能可靠地停留在任意位置上，但不能通过机械装置改变执行机构的位置。

当油口A、B与P连接时（如P型），单杆液压缸和立式液压缸不能在任意位置停留，双杆液压缸可以通过机械装置改变执行机构的位置。

③换向平稳性与精度当通液压缸的油口A、B堵塞时（如O型），换向过程中易产生液压冲击，换向平稳性差，但换向精度高；反之，油口A、B都通油口T时（如H型），换向过程中工作部件不易迅速制动，换向精度低，但液压冲击小、换向平稳性好。

④起动平稳性当阀芯处于中位时，液压缸的某腔若与油箱相通（如H型），则起动时该腔内因无足够的油液起缓冲作用而不能保证平稳起动；反之，液压缸的某腔不通油箱，而是充满油液时（如O型），再次起动就平稳。

表3-3三位四通换向阀中位滑阀机能

（7）几种常用换向阀

①电磁换向阀

电磁换向阀是利用电磁铁推动阀芯移动，改变液压阀芯与液压阀体的相对位置来变换液流的流动方向。

按电磁铁所用电源的不同，它可分为交流（110V、220V、380V）和直流（12V、24V、36V、110V）两种；按衔铁工作腔是否有油液，又可分为干式型和湿式型两种。

交流电磁铁起动力大，不需要专门的电源，吸合、释放快，但换向冲击大，噪声大，因而换向频率不能太高（不得超过30次/min）；若阀芯被卡住或摩擦阻力较大而使衔铁吸不到位时，会因电流过大而将线圈烧坏，因而可靠性较差。

直流电磁铁工作可靠，噪声小，换向冲击也较小，换向频率高（允许120次/min，甚至可达240次/min以上），若衔铁因某种原因不能正常吸合时，线圈不会被烧坏，但它起动力小，换向时间长，而且需要专用直流电源。

干式电磁铁不允许油液流入电磁铁内部，因此在滑阀和电磁铁之间设置密封装置，密封处摩擦阻力较大，从而影响了换向的可靠性，也可造成换向阀的泄漏。

湿式电磁铁的衔铁和推杆完全浸没在油液中，相对运动件之间不需要设置密封装置，从而减少了阀芯的运动阻力，提高了换向可靠性，而且没有外泄漏。

另外，油液还起润滑、冷却和吸振作用，使湿式电磁铁的吸力损耗小，延长了电磁铁的使用寿命。

干式电磁铁一般只能工作50~60万次，而湿式电磁铁则可工作1000万次。

湿式电磁铁性能好，但价格昂贵。

此外，还有一种本整形电磁铁，其电磁铁是直流的，但电磁铁本身带有整流器，通入的交流电经整流后再供给直流电磁铁。

目前，国外新发展了一种油浸式电磁铁，衔铁与激磁线圈都浸在油液中工作，它具有寿命更长、工作更平稳等特点，但由于造价较高，应用范围受到限制。

。

图3-10a所示为二位二通电磁换向阀（中压、交流）结构。

在图示位置，油口P和A相通；当电磁铁通电吸合时，推杆4将阀芯1推向右端，这时油口P和A相通；当电磁铁断电时，弹簧2推动阀芯复位，油口P和A断开。

图3-10b为其职能符号。

图3-10二位二通电磁换向阀

a）结构图b）图形符号

1—阀芯2—弹簧3—阀体4—推杆5—密封圈6—电磁铁7—手动推杆

电磁换向阀就其工作位置来说，有二位和三位等。

二位电磁换向阀有一个电磁铁，靠弹簧复位；三位电磁换向阀有两个电磁铁，图3-11所示为一种三位四通电磁换向阀（高压）的结构和职能符号。

电磁换向阀动作快，换向时有冲击，不宜频繁切换，多用于精度不高的自动化系统中。

图3-11三位四通电磁换向阀

a）结构图b）图形符号

1—阀体2—阀芯3—定位套4—对中弹簧5—挡圈6—推杆

7—环8—线圈9—铁芯10—导套11—插头组件

图3-12三位四通液动换向阀

a）结构图b）图形符号

②液动换向阀

液动换向阀是利用控制油路的压力油，改变阀芯与阀体的相对位置来变换液流的流动方向。

图3-60为三位四通液动换向阀的结构和职能符号。

阀芯的移动是由两端密封腔中油液的压力差来实现的，当控制油路的压力油从控制口K2进入滑阀右腔时，K1接通回油，阀芯向左移动，使油口P与A相通，B与T相通；当K1接通压力油，K2接通回油时，阀芯向右移动，使得油口P和B相通，A与T相通；当K1、K2都不接控制油液时，阀芯在两端弹簧和定位套的作用下回复到中间位置。

采用液动换向阀时，必须配置先导阀来改变控制油的流动方向。

可用手动滑阀（或转阀），也可用工作台的挡铁操纵行程滑阀，但较多的是采用电磁阀作先导阀。

通常将电磁阀与液动阀组合在一起称为电液换向阀。

③电液换向阀

电液换向阀既能实现换向缓冲，又能用较小的电磁铁控制高压、大流量的液流，从而方便地实现自动控制，故在高压、大流量液压系统中多采用电液换向阀换向。

电液换向阀主要由先导阀和主阀两部分组成。

下面介绍其工作原理。

图3-13所示为弹簧对中型三位四通电液换向阀的结构和职能符号。

当先导电磁阀的两个电磁铁4、6均不通电（处于图示位置）时，先导电磁阀芯5在其对中弹簧的作用下处于中位，此时来自主阀P口（或外接油口）的控制压力油截止，不能进入主阀芯1左、右两端的弹簧腔，主阀芯左右两腔的油液通过先导阀中间位置，再经先导阀的T口（如图3-13c所示）流回油箱。

主阀芯在两端弹簧的作用下，依靠阀体定位，准确地处在中间位置，此时主阀的P、A、B、T油口均不相通。

当先导阀左边的电磁铁通电后使其阀芯向右移动，处于右端位置，来自主阀P口（或外接油口）的控制压力油经先导阀和左边的单向阀2进入主阀左端的弹簧腔，推动主阀阀芯向右移动，这时主阀芯右端弹簧腔中的油液通过右边节流阀，经先导阀流回油箱（主阀芯的移动速度可由右边的节流阀调节），使主阀的油口P与A、B与T的油路相通；反之，当先导阀右边的电磁铁通电时，可使油口P与B、A与T的油路相通。

图3-13b为其简化符号图；图3-13c为电液换向阀（弹簧对中、内部压力控制、外部泄漏）的详细职能符号图。

图3-13电液控换向阀

a）结构原理图b）简化职能符号图c）详细职能符号图

电液换向阀除上述弹簧对中的以外，即有液压对中，还有外部压力控制内部泄漏式的对中。

在液压对中的电液换向阀中，先导式电磁阀在中位时，液动阀阀芯两端的控制腔经先导电磁阀与控制压力油口P相通，而T封闭，其它方面与弹簧对中的电液换向阀基本相似；至于外部压力控制和内部泄油式电液换向阀，只是控制先导电磁阀的压力油来源和回油路回油箱的方式不同，其工作原理相同。

④机动换向阀

机动换向阀又称行程阀，它通过安装在工作台上的挡铁或凸轮来迫使阀芯移动，从而控制油液的流动方向。

机动换向阀通常是二位的，它有二通、三通、四通等几种。

对于二位二通阀，又有常闭和常通两种形式。

图3-14所示所示为滚轮式二位二通常闭式机动换向阀及其职能符号图。

在图示位置时，阀芯3在弹簧2的作用下处于左端位置，此时油口P和A不通；当挡铁或凸轮下滚轮1使阀芯2移动到右端位置时，使油口P和A相通。

图3-14机动换向阀

1—阀体2—弹簧3—阀芯4—推杆5—行程挡块6—滚轮

⑤手动换向阀

手动换向阀是利用手动杆来改变阀芯位置实现换向的，图3-15所示为手动换向阀的结构和职能符号图。

图3-15a所示为自动复位式换向阀的结构，放开手柄1，阀芯2在弹簧4的作用下自动回复中位，图3-15c是该阀的职能符号。

它适用于动作频繁、工作持续时间短的场合，其操作比较安全，常用在工程机械的液压传动系统中。

若将阀芯右端弹簧4的部位改为图3-15b的形式，即成为可在三个位置定位的手动换向阀，图3-63d为其职能符号图。

图3-15手动换向阀

1—手柄2—阀芯3—阀体4—弹簧

二、方向控制回路

一般方向控制回路，是指在液压泵和执行元件之间加装普通换向阀，就可实现方向控制的回路。

依靠重力或弹簧返回的单作用液压缸,可以采用二位三通换向阀进行换向，如图3-16所示。

图3-17所示的回路为双作用液压缸的换向回路。

回路中采用三位四通O型中位机能的普通电磁换向阀来控制液压缸的换向。

电磁铁1YA得电时，油液压力推动活塞向右运动，电磁铁2YA得电时，油液压力推动活塞向左运动，电磁铁1YA、2YA都失电，即为中位，此时液压缸停止运动，液压泵供出的油液通过油路中的溢流阀流回油箱。

双作用液压缸的换向,一般都可采用二位四通（或五通）及三位四通（或五通）换向阀来进行换向,按不同用途还可选用各种不同的控制方式的换向回路。

图3-16采用二位三通换向阀使单作用液压缸

换向的回路

图3-17双作用液压油缸换向回路

手动换向阀的换向精度和平稳性不高，常用于换向不频繁、或者无需自动化的场合，如一般机床夹具、工程机械等。

对速度较高和惯性较大的液压系统，采用机动换向阀较为合理，只需使运动部件上的挡块有合适的迎角或轮廓曲线，即可减小液压冲击，并有较高的换向精度。

电磁换向阀的换向回路应用最为广泛,尤其在自动化程度要求较高的组合机床液压系统中被普遍采用。

电磁阀虽然使用方便，易于实现自功化，但换向时间短，故换向冲击大，因此，只适用于小流量、平稳性要求不高的场合。

在流量比较大（超过63L／min）、换向精度与平稳性要求较高的液压系统中，常采用液动或电液动换向阀。

在液动换向阀的换向回路或电液动换向阀的换向回路中,控制油液除了用辅助泵供给外,在一般的系统中也可以把控制油路直接接入主油路。

但是,当主阀采用M型或H型中位机能时,必须在回路中设置背压阀,保证控制油液有一定的压力,以控制换向阀阀芯的移动。

换向有特殊要求处．如磨床液压系统，则采用特别设计的组合阀——液压操纵箱。

项目总结

通过本项目的学习，使同学们掌握方向阀的结构和工作原理，了解方向控制阀是控制油液流动方向的控制元件，满足液压系统中各种换向功能及通断功能的要求。

扩展提高

液压实训台上组装机动（行程）控制换向回路。

思考练习

1、普通单向阀能否作背压阀使用？

其作用是什么？

2、说明液控单向阀的组成和工作原理？

3、说明换向阀的工作原理。

4、什么是换向阀的“位”和“通”？

各油口分别接在什么油路上？