1、課 時 授 課 計 劃授課日期班 別題 目第五章 液壓控制元件目的要求Ø 了解液壓傳動中各種控制元件的功用、工作原理Ø 了解液壓傳動中各種控制元件的結構形式和性能特點Ø 掌握主要控制元件的控制機制及其特性分析方法重點Ø 換向閥的位、通、滑閥機能的概念Ø 先導式溢流閥的結構、工作原理、特性Ø 減壓閥、溢流閥的區別Ø 各種控制閥符號的含義難點調速閥的結構、工作原理、特性教 具課本教 學 方 法課堂教學報書設計第五章 液壓控制元件第一節 液壓閥的分類及基本要求第二節 方向控制閥第三節 壓力控制閥第四節 流量控制閥教學過程：復習：

2、1、液壓馬達的工作原理及各種液壓馬達的結構 2、液壓缸的典型結構新 課：第五章 液壓控制元件第一節 液壓閥的分類及基本要求 閥:控制流體的流動方向、調節壓力、調節流量。一、閥的分類1、按機能分類（1)方向控制閥 用于控制液壓系統中液流的流動方向，以實現執行裝置的啟動、停止、進行壓力和速度的變換或完成其他特殊功能。 如單向閥、換向閥、梭閥、行程減速閥、充液閥等。（2）壓力控制閥 用于控制液壓系統中的壓力，以滿足執行裝置所需要的壓力、轉矩或程序控制。 如溢流閥、順序閥、卸荷閥、限壓切斷閥、壓力繼電器、截止閥、緩沖閥等。（3）流量控制閥 用于控制液壓系統中油液流量的大小，以實現執行裝置所需要的運動速

3、度。 如節流閥、分流閥、集流法閥、調速閥、液壓保險絲等。2、按操縱方式分 手動、腳踏、機動、氣動、電動和液動等方式。3、按連接方式分 管式連接、板式連接、疊加式連接、插裝式連接和法蘭連接等。4、按結構分 滑閥、座閥、射流管閥、噴嘴擋板閥等。二、液動力 閥口控制了液流，同時也產生著液動力。液動力對液壓閥的性能起著重大的影響。液動力：穩態液動力和瞬態液動力1、穩態液動力 穩態液動力是閥心移動完畢，開口固定之后，液流流過閥口時因動量變化而作用在閥心上的力。 穩態液動力對滑閥性能的影響是加大了操縱滑閥所需的力。 在高壓大流量情況下，這個力將會很大，使閥心的操縱成為突出的問題。這時必須采取措施補償或消除

4、這個力。 2、瞬態液動力 瞬態液動力是滑閥在移動過程中（即開口大小發生變化時）閥腔中液流因加速或減速而作用在閥心上的力 。 瞬態液動力只與閥心移動速度有關（即與閥口開度的變化率有關），與閥口開度本身無關。 3、卡緊力 一般滑閥的閥孔和閥心之間有很小的縫隙，當縫隙中有油液時，移動閥心所需的力只須克服粘性摩擦力，數值應該是相當小的。可是實際情況并非如此，特別在中、高壓系統中，當閥心停止運動一段時間后（一般約5min左右），這個阻力可以大到幾百牛，使閥心重新移動十分費力。這就是所謂滑閥的液壓卡緊現象。引起液壓卡緊的原因： 主要的原因來自滑閥副幾何形狀誤差和同心度變化所引起的徑向不平衡液壓力，即液壓卡

5、緊力。 圖4-4所示為滑閥上產生徑向不平衡力的一種情況。 為了減小液壓卡緊力，可以采取下述一些措施：1）提高閥的加工和裝配精度，避免出現偏心。閥心的圓度和圓柱度允差為0.0030.005mm，要求帶順錐，閥心的表面粗糙度Ra值不大于0.2m，閥孔Ra值不大于0.4m。2）在閥心臺肩上開出平衡徑向力的均壓槽。如圖4-6所示。槽的位置應盡可能靠近高壓端。槽的尺寸是：寬0.30.5mm，深0.50.8mm，槽距15mm。3）使閥心或閥套在軸向或圓周方向上產生高頻小振幅的振動或擺動。4）精細過濾油液。4、閥的泄漏u 錐閥不產生泄漏。 u 滑閥由于閥心和閥孔間有一定的間隙，在壓力作用下要產生泄漏。第二節

6、 方向控制閥一、單向閥 ( check valve) 單向閥包括普通的單向閥、液控單向閥和機控單向閥等幾種形式。 1、普通單向閥(單向閥) check valve 它只允許油液沿一個方向通過，而反向液流被截止，亦稱逆止閥、止回閥，要求其正向液流通過時壓力損失較小，反向截止時密封性能好。 按進出油液流向的不同分直通式和直角式兩種結構，都由閥芯、閥體和彈簧等組成。(小規格直通式閥有用鋼球作閥芯的，我們試驗室里看到的就是這種)，當液流從進油口A 流入時，油液壓力克服彈簧阻力和閥體1與閥芯2間的摩擦力，頂開帶有錐端的閥芯(或鋼球)，從出油口B 流出。當油液反向從B流入時，油液壓力使閥芯緊密地壓在閥座上

7、，故不能逆流。由于彈簧僅起復位作用，因而彈簧力很小。所以正向開啟壓力只需0.030.05MPa ; 反向截止時，因閥芯與閥座孔為線密封，且密封力隨壓力增高而增大，故密封性能良好。應用： （1）單向閥安置在液壓泵的出口，一方面防止由于系統壓力突然升高而損壞液壓泵或因系統壓力沖擊影響泵的正常工作；另一方向在泵不工作時防止系統的油液到流經泵回油箱。 （2）將單向閥換上較硬的彈簧，使開啟壓力達到0.20.6 MPa或(0.30.5) MPa，放置在回油路上，可作背壓閥用。 （3）單向閥可與減壓閥、節流閥、順序閥并聯組成復合閥。 2、液控單向閥 hydraulically operated check

8、valve 液控單向閥是一種通入控制壓力油后允許油液雙向流動的單向閥，它由單向閥和液控裝置兩部分組成。 當控制油口K不通壓力油時，作用與普通單向閥相同，油液只能從P1到P2正向通過，反向P2到P1不通；當控制油口K通入壓力控制油時，控制活塞 頂推，推動頂桿，將閥芯強行頂開，使油口A與B相通，這時油液就可兩方向流通。 組成：普通單向閥 + 小活塞缸特點：a.無控制油時，與普通單向閥一樣， b.通控制油時，正反向都可以流動。 液控單向閥根據控制活塞的背壓腔的泄油方式的不同，分為外泄式和內泄式，外泄式控制活塞的背壓腔直接回油箱，內泄式控制活塞的背壓腔與單向閥的P1口相通，一般在反向出油腔無背壓或背壓

9、較低時采用內泄式；反向出油腔背壓較高時采用外泄式，以降低控制壓力。 應用： 將兩個液控單向閥組成液壓鎖lock valve (又稱雙向液控單向閥)，常用在汽車起重機的液壓支腿油路。 如圖所示，支腿油缸工作時，支腿活塞桿上受有很大負載R，油缸上腔為高壓，若不采用液壓鎖，雖然換向閥3處于中位時，油缸上下腔通道關閉，但油缸上腔高壓油仍可經過換向閥的密封間隙泄漏，支腿縮回，造成事故。 為了避免這一不正常現象發生，采用液壓鎖，液控單向閥2的控制油液由油缸下腔引入，此時下腔為低壓，閥2在上腔高壓作用下緊緊關閉，保證無泄漏，支腿不會縮回。當需要收回支腿時，換向閥左位接入，液壓泵的油液由A口經單向閥1進入油缸

10、下腔，由這一油路引出的控制油使閥2強制開啟，油缸上腔得油反向流過閥2經B口流回油箱，支腿收回。當換向閥右位接入時，液壓泵的油經B口和閥2通向油缸上腔，并與閥1控制油道相通，使閥1強制打開，油缸下腔回油經閥1反向流回油箱，支腿放下。 液壓鎖：密封好、鎖緊精度高。二、換向閥 （ direction valve） 換向閥是利用閥芯在閥體孔內作相對運動，使油路接通或切斷而改變油液流動方向的閥。 換向閥的應用十分廣泛，種類也很多，可根據其結構，操縱控制方式和通路分類。見下表。按閥的安裝方式分類：螺紋式換向閥、板式換向閥、法蘭式換向閥 。1、換向閥的主要要求（1）油液流經閥時的壓力損失要求；（2）互不相通

11、的油口間的泄漏要小；（3）換向要平穩、迅速且可靠。 換向閥的“位”閥芯在閥體內可能有的工作位置數；換向閥的“通”閥上主油路進、出油口的數目。2、換向閥的工作原理3、換向閥的結構形式4、滑閥的中位機能(又稱滑閥機能) 中位機能：根據不同的使用要求，使三位換向閥處于中間位置時，其各油口間的各種不同連接方式稱“中位機能”或“滑閥機能” 。 對中位機能的選用應從執行元件的換向平穩性要求，換向位置精度要求，重新啟動時能否允許有沖擊、是否需要浮動或差動、是否需要卸荷和保壓等方面加以考慮。 在分析和選擇中位機能時，通常考慮以下因素：（1）系統保壓（2）系統卸荷（3）換向平穩性與精度（4）啟動平穩性（5）液壓

12、缸“浮動”和在任意位置上的停止 第三節 壓力控制閥 壓力控制閥：控制油液壓力高低或利用壓力變化實現某種動作的閥。常見的壓力控制閥按功用分為溢流閥、減壓閥、順序閥、壓力繼電器等。 共同特點：利用作用于閥芯上的液體壓力和彈簧力相平衡的原理進行工作一、溢流閥 功用：溢流閥使進口壓力恒定，溢流定壓。實現穩壓、調壓或限壓作用。 對溢流閥的主要要求：調壓范圍的大、調壓偏差小、壓力振擺小、動作靈敏、過流能力達、噪聲小。 分類：直動式溢流閥、先導式溢流閥1、直動式溢流閥工作原理：閥芯受液壓作用力和彈簧預壓力作用，當液壓力等于或大于彈簧力時，閥芯上移，閥口開啟，進口壓力油經閥口溢回油箱，最終閥芯受液壓作用力和彈

13、簧力平衡。工況：進口壓力等于閥的調定壓力時，閥口打開，實現溢流定壓。溢流閥使進口壓力等于調定壓力。 調節彈簧的預壓縮量即調節了閥的調定壓力大小。小結：溢流閥使進口壓力恒定，控制油來自閥的進油口；溢流閥出口接油箱,沒有單獨的(彈簧腔)泄油油路。2、先導式溢流閥 結構組成 ：由先導閥和主閥組成。有兩個阻尼孔2和8。 先導閥實際上是一個小流量直動型溢流閥，其閥心為錐閥。 主閥心上有一阻尼孔，油液流過時有壓力損失，主閥心彈簧很軟, 只在閥口關閉時起復位作用。工作情況： 先導閥和主閥閥芯分別處于受力平衡，其閥口都滿足壓力流量方程。閥的進口壓力主要由先導閥調壓彈簧的預壓縮量確定，主閥彈簧起復位作用。 通過

14、先導閥的流量很小，是主閥額定流量的1，因此其尺寸很小，即使是高壓閥，其彈簧剛度也不大。這樣一來閥的調節性能有很大改善。 主閥芯開啟是利用液流流經阻尼孔形成的壓力差。阻尼孔一般為細長孔，孔徑很小=0.81.2mm，孔長l = 812mm，因此工作時易堵塞，一旦堵塞則導致主閥口常開無法調壓。 先導閥前腔有遠程控制口K，用于卸荷和遙控。遠程控制口K情況: 先導閥上有一個遠程控制口K，用于卸荷和遙控。（1）K口堵死時，調定壓力由先導閥調定。（2）K口接油箱時，使閥入口壓力為零，實現卸荷。（3）K口接遠程調壓閥時，可實現遠程調壓。 遠程調壓閥的調定壓力小于先導溢流閥的調定壓力，則溢流閥進口壓力就由遠程調

15、壓閥來決定。遠程調壓閥：一個獨立的壓力先導閥，旁接在遠程控制口處，起遠程調壓作用，（相當于兩個壓力先導閥并聯）。哪個調定壓力低，哪個起作用。油液主要經主閥閥口回油箱。先導式溢流閥小結：（1）閥的進口壓力由先導閥調定，主閥彈簧只起復位作用；（2）通過先導閥的流量很小，大量油液由主閥溢流；（3）主閥心開啟是利用液流流經阻尼孔形成的壓力差，如果阻尼孔堵塞，則導致主閥口常開，實現卸荷作用，閥無法調壓。（4）遠程控制口接油箱時，主閥心彈簧腔的壓力接近于零，進口壓力很小就可以使主閥心移動，主閥口打開。這時進口油液在很低的壓力下通過閥口流回油箱，實現卸荷作用，系統壓力接近零。（5）遠程控制口接遠程調壓閥時，

16、實現遠程調壓。 (遠程調壓閥的調定壓力應該小于先導式溢流閥的調定壓力)3、溢流閥的性能 理論分析：以直動式溢流閥為例。 當溢流閥穩定工作時，作用在閥心上的力相互平衡。 如令p為進口處的壓力，A為閥心承壓面積，Fs為彈簧作用力，忽略重力、液動力、摩擦力，則閥心上的受力平衡方程為 令ks為彈簧剛度， xc為彈簧的預壓縮量， xR為閥口開度。 可見溢流閥進口處的壓力是由彈簧力決定的。 當溢流閥開始溢流時（即閥口將開未開時），xR=0，這時進口處的壓力稱為溢流閥的開啟壓力：溢流閥的開啟壓力 調定壓力：當溢流閥通過額定流量qn時，進口處的壓力pT 稱為溢流閥的調定壓力或全流壓力。調壓范圍：調定壓力的范圍

17、 全流壓力與開啟壓力之差稱為靜態調壓偏差。 開啟壓力與全流壓力之比稱為開啟比。 與直動式相比，先導式溢流閥的開啟比大，靜態調壓偏差小，調壓性能好。直動式溢流閥的“壓力一流量”特性方程 4、溢流閥的主要用途（1）作溢流閥：溢流閥有溢流時，可維持閥進口亦即系統壓力恒定。（2）作安全閥：系統超載時，溢流閥才打開，對系統起過載保護作用，而平時溢流閥是關閉的。（3）作背壓閥：溢流閥（一般為直動式的）裝在系統的回油路上，產生一定的回油阻力，以改善執行元件的運動平穩性。（4）用先導式溢流閥對系統實現遠程調壓或使系統卸荷。二、減壓閥 減壓閥：使出口壓力（二次壓力）低于進口壓力（一次壓力）的一種壓力控制閥。 工

18、作原理：利用進口壓力油流經縫隙時產生壓力損失的原理使出口油液的壓力低于進口壓力，并能自動調節縫隙大小，從而保持出口壓力恒定。 這種減壓閥稱為定值減壓閥。 作用：用來減低液壓系統中某一回路的油液壓力，從而用一個油源就能同時提供兩個或幾個不同壓力的輸出；也有用在回路中串接一減壓閥來保證回路壓力穩定。 對減壓閥的要求：出口壓力維持恒定，不受進口壓力、通過流量大小的影響。 分類：直動式減壓閥、先導式減壓閥、定比減壓閥。1、直動式減壓閥工作原理和結構 （1）原始狀態減壓閥的閥口全開。（2）減壓閥出口接油路，因此，彈簧腔的泄油口單獨接油箱。工作情況：減壓閥出口壓力與出口負載有關：（1）當出口負載壓力大于或

19、等于減壓閥的調定壓力時，減壓閥才起減壓作用且保持出口壓力恒定。 特別的：當出口負載壓力為無窮大時，減壓閥仍然工作，使出口壓力等于調定壓力。（2）當出口負載壓力小于調定壓力時，減壓閥不工作，閥口常開，開口最大，此時減壓閥不起減壓作用。 特別的：當出口接油箱時，減壓閥不工作。閥口開口最大。2、先導式減壓閥 先導式減壓閥由壓力先導閥和主閥組成。 出口壓力油引至主閥芯上腔和先導閥前腔，當出口壓力大于減壓閥的調定壓力時，先導閥開啟，主閥芯上移，減壓縫隙關小，減壓閥才起減壓作用且保證出口壓力為定值。符號：先導式減壓閥和先導式溢流閥有以下幾點不同之處：1）減壓閥保持出口處壓力基本不變，而溢流閥保持進口處壓力

20、基本不變。2）在不工作時，減壓閥進出口互通，而溢流閥進出口不通。3）減壓閥有單獨的泄油口；溢流閥彈簧腔的泄漏油經閥體內流道內泄至出口。減壓閥的 p2-q 特性曲線3、應用 減壓閥用在液壓系統中獲得壓力低于系統壓力的二次油路上，如夾緊回路、潤滑回路和控制回路。減壓定壓。三、順序閥1、順序閥（1）功用 順序閥用來控制多個執行元件的順序動作。 通過改變控制方式、泄油方式和二次油路的接法，順序閥還可用作背壓閥、平衡閥或卸荷閥用。分類：根據結構不同：直動式、先導式根據控制壓力來源：內控式、外控式根據泄油方式：內泄式、外泄式。（2）工作原理和結構 結構與溢流閥基本相似，但出口接油路，彈簧腔的泄油口需單獨接

21、油箱。 內控式順序閥： 進口壓力 調定壓力時，閥口打開，進出油口連通。 外控式順序閥： 控制油口壓力 調定壓力時，閥口打開，進出油口連通。 閥口的開啟與否和一次油路處來的進口壓力沒有關系，僅決定于控制壓力的大小。（3）性能 順序閥的主要性能和溢流閥相仿。此外，順序閥為使執行元件準確的實現順序動作，要求閥的調壓偏差小，在壓力流量特性中通過額定流量時的調定壓力應與啟閉壓力盡可能的接近，因而調壓彈簧剛度小一些好。此外，閥關閉時，在進口壓力作用下各密封部件的內泄漏應盡可能小，否則可能引起誤操作。（4）應用1）控制多個執行元件的順序動作。2）與單向閥組成平衡閥。保持垂直放置的液壓缸不因自重而下落。3）用

22、外控順序閥可在雙泵供油系統中，當系統所需流量較小時，使大流量泵卸荷。卸荷閥便是由先導式外控順序閥與單向閥組成的。4）用內控順序閥接在液壓缸回油路上，產生背壓，以使活塞的運動速度穩定。四、壓力繼電器 壓力繼電器是利用液體壓力信號來啟閉電氣觸點的液壓電氣轉換元件。 當油液壓力達到壓力繼電器的設定壓力時，壓力繼電器發出電信號。應用：如控制電磁鐵通斷電壓力繼電器的主要性能包括：（1）調壓范圍 指能發出電信號的最低工作壓力和最高工作壓力之間的范圍。（2）靈敏度和通斷調節區間 壓力升高，繼電器接通電信號的壓力（稱啟動壓力）和繼電器復位切斷信號的壓力（稱閉合壓力）之差為壓力繼電器的靈敏度。為避免壓力波動時繼

23、電器時通時斷，要求開啟壓力和閉合壓力間有一可調節的一定的差值，稱為通斷調節區間。（3）重復精度 在一定的設定壓力下，多次升壓（或降壓）過程中，開啟壓力和閉合壓力本身的差值稱為重復精度。（4）升壓或降壓動作時間 壓力由卸荷壓力升到設定壓力，微動開關觸點閉合發出電信號的時間，稱為升壓動作時間，反之稱為降壓動作時間。第四節 流量控制閥 流量控制閥是通過改變可變節流口面積大小，從而控制通過閥的流量，達到調節執行元件（缸或馬達）運動速度的閥類。 常用的液壓流量控制閥有節流閥、調速閥、旁通式調速閥（溢流節流閥）、分流集流閥和限速切斷閥等。一、對流量控制閥的要求及控制原理1、液壓系統中使用的流量控制閥應滿足

24、如下要求 有足夠的調節范圍；能保證穩定的最小流量；溫度和壓力變化對流量的影響小；調節方便；泄漏小等。2、控制原理 式中: K常數； A(x)可變節流孔的通流面積； x開口量； m指數，0.5m1。 由上式可知，在一定壓差p下，改變閥心開口x可改變閥口的通流面積A(x)，從而可改變通過閥的流量。這就是流量控制的基本原理。 由上式還可以看出，通過閥口的流量，和閥口前后壓差、油溫及閥口形狀等因素密切相關。（1）壓差p對流量穩定性的影響 在使用中，當閥口前后壓差變化時，使流量不穩定。上式中的m越大，p的變化對流量的影響越大，因此閥口制成薄壁孔（m=0.5）比制成細長孔（m=1）的好。（2）溫度對流量穩

25、定性的影響 油溫的變化引起油液粘度的變化，從而對流量發生影響。這在細長孔式閥口上是十分明顯的。而對銳邊或薄壁型閥口來說，當雷諾數Re大于臨界值時，流量系數不受油溫影響；但當壓差小，通流面積小時，流量系數與Re有關，流量要受到油溫變化的影響。因而閥口應采用銳邊或薄壁型的為好。（3）最小穩定流量和流量調節范圍 當閥口壓差p一定，在閥口面積調小到一定值時，流量將出現時斷時續現象；進一步調小，則可能斷流。這種現象稱為節流閥的阻塞現象。每個節流閥都有一個能正常工作的最小穩定流量，其值一般約在0.05L/min左右。 節流閥口發生阻塞的主要原因是由于油液中的雜質、油液高溫氧化后析出的膠質等附在節流閥口表面上所致。當閥口開度很小，這些附著層達到一定厚度時，就會使油液時斷時續，甚至斷流。 為減小阻塞現象，可采用水力直徑大的節流口；另外，選擇化學穩定性和抗氧化穩定性好的油液，精細過濾，定期換油等都有助于防止阻塞，降低最小穩定流量。 流量調節范圍指通過閥的最大流量和最小流量之比，一般在50以上。高壓流量閥則在10左右。二、節流