假定锥阀入口处的流速为v1、压力为Ps,锥阀出口处的流速为v、压力为大气压(P2=0),锥 阀口的开口量为x,半锥角为a,阀口处的过流面积为4= rnasin a,dm=(d1+d2)2。考虑 到锥阀开度不大,则可认为液流射流角0=a,一般倒角宽度s取得很小,故有md1≈d2。在稳 定流动时,不计液体的静压力PsA,利用动量定理可得出作用在锥阀上的轴向稳态液动力为 F,=-p 0=-c c nd 20 此力的方向使阀芯趋于关闭 (2)、内流式锥阀[见图(b)]上作用的稳态轴向液动力 设P2=0,按上述相同方法导出其稳态轴向推力为 Fs=p2 cose=Cq Crndmxps, sin 2a 此力的方向使阀芯进一步开启,是一个不稳定因素。故在先导型溢流阀的主阀芯上,常用在锥 阀下端加尾碟(防振尾)的办法来保证使作用其上的液动力指向阀口关闭的方向,以增加主阀芯工作 的稳定性 3、作用在滑阀上的液压卡紧力 如果阀芯与阀孔都是完全精确的圆柱形,而且径向间隙中不存在仼何杂质、径向间隙处处相等 就不会存在因泄漏而产生的径向不平衡力。但事实上,阀芯或阀孔的几何形状及相对位置均有误差 使液体在流过阀芯与阀孔间隙时产生了径向不平衡力,称之为侧向力。由于这个侧向力的存在,从 而引起阀芯移动时的轴向摩擦阻力,称之为卡紧力。如果阀芯的驱动力不足以克服这个阻力,就会 发生所谓的卡紧现象 PL 引下:在+可 B B p. 滑阀上的侧向力 (a)倒锥;(b)顺锥;(c)倾斜 阀芯上的侧向力如图所示。图中P1和P2分别为高、低压腔的压力。图(a)表示阀芯因加工误差 而带有倒锥(锥部大端在高压腔),同时阀芯与阀孔轴心线平行但不重合而向上有一个偏心距e。如 果阀芯不带锥度,在缝隙中压力呈三角形分布(图中点划线所示)。现因阀芯有倒锥,高压端的缝隙 小,压力下降较快,故压力分布呈凹形,如图(a)中实线所示;而阀芯下部间隙较大,缝隙两端的相 对差值较小,所以b比a凹得较小。这样,阀芯上就受到一个不平衡的侧向力,且指向偏心一侧, 直到二者接触为止。图(b)所示为阀芯带有顺锥(锥部大端在低压腔),这时阀芯如有偏心,也会产生 侧向力,但此力恰好是使阀芯恢复到中心位置,从而避免了液压卡紧。图(c)所示为阀芯(或阀体)因 弯曲等原因而倾斜时的情况,由图可见,该情况的侧向力较大。 根据流体力学对偏心渐扩环形间隙流动的分析,可计算出侧向力的大小。当阀芯完全偏向一边 时,阀芯出现卡紧现象,此时的侧向力最大。最大液压侧向力值为 Fms=0.27a(P1-P2) 则移动滑阀需要克服的液压卡紧力为
假定锥阀入口处的流速为 v1、压力为 PS，锥阀出口处的流速为 v2、压力为大气压(P2＝0)，锥 阀口的开口量为 x，半锥角为 α，阀口处的过流面积为 A0 =d m x sin ,d m = (d1 + d2 )/ 2 。考虑 到锥阀开度不大，则可认为液流射流角 θ＝α;一般倒角宽度 s 取得很小，故有 dm d1 d2 。在稳 定流动时，不计液体的静压力 PSA，利用动量定理可得出作用在锥阀上的轴向稳态液动力为 Fs = −qv2 cos = −CqCvd m x ps sin 2 此力的方向使阀芯趋于关闭。 (2)、内流式锥阀[见图 (b)]上作用的稳态轴向液动力 设 P2＝0，按上述相同方法导出其稳态轴向推力为 Fs = qv2 cos = CqCvd m x ps sin 2 此力的方向使阀芯进一步开启，是一个不稳定因素。故在先导型溢流阀的主阀芯上，常用在锥 阀下端加尾碟(防振尾)的办法来保证使作用其上的液动力指向阀口关闭的方向，以增加主阀芯工作 的稳定性。 3、作用在滑阀上的液压卡紧力 如果阀芯与阀孔都是完全精确的圆柱形，而且径向间隙中不存在任何杂质、径向间隙处处相等， 就不会存在因泄漏而产生的径向不平衡力。但事实上，阀芯或阀孔的几何形状及相对位置均有误差， 使液体在流过阀芯与阀孔间隙时产生了径向不平衡力，称之为侧向力。由于这个侧向力的存在，从 而引起阀芯移动时的轴向摩擦阻力，称之为卡紧力。如果阀芯的驱动力不足以克服这个阻力，就会 发生所谓的卡紧现象。 滑阀上的侧向力 (a)倒锥；(b)顺锥；(c)倾斜 阀芯上的侧向力如图所示。图中 P1 和 P2 分别为高、低压腔的压力。图(a)表示阀芯因加工误差 而带有倒锥(锥部大端在高压腔)，同时阀芯与阀孔轴心线平行但不重合而向上有一个偏心距 e。如 果阀芯不带锥度，在缝隙中压力呈三角形分布(图中点划线所示)。现因阀芯有倒锥，高压端的缝隙 小，压力下降较快，故压力分布呈凹形，如图(a)中实线所示；而阀芯下部间隙较大，缝隙两端的相 对差值较小，所以 b 比 a 凹得较小。这样，阀芯上就受到一个不平衡的侧向力，且指向偏心一侧， 直到二者接触为止。图(b)所示为阀芯带有顺锥(锥部大端在低压腔)，这时阀芯如有偏心，也会产生 侧向力，但此力恰好是使阀芯恢复到中心位置，从而避免了液压卡紧。图(c)所示为阀芯(或阀体)因 弯曲等原因而倾斜时的情况，由图可见，该情况的侧向力较大。 根据流体力学对偏心渐扩环形间隙流动的分析，可计算出侧向力的大小。当阀芯完全偏向一边 时，阀芯出现卡紧现象，此时的侧向力最大。最大液压侧向力值为 0.27 ( ) max p1 p2 F = ld − 则移动滑阀需要克服的液压卡紧力为
F≤0.27fu(p1-p2) 式中,f为摩擦系数,介质为液压油时,取f=0.04~0.08。 为了减小液压卡紧力,可采取以下措施 (1)、在倒锥时,尽可能地减小,即严格控制阀芯或阀孔的锥度,但这将给加工带来困难 (2)、在阀芯凸肩上开均压槽。均压槽可使同一圆周上各处的压力油互相沟通,并使阀芯在中心 定位。开了均压槽后,引入液压卡紧力修正系数为K,可将式F≤027(P-P2)修正 为F≤027KJ(P1-P2) 开一条均压槽时,K=04:开三条等距槽时,K=0.063:开七条槽时,K=0.027。槽 的深度和宽度至少为间隙的10倍,通常取宽度为0.3~0.5mm,深度为08~1mm。槽的边 缘应与孔垂直,并呈锐缘,以防脏物挤入间隙。槽的位置尽可能靠近高压腔:如果没有 明显的高压腔,则可均匀地开在阀芯表面上。开均压槽虽会减小封油长度,但因减小了偏 心环形缝隙的泄漏,所以开均压槽反而使泄漏量减少 (3)、采用顺锥 (4)、在阀芯的轴向加适当频率和振幅的颤振 (5)、精密过滤油液。 4、滑阀的液压卡紧现象 换向阀在停止使用一段时问后(一般约五分钟以后)重新起动时,为使阀芯移动,理论上只需 要很小的力来克服粘性摩擦阻力就可以了。但实际上,特别在中、高压系统中却十分费力,需要克 服很大的阻力才能使阀芯移动,把这种现象称为滑阀的液压卡紧现象 液压卡紧现象是由于阀芯和阀体的几何形状误差和中心线的不重合而造成的。因为在这种情况 下,进入阀芯与阀体配合间隙中的压力油将对阀芯产生不平衡的径向力,该力在一定条件下使阀芯 贴在孔壁上,产生相当大的摩擦力(扣紧力),使得操纵滑阀运动发生困难,严重时甚至被卡住 为减小径向不平衡液压力,一般在阀芯在台肩上开有宽0.3~0.5mm、深05~lmm、间距1~5mm的 环形均压槽。这样可以显著地减小液压卡紧力 滑阀的液压卡紧现象是个共性问题,不仅换向阀有,其它液压阀(如溢流阀、减压阀等)上也存 在。为减小液压卡紧力.必须对滑阀的几何精度从配合间隙予以严格探控制,可参考有关液压设 手册 5-4方向控制阅( directional control valve) 方向控制阀有单向阀、换向阀等。 、单向阀( one-way valve) 单向阀有普通单向阀和液控单向阀两种 1、普通单向阀( check valve) 单向阀又称止回阀,它使液体只能沿一个方向通过,反向流通时则不通。单向阀可用于液压 泵的出口。防止系统油液倒流:用于隔开油路之间的联系,防止油路相互干扰:也可用作旁通阀 与其它类型的液压阀相并联,从而构成组合阀。对单向阀的主要性能要求是:油液向一个方向通过 时压力损失要小;反向不通时密封性要好:动作灵敏,工作时无撞击和噪声 (1)、单向阀的工作原理图和图形符号 图为单向阀的工作原理图和图形符号。当液流由A腔流入时,克服弹簧力将阀芯顶开,于是液 流由A流向B;当液流反向流入时,阀芯在液压力和弹簧力的作用下关闭阀口,使液流截止,液流 无法流向A腔。单向阀实质上是利用流向所形成的压力差使阀芯开肩或关
0.27 ( ) p1 p2 Ft fld − 式中，f 为摩擦系数，介质为液压油时，取 f=0.04～0.08。 为了减小液压卡紧力，可采取以下措施： (1) 、在倒锥时，尽可能地减小，即严格控制阀芯或阀孔的锥度，但这将给加工带来困难。 (2)、在阀芯凸肩上开均压槽。均压槽可使同一圆周上各处的压力油互相沟通，并使阀芯在中心 定位。开了均压槽后，引入液压卡紧力修正系数为 K，可将式 0.27 ( ) p1 p2 Ft fld − 修正 为 0.27 ( ) Ft Kfld p1 − p2 开一条均压槽时，K＝0.4；开三条等距槽时，K＝0.063；开七条槽时，K＝0.027。槽 的深度和宽度至少为间隙的 10 倍，通常取宽度为 0.3～0.5mm，深度为 0.8～1mm。槽的边 缘应与孔垂直，并呈锐缘，以防脏物挤入间隙。槽的位置尽可能靠近高压腔； 如果没有 明显的高压腔，则可均匀地开在阀芯表面上。开均压槽虽会减小封油长度，但因减小了偏 心环形缝隙的泄漏，所以开均压槽反而使泄漏量减少。 (3)、采用顺锥。 (4)、在阀芯的轴向加适当频率和振幅的颤振。 (5)、精密过滤油液。 4、滑阀的液压卡紧现象 换向阀在停止使用一段时问后(一般约五分钟以后)重新起动时，为使阀芯移动，理论 上只需 要很小的力来克服粘性摩擦阻力就可以了。但实际上，特别在中、高压系统中却十分费力，需要克 服很大的阻力才能使阀芯移动，把这种现象称为滑阀的液压卡紧现象。 液压卡紧现象是由于阀芯和阀体的几何形状误差和中心线的不重合而造成的。因为在这种情况 下，进入阀芯与阀体配合间隙中的压力油将对阀芯产生不平衡的径向力，该力在一定条件下使阀芯 紧贴在孔壁上，产生相当大的摩擦力(扣紧力)，使得操纵滑阀运动发生困难，严重时甚至被卡住。 为减小径向不平衡液压力，一般在阀芯在台肩上开有宽 0.3~0.5mm、深 0.5~1mm、间距 1~5 mm 的 环形均压槽。这样可以显著地减小液压卡紧力。 滑阀的液压卡紧现象是个共性问题，不仅换向阀有，其它液压阀(如溢流阀、减压阀等)上也存 在。为减小液压卡紧力．必须对滑阀的几何精度从配合间隙予以严格探控制，可参考有关液压设计 手册。 5-4 方向控制阀(directional control valve) 方向控制阀有单向阀、换向阀等。 一、单向阀(one-way valve) 单向阀有普通单向阀和液控单向阀两种。 1、普通单向阀(check valve) 单向阀又称止回阀，它使液体只能沿一个方向通过，反向流通时则不通。 单向阀可用于液压 泵的出口。防止系统油液倒流；用于隔开油路之间的联系，防止油路相互干扰；也可用作旁通阀， 与其它类型的液压阀相并联，从而构成组合阀。对单向阀的主要性能要求是：油液向一个方向通过 时压力损失要小；反向不通时密封性要好；动作灵敏，工作时无撞击和噪声。 (1)、单向阀的工作原理图和图形符号 图为单向阀的工作原理图和图形符号。当液流由 A 腔流入时，克服弹簧力将阀芯顶开，于是液 流由 A 流向 B；当液流反向流入时，阀芯在液压力和弹簧力的作用下关闭阀口，使液流截止，液流 无法流向 A 腔。单向阀实质上是利用流向所形成的压力差使阀芯开启或关闭
单向阀的工作原理图和图形符号 (a)工作原理图:(b)详细符号:(c)简化符号 (2)、典型结构与主要用途 单向阀的结构如图所示。按进出口流道的布置形式,单向阀可分为直通式和直角式两种。直通 式单向阀进口和出口流道在同一轴线上:而直角式单向阀进出口流道则成直角布置。图(b)、(c) 为管式连接的直通式单向阀,它可直接装在管路上,比较简单,但液流阻力损失较大,而且维修装 拆及更换弹簧不便。图(a)为板式连接的直角式单向阀,在该阀中,液流顶开阀芯后,直接从阀 体内部的铸造通道流出,压力损失小,而且只要打开端部螺塞即可对内部进行维修,十分方便。 按阀芯的结构型式,单向阀又可分为钢球式和锥阀式两种。图(b)是阀芯为球阀的单向阀 其结构简单,但密封容易失效,工作时容易产生振动和噪声,一般用于流量较小的场合。图(c)是阀 芯为锥阀的单向阀,这种单向阀的结构较复杂,但其导向性和密封性较好,工作比较平稳。 163B型式单向阀 单向阀开启压力一般为0035~0.05MPa,所以单向阀中的弹簧3很软。单向阀也可以用作背 压阀。将软弹簧更换成合适的硬弹簧,就成为背压阀。这种阀常安装在液压系统的回油路上,用以 产生0.2~0.6MPa的背压力。 单向阀的主要用途如下: 液交(1)、安装在液压泵或双向液压泵出口,防止系统压力突然升高而损坏液压泵。防止系统中的油 泵停机时倒流回油箱
单向阀的工作原理图和图形符号 （a）工作原理图；（b）详细符号；（c）简化符号 (2)、典型结构与主要用途 单向阀的结构如图所示。按进出口流道的布置形式，单向阀可分为直通式和直角式两种。直通 式单向阀进口和出口流道在同一轴线上；而直角式单向阀进出口流道则成直角布置。 图（b）、(c) 为管式连接的直通式单向阀，它可直接装在管路上，比较简单，但液流阻力损失较大，而且维修装 拆及更换弹簧不便。图（a）为板式连接的直角式单向阀，在该阀中，液流顶开阀芯后，直接从阀 体内部的铸造通道流出，压力损失小，而且只要打开端部螺塞即可对内部进行维修，十分方便。 按阀芯的结构型式，单向阀又可分为钢球式和锥阀式两种。图（b）是阀芯为球阀的单向阀， 其结构简单，但密封容易失效，工作时容易产生振动和噪声，一般用于流量较小的场合。图(c)是阀 芯为锥阀的单向阀，这种单向阀的结构较复杂，但其导向性和密封性较好，工作比较平稳。 单向阀开启压力一般为 0.035～0. 05MPa，所以单向阀中的弹簧 3 很软。单向阀也可以用作背 压阀。将软弹簧更换成合适的硬弹簧，就成为背压阀。这种阀常安装在液压系统的回油路上，用以 产生 0.2～0.6MPa 的背压力。 单向阀的主要用途如下： (1)、安装在液压泵或双向液压泵出口，防止系统压力突然升高而损坏液压泵。防止系统中的油 液在泵停机时倒流回油箱
2 单向阀用于双系系 单向阀用作背压阀 液梨12一单向;3流:4过滤器 (2)、安装在回油路中作为背压阀。 (3)、与其它阀组合成单向控制阀。 2、液控单向阀( pilot-controlled check valve) 普通单身阀是通过调节弹簧的松紧来控制,而液控单向阀则是通过液压来实现 液控单向阀是允许液流向一个方向流动,反向开启则必须通过液压控制来实现的单向阀。液控 单向阀可用作二通开关阀,也可用作保压阀,用两个液控单向阀还可以组成液压锁 (1)、液控单向阀的工作原理图和图形符号 图为液控单向阀的工作原理图和图形符号。当控制油口无压力油(P=0)通入时,它和普通单 向阀一样,压力油只能从由A腔流向B腔,不能反向倒流。若从控制油口K通入控制油Pk时,即 可推动控制活塞,将推阀芯顶开,从而实现液控单向阀的反向开启,此时液流可从B腔流向A腔。 (b)详细符号 控制活塞 (n)工作原理图 (c)简化符号 液控单向阀的工作原理和图形符号
(2)、安装在回油路中作为背压阀。 (3)、与其它阀组合成单向控制阀。 2、液控单向阀(pilot-controlled check valve) 普通单身阀是通过调节弹簧的松紧来控制，而液控单向阀则是通过液压来实现。 液控单向阀是允许液流向一个方向流动，反向开启则必须通过液压控制来实现的单向阀。液控 单向阀可用作二通开关阀，也可用作保压阀，用两个液控单向阀还可以组成液压锁。 (1)、液控单向阀的工作原理图和图形符号 图为液控单向阀的工作原理图和图形符号。当控制油口无压力油（Pk=0）通入时，它和普通单 向阀一样，压力油只能从由 A 腔流向 B 腔，不能反向倒流。若从控制油口 K 通入控制油 Pk时，即 可推动控制活塞，将推阀芯顶开，从而实现液控单向阀的反向开启，此时液流可从 B 腔流向 A 腔
IY25B型液控单向 · (2)、典型结构与主要用途 液控单向阀有带卸荷阀芯的卸载式液控单向阀(见图)和不带卸荷阀芯的简式液控单向阀(见上 图)两种结构形式。卸载式阀中,当控制活塞上移时先顶开卸载阀的小阀芯,使主油路卸压,然后再 顶开单向阀芯。这样可大大减小控制压力,使控制压力与工作压力之比降低到45%,因此可用于 压力较高的场合,同时可以避免简式阀中当控制活塞推开单向阀芯时,高压封闭回路内油液的压力 将突然释放,产生巨大冲击和响声的现象 反向进反 通外泄油口 控制油口 控制油口 带卸荷阀芯的液控单向阀 (a)带卸荷阀芯的内泄式液控单向阀;(c)带卸荷阀芯的外泄式液控单向阀 上述两种结构形式按其控制活塞处的泄油方式,又均有内泄式和外泄式之分。图(a)为内泄 式,其控制活塞的背压腔与进油口P1相通。外泄式[见上图和(b的活塞背压腔直接通油箱,这样 反向开启时就可减小P1腔压力对控制压力的影响,从而减小控制压力Pk。故一般在反向出油口压 力P1较低时采用内泄式,高压系统采用外泄式 液控单向阀具有良好的单向密封性能,在液压系统中应用很广,常用于执行元件需要较长时间 压、锁紧等情况下,也用于防止立式液压缸停止时自动下滑及速度换接等回路中。图所示,为采 用液控单向的锁紧回路
(2)、典型结构与主要用途 液控单向阀有带卸荷阀芯的卸载式液控单向阀(见图)和不带卸荷阀芯的简式液控单向阀(见上 图)两种结构形式。卸载式阀中，当控制活塞上移时先顶开卸载阀的小阀芯，使主油路卸压，然后再 顶开单向阀芯。这样可大大减小控制压力，使控制压力与工作压力之比降低到 4.5％，因此可用于 压力较高的场合，同时可以避免简式阀中当控制活塞推开单向阀芯时，高压封闭回路内油液的压力 将突然释放，产生巨大冲击和响声的现象。 带卸荷阀芯的液控单向阀 （a）带卸荷阀芯的内泄式液控单向阀；（c）带卸荷阀芯的外泄式液控单向阀 上述两种结构形式按其控制活塞处的泄油方式，又均有内泄式和外泄式之分。图（a）为内泄 式，其控制活塞的背压腔与进油口 P1 相通。外泄式[见上图和 (b)]的活塞背压腔直接通油箱，这样 反向开启时就可减小 P1 腔压力对控制压力的影响，从而减小控制压力 PK。故一般在反向出油口压 力 P1 较低时采用内泄式，高压系统采用外泄式。 液控单向阀具有良好的单向密封性能，在液压系统中应用很广，常用于执行元件需要较长时间 保压、锁紧等情况下，也用于防止立式液压缸停止时自动下滑及速度换接等回路中。图所示，为采 用液控单向的锁紧回路