液压与气液传动教案任务六 正确连接与安装压力控制回路.docx

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液压与气液传动教案任务六正确连接与安装压力控制回路

任务六正确连接与安装压力控制回路

课程名称

液压与气动控制

班级

学习任务

正确连接与安装压力控制回路

计划学时

8

教学目标

知识目标

能力目标

素质目标

1、了解压力控制阀的功用、分类和结构

2、掌握压力阀位通滑阀机能

3、掌握压力控制回路的组成、功用及特点

4、了解常用压力阀的常见故障机排除方法

1.能正确选用与安装液压元件；

2.能进行液压控制阀常见故障的诊断排除；

3.能根据实际情况进行液压回路的设计。

培养学生的动手能力

教学重点

正确选用与安装液压控制阀

教

学

过

程

环节

教学内容

方式

参考时间

任务导入

液压系统压力控制的目的是使系统实现调压、稳压、减压和安全操作，使执行元件顺序动作等。

控制液压系统压力或利用压力作为信号来控制其他元件动作的阀类称为压力控制阀。

压力控制阀包括溢流阀、减压阀、顺序阀、平衡阀和压力继电器等。

它们的共同特点是，利用油液压力和弹簧力平衡的原理进行。

分析、演示

任务分析

本任务主要掌握压力控制阀的工作原理、结构、操纵方式及阀的选用，掌握压力控制回路的组成、功用及使用特点。

小组讨论

任务实施

介绍压力阀的分类，阀的工作原理，阀的工作原理，阀的性能，阀的选用及压力控制回路的连接

教师讲解，学生自主实施，教师进行指导

任务总结与考核

总结所学知识点、技能点，小组互评任务完成情况

小组互评，进行分析，完成课后题，总结本次课所学内容。

拓展任务

常用液压控制阀的常见故障分析及排除方法

学生自主训练

[工作任务导入]：

液压系统压力控制的目的是使系统实现调压、稳压、减压和安全操作，使执行元件顺序动作等。

控制液压系统压力或利用压力作为信号来控制其他元件动作的阀类称为压力控制阀。

压力控制阀包括溢流阀、减压阀、顺序阀、平衡阀和压力继电器等。

它们的共同特点是，利用油液压力和弹簧力平衡的原理进行。

[工作任务分析]：

液压系统压力控制的目的是使系统实现调压、稳压、减压和安全操作，使执行元件顺序动作等。

控制液压系统压力或利用压力作为信号来控制其他元件动作的阀类称为压力控制阀。

压力控制阀包括溢流阀、减压阀、顺序阀、平衡阀和压力继电器等。

它们的共同特点是，利用油液压力和弹簧力平衡的原理进行。

[工作任务实施]：

一、溢流阀

溢流阀在液压系统中的功用主要有两个方面：

一是起溢流和稳压作用，保持液压系统的压力恒定；二是起限压保护作用，防止液压系统过载。

溢流阀通常接在液压泵出口处的油路上。

根据结构和工作原理不同，溢流阀可分为直动型溢流阀和先导型溢流阀两类。

直动型溢流阀用于低压系统，先导型溢流阀用于中、高压系统。

1、直动型溢流阀的结构和工作原理

直动型溢流阀的结构如图6-11所示。

该阀是锥阀座型直动式溢流阀，并采用插入式结构，其中锥阀的下部是减振活塞。

当进油口P从系统进入的油液压力不高时，锥阀芯6被弹簧3紧压在阀座1上，阀口关闭。

（a）直动型溢流阀的结构图（b）直动型溢流阀的职能符号

图6-11直动型溢流阀的结构

1－阀座；2－调节杆；3－调压弹簧；4－套管；5－阀体；6－锥阀芯

这种溢流阀因压力油直接作用于阀芯，故称为直动式溢流阀。

直动式溢流阀一般只能用于低压小流量工况，因控制较高压力或较大流量时，需要刚度较大的硬弹簧，不但手动调节困难，而且阀口开度（弹簧压缩量）略有变化，便引起较大的压力波动。

系统压力较高时就需要采用先导式溢流阀。

2）先导型溢流阀的结构和工作原理

先导型溢流阀的结构如图6-12所示，由先导阀和主阀且两部分组成。

在此先导式溢流阀中，先导阀就是一个小规格的直动式溢流阀，而主阀阀芯4是一个具有锥形端部、上面开有阻尼小孔的圆柱筒。

根据液流连续性原理可知，流经阻尼孔的流量即为流出先导阀的流量。

这一部分流量通常称泄油量。

因为阻尼孔直径很小，泄油量只占全溢流量（额定流量）中的极小一部分，绝大部分油液均经主阀口溢回油箱。

先导型溢流阀设有远程控制口K，可以实现远程调压（与远程调压接通）或卸荷（与油箱接通），不用时封闭。

先导型溢流阀压力稳定、波动小，主要用于中压液压系统中。

图6-13先导溢流阀的机构原理图及职能符号

1－阀体；2－主阀套；3－主阀弹簧；4－主阀芯；5－导阀阀体；6－调节螺钉；7－调节手轮；8－调压弹簧；9－导阀阀芯；10－导阀阀座；11－柱塞；12－导套；13－消振垫

3）溢流阀的性能

溢流阀的性能包括溢流阀的静态性能和动态性能，在此作简单介绍。

（1）静态性能

溢流阀的静态性能是指阀在系统压力没有突变的稳态情况下，所控制流体的压力、流量的变化情况，主要包括压力-流量特性和启闭特性。

压力－流量特性又称溢流特性。

它表征溢流量变化时溢流阀进口压力的变化情况，即稳压性能。

图6-14为溢流阀的静态特性曲线。

其中

为直动式溢流阀的开启压力，当阀入口压力小于

时，溢流阀处于关闭状态，通过阀的流量为零；当阀入口压力大于

时，溢流阀开始溢流。

由溢流阀的特性分布可知：

当阀溢流量发生变化时，阀进口压力波动越小，阀的性能越好。

由图6-13溢流阀的静态特性曲线可见，先导式溢流阀性能优于直动式溢流阀。

二、减压阀

在液压系统中，常由一个液压泵向几个执行元件供油。

当某一执行元件需要比泵的供油压力低的稳定压力时，可往该执行元件所在的油路上串联一个减压阀来实现。

减压阀是用来降低液压系统中某一分支油路的压力，使之低于液压泵的供油压力，以满足执行机构（如夹紧、定位油路，制动、离合油路，系统控制油路等）的需要，并保持基本恒定。

1）直动式减压阀

图6-17所示为一种直动式减压阀的结构简图。

当阀芯处在原始位置上时，它的阀口是打开的，阀的进、出油口相通。

这个阀的阀芯是由出口处的压力p2控制，当出口压力达到调定压力时，阀芯上移，阀口关小，使整个阀处于工作状态。

如忽略其他阻力，仅考虑阀芯上的液压力和弹簧力相平衡，则可认为减压阀出口压力基本上维持在某一调定值上。

图6-17直动式减压阀工作原理

2）先导型减压阀的结构和工作原理

图6-18先导型减压阀的机构图图6-19先导型减压阀的工作原理图

1-调节螺钉；2-调压弹簧；3-锥阀;4-主阀弹簧；5-主阀芯

先导型减压阀的结构如图6-18所示，其结构与先导型溢流阀的结构相似，也是由先导阀和主阀两部分组成，两阀的主要零件可互通用。

其主要区别是：

减压阀的进、出油口位置与溢流阀相反；减压阀的先导阀控制出口液压力，而溢流阀的先导阀控制进口油液压力。

由于减压阀的进、出口油液均有压力，所以先导阀的泄油不能像溢流阀一样流入回油口，而必须设有单独的泄油口。

减压阀主阀芯结构上中间多一个凸肩（即三节杆），在正常情况下，减压阀阀口常开，而溢流阀阀口则常闭。

先导型减压阀的工作原理如图6-19所示，液压系统主油路的高压油液从进油口

进入减压阀，经节流缝隙h减压后，低压油液从出油口

输出，经分支油路送往执行机构。

同时低压油液

经通道a进入主阀芯5下端油腔、又经节流小孔b进入主阀芯上端油腔，且经通道C进入先导阀锥阀3右端油腔，作用于先导阀芯之上。

当出口压力低于调定压力时，先导阀芯关闭，主阀芯上、下右腔的油压均等于出口压力。

因此主阀芯在主阀弹簧的作用下处在最下端位置，使主阀缝隙全开，阻尼减压作用最弱。

当出口压力上升至调定压力时，先导阀开启溢流，因阻尼孔的阻尼作用，产生压力降。

主阀芯在其上下腔压差的作用下，克服主阀弹簧的作用力而向上移动，使主阀缝隙h减小，起到了阻尼减压作用，使出口压力

低于进口压力

，起到减压作用。

拧动调压手柄，可以调节出口油压的大小。

三、顺序阀

顺序阀是用来控制液压系统中各执行元件动作的先后顺序。

依控制压力的不同，顺序阀又可分为内控式和外控式两种。

前者用阀的进口压力控制阀芯的启闭，后者用外来的控制压力油控制阀芯的启闭（即液控顺序阀）。

顺序阀也有直动式和先导式两种，前者一般用于低压系统，后者用于中高压系统。

顺序阀在液压系统中犹如自动开关，用来控制多个液压执行元件的顺序动作。

它以进口压力油（内控式）或外来压力油（外控式）的压力为信号，当信号压力达到调定值时，阀口开启，使所在油路自动接通。

顺序阀的结构和溢流阀类同，也有直动式和先导式之分。

它和溢流阀的主要区别在于：

溢流阀的泄漏油和先导阀的溢流油与出口（溢流口）相通，而顺序阀的泄漏油和先导阀的溢流油要单独接油箱；溢流阀的出口通回油箱，而顺序阀出口通二次压力油路（卸荷阀除外）。

1）直动式顺序阀

图6-20（a）所示为直动式内控顺序阀的结构简图。

由于顺序阀的出口处不接油箱，而是通向二次油路，因此它的泄油口L必须单独接回油箱。

为了减小调压弹簧的刚度，顺序阀底部设置了控制柱塞。

外控口K用螺塞堵住，外泄油口L通油箱。

图6-20直动式顺序阀

压力油自进油口P1通入，经阀体上的孔道和下盖上的孔流到控制活塞的底部，当其推力能克服阀芯上的调压弹簧阻力时，阀芯上升，使进、出油口P1和P2连通，压力油便从阀口流过。

调节弹簧的预压缩量可以调节顺序阀的开启压力。

经阀芯与阀体间的缝隙进入弹簧腔的泄漏油从外泄口L泄回油箱。

这样油口连通情况的顺序阀，称内控外泄顺序阀，其图形符号见图6-20（b）。

内控式顺序阀在进油路压力达到阀的设定压力之前，阀口一直是关闭的，达到阀的设定压力之后，使压力油进入二次油路，驱动其他液压执行元件。

将图6-20（a）中的下盖旋转90°或180°安装，切断进油流往控制活塞下腔的通路，并去除外控口K的螺塞，接入引自其他处的压力油（称控制油），便成为外控或称液控外泄顺序阀，符号见图6-20（c）。

这时外控式顺序阀阀口的开启与一次油路进口压力没有关系，只决定于控制压力的大小。

若在结构可能的情况下将上端盖旋转180°安装，还可使弹簧腔与出油口P2相连（在阀体上开有沟通孔道），并将外泄口L堵塞，便成为外控内泄顺序阀，符号见图6-20（d）。

外控内泄顺序阀只用于出口接油箱的场合，常用以使液压泵卸荷，故又称为卸荷阀。

直动式顺序阀设置控制活塞的目的是缩小进口压力油的作用面积，以便采用较软的弹簧来提高阀的p－q性能。

顺序阀的主要性能与溢流阀相似。

另外，顺序阀为使液压执行元件准确地实现顺序动作，要求阀的调压偏差小，因此调压弹簧的刚度要小，阀在关闭状态下的内泄漏量也要小。

直动式顺序阀的工作压力和通过阀的流量都有一定的限制，最高控制压力也不太高。

对性能要求较高的高压大流量系统，需采用先导式顺序阀。

直动式外控顺序阀的工作原理图和图形符号如图6-20所示，和上述顺序阀的差别仅仅在于其下部有一控制油口K，阀芯的启闭是利用通入控制油口K的外部控制油来控制。

2）先导式顺序阀

图6-21先导式顺序阀的结构原理图

1-先导阀座；2-先导阀芯；3-调压弹簧；4-调压手轮5-主阀体；6-主阀芯；7-主阀弹簧

先导式顺序阀工作原理如图6-20所示，当先导式顺序阀的入口通入压力油时，油液经过主阀芯的径向孔，右侧通阀芯右腔，左侧经阻尼孔R通主阀弹簧腔，并作用在先导调压阀的调压阀芯上。

当顺序阀的进油压力低于调定压力时，调压先导锥阀关闭，主阀芯左、右所受的液压力平衡，靠主阀弹簧作用，顺序阀口闭合；达到锥阀开启压力时，压力油顶开先导锥阀，其泄漏油经L单独接回油箱；当进油压力达到顺序阀预先调定压力时，顺序阀口开启，油液从顺序阀出油口P2输出，使下一级液压元件（液压缸等）动作。

先导式顺序阀也可以通过远程控制口进行远程控制。

四、压力继电器

压力继电器是一种将油液的压力信号转换成电信号的电液控制元件，当油液压力达到压力继电器的调定压力时，即发出电信号，以控制电磁铁、电磁离合器、继电器等元件动作，使油路卸压、换向、执行元件实现顺序动作，或关闭电动机，使系统停止工作，起安全保护作用等。

图6-22柱塞式压力继电器

（a）结构原理（b）一般职能符号

1-柱塞2-顶杆3-调节螺钉4-微动开关

图6-22（a）所示为柱塞式压力继电器的结构原理。

压力油从油口P通入，作用在柱塞l的底部，若其压力达到弹簧的调定值时，便克服弹簧阻力和柱塞表面摩擦力推动柱塞上升，通过顶杆2触动微动开关4发出电信号。

图6-21（b）所示为压力继电器的一般符号。

五、压力控制回路

1．调压回路

（1）单级调压回路。

如图6-23所示为单级调压回路，其是利用溢流阀调定系统的最大工作压力，系统采用定量泵供油。

溢流阀的调定压力应大于系统的最大工作压力和各种压力损失的总和。

当系统中因负载或因其它原因造成压力超过溢流阀的调定压力时，泵输出的油液便经溢流阀流回油箱。

溢流阀通常没置在泵出口附近的旁通油路上对整个系统起到安全保护作用。

图6-23单级调压回路图6-24二级调压回路

图6-25多级调压回路

（2）二级调压回路

图6-24所示为二级调压回路，可实现两种不同的系统压力控制。

由先导型溢流阀1和直动式溢流阀3各调一级。

当二位二通电磁换向阀2处于图示位置，系统压力由溢流阀1调定；当阀2通电后处于右位时，系统压力由阀3调定。

在这个回路中，阀3的调定压力应小于阀1的调定压力，否则不能实现二级调压；当系统压力由阀3调定时，先导型溢流阀1的先导阀口关闭，但主阀开启，液压泵的溢流流量经主阀回油箱。

由于阀3可以实现远程调压，这个回路又称为远程调压回路。

（3）多级调压回路

图6-25所示由溢流阀1、2、3分别控制系统压力，从而组成三级压力调压回路。

当两电磁铁均不带电时，系统压力由阀1调定；当1YA得电时，由阀2调定系统压力；当2YA得电时，系统压力由阀3调定。

在这种回路中，阀2和阀3的调定压力要小于阀1的调定压力，而阀2和阀3的调定压力之间没有什么一定的关系。

2．减压回路

当泵的输出压力是高压而局部回路或支路要求低压时，可以采用减压回路，如机床液压系统中的定位、夹紧、回路分度以及液压元件的控制油路等，它们往往要求比主油路较低的压力。

减压回路较为简单，一般是在所需低压的支路上串接减压阀。

采用减压回路虽能方便地获得某支路稳定的低压，但它的主要缺点是压力油经减压阀口时要产生压力损失。

图6-26减压回路图6-27增压回路

最常见的减压回路为通过定值减压阀与主油路相连，如图6-26所示。

液压泵输出的压力油液，以溢流阀调定的压力进入液压缸2，以减压阀减压后的压力进入液压缸1。

活塞返程时，油液可经单向阀直接回油箱。

为了使减压回路工作可靠，减压阀的最低调整压力不应小于0.5MPa，最高调整压力至少应比系统压力小0.5MPa。

当减压回路中的执行元件需要调速时，调速元件应放在减压阀的后面，以避免减压阀泄漏（指由减压阀泄油口流回油箱的油液）对执行元件的速度产生影响。

3．增压回路

增压回路是提高系统中某一支路的压力，从而实现油压放大的回路。

它能用较低压力的泵来获得较高的工作压力。

增压系统的局部油路或某个执行机构能获得比液压泵工作压力高若干倍（可达2～7倍）的高压油。

增压回路中实现增压的主要元件是增压缸（增压器）。

（1）单作用增压缸的增压回路

如图6-27（a）所示为利用增压缸的单作用增压回路，当系统在图示位置工作时，系统的供油压力

进入增压缸的大活塞腔，此时在小活塞腔即可得到所需的较高压力

；当二位四通电磁换向阀右位接入系统时，增压缸返回，辅助油箱中的油液经单向阀补入小活塞。

因而该回路只能间歇增压，所以称之为单作用增压回路。

（2）双作用增压缸的增压回路

如图6-27（b）所示的采用双作用增压缸的增压回路，能连续输出高压油，在图示位置，液压泵输出的压力油经换向阀5和单向阀1进入增压缸左端大、小活塞腔，回油通过右端大活塞腔通油箱，右端小活塞腔增压后的高压油经单向阀4输出，此时单向阀2、3被关闭。

当增压缸活塞移到右端时，换向阀得电换向，增压缸活塞向左移动。

同理，左端小活塞腔输出的高压油经单向阀3输出，这样，增压缸的活塞不断往复运动，两端便交替输出高压油，从而实现了连续增压。

4．卸荷回路

在液压系统工作中，有时执行元件短时间停止工作，不需要液压系统传递能量，或者执行元件在某段工作时间内保持一定的力，而运动速度极慢，甚至停止运动，在这种情况下，不需要液压泵输出油液，或只需要很小流量的液压油，于是液压泵输出的压力油全部或绝大部分从溢流阀流回油箱，造成能量的无谓消耗，引起油液发热，使油液加快变质，而且还影响液压系统的性能及泵的寿命。

为此，需要采用卸荷回路，即卸荷回路的功用是指在液压泵驱动电动机不频繁启闭的情况下，使液压泵在功率输出接近于零的情况下运转，以减少功率损耗，降低系统发热，延长泵和电动机的寿命。

常见的压力卸荷方式有以下几种：

（1）换向阀卸荷回路

M、H和K型中位机能的三位换向阀处于中位时，泵即卸荷，如图6-28所示为采用M和H型中位机能的电液换向阀的卸荷回路，这种回路切换时压力冲击小，但回路中必须设置单向阀，以使系统能保持0.3MPa左右的压力，供操纵控制油路之用。

图6-28采用三位换向阀的卸荷回路

图6-29采用二位二通换向阀的卸荷回路

（2）采用二位二通换向阀的卸荷回路。

图6-29所示当执行元件停止运动时，使二位二通换向阀电磁铁通电，其右位接入系统，这时液压泵输出的油液通过该阀流回油箱，使液压泵卸荷。

应用这种卸荷回路，二位二通换向阀的流量规格应能流过液压泵的最大流量。

（3）用先导型溢流阀的远程控制口卸荷

图6-30中，使先导型溢流阀的远程控制口直接与二位二通电磁阀相连，当二位二通阀通电时，液压泵处于卸荷状态。

5.保压回路

执行元件在工作循环的某一阶段内，需要保持一定压力时，采用保压回路。

保压回路根据不同回路形式，不同元件的组成分为：

用蓄能器保压和用液控单向阀保压等。

（1）蓄能器保压回路

图6-31中，在夹紧液压缸工作回路中，主换向阀左位工作时，液压缸向右移动进行夹紧工作，当压力升至先导式外控顺序阀调定值时，液压泵卸荷，液压缸由液压蓄能器保压。

（2）液控单向阀保压回路

如图6-32，当液压缸压紧工件需要保压时，电接点压力表发出信号，使换向阀右电磁铁断电，液压泵通过换向阀中位卸荷，液压缸上腔压力由液控单向阀保持。

图6-30溢流阀远控口卸荷

图6-31蓄能器保压回路图6-32液控单向阀保压回路

6.平衡回路

为防止垂直设置的液压缸及其工作部件因自重自行下落或在下行运动中因自重造成的失控失速，可设平衡回路。

平衡回路通常用平衡阀（单向顺序阀）或液控单向阀来实现平衡控制。

（1）平衡阀组成的平衡回路

图6-33中，由平衡阀组成的平衡回路中，在液压缸的下腔油路上加设一个平衡阀（单向顺序阀），使液压缸下腔形成一个与液压缸运动部分重量相平衡的压力，可防止其因自重下降，这样工作部件在静止时，顺序阀关闭而不会自行下滑；工作部件下行时，顺序阀开启使液压缸下腔产生的背压能平衡自重，不会产生超速现象。

图6-33平衡阀组成的平衡回路中图6-34液控单向阀组成的平衡回路

（2）液控单向阀组成的平衡回路

图6-34中，由液控单向阀组成的平衡回路中，当换向阀右位工作时，液压缸下腔进油，液压缸上升至终点；当换向阀处于中位时，液压泵部分卸荷，液压缸停止运动；当换向阀左位工作时，液压缸上腔进油，液压缸下腔的回油由节流阀限速，由液控单向阀锁紧，当液压缸上腔压力足以打开液控单向阀时，液压缸才能下行。

[工作任务小结]：

压力控制阀按照其功用分为溢流阀、减压阀、顺序阀、压力继电器，各种压力控制阀组成立不同的压力控制回路；采用先导溢流阀能够实现多级调压、远程调压和无级调压，同时还可以实现液压泵卸荷。

利用减压阀、顺序阀和压力继电器可以实现同一液压泵支持不同压力执行元件。

[拓展任务]：

压力控制阀的故障分析与排除

教学后记

学生通过大量的图片认识，提高学习液压与气动控制的积极性。