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1、第4章液压控制元件与液压基本回路,第4章液压控制元件与液压基本回路,4.1液压阀与液压基本回路概述,4.1.1液压阀的类型4.1.2液压阀的性能参数4.1.3液压阀的基本要求,4.1液压阀与液压基本回路概述,液压控制阀，简称为液压阀，它是液压系统中的控制元件，其作用是控制和调节液压系统中液压油的流动方向、压力的高低和流量的大小，以满足液压缸、液压马达等执行元件不同的动作要求。液压基本回路是由有关液压元件经管道连接而成，是用于实现执行元件压力、流量、方向及速度等控制的典型回路。,4.1.1 液压阀的类型,液压阀的类型见表4-1。,表4-1液压阀的类型,4.1.2 液压阀的性能参数,1公称通径 公
2、称通径代表阀的通流能力的大小，对应于阀的额定流量。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。,4.1.3 液压阀的基本要求,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。阀口全开时，液压油流过液压阀压力损失小；阀口关闭时，密封性能好，内泄漏小，无外泄漏。所控制的参数（压力或流量）稳定，受外部干扰时变化量小。结构紧凑，安装、调整、使用、维护方便，通用性好。,4.2方向控制阀与方向控制回路,4.2.1单向阀4.2.2换向阀4.2.3方向控制回路,4.2方向控制阀与方向控制回路,方向控制阀是用来控制液压油流动方向、接通和关断的控制阀。,4.2.1 单向阀,1普通单向阀
3、普通单向阀的作用是使油液只能沿一个方向流动，不许它反向倒流，故又称为止回阀。图4-1所示为普通单向阀的外形图，图4-2所示为其结构和图形符号图。,图4-1 普通单向阀外形图,图4-2 普通单向阀,1阀体 2阀芯 3弹簧,2液控单向阀,图4-3所示为液控单向阀的结构和图形符号图。,图4-3 液控单向阀,1控制活塞 2顶杆 3阀芯,4.2.2 换向阀,1换向阀的工作原理 图4-4所示为滑阀式换向阀的工作原理图。,图4-4 滑阀式换向阀的工作原理图,2换向阀的分类,换向阀的分类见表4-2。,表4-2换向阀的分类,图4-5 换向阀的“位”和“通”的符号,换向阀的“位”和“通”的符号如图4-5所示，其控
4、制方式如图4-6所示。,图4-6 换向阀的控制方式,几种不同“位”和“通”的滑阀式换向阀主体部分的结构形式和图形符号见表4-3。表4-3 换向阀主体部分的结构形式和图形符号,3常用换向阀,（1）机动换向阀 机动换向阀又称为行程阀。它主要用来控制机械运动的行程，这种阀利用安装在运动部件上的挡块或凸块，推压阀芯端部滚轮使阀芯移动，从而使油路换向。图4-7所示为二位二通机动换向阀的结构和图形符号图。,图4-7 二位二通机动换向阀,1挡铁 2滚轮 3阀芯 4弹簧,（2）手动换向阀,手动换向阀是用手动杠杆操纵阀芯换位的换向阀，它主要有弹簧复位和钢珠定位两种形式，如图4-8所示。图4-8（a）所示为弹簧钢
5、球定位式三位四通手动换向阀。图4-8（b）所示为弹簧自动复位式三位四通手动换向阀。,图4-8 三位四通手动换向阀,1手柄 2阀芯 3阀体 4弹簧 5钢球,（3）电磁换向阀,电磁换向阀是利用电磁铁的吸引力控制阀芯换位的换向阀。电磁换向阀由电磁铁和换向滑阀两部分组成。电磁铁按衔铁工作腔是否有油液又可分为“干式”和“湿式”。图4-9所示为二位三通干式交流电磁换向阀的结构和图形符号图。,图4-9 二位三通干式交流电磁换向阀,1推杆 2阀芯 3弹簧,图4-10 三位四通湿式直流电磁换向阀,1电磁铁 2推杆 3阀芯 4弹簧 5挡圈,图4-10所示为三位四通湿式直流电磁换向阀的结构和图形符号图。,（4）液动
6、换向阀 液动换向阀是利用控制油路的压力油推动阀芯来改变位置的换向阀，广泛用于大流量（阀的通径大于10mm）的控制回路，可控制油流的方向。图4-11为三位四通液动换向阀的结构和图形符号图。,图4-11 三位四通液动换向阀,（5）电液换向阀 电液换向阀是由电磁换向阀与液动换向阀组成的复合阀。图4-12所示为三位四通电液换向阀的结构和图形符号图。,图4-12 三位四通电液换向阀,（6）电磁球式换向阀 图4-13所示为常开型二位三通电磁球式换向阀的结构和图形符号图。,图4-13 二位三通电磁球式换向阀,1支点 2操纵杆 3杠杆 4左阀座 5球阀 6右阀座 7弹簧 8电磁铁,4三位四通换向阀的中位机能,
7、三位四通换向阀的中位机能是指换向阀处于中位时各油口的连通方式，表4-4为常见三位四通换向阀的中位机能。,表4-4常见三位四通换向阀的中位机能,4.2.3 方向控制回路,实现方向控制的基本方法如下。阀控：采用换向阀来实现。泵控：采用双向变量泵或双向定量泵改变液流的方向和流量。执行元件控制：采用双向液压马达改变液流方向。,1阀控方向控制回路,（1）换向阀换向回路 图4-14所示回路是采用一个三位四通电磁换向阀控制的回路。（2）插装阀换向控制 图4-15所示是插装阀实现控制回路。,图4-14 电磁阀换向回路,图4-15 插装阀实现控制回路,2泵控方向控制回路,图4-16是双向变量泵方向控制回路。,图
8、4-16 双向变量泵方向控制回路,3锁紧回路,锁紧回路是当液压泵停止向执行元件供油后，执行元件能被锁紧在要求位置上，当受到重力或外力作用时位置不变。各种锁紧方式如图4-17所示。,图4-17 锁紧回路,图4-17（a）采用二位四通阀和单向阀使液压缸活塞锁紧在液压缸的两端，实现双端锁紧。图4-17（b）采用两个液控单向阀组成连锁回路，可以实现活塞在任意位置上的锁紧。图4-17（c）是采用换向阀的M型中位机能实现的双向锁紧回路。,4.3压力控制阀与压力控制回路,4.3.1溢流阀4.3.2减压阀4.3.3顺序阀4.3.4压力继电器4.3.5压力控制回路4.3.6压力控制阀常见故障及其排除方法,4.3
9、压力控制阀与压力控制回路,压力控制阀，简称压力阀，是控制液压系统压力或利用压力的变化来实现某种动作的阀。,4.3.1 溢流阀,1直动式溢流阀 图4-18所示为锥阀芯直动式溢流阀的结构和图形符号图，图4-19所示为其外形图。,图4-18 锥阀芯直动式溢流阀,1调整螺母 2弹簧 3阀芯 4阀座 5阀体,图4-19 锥阀芯直动式溢流阀外形图,2先导式溢流阀,图4-20所示为一种典型的三节同心结构中压先导式溢流阀的结构和图形符号图，图4-21为其外形图。,图4-20 先导式溢流阀,1锥阀芯（先导阀）2锥阀座 3阀盖 4阀体 5阻尼孔6主阀芯 7主阀座 8主阀弹簧 9调压弹簧（先导阀）,图4-21 先导
10、式溢流阀外形图,3溢流阀的启闭特性,溢流阀的启闭特性是指溢流阀从开启到通过额定流量，再从额定流量到闭合（溢流量减小为额定流量的1%以下）的过程中，被控压力与通过溢流阀的溢流量之间的关系。直动式和先导式溢流阀的启闭特性曲线如图4-22所示。,图4-22 溢流阀的启闭特性,4溢流阀的应用,溢流阀在液压系统中能分别起到调压溢流、远程调压、安全保护、使液压缸回油腔形成背压和使泵卸荷等多种作用，如图4-23所示。（1）调压溢流 溢流阀处于其调定压力下的常开状态，调节弹簧的预紧力，也就调节了系统的工作压力。调压溢流如图4-23（a）所示。,4溢流阀的应用,（2）远程调压 如图4-23（b）所示，当电磁阀不
11、通电右位工作时，将先导式溢流阀的外控口与低压调压阀断开，相当于堵塞外控口K，则由主阀上的先导阀调压。（3）安全保护 系统中的溢流阀又称为安全阀，是常闭的，如图4-23（c）所示。,4溢流阀的应用,（4）形成背压 图4-23（d）所示为背压阀。（5）使泵卸荷 如图4-23（e）所示，当电磁铁通电时，溢流阀外控口通油箱，因而能使泵卸荷。,图4-23 溢流阀的应用,4.3.2 减压阀,减压阀是利用油液通过缝隙时产生压降的原理，使系统中某一支路获得较液压泵供油压力低的稳定压力的压力阀。图4-24所示为先导式减压阀的结构和图形符号图，其外形如图4-25所示。,图4-24 先导式减压阀,图4-25 先导式
12、减压阀外形图,4.3.3 顺序阀,顺序阀是利用系统压力变化来控制油路的通断，以实现各执行元件按先后顺序动作的压力阀。图4-26为直动式顺序阀外形图，如图4-27所示为直动式顺序阀的结构和图形符号图。,图4-26 直动式顺序阀外形图,图4-27 直动式顺序阀,各种顺序阀的职能图形符号见表4-5。,表4-5 顺序阀的图形符号,4.3.4 压力继电器,压力继电器是一种将液压系统的压力信号转换为电信号的液电信号转换元件。压力继电器按结构特点可分为柱塞式、弹簧管式和膜片式等。图4-28所示为单触点柱塞式压力继电器的结构和图形符号图。,图4-28 单触点柱塞式压力继电器,l柱塞 2顶杆 3调节螺钉 4微动
13、开关,4.3.5 压力控制回路,压力控制回路是以控制回路压力使之完成特定功能的回路。1调压回路 调压回路的功能是控制整个液压系统或局部的压力保持恒定或限制其最高值。（1）单级调压回路 图4-29所示为单级调压回路。,图4-29 单级调压回路,（2）二级调压回路 图4-30（a）所示为二级调压回路。（3）多级调压回路 如图4-30（b）所示。（4）连续、按比例进行压力调节的回路 如图4-30（c）所示。,图4-30 调压回路,2减压回路,减压回路的功用是使系统中的某一部分油路具有此系统压力低的稳定压力。最常见的减压回路是通过定值减压阀与主油路相连，如图4-31（a）所示。图4-31（b）所示为利
14、用先导型减压阀1的远控口接一远控溢流阀2，则可由阀1、阀2各调定一种低压。,图4-31 减压回路,3卸荷回路,（1）采用复合泵的卸荷回路 图4-32所示为利用复合泵作液压钻床的动力源。（2）利用二位二通阀旁路卸荷的回路 图4-33所示为利用二位二通阀旁路卸荷的回路。,图4-32 采用复合泵的卸荷回路,图4-33 利用二位二通阀的卸荷回路,3卸荷回路,（3）利用换向阀卸荷的回路 图4-34所示为利用换向阀中位机能的卸荷回路。（4）利用溢流阀远程控制口卸荷的回路 图4-35所示为利用溢流阀远程控制口卸荷的回路。,图4-34 利用换向阀中位机能的卸荷回路,图4-35 利用溢流阀远程控制口卸荷的回路,
15、4增压回路,增压回路用来提高系统中局部油压的回路。（1）利用串联液压缸的增压回路 图4-36所示为利用串联液压缸的压力增强回路。,图4-36 利用串联液压缸的压力增强回路,（2）利用增压器的增压回路 图4-37所示是利用增压器的增压回路。图4-38所示为气、液联合使用的增压回路。,图4-37 利用增压器的增压回路,图4-38 气、液联合使用的增压回路,5保压回路,所谓保压回路，是指使系统在液压缸不动或仅有工件变形所产生的微小位移的情况下，稳定地维持压力。（1）利用液压泵保压的保压回路 利用液压泵保压的保压回路也就是在保压过程中，液压泵仍以较高的压力（保持所需压力）工作。,5保压回路,（2）利用
16、蓄能器的保压回路 利用蓄能器的保压回路是指借助蓄能器来保持系统压力，补偿系统泄漏的回路。如图4-39所示为利用虎钳对工件进行夹紧。,图4-39 利用蓄能器的保压回路,6平衡回路,平衡回路的功用在于防止垂直或倾斜放置的液压缸和与之相连的工作部件因自重而自行下落。图4-40（a）所示为采用单向顺序阀的平衡回路。图4-40（b）所示为采用液控顺序阀的平衡回路。,图4-40 采用顺序阀的平衡回路,4.3.6 压力控制阀常见故障及其排除方法,压力控制阀常见故障及其排除方法见表4-6。,表4-6 压力控制阀常见故障及其排除方法,表4-6 压力控制阀常见故障及其排除方法,表4-6 压力控制阀常见故障及其排除
17、方法,表4-6 压力控制阀常见故障及其排除方法,表4-6 压力控制阀常见故障及其排除方法,4.4流量控制阀及速度控制回路,4.4.1节流阀4.4.2调速阀4.4.3速度控制回路,4.4流量控制阀及速度控制回路,流量控制阀是通过改变阀口通流面积来调节阀口流量，从而控制执行元件运动速度的液压控制阀。,4.4.1 节流阀,图4-41所示为普通节流阀的结构和图形符号图，图4-42所示为普通节流阀的外形图。节流阀输出流量的平稳性与节流口的结构形状有关，节流口除了轴向三角槽式以外，还有针阀式、偏心式和缝隙式等，如图4-43所示。,图4-41 轴向三角槽式节流阀,l顶盖 2导套 3阀体 4阀芯 5弹簧 6底
18、盖,图4-42 普通节流阀外形图,图4-43 常用的节流口形式,4.4.2 调速阀,图4-44所示为调速阀的工作原理图，这种调速阀由定差式减压阀和节流阀串联而成。,图4-44 调速阀的工作原理,1减压阀芯 2节流阀,4.4.3 速度控制回路,1调速回路 在液压系统中，通过调速回路解决各执行机构不同的速度要求。调速回路是液压系统的核心。（1）节流控制调速回路 主油路节流调速。主油路节流调速如图4-45所示。,图4-45 节流调速,4.4.3 速度控制回路,1调速回路（1）节流控制调速回路 旁路节流调速。图4-46所示为旁路节流调速。,图4-46 旁路节流调速,4.4.3 速度控制回路,1调速回路
19、（2）容积式调速 变量泵定量马达（液压缸）调速回路。图4-47是变量泵定量马达（液压缸）调速回路。图4-47（a）是变量泵定量马达调速回路。图4-47（b）是变量泵液压缸容积式调速回路。,图4-47 变量泵定量马达（液压缸）调速回路,4.4.3 速度控制回路,1调速回路（2）容积式调速 定量泵变量马达容积式调速回路。图4-48所示是定量泵变量马达容积式调速回路。,图4-48 定量泵变量马达调速回路,4.4.3 速度控制回路,1调速回路（2）容积式调速 变量泵变量马达调速回路。图4-49是变量泵变量马达容积式双向调速回路。,图4-49 变量泵变流马达调速回路,4.4.3 速度控制回路,2快速运动
20、回路 快速运动回路又称增速回路，其功能在于使液压执行元件在空载时获得所需的高速，以提高系统的工作效率或充分利用功率。（1）差动回路 图4-50所示为差动回路。,图4-50 差动回路,4.4.3 速度控制回路,2快速运动回路（2）采用蓄能器的快速补油回路 图4-51所示为一补油回路。,图4-51 利用蓄能器的快速补油回路,4.4.3 速度控制回路,2快速运动回路（3）利用双泵供油的快速运动回路 如图4-52所示。（4）补油回路 图4-53所示为补油回路。,图4-52 双泵供油快速回路,图4-53 液压压床的补油回路,4.4.3 速度控制回路,3速度换接回路（1）快、慢速换接回路 图4-54所示为
21、用行程阀来实现快速与慢速换接的回路。,图4-54 用行程阀的速度换接回路,4.4.3 速度控制回路,3速度换接回路（2）两种慢速的换接回路 图4-55所示为用两个调速阀来实现不同工进速度的换接回路。图4-55（a）中的两个调速阀并联，由换向阀实现换接。图4-55（b）所示为两调速阀串联的速度换接回路。,图4-55 用两个调速阀的速度换接回路,4.5其他液压控制阀,4.5.1插装阀4.5.2叠加阀4.5.3电液伺服阀4.5.4电液比例控制阀,4.5.1 插装阀,插装阀又称为逻辑阀，是一种较新型的液压元件。它的特点是通流能力大，密封性能好，动作灵敏，结构简单；因而主要用于流量较大的系统或对密封性能
22、要求较高的系统。图4-56所示为插装阀的结构及图形符号图。,图4-56 插装阀,1弹簧 2套管 3有缓冲装置的锥形阀 4无缓冲装置的锥形阀 5阀盖,4.5.2 叠加阀,叠加式液压阀简称叠加阀，是在板式液压阀集成化基础上发展起来的一种新型的控制元件。图4-57所示为一组叠加阀的结构和外观图。图4-58为用叠加阀构成的液压回路。,图4-57 叠加阀,1溢流阀 2双向节流阀 3双液控单向阀,图4-58 用叠加阀构成的回路,4.5.3 电液伺服阀,电液伺服阀是电液联合控制的多级伺服元件，它能将微弱的电气输入信号放大成大功率的液压能量输出。是一种比电液比例阀的精度更高、响应更快的液压控制阀。图4-59所
23、示为力反馈型喷嘴挡板式电液伺服阀的工作原理图。,图4-59 喷嘴挡板式电液伺服阀的工作原理图,1永久磁铁 2、4导磁体 3衔铁 5线圈 6弹簧管7挡板 8喷嘴 9滑阀 10固定节流孔 11滤油器,1力矩马达的工作原理 力矩马达的作用是把输入的电气信号转变为力矩，使衔铁连同挡板偏转，以控制前置放大级。2前置放大级的工作原理 前置放大级的作用是将力放大，因为力矩马达产生的力矩很小，无法操纵滑阀的启闭以产生足够的液压功率。它主要由挡板7、喷嘴8、固定节流孔10和滤油器11组成。3功率放大级的工作原理 功率放大级的作用是将前置放大级输入的滑阀位移信号进一步放大，实现功率的转换和放大。它主要由滑阀9 和
24、挡板下部的反馈弹簧片组成。,4.5.4 电液比例控制阀,电液比例阀是一种按输入的电气信号连续地、按比例地对油液的压力、流量或方向进行远距离控制的阀。1比例电磁铁 比例电磁铁是电液比例控制阀的重要组成部分，其作用是将比例控制放大器输出的电信号转换成与之成比例的力或位移。图4-60所示为比例电磁铁的结构图。,图4-60 比例电磁铁,1轭铁 2线圈 3限位环 4隔磁环 5壳体 6内盖 7盖 8调节螺钉 9弹簧 10衔铁 11支承环 12导向套,2比例方向节流阀,图4-61所示为带位移传感器的直动型比例方向节流阀结构和图形符号图。,图4-61 带位移传感器的直动型比例方向节流阀,3比例压力阀,（1）直
25、动式比例压力阀 图4-62所示为直动锥阀式比例压力阀的结构和图形符号图。,图4-62 直动锥阀式比例压力阀,1比例电磁铁 2推杆 3传力弹簧 4锥阀芯,3比例压力阀,（2）先导锥阀式比例溢流阀 图4-63所示为先导锥阀式比例溢流阀的结构和图形符号图。这种阀用比例电磁铁取代先导型溢流阀导阀的手调装置（调压手柄），便成为先导锥阀式比例溢流阀。,图4-63 先导锥阀式比例溢流阀,1阀座 2先导锥阀 3轭铁 4衔铁 5弹簧 6推秆 7线圈 8弹簧 9先导阀,4电液比例调速阀,图4-64所示为电液比例调速阀结构和图形符号图。,图4-64 电液比例调速阀,1比例电磁铁 2节流阀芯 3定差减压阀 4弹簧,4
26、.6多缸工作控制回路,4.6.1同步回路4.6.2顺序动作回路4.6.3多执行元件互不干扰回路,4.6.1 同步回路,图4-65所示为使用调速阀的同步回路。图4-66所示为使用分流阀的同步回路。图4-67所示为通过机械连接实现同步的回路。,图4-65 使用调速阀的同步回路,图4-66 使用分流阀的同步回路,图4-67 通过机械连接实现同步的回路,4.6.2 顺序动作回路,1行程控制顺序动作回路 图4-68所示为两个行程控制的顺序动作回路。其中，图4-68（a）所示为行程阀控制的顺序动作回路。图4-68（b）所示为由行程开关控制的顺序动作回路。,图4-68 行程控制顺序动作回路,2压力控制顺序动
27、作回路,图4-69所示为一使用顺序阀的压力控制顺序动作回路。,图4-69 顺序阀控制顺序动作回路,4.6.3 多执行元件互不干扰回路,多执行元件互不干扰回路的功用是防止因液压系统中的几个液压执行元件因速度快慢的不同而在动作上的相互干扰。图4-70所示为双液压泵供油来实现的多缸快慢速互不干扰回路。,图4-70 双泵互不干扰回路,4.7液压马达的其他回路,1液压马达串、并联回路 如图4-71所示。,图4-71 液压马达串并联回路,2液压马达制动回路,如图4-72（a）所示，利用一中位O型的换向阀来控制液压马达的正转、反转和停止。只要将换向阀移到中间位置，马达就停止运转，但由于惯性，马达出口到换向阀之间的背压将因马达停止运转而增大，这有可能将回油管路或阀件破坏，因此必须在如图4-72（b）所示的系统中装一制动溢流阀。,图4-72 液压马达制动回路,2液压马达制动回路,又如液压马达驱动输送机，在一方向有负载，另一方向无负载时，其需要有两种不同的制动压力。因此，这种制动回路如图4-73所示，每个制动溢流阀各控制不同方向的油液。,图4-73 两种不同压力的制动回路图,3液压马达的补油回路,当液压马达停止运转（停止供油）时，由于惯性，它多少会继续转动一点，因此，在马达入口处无法供油，造成真空现象。如图4-74所示。,图4-74 液压马达的油液补充回路,
