第5章液压控制阀 液压控制阀(简称液压阀)是液压系统中的控制元件,用来控制液压系统中流体的压力 流量及流动方向,以满足液压缸、液压马达等执行元件不同的动作要求,它是直接影响液 压系统工作过程和工作特性的重要元器件。 5.1液压阀概述 511液压阀的基本结构及工作原理 液压阀的基本结构主要包括阀芯、阀体和驱动阀芯在阀体内做相对运动的操纵装置。 阀芯的主要形式有滑阀、锥阀和球阀;阀体上除有与阀芯配合的阀体孔或阀座孔外,还有 外接油管的进、出油口和泄油口;驱动阀芯在阀体内做相对运动的装置可以是手调机构, 也可以是弹簧或电磁铁,有些场合还采用液压力驱动。 在工作原理上,液压阀是利用阀芯在阀体内的相对运动来控制阀口的通断及开口的大 小,以实现压力、流量和方向控制。液压阀工作时,所有阀的阀口大小、阀进、出油口间 的压差以及通过阀的流量之间的关系都符合孔口流量公式(q=KA·△p),只是各种阀控制 的参数各不相同而已 51.2液压阀的分类 液压阀的分类方法很多,以至于同一种阀在不同的场合,因其着眼点不同而有不同的 名称。下面介绍几种不同的分类方法 (1)根据在液压系统中的功用可分为:方向控制阀、压力控制阀和流量控制阀 关A、(2)根据液压阀的控制方式分为:定值或开关控制阀、电液比例阀、伺服控制阀和数 控制阀 (3)根据阀芯的结构形式分为:滑阀(或转阀)类、锥阀类、球阀类。此外,还有喷嘴挡 板阀类和射流管阀,这两类阀将在本书第10章中介绍 (4)根据连接和安装形式不同分为:管式阀、板式阀、叠加式阀和插装式阀。 51.3液压阀的性能参数 各种不同的液压阀有不同的性能参数,其共同的性能参数如下 1.公称通径 公称通径代表阀的通流能力的大小,对应于阀的额定流量。与阀进、出油口相连接的 油管规格应与阀的通径相一致。阀工作时的实际流量应小于或等于其额定流量,最大不得 大于额定流量的1.1倍
第 5 章 液压控制阀 液压控制阀(简称液压阀)是液压系统中的控制元件，用来控制液压系统中流体的压力、 流量及流动方向，以满足液压缸、液压马达等执行元件不同的动作要求，它是直接影响液 压系统工作过程和工作特性的重要元器件。 5.1 液压阀概述 5.1.1 液压阀的基本结构及工作原理 液压阀的基本结构主要包括阀芯、阀体和驱动阀芯在阀体内做相对运动的操纵装置。 阀芯的主要形式有滑阀、锥阀和球阀；阀体上除有与阀芯配合的阀体孔或阀座孔外，还有 外接油管的进、出油口和泄油口；驱动阀芯在阀体内做相对运动的装置可以是手调机构， 也可以是弹簧或电磁铁，有些场合还采用液压力驱动。 在工作原理上，液压阀是利用阀芯在阀体内的相对运动来控制阀口的通断及开口的大 小，以实现压力、流量和方向控制。液压阀工作时，所有阀的阀口大小、阀进、出油口间 的压差以及通过阀的流量之间的关系都符合孔口流量公式(q＝KA·Δpm)，只是各种阀控制 的参数各不相同而已。 5.1.2 液压阀的分类 液压阀的分类方法很多，以至于同一种阀在不同的场合，因其着眼点不同而有不同的 名称。下面介绍几种不同的分类方法。 (1) 根据在液压系统中的功用可分为：方向控制阀、压力控制阀和流量控制阀。 (2) 根据液压阀的控制方式分为：定值或开关控制阀、电液比例阀、伺服控制阀和数 字控制阀。 (3) 根据阀芯的结构形式分为：滑阀(或转阀)类、锥阀类、球阀类。此外，还有喷嘴挡 板阀类和射流管阀，这两类阀将在本书第 10 章中介绍。 (4) 根据连接和安装形式不同分为：管式阀、板式阀、叠加式阀和插装式阀。 5.1.3 液压阀的性能参数 各种不同的液压阀有不同的性能参数，其共同的性能参数如下： 1. 公称通径 公称通径代表阀的通流能力的大小，对应于阀的额定流量。与阀进、出油口相连接的 油管规格应与阀的通径相一致。阀工作时的实际流量应小于或等于其额定流量，最大不得 大于额定流量的 1.1 倍
液压传动 2.额定压力 额定压力是液压阀长期工作所允许的最高工作压力。对于压力控制阀,实际最高工作 压力有时还与阀的调压范围有关;对于换向阀,实际最高工作压力还可能受其功率极限的 限制。 514对液压阀的基本要求 液压系统对液压阀的基本要求如下 (1)动作灵敏、使用可靠,工作时冲击和振动小、噪声小、使用寿命长 (2)流体通过液压阀时,压力损失小:阀口关闭时,密封性能好,内泄漏小,无外 泄漏。 (3)所控制的参量(压力或流量)稳定,受外部干扰时变化量小 (4)结构紧凑,安装、调整、使用、维护方便,通用性好。 52方向控制阀 方向控制阀是用来使液压系统中的油路通断或改变油液的流动方向,从而控制液压执 行元件的启动或停止,改变其运动方向的阀类。如单向阀、换向阀、压力表开关等。 521单向阀 单向阀有普通单向阀和液控单向阀两类 1.普通单向阀(简称单向阀) 单向阀又称止回阀,它只允许液流沿一个方向通过,而反向液流被截止。对单向阀的 主要性能要求是:正向液流通过时压力损失要小;反向截止时密封性要好;动作灵敏,工 作时撞击和噪声小 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5.1(a)、(b)所 示为管式连接的钢球式直通单向阀和锥阀式直通单向阀。液流从P流入,克服弹簧力而将 阀芯顶开,再从P2流出。当液流反向流入时,由于阀芯被压紧在阀座密封面上,所以液 流被截止。 钢球式单向阀的结构简单,但密封性不如锥阀式,并且由于钢球没有导向部分,工作 时容易产生振动,一般用在流量较小的场合。锥阀式应用最多,虽然结构比钢球式复杂 些,但其导向性好,密封可靠 图52为板式连接的直角式单向阀。在该阀中,液流从P1口流入,顶开阀芯后,直接 经阀体的铸造流道从P2口流出,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
·108· 液压传动 ·108· 2. 额定压力 额定压力是液压阀长期工作所允许的最高工作压力。对于压力控制阀，实际最高工作 压力有时还与阀的调压范围有关；对于换向阀，实际最高工作压力还可能受其功率极限的 限制。 5.1.4 对液压阀的基本要求 液压系统对液压阀的基本要求如下： (1) 动作灵敏、使用可靠，工作时冲击和振动小、噪声小、使用寿命长。 (2) 流体通过液压阀时，压力损失小；阀口关闭时，密封性能好，内泄漏小，无外 泄漏。 (3) 所控制的参量(压力或流量)稳定，受外部干扰时变化量小。 (4) 结构紧凑，安装、调整、使用、维护方便，通用性好。 5.2 方向控制阀 方向控制阀是用来使液压系统中的油路通断或改变油液的流动方向，从而控制液压执 行元件的启动或停止，改变其运动方向的阀类。如单向阀、换向阀、压力表开关等。 5.2.1 单向阀 单向阀有普通单向阀和液控单向阀两类。 1. 普通单向阀(简称单向阀) 单向阀又称止回阀，它只允许液流沿一个方向通过，而反向液流被截止。对单向阀的 主要性能要求是：正向液流通过时压力损失要小；反向截止时密封性要好；动作灵敏，工 作时撞击和噪声小。 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 5.1(a)、(b)所 示为管式连接的钢球式直通单向阀和锥阀式直通单向阀。液流从 Pl流入，克服弹簧力而将 阀芯顶开，再从 P2 流出。当液流反向流入时，由于阀芯被压紧在阀座密封面上，所以液 流被截止。 钢球式单向阀的结构简单，但密封性不如锥阀式，并且由于钢球没有导向部分，工作 时容易产生振动，一般用在流量较小的场合。锥阀式应用最多，虽然结构比钢球式复杂一 些，但其导向性好，密封可靠。 图 5.2 为板式连接的直角式单向阀。在该阀中，液流从 P1口流入，顶开阀芯后，直接 经阀体的铸造流道从 P2 口流出，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
第5章液压控制阀 进油口 出油口 (a)钢球式直通单向阀 b)锥阀式直通单向阀 (c)详细符号 (d)简化符号 图5.1直通式单向阀 单向阀中的弹簧,主要用来克服摩擦力、阀芯的重力和惯 性力,使阀芯在反向流动时能迅速关闭,所以单向阀中的弹簧 较软。单向阀的开启压力一般为0.03MPa~005MPa,并可根 据需要更换弹簧。如将单向阀中的软弹簧更换成合适的硬弹簧, 就成为背压阀,这种阀通常安装在液压系统的回油路上,用以 产生0.3MPa~0.5MPa的背压 所谓背压是在液压回路的回油侧或压力作用面的相反方向 所作用的压力。 单向阀常被安装在泵的出口,一方面防止系统的压力冲击 影响泵的正常工作;另一方面在泵不工作时防止系统的油液倒图52直角式单向阀 流经泵回油箱。单向阀还被用来分隔油路以防止干扰,并与其 他阀并联组成复合阀,如单向顺序阀、单向节流阀等 2.液控单向阀 液控单向阀是可以用来实现逆向流动的单向阀。液控单向阀有不带卸荷阀芯的简式液 控单向阀和带卸荷阀芯的卸载式液控单向阀两种结构形式,如图5.3所示。 图53(a所示为简式液控单向阀的结构。当控制口K无压力油时,其工作原理与普通 单向阀一样,压力油只能从进油口P1流向出油口P2,反向流动被截止。当控制口K有控制 压力P作用时,在液压力作用下,控制活塞1向上移动,顶开阀芯2,使油口P2和P1相通, 油液就可以从P2口流向P1口。在图示形式的液控单向阀中,控制压力p最小须为主油路 压力的30%~50% 图53(b所示为带卸荷阀芯的卸载式液控单向阀。当控制油口通入压力油p2,控制活 塞Ⅰ上移,先顶开卸荷阀芯3,使主油路卸压,然后再顶开单向阀芯2。这样可大大减小控 制压力,使其控制压力约为主油路工作压力的5%,因此可用于压力较高的场合。同时可避 免简式液控单向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突然释放 从而产生较大的冲击和噪声。 上述两种结构形式的液控单向阀,按其控制活塞处的泄油方式又均有内泄式和外泄式
第 5 章 液压控制阀 ·109· ·109· (a) 钢球式直通单向阀 (b) 锥阀式直通单向阀 (c) 详细符号 (d) 简化符号 图 5.1 直通式单向阀 单向阀中的弹簧，主要用来克服摩擦力、阀芯的重力和惯 性力，使阀芯在反向流动时能迅速关闭，所以单向阀中的弹簧 较软。单向阀的开启压力一般为 0.03 MPa～0.05MPa，并可根 据需要更换弹簧。如将单向阀中的软弹簧更换成合适的硬弹簧， 就成为背压阀，这种阀通常安装在液压系统的回油路上，用以 产生 0.3 MPa～0.5 MPa 的背压。 所谓背压是在液压回路的回油侧或压力作用面的相反方向 所作用的压力。 单向阀常被安装在泵的出口，一方面防止系统的压力冲击 影响泵的正常工作；另一方面在泵不工作时防止系统的油液倒 流经泵回油箱。单向阀还被用来分隔油路以防止干扰，并与其 他阀并联组成复合阀，如单向顺序阀、单向节流阀等。 2. 液控单向阀 液控单向阀是可以用来实现逆向流动的单向阀。液控单向阀有不带卸荷阀芯的简式液 控单向阀和带卸荷阀芯的卸载式液控单向阀两种结构形式，如图 5.3 所示。 图 5.3(a)所示为简式液控单向阀的结构。当控制口 K 无压力油时，其工作原理与普通 单向阀一样，压力油只能从进油口 Pl流向出油口 P2，反向流动被截止。当控制口 K 有控制 压力 c p 作用时，在液压力作用下，控制活塞 l 向上移动，顶开阀芯 2，使油口 P2和 P1相通， 油液就可以从 P2 口流向 P1 口。在图示形式的液控单向阀中，控制压力 c p 最小须为主油路 压力的 30%～50%。 图 5.3(b)所示为带卸荷阀芯的卸载式液控单向阀。当控制油口通入压力油 c p ，控制活 塞 l 上移，先顶开卸荷阀芯 3，使主油路卸压，然后再顶开单向阀芯 2。这样可大大减小控 制压力，使其控制压力约为主油路工作压力的 5%，因此可用于压力较高的场合。同时可避 免简式液控单向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突然释放， 从而产生较大的冲击和噪声。 上述两种结构形式的液控单向阀，按其控制活塞处的泄油方式又均有内泄式和外泄式 图 5.2 直角式单向阀
l10 液压传动 之分。图5.3(a)为内泄式,其控制活塞的背压腔与进油口P1相通。图53(b)为外泄式,其控 制活塞的背压腔直接通油箱,这样反向开启时就可减小P腔压力对控制压力的影响,从而 可减小控制压力。故一般在液控单向阀反向工作时,如出油口压力P1较低,可采用内泄式 高压系统则采用外泄式 (c)详细符号 控制油口 (a)简式液控单向阀 (b)卸载式液控单向阀 (d)简化符号 图53液控单向阀 液控单向阀具有良好的单向密封性能,常用于执行元件需要较长时间保压、锁紧等情 况,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。如图54所示采用两个 液控单向阀(又称双向液压锁)的锁紧回路。当换向阀左位接通时,压力油经换向阀打开液 控单向阀1(此时单向阀1的控制油口通油箱,其性能与普通单向阀相同)进入液压缸的左腔, 与此同时,压力油进入液控单向阀2的控制油口,将阀2的阀芯顶开。液压缸右腔的油液 经液控单向阀2、换向阀与油箱连通。此时,活塞在压力油的作用下向右运动。反之亦然。 当换向阀处于中位时,液压缸处于自锁状态。 图5.5是采用液控单向阀的锁紧回路。在垂直设置的液压缸下腔管路上安装有一液控 单向阀,可将液压缸(即负载)较长时间锁定在任意位置上,并可防止由于换向阀的内部泄 漏引起带有负载的活塞杆落下 图54双向液压锁的锁紧回路 图55采用液控单向阀的锁紧回路 液控单向阀
·110· 液压传动 ·110· 之分。图 5.3(a)为内泄式，其控制活塞的背压腔与进油口 Pl相通。图 5.3(b)为外泄式，其控 制活塞的背压腔直接通油箱，这样反向开启时就可减小 Pl腔压力对控制压力的影响，从而 可减小控制压力。故一般在液控单向阀反向工作时，如出油口压力 P1较低，可采用内泄式， 高压系统则采用外泄式。 (a) 简式液控单向阀 (b) 卸载式液控单向阀 (d) 简化符号 图 5.3 液控单向阀 液控单向阀具有良好的单向密封性能，常用于执行元件需要较长时间保压、锁紧等情 况，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。如图 5.4 所示采用两个 液控单向阀(又称双向液压锁)的锁紧回路。当换向阀左位接通时，压力油经换向阀打开液 控单向阀1(此时单向阀1的控制油口通油箱，其性能与普通单向阀相同)进入液压缸的左腔， 与此同时，压力油进入液控单向阀 2 的控制油口，将阀 2 的阀芯顶开。液压缸右腔的油液 经液控单向阀 2、换向阀与油箱连通。此时，活塞在压力油的作用下向右运动。反之亦然。 当换向阀处于中位时，液压缸处于自锁状态。 图 5.5 是采用液控单向阀的锁紧回路。在垂直设置的液压缸下腔管路上安装有一液控 单向阀，可将液压缸(即负载)较长时间锁定在任意位置上，并可防止由于换向阀的内部泄 漏引起带有负载的活塞杆落下。 图 5.4 双向液压锁的锁紧回路 图 5.5 采用液控单向阀的锁紧回路 1，2—液控单向阀 (c) 详细符号
第5章液压控制阀 522换向阀 换向阀是利用阀芯和阀体间相对位置的不同来变换阀体上各主油口的通断关系,实现 各油路连通、切断或改变液流方向的阀类。换向阀的分类如下: 按照换向阀的结构形式,可分为滑阀式、转阀式、球阀式和锥阀式。 按照换向阀的操纵方式,可分为手动、机动、电磁控制、液动、电液动和气动 按照换向阀的工作位置和控制的通道数,分为二位二通、二位三通、二位四通、三位 四通、三位五通等 按照换向阀的阀芯在阀体中的定位方式,又可分为钢球定位、弹簧复位、弹簧对中等。 1.滑阀式换向阀 滑阀式换向阀是液压系统中用量最大,品种、名称最复杂的一类阀。它主要由阀体 阀芯以及操纵和定位机构组成 l)滑阀式换向阀的结构主体及工作原理 阀体和滑阀阀芯是滑阀式换向阀的结构主体。阀体内孔有多个沉割槽,每个槽通过相 应的孔道与外部相通。阀体上与外部连接的主油口,称为“通”,具有二个、三个、四个 或五个主油口的换向阀称为“二通阀”、“三通阀”、“四通阀”或“五通阀” 滑阀阀芯相对于阀体有二个、三个等不同的稳定工作位置,该稳定的工作位置称为 “位”。所谓“二位阀”或“三位阀”是指换向滑阀的阀芯相对于阀体有二个或三个稳定 的工作位置。当滑阀阀芯在阀体中从一个“位”移动到另一个“位”时,阀体上各主油口 的连通形式立即发生了变化。 “通”和“位”是换向阀的重要概念,不同的“通”和“位”构成了不同类型的换向 阀。几种不同的“通”和“位”的滑阀式换向阀主体部分的结构形式和图形符号见表5-1 表5-1中图形符号的含义如下 (1)用方框表示阀的工作位置,有几个方框就表示几“位”。 (2)一个方框上与外部相连接的主油口数有几个,就表示几“通” 表5-1滑阀式换向阀主体部分的结构形式 结构原理图 图形符号 使用场合 二位二通阀 方 控制油路的接通与切断(相当于一个开关) 控制液流方向(从一个方向变换成另一个
第 5 章 液压控制阀 ·111· ·111· 5.2.2 换向阀 换向阀是利用阀芯和阀体间相对位置的不同来变换阀体上各主油口的通断关系，实现 各油路连通、切断或改变液流方向的阀类。换向阀的分类如下： 按照换向阀的结构形式，可分为滑阀式、转阀式、球阀式和锥阀式。 按照换向阀的操纵方式，可分为手动、机动、电磁控制、液动、电液动和气动。 按照换向阀的工作位置和控制的通道数，分为二位二通、二位三通、二位四通、三位 四通、三位五通等。 按照换向阀的阀芯在阀体中的定位方式，又可分为钢球定位、弹簧复位、弹簧对中等。 1. 滑阀式换向阀 滑阀式换向阀是液压系统中用量最大，品种、名称最复杂的一类阀。它主要由阀体、 阀芯以及操纵和定位机构组成。 1) 滑阀式换向阀的结构主体及工作原理 阀体和滑阀阀芯是滑阀式换向阀的结构主体。阀体内孔有多个沉割槽，每个槽通过相 应的孔道与外部相通。阀体上与外部连接的主油口，称为“通”，具有二个、三个、四个 或五个主油口的换向阀称为“二通阀”、“三通阀”、“四通阀”或“五通阀”。 滑阀阀芯相对于阀体有二个、三个等不同的稳定工作位置，该稳定的工作位置称为 “位”。所谓“二位阀”或“三位阀”是指换向滑阀的阀芯相对于阀体有二个或三个稳定 的工作位置。当滑阀阀芯在阀体中从一个“位”移动到另一个“位”时，阀体上各主油口 的连通形式立即发生了变化。 “通”和“位”是换向阀的重要概念，不同的“通”和“位”构成了不同类型的换向 阀。几种不同的“通”和“位”的滑阀式换向阀主体部分的结构形式和图形符号见表 5-1。 表 5-1 中图形符号的含义如下： (1) 用方框表示阀的工作位置，有几个方框就表示几“位”。 (2) 一个方框上与外部相连接的主油口数有几个，就表示几“通”。 表 5-1 滑阀式换向阀主体部分的结构形式 名 称 结构原理图 图形符号 使用场合 二位二通阀 控制油路的接通与切断(相当于一个开关) 二位三通阀 控制液流方向(从一个方向变换成另一个 方向)