第5章液压控制阀 6通电时,电磁阀阀芯5移向左位,控制压力油通过单向阀8,推动主阀芯1移向左端,其 移动速度的快慢由节流阀3的开口大小决定。这时主油路状态是P和B通,A和T通 简化的职能符号 图5_12弹簧对中电液换向阀的结构原理 在电液换向阀中,主阀芯的移动速度可由单向节流阀来调节,这使系统中的执行元件 能够得到平稳无冲击的换向。这里的单向节流阀是换向时间调节器,也称为阻尼调节器。 它可叠放在先导阀与主阀之间。调节节流阀开口,即可调节主阀换向时间,从而消除执行 元件的换向冲击。所以这种操纵形式的换向性能是比较好的,它适用于高压、大流量的 场合。 在电液换向阀上还可以设置主阀芯行程调节机构,它可在主阀两端盖加限位螺钉来实 现。这样主阀芯换位移动的行程和各阀口的开度即可改变,通过主阀的流量也随之变化, 因而可对执行元件起粗略的速度调节作用 在电液换向阀中,先导阀的进油和回油可以有外控外回、外控内回、内控外回、内控 内回四种方式。如果进入先导电磁阀的压力油(即控制油)来自主阀的P腔,这种控制油的 进油方式称为内部控制,即电磁阀的进油口与主阀的P腔是沟通的(如图5.12)。其优点是 油路简单,但因泵的工作压力通常较高,所以控制部分能耗大,只适用于在系统中电液换 向阀较少的情况。采用内控而主油路又需要卸荷时,必须在主阀的P口安装一预控压力阀(如 开启压力为04MPa的单向阀),使在卸荷状态下仍有一定的控制油压,足以操纵主阀芯换 向;如果进入先导电磁阀的压力油引自主阀P腔以外的油路,如专用的低压泵或系统的某 部分,这种控制油的进油方式称为外部控制。采用外控时,独立油源的流量不得小于主 阀最大流量的15%,以保证换向时间要求 如果先导电磁阀的回油口单独接油箱,这种控制油回油方式称为外部回油:如果先导 电磁阀的回油口与主阀的T腔相通,则称为内部回油。内部回油的优点是无需单设回油管 路,但因先导阀回油允许背压较小,所以主油路的回油背压必须小于它才能采用,而外部 回油方式则不受此限制。 当液动换向阀为弹簧对中型时,电磁换向阀必须采用Y形滑阀机能,以保证主阀芯左 右两端油腔通回油箱,否则主阀芯无法回到中位
第 5 章 液压控制阀 ·117· ·117· 6 通电时，电磁阀阀芯 5 移向左位，控制压力油通过单向阀 8，推动主阀芯 1 移向左端，其 移动速度的快慢由节流阀 3 的开口大小决定。这时主油路状态是 P 和 B 通，A 和 T 通。 图 5.12 弹簧对中电液换向阀的结构原理 在电液换向阀中，主阀芯的移动速度可由单向节流阀来调节，这使系统中的执行元件 能够得到平稳无冲击的换向。这里的单向节流阀是换向时间调节器，也称为阻尼调节器。 它可叠放在先导阀与主阀之间。调节节流阀开口，即可调节主阀换向时间，从而消除执行 元件的换向冲击。所以这种操纵形式的换向性能是比较好的，它适用于高压、大流量的 场合。 在电液换向阀上还可以设置主阀芯行程调节机构，它可在主阀两端盖加限位螺钉来实 现。这样主阀芯换位移动的行程和各阀口的开度即可改变，通过主阀的流量也随之变化， 因而可对执行元件起粗略的速度调节作用。 在电液换向阀中，先导阀的进油和回油可以有外控外回、外控内回、内控外回、内控 内回四种方式。如果进入先导电磁阀的压力油(即控制油)来自主阀的 P 腔，这种控制油的 进油方式称为内部控制，即电磁阀的进油口与主阀的 P 腔是沟通的(如图 5.12)。其优点是 油路简单，但因泵的工作压力通常较高，所以控制部分能耗大，只适用于在系统中电液换 向阀较少的情况。采用内控而主油路又需要卸荷时，必须在主阀的P口安装一预控压力阀(如 开启压力为 0.4MPa 的单向阀)，使在卸荷状态下仍有一定的控制油压，足以操纵主阀芯换 向；如果进入先导电磁阀的压力油引自主阀 P 腔以外的油路，如专用的低压泵或系统的某 一部分，这种控制油的进油方式称为外部控制。采用外控时，独立油源的流量不得小于主 阀最大流量的 15%，以保证换向时间要求。 如果先导电磁阀的回油口单独接油箱，这种控制油回油方式称为外部回油；如果先导 电磁阀的回油口与主阀的 T 腔相通，则称为内部回油。内部回油的优点是无需单设回油管 路，但因先导阀回油允许背压较小，所以主油路的回油背压必须小于它才能采用，而外部 回油方式则不受此限制。 当液动换向阀为弹簧对中型时，电磁换向阀必须采用 Y 形滑阀机能，以保证主阀芯左 右两端油腔通回油箱，否则主阀芯无法回到中位
液压传动 3)滑阀机能 三位四通和三位五通换向阀,滑阀在中位时各油口的连通方式称为滑阀机能(也称中位 机能)。不同的滑阀机能可满足系统的不同要求。表5-2中列出了三位阀常用的10种滑阀 机能,而其左位和右位各油口的连通方式均为直通或交叉相通,所以只用一个字母来表示 中位的形式。不同的滑阀机能是在阀体尺寸不变的情况下,通过改变阀芯的台肩结构、轴 向尺寸以及阀芯上径向通孔的个数得到的。 表5-2三位换向阀的滑阀机能 中位符号 滑阀机能 中位时的滑阀状态 中位时的性能特点 。等 各油口全部关闭,系统保持压 TT)A P B T(T2) 力,执行元件各油口封闭 各油口P、T、A、B全部连通 L泵卸荷,执行元件两腔与回油 A、B、T口连通,P口保持压 力,执行元件两腔与回油连通 P口保持压力,缸A口封闭,B T(TuA P B T(T2) TI PT2 口与回油口T连通 执行元件A口通压力油,B口 T(TA P B T(T2) 与回油口T不通 P口与A、B口都连通,回油口 T封闭 P、A、T口连通,泵卸荷,执 行元件B口封闭 P、T、A、B口半开启接通,P 口保持一定压力 P、T口连通,泵卸荷,执行元 件A、B两油口都封闭 A、B口接通,P、T口封闭 TT)A P B TT2) P 1 缸两腔连通,P口保持压力
·118· 液压传动 ·118· 3) 滑阀机能 三位四通和三位五通换向阀，滑阀在中位时各油口的连通方式称为滑阀机能(也称中位 机能)。不同的滑阀机能可满足系统的不同要求。表 5-2 中列出了三位阀常用的 10 种滑阀 机能，而其左位和右位各油口的连通方式均为直通或交叉相通，所以只用一个字母来表示 中位的形式。不同的滑阀机能是在阀体尺寸不变的情况下，通过改变阀芯的台肩结构、轴 向尺寸以及阀芯上径向通孔的个数得到的。 表 5-2 三位换向阀的滑阀机能 中位符号 滑阀机能 中位时的滑阀状态 三位四通 三位五通 中位时的性能特点 O 各油口全部关闭，系统保持压 力，执行元件各油口封闭 H 各油口 P、T、A、B 全部连通， 泵卸荷，执行元件两腔与回油 连通 Y A、B、T 口连通，P 口保持压 力，执行元件两腔与回油连通 J P 口保持压力，缸 A 口封闭，B 口与回油口 T 连通 C 执行元件 A 口通压力油，B 口 与回油口 T 不通 P P 口与 A、B 口都连通，回油口 T 封闭 K P、A、T 口连通，泵卸荷，执 行元件 B 口封闭 X P、T、A、B 口半开启接通，P 口保持一定压力 M P、T 口连通，泵卸荷，执行元 件 A、B 两油口都封闭 U A、B 口接通，P、T 口封闭， 缸两腔连通，P 口保持压力
第5章液压控制阀 位换向阀除了在中间位置时有各种滑阀机能外,有时也把阀芯在其一端位置时的油 口连通状况设计成特殊机能,这时用第一个字母、第二 个字母和第三个字母分别表示中位、右位和左位的滑阀 臣 机能,如图5.13所示 另外,当换向阀从一个工作位置过渡到另一个工作 (a)MP型 (b)NDO型 位置,对各油口间通断关系也有要求时,还规定和设计 图513滑阀的特殊机能 了过渡机能。这种过渡机能被画在各工作位置通路符号 之间,并用虚线与之隔开。如图5.14(a)所示为二位四通滑阀的H形过渡机能,在换向时 P、A、B、T四个油口呈连通状态,这样可避免在换向过程中由于P口突然完全封闭而引 起系统的压力冲击。如图5.14(b所示为O形三位四通换向阀的一种过渡机能。 A (a)一种二位四通换向阀的H形过渡机能 (b)一种O形三位四通换向阀的过渡机能 图5.14滑阀式换向阀的过渡机能 4)液压滑阀的卡紧现象 从理论上讲,滑阀式换向阀的阀芯只要克服与阀体的摩擦力以及复位弹簧的弹力就可 移动。然而实际上,由于阀芯几何形状的偏差以及阀芯与阀体的不同心,在中、高压控制 油路中,当阀芯停止一段时间后或换向时,阀芯在操纵力作用下不移动或操纵力解除后, 复位弹簧不能使阀芯复位,这种现象称为液压卡紧现象。阀芯的卡紧现象是由于阀芯与阀 体的制造及相对运动误差而导致阀芯所受径向力不平衡造成的,它使阀芯在阀体内壁上产 生相当大的摩擦力,使操纵费力,液压动作失灵。 如图5.15所示为阀芯所受径向力不平衡的几种情况: 图5.15(a)所示阀芯是理想的圆柱体,当它与阀体产生一个平行轴线的偏心e时,由于 阀芯沿轴线间隙均匀,根据其压力分布规律可知,阀芯上下沿轴线的压力是对应相等的 不会因阀芯的偏心而产生径向力的不平衡 图5.15(b)所示是阀芯具有锥度,且大头在高压油一侧,呈倒锥状。当阀芯与阀体产生 个平行于轴线的偏心e时,由于上部间隙小,沿轴线方向压力下降梯度大,而下部间隙 大,沿轴线方向压力下降梯度小,因而在阀芯对应处产生径向力的不平衡,从图中可见, 这种径向不平衡力将使阀芯向较小间隙的一侧移动而趋于卡死。 图5.15(c)所示是阀芯也具有锥度,且小头在高压油一侧,呈顺锥状。当阀芯与阀体轴 线不重合产生一个平行于轴线的偏心e时,由于大头在低压油一侧,上部间隙小,下部间 隙大,造成沿轴线方向的阻力,上部比下部的要大,因此沿轴线的压力下降梯度上部比下 部的要小。如图所示,在此情况下,径向不平衡力使偏心减小,不会产生卡紧现象
第 5 章 液压控制阀 ·119· ·119· 三位换向阀除了在中间位置时有各种滑阀机能外，有时也把阀芯在其一端位置时的油 口连通状况设计成特殊机能，这时用第一个字母、第二 个字母和第三个字母分别表示中位、右位和左位的滑阀 机能，如图 5.13 所示。 另外，当换向阀从一个工作位置过渡到另一个工作 位置，对各油口间通断关系也有要求时，还规定和设计 了过渡机能。这种过渡机能被画在各工作位置通路符号 之间，并用虚线与之隔开。如图 5.14(a)所示为二位四通滑阀的 H 形过渡机能，在换向时， P、A、B、T 四个油口呈连通状态，这样可避免在换向过程中由于 P 口突然完全封闭而引 起系统的压力冲击。如图 5.14(b)所示为 O 形三位四通换向阀的一种过渡机能。 (a) 一种二位四通换向阀的 H 形过渡机能 (b) 一种 O 形三位四通换向阀的过渡机能 图 5.14 滑阀式换向阀的过渡机能 4) 液压滑阀的卡紧现象 从理论上讲，滑阀式换向阀的阀芯只要克服与阀体的摩擦力以及复位弹簧的弹力就可 移动。然而实际上，由于阀芯几何形状的偏差以及阀芯与阀体的不同心，在中、高压控制 油路中，当阀芯停止一段时间后或换向时，阀芯在操纵力作用下不移动或操纵力解除后， 复位弹簧不能使阀芯复位，这种现象称为液压卡紧现象。阀芯的卡紧现象是由于阀芯与阀 体的制造及相对运动误差而导致阀芯所受径向力不平衡造成的，它使阀芯在阀体内壁上产 生相当大的摩擦力，使操纵费力，液压动作失灵。 如图 5.15 所示为阀芯所受径向力不平衡的几种情况： 图 5.15(a)所示阀芯是理想的圆柱体，当它与阀体产生一个平行轴线的偏心 e 时，由于 阀芯沿轴线间隙均匀，根据其压力分布规律可知，阀芯上下沿轴线的压力是对应相等的， 不会因阀芯的偏心而产生径向力的不平衡。 图 5.15(b)所示是阀芯具有锥度，且大头在高压油一侧，呈倒锥状。当阀芯与阀体产生 一个平行于轴线的偏心 e 时，由于上部间隙小，沿轴线方向压力下降梯度大，而下部间隙 大，沿轴线方向压力下降梯度小，因而在阀芯对应处产生径向力的不平衡，从图中可见， 这种径向不平衡力将使阀芯向较小间隙的一侧移动而趋于卡死。 图 5.15(c)所示是阀芯也具有锥度，且小头在高压油一侧，呈顺锥状。当阀芯与阀体轴 线不重合产生一个平行于轴线的偏心 e 时，由于大头在低压油一侧，上部间隙小，下部间 隙大，造成沿轴线方向的阻力，上部比下部的要大，因此沿轴线的压力下降梯度上部比下 部的要小。如图所示，在此情况下，径向不平衡力使偏心减小，不会产生卡紧现象。 (a) MP 型 (b) NDO 型 图 5.13 滑阀的特殊机能
液压传动 图515阀芯径向受力分析 径向力不平衡问题是一个普遍存在的现象,只能设法减小,而不可能完全消除。因为 几何形状以及装配精度不可能达到理想状态。从上述分析可知,如阀芯出现锥状,则可能 在装配时使其按顺锥形式配置,这样就可减少卡紧现象。另外,应严格控制零件的制造精 度,对外圆表面,其粗糙度一般不低于,阀孔粗糙度不低于ⅴ,圆柱度、直线度等保 持在0003mm~0.005m范围内。配合间隙要求较高,径向间隙一般在5μm~15pm之间。 为减小径向不平衡力,除了在加工工艺上严格要求以外,在滑阀阀芯结构上也可采取一定 措施。如图5.16所示,为了减小径向不平衡力,可在阀芯上开环形均压槽。 B,A DEELEY 图5.16滑阀阀芯环形槽的结构 没有开环形均压槽时,其径向不平衡力如虚线A142包围的面积所示;开了环形均压槽 后,其径向不平衡力如实线B1B2包围的面积所示。环形均压槽的尺寸是:槽宽为03mm 0.5mm,槽深为0.5mm~0.lmm,槽间距离为3mm~5mm
·120· 液压传动 ·120· (a) (b) (c) 图 5.15 阀芯径向受力分析 径向力不平衡问题是一个普遍存在的现象，只能设法减小，而不可能完全消除。因为 几何形状以及装配精度不可能达到理想状态。从上述分析可知，如阀芯出现锥状，则可能 在装配时使其按顺锥形式配置，这样就可减少卡紧现象。另外，应严格控制零件的制造精 度，对外圆表面，其粗糙度一般不低于 ，阀孔粗糙度不低于 ，圆柱度、直线度等保 持在 0.003mm～0.005mm 范围内。配合间隙要求较高，径向间隙一般在 5 µm～15 µm之间。 为减小径向不平衡力，除了在加工工艺上严格要求以外，在滑阀阀芯结构上也可采取一定 措施。如图 5.16 所示，为了减小径向不平衡力，可在阀芯上开环形均压槽。 图 5.16 滑阀阀芯环形槽的结构 没有开环形均压槽时，其径向不平衡力如虚线 A1A2 包围的面积所示；开了环形均压槽 后，其径向不平衡力如实线 B1B2 包围的面积所示。环形均压槽的尺寸是：槽宽为 0.3mm～ 0.5mm，槽深为 0.5mm～0.1mm，槽间距离为 3mm～5mm
第5章液压控制阀 2.转阀式换向阀 转阀式换向转阀是通过操纵机构使阀芯在阀体内做相对转动从而改变各油口通断状态 的阀类。如图517所示为三位四通转阀式换向阀。如图5.17(b所示,当阀芯2处于图示位 置时,压力油从P口进入,经环槽c、轴向沟槽b与油口A相通进入执行元件,执行元件 的回油从B口进入,经沟槽d和环槽a从T口流回油箱:如用手柄3将阀芯2顺时针转动 45°,油口P、T、A、B封闭:再继续转动45°,P与B通,A与T通,这就实现了换向。 钢球和弹簧4起定位作用,限位销5用以控制手柄转动的范围。利用挡铁通过手柄3下端 的拨叉6和7还可以使转阀机动换向。 AB (a)符号 D- D (a)结构 b 图517三位四通转阀式换向阀 一阀体:2一阀芯;3一手柄:4—钢球和弹簧:5一限位销:6,7一拨叉 转阀工作时,因有不平衡的径向力存在,操作很费劲,阀芯易磨损,且密封性能差 内泄漏大,故一般在低压小流量系统中用作先导阀或小型换向阀 3.球式换向阀 球式换向阀也称电磁球阀,是一种以电磁铁的推力为动力,推动钢球运动来实现油路 通断和切换的阀类。球式换向阀与滑阀式换向阀相比,具有以下优点:不会产生液压卡紧 现象,动作可靠性高;密封性好:对油液污染不敏感:切换时间短:使用介质黏度范围大, 介质可以是水、乳化液和矿物油:工作压力可高达63MPa:球阀芯可直接从轴承厂获得, 精度很高,价格便宜。 球式换向阀有手动、机动、电磁、液动和电液动等多种形式。目前电磁球阀只有二位 阀,而且以二位三通阀为基本结构,有常开式和常闭式两种形式。下面分别对电磁球式换 向阀和液动球式换向阀作介绍 1)电磁球式换向阀 如图5.18所示为常开式二位三通电磁球式换向阀的结构图。它主要由左右阀座4和6
第 5 章 液压控制阀 ·121· ·121· 2. 转阀式换向阀 转阀式换向转阀是通过操纵机构使阀芯在阀体内做相对转动从而改变各油口通断状态 的阀类。如图 5.17 所示为三位四通转阀式换向阀。如图 5.17(b)所示，当阀芯 2 处于图示位 置时，压力油从 P 口进入，经环槽 c、轴向沟槽 b 与油口 A 相通进入执行元件，执行元件 的回油从 B 口进入，经沟槽 d 和环槽 a 从 T 口流回油箱；如用手柄 3 将阀芯 2 顺时针转动 45°，油口 P、T、A、B 封闭；再继续转动 45°，P 与 B 通，A 与 T 通，这就实现了换向。 钢球和弹簧 4 起定位作用，限位销 5 用以控制手柄转动的范围。利用挡铁通过手柄 3 下端 的拨叉 6 和 7 还可以使转阀机动换向。 图 5.17 三位四通转阀式换向阀 l—阀体；2—阀芯；3—手柄；4—钢球和弹簧；5—限位销；6，7—拨叉 转阀工作时，因有不平衡的径向力存在，操作很费劲，阀芯易磨损，且密封性能差， 内泄漏大，故一般在低压小流量系统中用作先导阀或小型换向阀。 3. 球式换向阀 球式换向阀也称电磁球阀，是一种以电磁铁的推力为动力，推动钢球运动来实现油路 通断和切换的阀类。球式换向阀与滑阀式换向阀相比，具有以下优点：不会产生液压卡紧 现象，动作可靠性高；密封性好；对油液污染不敏感；切换时间短；使用介质黏度范围大， 介质可以是水、乳化液和矿物油；工作压力可高达 63MPa；球阀芯可直接从轴承厂获得， 精度很高，价格便宜。 球式换向阀有手动、机动、电磁、液动和电液动等多种形式。目前电磁球阀只有二位 阀，而且以二位三通阀为基本结构，有常开式和常闭式两种形式。下面分别对电磁球式换 向阀和液动球式换向阀作介绍。 1) 电磁球式换向阀 如图 5.18 所示为常开式二位三通电磁球式换向阀的结构图。它主要由左右阀座 4 和 6、 (a) 符号 (a) 结构