第5章流體傳動(dòng)與控制調(diào)節(jié)元件5.1概述5.2液壓方向控制閥5.3液壓壓力控制閥5.4液壓流量控制閥5.5其它控制閥5.6常用氣動(dòng)控制閥5.7新型調(diào)節(jié)控制元件 5.1概述

5.1.1控制閥的分類

流體傳動(dòng)控制系統(tǒng)中的控制閥有多種分類方式，每類控制閥又有不同的結(jié)構(gòu)和應(yīng)用?？砂床煌奶卣鲗?duì)控制閥進(jìn)行分類，如表5－1所示。表5－1控制閥的分類

盡管各類控制閥的結(jié)構(gòu)形式不同、控制功能各異，但它們具有一些共同點(diǎn):

(1)在結(jié)構(gòu)上，所有的閥都由閥體、閥芯（轉(zhuǎn)閥或滑閥）和驅(qū)使閥芯動(dòng)作的零、部件（如彈簧、電磁鐵）組成。

(2)在工作原理上，所有閥的開(kāi)口大小，閥進(jìn)、出口間壓差以及流過(guò)閥的流量之間的關(guān)系都符合孔口流量公式，只是各種閥的控制參數(shù)各不相同。5.1.2控制閥的性能參數(shù)

閥的規(guī)格用閥進(jìn)、出油口的公稱通徑Dg表示（單位為mm）。Dg相同的閥，其閥口的實(shí)際尺寸不一定完全相同。控制閥的性能參數(shù)主要有額定壓力、額定流量、額定壓力損失、最小穩(wěn)定流量等數(shù)值參數(shù)。近期生產(chǎn)的產(chǎn)品除對(duì)不同的閥規(guī)定一些不同的性能參數(shù)，如最大工作壓力、開(kāi)啟壓力、壓力調(diào)整范圍、允許背壓、最大流量外，同時(shí)給出若干條特性曲線，如壓力—流量曲線、壓力損失—流量曲線等，這樣就能更確切地表明閥的性能?？刂崎y性能的基本要求有:

（1）動(dòng)作靈敏，使用可靠，工作時(shí)沖擊和振動(dòng)??；

（2）油液流過(guò)的壓力損失??；

（3）密封性能好；

（4）結(jié)構(gòu)緊湊，安裝、調(diào)整、使用、維護(hù)方便，通用性強(qiáng)。

因液壓傳動(dòng)在工業(yè)傳動(dòng)中有傳遞動(dòng)力大、使用范圍廣泛等顯著優(yōu)點(diǎn)，所以從5.2節(jié)至5.5節(jié)所介紹的控制閥都是液壓控制閥；由于氣動(dòng)控制閥在工作原理和結(jié)構(gòu)方面與液壓控制閥具有很大的相似性，因此主要是在5.6節(jié)中集中講述。 5.2液壓方向控制閥

液壓方向控制閥主要是用來(lái)接通、切斷油路或改變液流流動(dòng)方向，以操縱執(zhí)行元件的啟動(dòng)、停止或改變其運(yùn)動(dòng)方向，如液壓缸的前進(jìn)、后退與停止，液壓馬達(dá)的正反轉(zhuǎn)與停止等。它主要有單向閥和換向閥兩大類，如表5－2表示。表5－2液壓方向控制閥的分類5.2.1單向閥

1.普通單向閥

1)工作原理

圖5－1（a）所示是一種管式普通單向閥的結(jié)構(gòu)。壓力油從閥體左端的通口P1流入時(shí)，克服彈簧3作用在閥芯2上的力，使閥芯向右移動(dòng)，打開(kāi)閥口，并通過(guò)閥芯2上的徑向孔a、軸向孔b從閥體右端的通口流出。但是壓力油從閥體右端的通口P2流入時(shí)，它和彈簧力一起使閥芯錐面壓緊在閥座上，使閥口關(guān)閉，油液無(wú)法通過(guò)。圖5－1（b）所示是單向閥的圖形符號(hào)。圖5－1直通式單向閥常用的單向閥有兩種結(jié)構(gòu)形式，圖5－1是直通式單向閥，圖5－2是直角式單向閥。直通式單向閥中的油流方向和閥的軸線方向相同；直角式單向閥的進(jìn)出油口P1、P2的軸線均和閥體軸線垂直，所以閥的阻力較大。也有用鋼球替代錐形閥芯的單向閥，但鋼珠易漏油，只能承受較低的反向壓力，故多用在低壓場(chǎng)合。錐閥閥芯雖然結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但能承受很高的反向壓力，閥芯的導(dǎo)向性好，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)。圖5－2直角式單向閥管式連接閥的油口可通過(guò)管接頭和油管相連，閥體的重量靠管路支承，因此閥的體積不能太大太重。圖5－2所示的閥屬于板式連接閥，閥體用螺釘固定在機(jī)體上，閥體平面和機(jī)體平面緊密貼合，閥體上各油孔分別和機(jī)體上相對(duì)應(yīng)的孔對(duì)接，用“O”形密封圈使它們密封。也有在閥體和機(jī)體之間再另外附加一塊連接板的結(jié)構(gòu)。

2)對(duì)單向閥的工作要求

（1）開(kāi)啟壓力小。

（2）能產(chǎn)生較高的反向壓力，反向泄漏小。

（3）正向?qū)〞r(shí)，閥的阻力損失小。

（4）閥芯運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，無(wú)振動(dòng)、沖擊或噪聲產(chǎn)生。

單向閥中的彈簧主要是用來(lái)克服閥芯的摩擦阻力和慣性力的，為使單向閥工作靈敏可靠，普通單向閥的彈簧剛度一般都選得很小，以避免油液流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生較大的壓降。一般單向閥的開(kāi)啟壓力為0.035～0.05MPa，當(dāng)通過(guò)其額定流量時(shí)的壓力不應(yīng)超過(guò)0.1～0.3MPa，若采用較大剛度的彈簧，使其開(kāi)啟壓力達(dá)0.2～0.6MPa，可將其放在回油路中作背壓閥使用。

單向閥的主要性能參數(shù)有:正向最小開(kāi)啟壓力、正向流動(dòng)時(shí)的壓力損失以及反向泄漏量等。

3)主要用途

（1）安裝在泵的出油口，防止壓力沖擊影響泵的正常工作，也可防止泵不工作時(shí)系統(tǒng)油液倒流回泵，如圖5－3所示。

（2）分隔油路以防止高低壓互擾。

如圖5－4所示，1是低壓大流量泵，2是高壓小流量泵。低壓時(shí)兩個(gè)泵排出的油液共同流向主油路，給系統(tǒng)供油。高壓時(shí)，單向閥的反向壓力為高壓，單向閥關(guān)閉，泵2排出的高壓油經(jīng)過(guò)虛線表示的控制油路將閥3打開(kāi)，使泵1排出的油經(jīng)閥3流回油箱，高壓泵2單獨(dú)向系統(tǒng)供油，系統(tǒng)壓力由閥4確定。這樣，單向閥將兩個(gè)壓力不同的泵隔斷，不互相影響。圖5－3單向閥安裝于泵的出油口圖5－4單向閥隔開(kāi)高低壓泵（3）產(chǎn)生背壓。

如圖5－5所示，高壓油進(jìn)入缸的無(wú)桿腔，活塞右行，有桿腔中的低壓油經(jīng)單向閥后流回油箱。單向閥有一定壓力降低，故在單向閥上游總保持一定壓力，此壓力也就是有桿腔中的壓力，叫做背壓，其數(shù)值不高，一般約為0.5MPa，保證無(wú)桿腔中的壓力不會(huì)為零。在缸的回油路上保持一定背壓，可防止活塞的沖擊，使活塞運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)。此種用途的單向閥也叫背壓閥。（4）將執(zhí)行機(jī)構(gòu)和系統(tǒng)隔斷。

如圖5－6所示，由換向閥3和4分別控制兩個(gè)缸的進(jìn)退。在換向閥3、4和系統(tǒng)之間放置了兩個(gè)單向閥1、2。當(dāng)正常工作時(shí)，系統(tǒng)的壓力油分別經(jīng)過(guò)單向閥1、換向閥3以及單向閥2、換向閥4分別進(jìn)入液壓缸。若系統(tǒng)由于某種原因失壓時(shí)，因?yàn)閱蜗蜷y的作用，缸仍可維持一定壓力，從而可防止因負(fù)載力或運(yùn)動(dòng)件的自重使缸的活塞反向運(yùn)動(dòng)。這樣兩個(gè)單向閥將缸和系統(tǒng)隔斷，使兩個(gè)缸互不影響。圖5－5單向閥作背壓閥圖5－6執(zhí)行機(jī)構(gòu)和系統(tǒng)隔斷

(5)用單向閥和其它閥組成復(fù)合閥。

在圖5－7中，由單向閥和節(jié)流閥組成復(fù)合閥，叫單向節(jié)流閥。用單向閥組成的復(fù)合閥還有單向順序閥、單向減壓閥、單向換向閥等。圖5－7單向閥和節(jié)流閥組成復(fù)合閥

2.液控單向閥

液控單向閥有內(nèi)泄式和外泄式兩種。圖5－8(a)所示是液控單向閥的結(jié)構(gòu)。當(dāng)控制口K處無(wú)壓力油通入時(shí)，它的工作機(jī)制和普通單向閥一樣。壓力油只能從通口P1流向通口P2，不能反向倒流。當(dāng)控制口K有控制壓力油時(shí)，因控制活塞1右側(cè)a腔通泄油口，活塞1右移，推動(dòng)頂桿2頂開(kāi)閥芯3，使通口P1和P2接通，油液就可在兩個(gè)方向自由通流。圖5－8（b）所示是液控單向閥的圖形符號(hào)。圖5－8液控單向閥

1)工作原理

圖5－8(a)為內(nèi)泄式液控單向閥。此類液控單向閥無(wú)專門(mén)的泄油口，控制活塞的背壓腔與P1相通。p1腔的壓力p1作用在控制活塞的上端面上，形成控制壓力pK的阻力。當(dāng)p1=0時(shí),pK=(0.4～0.5)p2。當(dāng)p1≠0時(shí)所需的pk更大。P1腔和P2腔壓力所形成的力，對(duì)控制活塞來(lái)說(shuō)都是阻力。

圖5－8(b)為液控單向閥的圖形符號(hào)。這種結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，但是由于反向開(kāi)啟時(shí)所需的控制壓力pK較高，所以僅適用于P1腔壓力較低的場(chǎng)合。

2)用途舉例

（1）做立式液壓缸的支撐閥。

如圖5－9所示，通過(guò)液控單向閥往立式缸的下腔供油，活塞上行。停止供油時(shí)，因有液控單向閥，活塞靠自重不能下行，于是可在任一位置懸浮。將液控單向閥的控制口加壓后，活塞即可靠自重下行。若此立式缸下行是工作行程，可同時(shí)往缸的上腔和液控單向閥的控制口加壓，則活塞下行，完成工作過(guò)程。圖5－9做立式液壓缸的支撐閥（2）對(duì)液壓缸進(jìn)行鎖緊。

如圖5－10所示，若A為高壓進(jìn)油管，B為低壓排油管，對(duì)液控單向閥1而言，液控口通高壓油，打開(kāi)液壓?jiǎn)蜗蜷y1，使回油路中油液順利通過(guò)。此時(shí)將高壓油管A中的壓力作為加在液控單向閥2的正向進(jìn)口上，液控單向閥2也構(gòu)成通路，高壓油自A管進(jìn)入缸，活塞右行，低壓油自B管排出，缸的工作和不加液控單向閥時(shí)相同。同理，若B管為高壓，A管為低壓，則活塞左行。若A、B管均不通壓力油，則液控單向閥的控制口均無(wú)壓力，閥1和閥2均閉鎖。此時(shí)活塞不管是受到正向負(fù)載力還是反向負(fù)載力，因缸兩腔的油均被封死，活塞不能運(yùn)動(dòng)，這樣就形成了缸的雙向閉鎖。圖5－10對(duì)液壓缸進(jìn)行鎖緊5.2.2換向閥

換向閥是利用閥芯相對(duì)于閥體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使油路接通、關(guān)斷，或改變油流的方向，從而使液壓執(zhí)行元件啟動(dòng)、停止或變換運(yùn)動(dòng)方向，因而叫換向閥。

液壓系統(tǒng)對(duì)換向閥性能的主要要求是:

（1）油液流經(jīng)換向閥時(shí)的壓力損失?。?/p>

（2）互不相通的油口間的泄露?。?/p>

（3）換向平穩(wěn)、迅速且可靠。

1.換向閥的工作原理

圖5－11所示為滑閥式二位四通換向閥的工作原理。當(dāng)閥芯移到左端時(shí)，泵的流量流向B口，使活塞向左運(yùn)動(dòng)，活塞右腔的油液經(jīng)A口和閥流回油箱；反之，當(dāng)閥芯移到右端時(shí)，活塞便向右運(yùn)動(dòng)。因此，通過(guò)閥芯的移動(dòng)可實(shí)現(xiàn)執(zhí)行元件的正、反向運(yùn)動(dòng)。圖5－11滑閥式換向閥

2.換向閥的結(jié)構(gòu)形式

按閥芯相對(duì)于閥體的運(yùn)動(dòng)方式來(lái)分有滑閥式換向閥和轉(zhuǎn)閥式換向閥兩種，在液壓系統(tǒng)中，滑閥式換向閥遠(yuǎn)比轉(zhuǎn)閥式換向閥用得廣泛。表5－3列出了常見(jiàn)滑閥式換向閥主體部分的結(jié)構(gòu)原理、圖形符號(hào)和使用場(chǎng)合。

換向閥的功能主要由其控制的通路數(shù)及工作位置所決定。

位是指閥芯的位置，例如閥芯有兩種位置的換向閥簡(jiǎn)稱二位換向閥。閥芯有三種位置的換向閥簡(jiǎn)稱三位換向閥，閥的位置數(shù)大于三的叫多位換向閥?！拔弧痹诜?hào)圖中以方框表示，見(jiàn)圖5－11和表5－3圖形符號(hào)中的方框。表5－3滑閥式換向閥主體部分的結(jié)構(gòu)原理、圖形符號(hào)和使用場(chǎng)合

1）結(jié)構(gòu)主體

閥體和滑動(dòng)閥芯是滑閥式換向閥的結(jié)構(gòu)主體。表5－3中所示結(jié)構(gòu)是閥體最常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)形式。由表可見(jiàn)，閥體上開(kāi)有多個(gè)通口，閥芯移動(dòng)后可以停留在不同的工作位置上。以表中末行的三位五通閥為例，閥體上有P、A、B、T1、T2五個(gè)通口，閥芯有左、中、右三個(gè)工作位置。當(dāng)閥芯處在圖示中間位置時(shí)，五個(gè)通口都關(guān)閉；當(dāng)閥芯移向左端時(shí)，通口T2

關(guān)閉，通口P和B相通，通口A和T1相通；當(dāng)閥芯移向右端時(shí)，通口T1關(guān)閉，通口P和A相通，通口B和T2相通。這種結(jié)構(gòu)形式由于具有使五個(gè)通口都關(guān)閉的工作狀態(tài)，故可使受它控制的執(zhí)行元件在任意位置上停止運(yùn)動(dòng)。換向閥符號(hào)的含義如下:

（1）用方框表示閥的工作位置，有幾個(gè)方框就表示幾“位”。

（2）方框內(nèi)的箭頭表示在這一位置上油路處于接通狀態(tài)，但并不一定表示油流的實(shí)際流向。

（3）方框內(nèi)符號(hào)或表示此油路被閥芯封閉，即不通。

（4）一個(gè)方框的上邊和下邊與外部連接的接口數(shù)有幾個(gè)，就表示幾“通”。

（5）一般閥與系統(tǒng)供油路連接的進(jìn)油口用字母P表示；閥與系統(tǒng)回油路連接的回油口用字母T(或O）表示；而閥與執(zhí)行元件連接的工作油口則用字母A、B等表示。有時(shí)在圖形符號(hào)上還標(biāo)出泄漏油口，用字母L表示。

2)滑閥的操縱方式

表5－4中列舉了常見(jiàn)的滑閥操縱方式。表中列舉僅是舉例，表中的被操縱閥和操縱方式無(wú)本質(zhì)聯(lián)系，即如果是機(jī)動(dòng)操縱方式也可以操縱三位四通閥等。表5－4滑閥操縱方式圖5－12（a）所示為轉(zhuǎn)動(dòng)式換向閥（簡(jiǎn)稱轉(zhuǎn)閥）的工作原理圖。該閥由閥體1、閥芯2和使閥芯轉(zhuǎn)動(dòng)的操作手柄3組成，在圖示位置，通口P和A相通、B和T相通；當(dāng)操作手柄轉(zhuǎn)換到“止”位置時(shí)，通口P、A、B和T均不相通，當(dāng)操作手柄轉(zhuǎn)換到另一位置時(shí)，則通口P和B相通，A和T相通。5－12（b）所示是它的圖形符號(hào)。圖5－12轉(zhuǎn)閥

3.換向閥的性能和特點(diǎn)

1)中位機(jī)能

三位換向閥的閥芯在中間位置時(shí)，各通口間有不同的連通方式，可滿足不同的使用要求。這種連通方式稱為換向閥的中位機(jī)能。三位四通換向閥常見(jiàn)的中位機(jī)能、型號(hào)、符號(hào)及其特點(diǎn)示于表5－5中。三位五通換向閥的情況與此相似。不同的中位機(jī)能是通過(guò)改變閥芯的形狀和尺寸得到的。表5－5三位四通換向閥的中位機(jī)能在分析和選擇閥的中位機(jī)能時(shí)，通?？紤]以下幾點(diǎn):

（1）系統(tǒng)保壓。當(dāng)P口被堵塞時(shí)，系統(tǒng)保壓，液壓泵能用于多缸系統(tǒng)。當(dāng)P口不太通暢地與T口接通時(shí)(如X型)，系統(tǒng)能保持一定的壓力供控制油路使用。

（2）系統(tǒng)卸荷。P口通暢地與T口接通時(shí)，系統(tǒng)卸荷。

（3）啟動(dòng)平穩(wěn)性。閥在中位時(shí)，液壓缸某腔如通油箱，則啟動(dòng)時(shí)該腔內(nèi)因無(wú)油液起緩沖作用，啟動(dòng)不太平穩(wěn)。

（4）液壓缸“浮動(dòng)”和在任意位置上的停止，閥在中位，當(dāng)A、B兩口互通時(shí)，臥式液壓缸呈“浮動(dòng)”狀態(tài)，可利用其它機(jī)構(gòu)移動(dòng)工作臺(tái)，調(diào)整其位置。當(dāng)A、B兩口堵塞或與P口連接(在非差動(dòng)情況下)，則可使液壓缸在任意位置停下來(lái)。

（5）換向平穩(wěn)性與精度。當(dāng)液壓缸A、B兩口都堵塞時(shí)，換向過(guò)程中易產(chǎn)生液壓沖擊，換向不穩(wěn)，但換向精度高；反之，A、B兩口都通T口時(shí)，換向過(guò)程中部件不易制動(dòng)，換向精度低，但液壓沖擊小。

2)主要性能

換向閥的主要性能主要包括下面幾項(xiàng)（以電磁閥為例）:

(1)工作可靠性。

工作可靠性指電磁鐵通電后能否可靠地?fù)Q向，而斷電后能否可靠地復(fù)位。工作可靠性主要取決于設(shè)計(jì)和制造，和使用也有關(guān)系。液動(dòng)力和液壓卡緊力的大小對(duì)工作可靠性影響很大，而這兩個(gè)力與通過(guò)閥的流量和壓力有關(guān)。所以電磁閥也只有在一定的流量和壓力范圍內(nèi)才能正常工作。

(2)壓力損失。

由于電磁閥的開(kāi)口很小，故液流流過(guò)閥口時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的壓力損失。

(3)內(nèi)泄漏量。

在不同的工作位置，在規(guī)定的工作壓力下，從高壓腔到低壓腔的泄漏量為內(nèi)泄漏量。過(guò)大的內(nèi)泄漏量不僅會(huì)降低系統(tǒng)的效率，引起過(guò)熱，而且會(huì)影響執(zhí)行機(jī)構(gòu)的正常工作。

（4）換向和復(fù)位時(shí)間。

換向時(shí)間指從電磁鐵通電到閥芯換向終止的時(shí)間；復(fù)位時(shí)間指從電磁鐵斷電到閥芯回復(fù)到初始位置的時(shí)間。減小換向和復(fù)位時(shí)間可提高機(jī)構(gòu)的工作效率，但會(huì)引起液壓沖擊。交流電磁閥的換向時(shí)間一般約為0.03～0.05s，換向沖擊較大；而直流電磁閥的換向時(shí)間約為0.1～0.3s，換向沖擊較小。通常復(fù)位時(shí)間比換向時(shí)間稍長(zhǎng)。（5）換向頻率。

換向頻率是在單位時(shí)間內(nèi)閥所允許的換向次數(shù)。目前單電磁鐵的電磁閥的換向頻率一般為60次/分鐘。

（6）使用壽命。

使用壽命指使用到電磁閥某一零件損壞，不能進(jìn)行正常的換向或復(fù)位動(dòng)作，或使用到電磁閥的主要性能指標(biāo)超過(guò)規(guī)定指標(biāo)時(shí)所經(jīng)歷的換向次數(shù)。

電磁閥的使用壽命主要取決于電磁鐵。濕式電磁鐵的壽命比干式的長(zhǎng)，直流電磁鐵的壽命比交流的長(zhǎng)。

3)滑閥的液壓卡緊現(xiàn)象

一般滑閥的閥孔和閥芯之間有很小的間隙，當(dāng)縫隙均勻且縫隙中有油液時(shí)，移動(dòng)閥芯所需的力只需克服黏性摩擦力，數(shù)值是相當(dāng)小的。但在實(shí)際使用中，特別是在中、高壓系統(tǒng)中，當(dāng)閥芯停止運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間(一般約5min)后，這個(gè)阻力可以大到幾百牛頓，使閥芯很難重新移動(dòng)。這就是所謂的液壓卡緊現(xiàn)象。

引起液壓卡緊的原因，有的是由于臟物進(jìn)入縫隙而使閥芯移動(dòng)困難，有的是由于縫隙過(guò)小在油溫升高時(shí)閥芯膨脹而卡死，但是主要原因是來(lái)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?；y的液壓卡緊現(xiàn)象不僅在換向閥中有，其他的液壓閥也普遍存在，在高壓系統(tǒng)中更為突出，特別是滑閥的停留時(shí)間越長(zhǎng)，液壓卡緊力越大，以致造成移動(dòng)滑閥的推力(如電磁鐵推力)不能克服卡緊阻力，使滑閥不能復(fù)位。為了減小徑向不平衡力，應(yīng)嚴(yán)格控制閥芯和閥孔的制造精度，在裝配時(shí)，盡可能使其成為順錐形式；另一方面，在閥芯上開(kāi)環(huán)形均壓槽，也可以大大減小徑向不平衡力。

4.換向閥的應(yīng)用

換向閥可應(yīng)用于以下方面:

（1）使執(zhí)行機(jī)構(gòu)或增壓器換向。

（2）和溢流閥組成泵的卸荷回路。

（3）換向閥作為先導(dǎo)閥控制液動(dòng)換向閥、液控單向閥和插裝閥。

（4）和壓力閥配合使系統(tǒng)具有幾種不同的壓力。

（5）使泵排出的流量通向系統(tǒng)或通向油箱。

（6）組成差動(dòng)回路使缸增速。

（7）和節(jié)流閥配合構(gòu)成速度換接回路。

（8）使閥的進(jìn)出油口連通或斷路。例如，在串聯(lián)調(diào)速回路中,可使串聯(lián)的兩個(gè)節(jié)流閥中的一個(gè)失去效應(yīng)。

（9）和比例電磁鐵構(gòu)成比例方向閥。

（10）利用換向閥的機(jī)能鎖緊系統(tǒng),或使執(zhí)行機(jī)構(gòu)高低壓腔連通。5.3液壓壓力控制閥

壓力控制閥是用來(lái)對(duì)液壓系統(tǒng)中液流的壓力進(jìn)行控制與調(diào)節(jié)的閥,此類閥是利用作用在閥芯上的液體壓力和彈簧力相平衡的原理來(lái)工作的。常見(jiàn)的壓力控制閥有溢流閥、減壓閥、順序閥、壓力繼電器等。常見(jiàn)壓力控制閥的類型如表5－6所示。表5－6壓力控制閥的分類5.3.1溢流閥

1.功用和要求

溢流閥是通過(guò)閥口的溢流使被控制系統(tǒng)或回路的壓力維持恒定，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓、調(diào)壓或限壓的作用。

液壓系統(tǒng)對(duì)溢流閥的性能要求有:

（1）定壓精度高。當(dāng)流過(guò)溢流閥的流量發(fā)生變化時(shí)，系統(tǒng)中的壓力變化要小，即靜態(tài)壓力超調(diào)要小。

（2）靈敏度要高。溢流閥的靈敏度越高，則動(dòng)態(tài)壓力超調(diào)越小。

（3）工作要平穩(wěn)，且無(wú)振動(dòng)和噪聲。

（4）當(dāng)閥關(guān)閉時(shí)，密封要好，泄漏要小。對(duì)于經(jīng)常開(kāi)啟的溢流閥，主要要求（1）~（3）項(xiàng)性能；而對(duì)于安全閥，則主要要求（2）和（4）兩項(xiàng)性能。其實(shí)，溢流閥和安全閥都是同一結(jié)構(gòu)的閥，只不過(guò)是在不同要求時(shí)有不同的作用而已。

2.工作原理和結(jié)構(gòu)形式

常用的溢流閥按其結(jié)構(gòu)形式和基本動(dòng)作方式可分為直動(dòng)式和先導(dǎo)式兩種。

1)直動(dòng)式溢流閥

圖5－13為直動(dòng)式溢流閥的結(jié)構(gòu)圖和圖形符號(hào)。它由閥體、閥芯、調(diào)壓彈簧、彈簧座、調(diào)節(jié)螺母等組成。壓力油從進(jìn)油口P進(jìn)入閥后，經(jīng)孔f和阻尼孔g后作用在閥芯4的底面c上。當(dāng)進(jìn)口壓力較低時(shí)，閥芯在彈簧2的預(yù)調(diào)力作用下處于最下端，由底端螺母限位。由閥芯與閥體5構(gòu)成有重疊量l的節(jié)流口，將P與T口隔斷，閥處于關(guān)閉狀態(tài)。圖5－13低壓直動(dòng)式溢流閥當(dāng)進(jìn)口P處油壓力升高，在閥芯下端所產(chǎn)生的作用力超過(guò)彈簧的預(yù)調(diào)力時(shí)，閥芯開(kāi)始上升。當(dāng)閥芯上移重疊量l時(shí)，閥口處于開(kāi)啟的臨界狀態(tài)。若壓力繼續(xù)升高至閥口打開(kāi)，油液從P口經(jīng)T口溢流回油箱。此時(shí)，由于溢流閥的作用，在流量變化時(shí)，進(jìn)口壓力能基本保持恒定。閥芯上的阻尼孔g用來(lái)對(duì)閥芯的動(dòng)作產(chǎn)生阻尼，以提高閥的動(dòng)作平衡性，調(diào)整螺母1可以改變彈簧的壓緊力，這樣也就調(diào)整了溢流閥進(jìn)口處的油液壓力P。

圖5－13中L為泄漏油口。圖示回油口T與泄漏油流經(jīng)的彈簧腔相通，L口堵塞，稱為內(nèi)泄。內(nèi)泄時(shí)，回油口T的背壓作用在閥芯上端面，這時(shí)與彈簧相平衡的將是進(jìn)出油口壓差。若將泄漏油腔與T口的連接通道e堵塞，將L口打開(kāi)，直接將泄漏油引回油箱，這種連接方式稱外泄。當(dāng)溢流閥穩(wěn)定工作時(shí)，作用在閥芯上的油液壓力、彈簧的壓緊力Fs、穩(wěn)態(tài)軸向液動(dòng)力Fbs、閥芯的自重G和摩擦力Ff是平衡的，它們可用下式表示:（5－1）式中，p為進(jìn)油口壓力；A0為閥芯承受油液壓力的面積。由式（5－1）可以看出，溢流閥是利用被控壓力作為信號(hào)來(lái)改變彈簧的壓縮量，從而改變閥口的通流面積和系統(tǒng)的溢流量來(lái)達(dá)到定壓的目的。當(dāng)系統(tǒng)壓力升高時(shí)，閥芯上升，閥口通流面積增加，溢流量增大，進(jìn)而使系統(tǒng)壓力下降。溢流閥內(nèi)部通過(guò)閥芯的平衡及運(yùn)動(dòng)構(gòu)成的這種負(fù)反饋?zhàn)饔檬且彩撬卸▔洪y的基本工作原理。若忽略液動(dòng)力、閥芯自重的摩擦力，則式（5－1）可寫(xiě)成:（5－1）由式(5－2)可知，彈簧力的大小與控制壓力成正比，如果提高被控壓力，一方面可用減小閥芯的面積來(lái)達(dá)到，另一方面則需增大彈簧力。而溢流閥調(diào)節(jié)的壓力值受到結(jié)構(gòu)限制，必須采用大剛度的彈簧。這樣，在閥芯相同位移的情況下，彈簧力變化較大，因而該閥的定壓精度就低。所以，這種低壓直動(dòng)式溢流閥一般用于壓力小于2.5MPa的小流量場(chǎng)合。直動(dòng)式溢流閥采取適當(dāng)?shù)拇胧┮部捎糜诟邏捍罅髁?。例如，德?guó)Rexroth公司開(kāi)發(fā)的通徑為6～20mm的壓力為40～63MPa；通徑為25～30mm的壓力為31.5MPa的直動(dòng)式溢流閥，最大流量可達(dá)到330L/min，其中較為典型的錐閥式結(jié)構(gòu)如圖5－14所示。

圖5－14為錐閥式結(jié)構(gòu)的局部放大圖，在錐閥的下部有一阻尼活塞3，活塞的側(cè)面銑扁，以便將壓力油引到活塞底部，該活塞除了能增加運(yùn)動(dòng)阻尼以提高閥的工作穩(wěn)定性外，還可以使錐閥導(dǎo)向而在開(kāi)啟后不會(huì)傾斜。此外，錐閥上部有一個(gè)偏流盤(pán)1，盤(pán)上的環(huán)形槽用來(lái)改變液流方向，一方面以補(bǔ)償錐閥2的液動(dòng)力，另一方面由于液流方向的改變，產(chǎn)生一個(gè)與彈簧力相反方向的射流力。當(dāng)通過(guò)溢流閥的流量增加時(shí)，雖然因錐閥閥口增大引起彈簧力增加，但由于與彈簧力方向相反的射流力也同時(shí)增加，抵消了彈簧力的增量，有利于提高閥的通流流量和工作壓力。圖5－14直動(dòng)式錐閥式溢流閥

2)先導(dǎo)式溢流閥

圖5－15所示為先導(dǎo)式溢流閥的工作原理圖和圖形符號(hào)，它由先導(dǎo)閥和主閥組成。壓力油從P口進(jìn)入，通過(guò)阻尼孔3后作用在先導(dǎo)閥4上，當(dāng)進(jìn)油口壓力較低，先導(dǎo)閥上的液壓作用力不足以克服導(dǎo)閥右邊的彈簧5的作用力時(shí)，先導(dǎo)閥關(guān)閉，沒(méi)有油液流過(guò)阻尼孔，所以主閥芯2兩端壓力相等，在較軟的主閥彈簧1作用下主閥芯2處于最下端位置，溢流閥閥口P和T隔斷，沒(méi)有溢流。當(dāng)進(jìn)油口壓力升高到作用在導(dǎo)閥上的液壓力大于先導(dǎo)閥彈簧作用力時(shí)，先導(dǎo)閥打開(kāi)，壓力油就可通過(guò)阻尼孔、經(jīng)先導(dǎo)閥流回油箱，由于阻尼孔的作用，使主閥芯上端的液壓力p2小于下端壓力p1，當(dāng)這個(gè)壓力差作用在面積為AB的主閥芯上的力等于或超過(guò)主閥彈簧力Fs、軸向穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力Fbs、摩擦力Ff和主閥芯自重G時(shí)，主閥芯開(kāi)啟，油液從P口流入，經(jīng)主閥閥口T流回箱，實(shí)現(xiàn)溢流，即有:(5－3)由式(5－3)可知，由于油液通過(guò)阻尼孔而產(chǎn)生的p1與p2之間的壓差值不太大，所以主閥芯只需一個(gè)小剛度的軟彈簧即可。而作用在先導(dǎo)閥4上的液壓力p2與其導(dǎo)閥閥芯面積的乘積即為導(dǎo)閥彈簧5的調(diào)壓彈簧力，由于導(dǎo)閥閥芯一般為錐閥，受壓面積較小，所以用一個(gè)剛度不太大的彈簧即可調(diào)整較高的開(kāi)啟壓力p2，用螺釘調(diào)節(jié)導(dǎo)閥彈簧的預(yù)緊力，就可調(diào)節(jié)溢流閥的溢流壓力。圖5－15先導(dǎo)式溢流閥先導(dǎo)式溢流閥有一個(gè)遠(yuǎn)程控制口K，如果將K口用油管接到另一個(gè)遠(yuǎn)程調(diào)壓閥(遠(yuǎn)程調(diào)壓閥的結(jié)構(gòu)和溢流閥的先導(dǎo)控制部分一樣)，調(diào)節(jié)遠(yuǎn)程調(diào)壓閥的彈簧力，即可調(diào)節(jié)溢流閥主閥芯上端的液壓力，從而對(duì)溢流閥的溢流壓力實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。但是，遠(yuǎn)程調(diào)壓閥所能調(diào)節(jié)的最高壓力不得超過(guò)溢流閥本身先導(dǎo)閥的調(diào)整壓力。當(dāng)遠(yuǎn)程控制口K通過(guò)二位二通閥接通油箱時(shí)，主閥芯上端的壓力接近于零，主閥芯上移到最高位置，閥口開(kāi)得很大。由于主閥彈簧較軟，這時(shí)溢流閥P口處壓力很低，系統(tǒng)的油液在低壓下通過(guò)溢流閥流回油箱，實(shí)現(xiàn)卸荷。

先導(dǎo)式溢流閥按其閥芯不同有三種典型結(jié)構(gòu)形式:一級(jí)、二級(jí)和三級(jí)同心式。二級(jí)同心式先導(dǎo)式溢流閥如圖5－16所示，該閥由先導(dǎo)閥和主閥兩部分組成，先導(dǎo)閥為錐閥，主閥芯為帶圓柱面的錐閥。其主閥芯導(dǎo)向面和錐面與閥套配合良好，兩處同心度要求較高，二級(jí)同心由此得名。當(dāng)系統(tǒng)壓力低于調(diào)壓彈簧調(diào)定值時(shí)，主閥芯向下壓在閥座上，進(jìn)油口和溢流口不通。當(dāng)系統(tǒng)壓力超過(guò)調(diào)壓彈簧的調(diào)定值時(shí)，先導(dǎo)閥打開(kāi)，油液回油腔。這樣，主閥芯向上抬起，使P腔和O腔接通，壓力油從P腔溢流至O腔。阻尼孔對(duì)閥芯的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生阻尼，以提高溢流閥工作的穩(wěn)定性。這種閥的密封性好,通油能力大,壓力損失小,結(jié)構(gòu)緊湊。圖5－16二級(jí)同心式先導(dǎo)式溢流閥

3.溢流閥的性能

溢流閥的性能包括溢流閥的靜態(tài)性能和動(dòng)態(tài)性能。

1)靜態(tài)性能

(1)壓力調(diào)節(jié)范圍。

壓力調(diào)節(jié)范圍是指調(diào)壓彈簧在規(guī)定的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)時(shí)，系統(tǒng)壓力能平穩(wěn)地上升或下降，且壓力無(wú)突跳及遲滯現(xiàn)象時(shí)的最大和最小調(diào)定壓力。溢流閥的最大允許流量為其額定流量，在額定流量下工作時(shí)，溢流閥應(yīng)無(wú)噪聲,溢流閥的最小穩(wěn)定流量取決于它的壓力平穩(wěn)性要求，一般規(guī)定為額定流量的15%。（2）啟閉特性。啟閉特性是指溢流閥在穩(wěn)態(tài)情況下從開(kāi)啟到閉合的過(guò)程中，被控壓力與通過(guò)溢流閥的溢流量之間的關(guān)系。它是衡量溢流閥定壓精度的一個(gè)重要指標(biāo)，一般用溢流閥處于額定流量、調(diào)定壓力ps時(shí)，開(kāi)始溢流的開(kāi)啟壓力pk及停止溢流的閉合壓力pB分別與ps的百分比來(lái)衡量，前者稱為開(kāi)啟比pk，后者稱為閉合比pB，即(5－4)(5－5)圖5-17溢流閥的啟閉特性曲線（3）卸荷壓力。當(dāng)溢流閥的遠(yuǎn)程控制口K與油箱相連時(shí)，額定流量下的壓力損失稱為卸荷壓力。

2)動(dòng)態(tài)性能當(dāng)溢流閥在溢流量發(fā)生由零至額定流量的階躍變化時(shí)，它的進(jìn)口壓力也就是它所控制的系統(tǒng)壓力將如圖5－18所示迅速升高并超過(guò)額定壓力的調(diào)定值，然后逐步衰減到最終穩(wěn)定壓力，從而完成其動(dòng)態(tài)過(guò)渡過(guò)程。圖5－18流量階躍變化時(shí)溢流閥的進(jìn)口壓力響應(yīng)特性曲線定義最高瞬時(shí)壓力峰值與額定壓力調(diào)定值ps的差值為壓力超調(diào)量Δp，則壓力超調(diào)率Δp為(5－6)它是衡量溢流閥動(dòng)態(tài)定壓誤差的一個(gè)性能指標(biāo)。一個(gè)性能良好的溢流閥，其Δp≤10%～30%。圖5－18中所示t1稱為響應(yīng)時(shí)間,t2稱為過(guò)渡過(guò)程時(shí)間。顯然，t1越小，溢流閥的響應(yīng)越快；t2越小，溢流閥的動(dòng)態(tài)過(guò)渡過(guò)程時(shí)間越短。

4.溢流閥的應(yīng)用

1)與調(diào)速閥配合構(gòu)成恒壓能源

在圖5－19中，1為液壓泵，2為溢流閥，3為調(diào)速閥，這三種元件構(gòu)成定壓能源的典型組合。在泵出口處并聯(lián)了溢流閥，它的作用是即便流過(guò)溢流閥的流量產(chǎn)生變化而流量產(chǎn)生變化而仍能保持溢流閥的進(jìn)口壓力不變。在泵出口為恒壓的條件下，改變調(diào)速閥3的開(kāi)度，就可改變通往系統(tǒng)的流量，多余的油經(jīng)溢流閥流回油箱。當(dāng)通往系統(tǒng)的流量變化時(shí)，流經(jīng)溢流閥的流量也變化。因溢流閥的調(diào)節(jié)作用，可使泵出口壓力基本維持不變。圖5－19恒壓能源

2)作安全閥

圖5－20中管路3是高壓、管路4是低壓。高壓管路中的壓力取決于液壓馬達(dá)所帶動(dòng)的負(fù)載力矩。溢流閥5的調(diào)定壓力應(yīng)確定為:系統(tǒng)在正常工作壓力下，溢流閥5不開(kāi)啟，當(dāng)系統(tǒng)壓力超過(guò)某一規(guī)定值時(shí)，溢流閥開(kāi)啟，高壓油從管路3經(jīng)溢流閥5到低壓管路。此時(shí)，系統(tǒng)壓力只維持溢流閥所調(diào)定的數(shù)值，而不能繼續(xù)再增加。這樣，就保護(hù)了系統(tǒng)免受高壓的侵害。因此把起這種作用的溢流閥叫安全閥。圖5－20溢流閥作安全閥

3)與二位二通閥配合使泵卸荷

在圖5－21中，二位二通閥處于斷路位置，即溢流閥的遙控口不能和油箱相通，此時(shí)溢流閥以調(diào)定的壓力值正常工作。

當(dāng)二位二通閥處于通路位置時(shí)，即溢流閥的遙控口和油箱相通。在圖中，也就是彈簧腔K中無(wú)壓力，主閥芯上移，溢流口的開(kāi)口量達(dá)最大值，阻力很小，泵排出的油壓力很小，全部經(jīng)溢流閥流回油箱。定量泵雖排出了恒定流量但壓力很小，輸出功率很小，接近于零，從而可認(rèn)為泵和拖動(dòng)泵的原動(dòng)機(jī)被卸荷。從閥的使用功能看，此時(shí)的溢流閥也可叫卸荷閥。圖5－21溢流閥作卸荷閥

4)使一個(gè)主溢流閥具有多級(jí)調(diào)定壓力

在圖5－22中，1為主溢流閥，2、3、4為遠(yuǎn)程調(diào)壓閥，也叫遙控調(diào)壓閥。閥2、3、4均事先調(diào)整好各自的調(diào)定壓力。當(dāng)換向閥5處于中位時(shí)，系統(tǒng)的壓力取決于調(diào)壓閥2的調(diào)定壓力。當(dāng)換向閥5處于左位時(shí)，系統(tǒng)的壓力取決于調(diào)壓閥4。當(dāng)換向閥5處于右位時(shí)，系統(tǒng)的壓力取決于調(diào)壓閥3的壓力。系統(tǒng)有三種不同的壓力調(diào)定值。閥3和閥4的調(diào)定壓力應(yīng)小于閥2的調(diào)定壓力。圖5－22多級(jí)調(diào)定壓力5.3.2減壓閥

1.功用和要求

在同一系統(tǒng)中，經(jīng)常會(huì)遇到一個(gè)泵向幾個(gè)執(zhí)行元件同時(shí)供油的情況，而執(zhí)行元件所需的工作壓力不盡相同。若某執(zhí)行元件所需的工作壓力較泵的供油壓力低，可在該分支油路中并聯(lián)一減壓閥。油液流經(jīng)減壓閥后，壓力降低，且使其出口處相接的某一回路的壓力保持恒定。這種減壓閥稱為定值減壓閥。

減壓閥又可分為定值減壓閥、定比減壓閥和定差減壓閥三種。其中定值減壓閥應(yīng)用最廣，簡(jiǎn)稱為減壓閥。減壓閥也分為直動(dòng)式和先導(dǎo)式兩種。

對(duì)減壓閥的性能要求是:出口壓力維持恒定，不受進(jìn)口壓力、通過(guò)流量大小的影響。

2.工作原理和結(jié)構(gòu)

原理和圖形符號(hào)，當(dāng)閥芯處在原始位置上時(shí)，它的閥口a是打開(kāi)的，閥的進(jìn)、出口相通。這個(gè)閥的閥芯由出口處的壓力控制，出口壓力未達(dá)到調(diào)定壓力時(shí)閥口全開(kāi)、閥芯不工作。當(dāng)出口壓力達(dá)到調(diào)定壓力時(shí)，閥芯上移，閥口關(guān)小，整個(gè)閥處于工作狀態(tài)。如忽略其它阻力，僅考慮閥芯上的液壓力和彈簧力相平衡的條件，則可認(rèn)為出口壓力基本上維持在某一調(diào)定值上。這時(shí)如出口壓力減小，閥芯下移，閥口開(kāi)大，閥口處阻力減小，壓降下降，使出口壓力回升到調(diào)定值上。反之，如出口壓力增大，則閥芯上移，閥口關(guān)小，閥口處阻力加大，壓降增大，使出口壓力下降至調(diào)定值。

圖5－24所示為先導(dǎo)式減壓閥的工作原理和圖形符號(hào)，其工作原理可仿照前述的先導(dǎo)式溢流閥來(lái)進(jìn)行分析。圖5－23直動(dòng)式減壓閥圖5－24先導(dǎo)式減壓閥先導(dǎo)式減壓閥和先導(dǎo)式溢流閥之間有如下幾點(diǎn)不同:

（1）減壓閥保持出口壓力基本不變，而溢流閥保持進(jìn)口處壓力基本不變。

（2）在不工作時(shí)，減壓閥進(jìn)、出油口互通，而溢流閥的進(jìn)、出油口不通。

（3）為保證減壓閥出口壓力調(diào)定值恒定，它的先導(dǎo)閥彈簧腔需通過(guò)泄油口單獨(dú)外接油箱；而溢流閥的出油口是通油箱的，所以它的先導(dǎo)閥彈簧腔和泄油口可通過(guò)閥體上的通道和出油口相通，不必單獨(dú)外接油箱。

3.工作特性

理想的減壓閥在進(jìn)口壓力、流量發(fā)生變化或出口負(fù)載增加時(shí)，其出口壓力p2總是恒定不變。但實(shí)際上，p2是隨進(jìn)口壓力p1、流量q的變化或負(fù)載的增大而有所變化的。由圖5－23可知，若忽略閥芯的自重和摩擦力，當(dāng)穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力為Fbs時(shí)，閥芯上的力平衡方程為p2AR+Fbs=Ks(xc+xR)(5－7)式中:Ks為彈簧剛度；xc為當(dāng)閥芯開(kāi)口xR=0時(shí)彈簧的預(yù)壓縮量，亦即(5－8)若忽略液動(dòng)力Fbs，且xR≤xc時(shí)，則有:這就是減壓閥出口壓力可基本上保持定值的原因。減壓閥的p2－q特性曲線如圖5－25所示，當(dāng)減壓閥進(jìn)油口壓力p1基本恒定時(shí)，若通過(guò)的流量q增加，則閥口縫隙xR加大，出口壓力p2略微下降。在圖5－24所示的先導(dǎo)式減壓閥中，出油口壓力的壓力調(diào)整值越低，它受流量變化的影響就越大。圖5－25減壓閥的p2－q特性曲線

4.其它減壓閥

減壓閥還有定差減壓閥和定比減壓閥。它們主要用來(lái)和其它閥組成組合閥，如定差減壓閥可保證節(jié)流閥進(jìn)出口間的壓差維持恒定，這種減壓閥和節(jié)流閥并聯(lián)連接組成調(diào)速閥。

(1)定差減壓閥是使進(jìn)、出油口之間的壓力差恒定或近似于不變的減壓閥，其工作原理如圖5－26所示。高壓油p1經(jīng)節(jié)流口xR減壓后以低壓p2流出，同時(shí)，低壓油經(jīng)閥芯中心孔將壓力傳至閥芯上腔，則其進(jìn)、出油液壓力在閥芯有效作用面積上的壓力差與彈簧力相平衡。圖5－26定差減壓閥壓力差的公式為(5－10)式中:xc為當(dāng)閥芯開(kāi)口xR=0時(shí)彈簧(其彈簧剛度為Ks)的預(yù)壓縮量。由式(5－10)可知，只要盡量減小彈簧剛度Ks和閥口開(kāi)度xR，就可使壓力差Δp近似地保持為定值。

(2)定比減壓閥能使進(jìn)、出油口壓力的比值維持恒定。圖5－27所示為其工作原理圖，閥芯在穩(wěn)態(tài)時(shí)忽略穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力、閥芯的自重和摩擦力時(shí)可得到力平衡方程為p1A1+Ks(xc+xR)=p2A2

(5－11)式中:Ks為閥芯下端彈簧剛度；xc是閥口開(kāi)度為xR=0時(shí)的彈簧的預(yù)壓縮量；其它符號(hào)如圖5－27所示。若忽略彈簧力(剛度較小)，則有(減壓比):(5－12)由式(5－12)可見(jiàn)，選擇閥芯的作用面積A1和A2，便可得到所要求的壓力比，且比值近似恒定。圖5－27定比減壓閥

5.減壓閥的應(yīng)用

1)向支路提供較低壓力

系統(tǒng)向一個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)提供高壓時(shí)，利用減壓閥可同時(shí)向另一執(zhí)行機(jī)構(gòu)提供較低的壓力，且兩個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的負(fù)載不會(huì)相互影響缸的動(dòng)作。

如圖5－28所示,泵3同時(shí)向缸1和缸2供油，缸1的負(fù)載力為F1，缸2的負(fù)載力為F2，設(shè)F1>F2。若沒(méi)有減壓閥4和節(jié)流閥5，則哪個(gè)缸的負(fù)載較小，哪個(gè)缸就先動(dòng)作，即只有缸2的活塞到位后壓力繼續(xù)上升，缸1才動(dòng)作。不管對(duì)系統(tǒng)的要求如何都是如此，這樣就必然產(chǎn)生矛盾。例如，要求兩個(gè)缸同時(shí)動(dòng)作則該系統(tǒng)無(wú)能為力。若加上減壓閥4后則可解決這一矛盾，兩個(gè)缸可分別動(dòng)作而不會(huì)因負(fù)載的大小而互相干擾。圖5－28減壓閥向支路提供較低壓力若不加節(jié)流閥5，盡管缸1有相當(dāng)大的負(fù)載力，溢流閥有相當(dāng)大的調(diào)定壓力，若F2為零，則減壓閥的二次壓力即出口壓力為零，閥芯處于最下端，減壓口不起減壓作用且將減壓口的上下游無(wú)阻力地溝通，這時(shí)減壓閥的一次壓力即進(jìn)口壓力也為零，這種現(xiàn)象叫減壓閥一次壓力失壓。有了節(jié)流閥5，可使減壓閥出口總是有一定的壓力，即可避免這一現(xiàn)象的出現(xiàn)，但增加了壓力損失。

2)獲得穩(wěn)定的壓力

因?yàn)闇p壓閥出口壓力穩(wěn)定，所以在有些回路中，雖然不需要減壓，但為了獲得穩(wěn)定的壓力也要加上減壓閥。例如，用壓力控制的閥，如液控?fù)Q向閥和液控順序閥，在這些閥的控制油路中有時(shí)加上減壓閥，目的不是為了減壓而是使控制壓力穩(wěn)定，以免因壓力波動(dòng)使它們產(chǎn)生誤動(dòng)作。

3）限制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的作用力

圖5－29中的液壓缸是個(gè)夾緊缸。當(dāng)活塞桿通過(guò)夾緊機(jī)構(gòu)工件時(shí)，活塞的運(yùn)動(dòng)速度為零，因減壓閥的作用仍能使缸工作腔中的壓力基本恒定，故可保持恒定的夾緊力，不使夾緊力過(guò)大。但應(yīng)注意此時(shí)必須使用先導(dǎo)式減壓閥才行。圖5－29減壓閥限制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的作用力

4)高壓油經(jīng)減壓后向蓄能器充油

有些液壓系統(tǒng)在工作循環(huán)的某一階段需要低壓大流量，而在其它階段需要高壓小流量。解決此問(wèn)題的方案之一是系統(tǒng)需要低壓大流量時(shí)由蓄能器向系統(tǒng)供應(yīng)低壓流量。此種蓄能器的充油方式為:將主回路的高壓油經(jīng)減壓閥后向蓄能器充油。5.3.3順序閥

1.直動(dòng)式順序閥的工作原理

圖5－30所示為直動(dòng)式內(nèi)控順序閥的工作原理圖及圖形符號(hào)。當(dāng)進(jìn)油口壓力p較低時(shí)，閥芯在彈簧作用下處下端位置，進(jìn)油口和出油口不相通。當(dāng)作用在閥芯下端的油液的液壓力大于彈簧的預(yù)緊力時(shí)，閥芯向上移動(dòng)，閥口打開(kāi)，油液經(jīng)閥口從出油口流出，從而操縱另一執(zhí)行元件或其它元件動(dòng)作。圖5－30直動(dòng)式內(nèi)控順序閥直動(dòng)式外控順序閥的工作原理圖和圖形符號(hào)如圖5－31所示，和上述順序閥的差別僅僅在于其下部有一控制油口K，閥芯的啟閉是利用通入控制油口K的外部控制油來(lái)控制的。

內(nèi)控式順序閥在其進(jìn)油路壓力p達(dá)到閥的設(shè)定壓力之前，閥口一直關(guān)閉，達(dá)到設(shè)定壓力后閥口才開(kāi)啟，使壓力油進(jìn)入二次油路，驅(qū)動(dòng)另一個(gè)執(zhí)行元件工作。圖5－31直動(dòng)式外控順序閥

2.先導(dǎo)式順序閥的工作原理

圖5－32所示為先導(dǎo)式順序閥的工作原理圖及圖形符號(hào)，其工作原理可根據(jù)前面所述先導(dǎo)式溢流閥的工作原理進(jìn)行推導(dǎo)演化，在此不再重復(fù)。圖5－32先導(dǎo)式順序閥

3.順序閥的特點(diǎn)

順序閥與溢流閥、減壓閥在結(jié)構(gòu)和工作原理方面基本相同，但是它們也具有以下不同點(diǎn):

（1）溢流閥排出的油不做功直接回油箱；順序閥排出的油通向另一液壓回路，輸出的油有一定壓力，做功。

（2）溢流閥的泄油通過(guò)閥的內(nèi)部通道以及排油口直接回油箱。順序閥除出口壓力p2很低時(shí)用內(nèi)泄式順序閥，多數(shù)情況采用外泄式順序閥。

(3)溢流閥和減壓閥的閥芯要不斷浮動(dòng)以保持進(jìn)油口壓力(溢流閥)和出油口壓力(減壓閥)基本為恒定。順序閥的閥芯不需隨時(shí)浮動(dòng)，只有開(kāi)或關(guān)兩種位置。

(4)溢流閥和減壓閥處于工作狀態(tài)時(shí)，溢流口和減壓口都是開(kāi)啟的。溢流口和減壓口關(guān)閉時(shí)都不算工作狀態(tài)（安全閥例外），有此特點(diǎn)的這類閥叫常通式閥，對(duì)它們的閥芯和閥體之間的密封性沒(méi)有特殊或嚴(yán)格的要求。順序閥則不然，它的開(kāi)啟位置是工作位置，它的關(guān)閉位置也是工作位置。由于在關(guān)閉位置順序閥需維持一定的進(jìn)口壓力p2，以免影響其它回路的工作，因此對(duì)順序閥的閥芯和閥體之間的密封性有一定要求。

(5)和溢流閥相同，順序閥中有彈簧，所以也存在靜態(tài)調(diào)壓偏差，即閥到達(dá)最大開(kāi)口時(shí)的壓力和閥芯剛啟動(dòng)時(shí)的壓力差。通常是兩個(gè)壓力的差值越小越好。

先導(dǎo)式順序閥的調(diào)壓偏差比直動(dòng)式順序閥的要小，但先導(dǎo)式順序閥的泄漏也較大，除去壓力很高的場(chǎng)合，以選擇直動(dòng)式順序閥較好。

(6)溢流閥和減壓閥在工作回路中，溢流口和減壓口上的壓降都比較大。通常要求流過(guò)順序閥的液流在閥中形成的壓力損失越小越好。一般情況下該損失為0.2～0.4MPa。

（7）在溢流口和減壓口上形成的壓力降是需要的，相應(yīng)的開(kāi)口量較小。需要順序閥有較小的壓降，故它的開(kāi)口量也較大。

4.順序閥的應(yīng)用

1）控制多個(gè)執(zhí)行元件的順序動(dòng)作

如圖5－33所示，圖中未畫(huà)出溢流閥和其它次要元件。當(dāng)液壓泵提供的液壓油壓力小于順序閥調(diào)定壓力值時(shí)，油液進(jìn)入液壓缸1的左腔，推動(dòng)液壓缸1的活塞帶動(dòng)活塞桿向右伸出。液壓缸1的活塞帶動(dòng)活塞桿向右運(yùn)動(dòng)到最右端以后，這時(shí)液壓泵繼續(xù)供油而油路容積不再增大，油壓將增大直至達(dá)到順序閥調(diào)定壓力值，順序閥打開(kāi)，油液進(jìn)入液壓缸2左腔，實(shí)現(xiàn)液壓缸2的活塞帶動(dòng)活塞桿向右伸出的運(yùn)動(dòng)過(guò)程。圖5－33用于兩個(gè)或兩個(gè)以上液壓缸的順序工作

2）構(gòu)成單向順序閥

將單向閥和順序閥做在一個(gè)閥體中叫做單向順序閥。順序閥既然有內(nèi)控和外控之分，單向順序閥也有內(nèi)控和外控之分，如圖5－34所示。圖5－34構(gòu)成單向順序閥

3)把外控順序閥用作卸荷閥

如圖5－35所示，1為高壓小流量泵，2為低壓大流量泵。系統(tǒng)的壓力較低時(shí)，泵2排出的油經(jīng)單向閥4和泵1排出的油匯合后進(jìn)入系統(tǒng)，此時(shí)作為卸荷閥的順序閥3不開(kāi)啟。當(dāng)系統(tǒng)壓力達(dá)到閥3的調(diào)定壓力時(shí)，閥3開(kāi)啟、泵2卸荷，單向閥4將泵1和泵2隔斷，由泵1單獨(dú)向系統(tǒng)供高壓油。圖5－35用作卸載閥

4）和減壓閥并聯(lián)可保證減壓閥的一次壓力不致為零

如圖5－36所示，此時(shí)減壓閥的二次壓力(即出口壓力)不能為零，即使順序閥的二次壓力(出口壓力)為零，因順序閥本身有一定壓降，故順序閥的一次壓力(進(jìn)口壓力)仍能保持一定值。于是減壓閥的一次壓力(進(jìn)口壓力)也能維持某一數(shù)值，不致為零。圖5－36和減壓閥并聯(lián)5.3.4壓力繼電器

壓力繼電器是利用液體壓力信號(hào)來(lái)啟閉電氣觸點(diǎn)的液壓電氣轉(zhuǎn)換元件。當(dāng)油液壓力達(dá)到壓力繼電器的設(shè)定壓力值時(shí)，發(fā)出電信號(hào)，控制電氣元件進(jìn)行動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)泵的加載或卸載、執(zhí)行元件的順序動(dòng)作或系統(tǒng)的安全保護(hù)和連鎖等功能。

圖5－37所示為常用柱塞式壓力繼電器的結(jié)構(gòu)和圖形符號(hào)。當(dāng)從壓力繼電器下端進(jìn)油口通入的油液壓力達(dá)到調(diào)定壓力值時(shí)，推動(dòng)柱塞1上移，此位移通過(guò)杠桿2放大后推動(dòng)開(kāi)關(guān)4動(dòng)作。改變彈簧3的壓縮量即可調(diào)節(jié)壓力繼電器的動(dòng)作壓力。圖5－37壓力繼電器 5.4液壓流量控制閥

5.4.1節(jié)流閥

1.流量控制原理

節(jié)流閥節(jié)流口通常有三種基本形式:薄壁小孔、細(xì)長(zhǎng)小孔和厚壁小孔。但無(wú)論節(jié)流口采用何種形式,通過(guò)節(jié)流口的流量q及其前后壓力差Δp的關(guān)系均可用式q=CAΔpm來(lái)表示，三種節(jié)流口的流量特性曲線如圖5－38所示。圖5－38節(jié)流閥特性曲線由圖5－38可知:

(1)壓差對(duì)流量的影響。

節(jié)流閥兩端壓差Δp變化時(shí),通過(guò)它的流量要發(fā)生變化,三種結(jié)構(gòu)形式的節(jié)流口中,通過(guò)薄壁小孔的流量受到壓差改變的影響最小。

(2)溫度對(duì)流量的影響。

油溫影響到油液黏度,對(duì)于細(xì)長(zhǎng)小孔,油溫變化時(shí),流量也會(huì)隨之改變,對(duì)于薄壁小孔黏度對(duì)流量幾乎沒(méi)有影響,故油溫變化時(shí),流量基本不變。

(3)最小穩(wěn)定流量和流量調(diào)節(jié)范圍。

當(dāng)閥口壓差Δp一定，在閥口面積調(diào)小到一定值時(shí)，流量將出現(xiàn)時(shí)斷時(shí)續(xù)的現(xiàn)象；進(jìn)一步調(diào)小，則可能斷流。這種現(xiàn)象稱為節(jié)流閥的阻塞現(xiàn)象。每個(gè)節(jié)流閥都有一個(gè)能正常工作的最小穩(wěn)定流量，其值一般約在0.05L/min。

節(jié)流口發(fā)生阻塞的主要原因是油液中的雜質(zhì)、油液高溫氧化后析出的膠質(zhì)、瀝青等附在節(jié)流閥口表面所致。當(dāng)閥口開(kāi)得很小，以上的附著物層達(dá)到一定厚度時(shí)，就會(huì)使油液時(shí)斷時(shí)續(xù)，甚至斷流。

為減小阻塞現(xiàn)象，可采用水力直徑大的節(jié)流閥；另外，選擇化學(xué)穩(wěn)定性和抗氧化穩(wěn)定性好的油液，精細(xì)過(guò)濾，定期換油等都將有助于防止阻塞，降低最小穩(wěn)定流量。

流量調(diào)節(jié)范圍是指通過(guò)閥的最大流量和最小流量之比，一般比值在50以上。高壓流量閥則在10左右。

2.普通節(jié)流閥

圖5－39所示為一種普通節(jié)流閥的結(jié)構(gòu)和圖形符號(hào)。這種節(jié)流閥的節(jié)流通道呈軸向三角槽式。壓力油從進(jìn)油口P1

流入孔道和閥芯下端的三角槽，再?gòu)某鲇涂赑2流出。調(diào)節(jié)手輪可通過(guò)推桿使閥芯作軸向移動(dòng)，以改變節(jié)流口的通流截面積大小來(lái)調(diào)節(jié)流量。

節(jié)流閥在液壓系統(tǒng)中主要與定量泵、溢流閥和執(zhí)行元件等組成節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)。調(diào)節(jié)其開(kāi)口面積的大小，便可調(diào)節(jié)執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng)速度的快慢。節(jié)流閥也可以在試驗(yàn)系統(tǒng)中用作加載等。圖5－39節(jié)流閥5.4.2調(diào)速閥

1.調(diào)速閥

1)工作原理

圖5－40所示為調(diào)速閥的工作原理圖、圖形符號(hào)及特性曲線。調(diào)速閥是在節(jié)流閥2前面并聯(lián)一個(gè)定差減壓閥1而構(gòu)成的。液壓泵的出口（即調(diào)速閥的進(jìn)口）壓力p1由溢流閥調(diào)整基本不變，而調(diào)速閥的出口壓力p3則由液壓缸負(fù)載F決定。油液先經(jīng)減壓閥產(chǎn)生一次壓降，將壓力降到p2，p2經(jīng)通道e、f作用到減壓閥的d腔和c腔；節(jié)流閥的出口壓力p3又經(jīng)反饋通道a作用到減壓閥的上腔b，當(dāng)減壓閥的閥芯在彈簧力Fs、油液壓力p2和p3作用下處于某一平衡位置時(shí)（忽略摩擦力和液動(dòng)力等），則有:圖5－40調(diào)速閥（5－13）式中:A、A1和A2分別為b腔、c腔和d

腔內(nèi)壓力油作用于閥芯的有效面積，且A=A1+A2，故（5－14）因?yàn)閺椈蓜偠容^低，且工作過(guò)程中減壓閥閥芯位移很小，所以可認(rèn)為Fs基本保持不變。故節(jié)流閥兩端壓力差p2-p3也基本保持不變，這就保證了通過(guò)節(jié)流閥的流量穩(wěn)定。

2)溫度補(bǔ)償調(diào)速閥

油溫的變化也將引起油黏度的變化，從而導(dǎo)致通過(guò)節(jié)流閥的流量發(fā)生變化，為此出現(xiàn)了溫度補(bǔ)償調(diào)速閥。

普通調(diào)速閥的流量雖然已能基本上不受外部負(fù)載變化的影響,但是當(dāng)流量較小時(shí),節(jié)流口的通流面積較小,這時(shí)節(jié)流口的長(zhǎng)度與通流截面水力直徑的比值相對(duì)增大,因而油液的黏度變化對(duì)流量的影響也增大,所以當(dāng)油溫升高后油的黏度變小時(shí),流量仍會(huì)增大,為了減小溫度對(duì)流量的影響,可以采用溫度補(bǔ)償調(diào)速閥。溫度補(bǔ)償調(diào)速閥的壓力補(bǔ)償原理部分與普通調(diào)速閥相同,由q=CAΔpm可知,當(dāng)Δp不變時(shí),由于黏度下降,K值(m≠0.5的孔口)上升,此時(shí)只有適當(dāng)減小節(jié)流閥的開(kāi)口面積，才能保證q不變。圖5－41為溫度補(bǔ)償原理圖,在節(jié)流閥閥芯和調(diào)節(jié)螺釘之間放置一個(gè)溫度膨脹系數(shù)較大的聚氯乙烯推桿,當(dāng)油溫升高時(shí),本來(lái)流量增加,這時(shí)溫度補(bǔ)償桿伸長(zhǎng)使節(jié)流口變小,從而補(bǔ)償了油溫對(duì)流量的影響。在20～60℃的溫度范圍內(nèi)，流量的變化率超過(guò)10%,最小穩(wěn)定流量可達(dá)20mL/min(3.3×10-7m3/s)。圖5－41溫度補(bǔ)償原理圖

3)應(yīng)用

調(diào)速閥在液壓系統(tǒng)中的應(yīng)用和節(jié)流閥相似，適用于執(zhí)行元件負(fù)載變化大而運(yùn)動(dòng)速度要求穩(wěn)定的系統(tǒng)中，也可用于容積—節(jié)流調(diào)速回路。

調(diào)速閥在連接時(shí)，可連接在執(zhí)行元件的進(jìn)油路上或回油路上，也可連接在執(zhí)行元件的旁油路上。

2.旁通式調(diào)速閥

旁通式調(diào)速閥原稱溢流節(jié)流閥，是一種壓力補(bǔ)償型節(jié)流閥,是由定差溢流閥和節(jié)流閥并聯(lián)而成的。圖5－42為其工作原理圖及圖形符號(hào)。

從液壓泵輸出的油液一部分從節(jié)流閥4進(jìn)入液壓缸左腔推動(dòng)活塞向右運(yùn)動(dòng),另一部分經(jīng)溢流閥的溢流口流回油箱,溢流閥閥芯3的上腔a同節(jié)流閥4上腔相通,其壓力為p2；上腔b和下腔c同溢流閥閥芯3前的油液相通,其壓力值即為泵的壓力p1,當(dāng)液壓缸活塞上的負(fù)載力F增大時(shí),壓力p2升高,a腔的壓力也升高,使閥芯3下移,關(guān)小溢流口,就使液壓泵的供油壓力p1增加,從而使節(jié)流閥4的前、后壓力差(p1-p2)基本保持不變。這種溢流閥一般附帶一個(gè)安全閥2,以避免系統(tǒng)過(guò)載。圖5－42旁通式調(diào)速閥溢流節(jié)流閥是通過(guò)p1隨p2的變化來(lái)使流量基本上保持恒定的,它與調(diào)速閥雖都具有壓力補(bǔ)償?shù)淖饔?但其組成調(diào)速系統(tǒng)時(shí)有區(qū)別,調(diào)速閥無(wú)論在執(zhí)行元件的進(jìn)油路上或回油路上,執(zhí)行元件上負(fù)載變化時(shí),泵出口處壓力都由溢流閥保持不變,而溢流節(jié)流閥是通過(guò)p1隨p2(負(fù)載的壓力)的變化來(lái)使流量基本上保持恒定。因而溢流節(jié)流閥具有功率損耗低、發(fā)熱量小的優(yōu)點(diǎn)。但是,溢流節(jié)流閥中流過(guò)的流量比調(diào)速閥大(一般是系統(tǒng)的全部流量),閥芯運(yùn)動(dòng)時(shí)阻力較大,彈簧較硬,其結(jié)果使節(jié)流閥前后壓差Δp加大(需達(dá)0.3～0.5MPa),因此它的穩(wěn)定性稍差。5.4.3同步閥

1.分流閥的工作原理

圖5－43（a）所示為等量分流閥的結(jié)構(gòu)原理圖，圖5－43（b）所示為等量分流閥的圖形符號(hào)。進(jìn)口壓力為p0，流量為q0，進(jìn)入閥后分為兩路分別通過(guò)兩個(gè)面積相等的固定節(jié)流孔1、2，并且分別進(jìn)入油室a、b腔，然后由可變節(jié)流口3、4經(jīng)出口通往兩個(gè)執(zhí)行元件。這兩個(gè)執(zhí)行元件負(fù)載相等，則分流閥的出口壓力p3=p4，因?yàn)殚y中兩支流道的尺寸完全對(duì)稱，所以輸出的流量亦對(duì)稱，即q1＝q2＝q0/2，且p1＝p2。當(dāng)由于負(fù)載小對(duì)稱而出現(xiàn)p3、p4，且設(shè)p3＞p4時(shí)，閥芯來(lái)不及運(yùn)動(dòng)而處于中間位置，必定使q1＜q2，進(jìn)而有p0-p1＜p0-p2，則使p1＞p2。此時(shí)閥芯在不對(duì)稱壓力的作用下左移，使可變節(jié)流口3增大，節(jié)流口4減小，從而使q1增大，q2減小，直至q1＝q2，p1＝p2，閥芯才在一個(gè)新的平衡位置上穩(wěn)定下來(lái)，輸往兩個(gè)執(zhí)行元件中的流量相等，速度保持同步。圖5－43等量分流閥

2.集流閥的工作原理

集流閥是按固定比例將兩股液流自動(dòng)合成單一液流的流量控制閥。圖5－43(c)所示為等量集流閥的圖形符號(hào)。其工作原理類同于分流集流閥的集流工況，這里不再敘述。分流閥通常用于同步精度要求不太高的同步系統(tǒng)中，但需要注意執(zhí)行元件的加工誤差及泄漏對(duì)其同步精度有影響。

3.分流集流閥

分流集流閥可以實(shí)現(xiàn)分流閥和集流閥的功能。

圖5－44(a)所示為分流集流閥的結(jié)構(gòu)圖，圖5－44(b)所示為其圖形符號(hào)。在集流工況時(shí)（如圖5－44（d）所示)，

在分流工況時(shí)(如圖5－44(c)所示)，由于p0大于p1和p2，所以閥芯5、6處于相互分離狀態(tài)，互相勾住。若負(fù)載壓力p3＜p4，如果閥芯仍留在中間位置，必然使p1＜p2。這時(shí)連成一體的閥芯將左移，可變節(jié)流口3減小，使p1上升，直至p1＝p2，閥芯停止運(yùn)動(dòng)，由于兩個(gè)固定節(jié)流孔1和2的面積相等，所以通過(guò)兩個(gè)固定節(jié)流孔的流量q1＝q2，而不受出口壓力p3及p4變化的影響。閥芯5、6在各自彈簧力的作用下處于中間位置的平衡狀態(tài)。若負(fù)載壓力p3≠p4，如果閥芯仍留在中間位置，必然使p1≠p2，這時(shí)連成一體的閥芯將向壓力小的一側(cè)移動(dòng)，相應(yīng)地可變節(jié)流口減小，使壓力上升，直至p1=p2，閥芯停止運(yùn)動(dòng)。由于兩個(gè)固定節(jié)流孔1和2的面積相等，所以通過(guò)兩個(gè)固定節(jié)流孔的流量q1=q2，而不受出口壓力p3及p4變化的影響。圖5－44分流集流閥 5.5其它控制閥

5.5.1限速切斷閥

在液壓舉升系統(tǒng)中，為防止意外情況發(fā)生——由于負(fù)載自重而超速下落，常設(shè)置一種當(dāng)管路中流量超過(guò)一定值時(shí)自動(dòng)切斷油路的安全保護(hù)閥，即限速切斷閥。

圖5－45所示為一種限速切斷閥。圖中錐閥2上有固定節(jié)流孔，其數(shù)量及孔徑由所需的流量確定。錐閥在彈簧3作用下由擋圈4限位，錐閥口開(kāi)至最大。當(dāng)流量增大，固定節(jié)流孔兩端壓差作用在錐閥上的力超過(guò)彈簧預(yù)調(diào)力時(shí)，錐閥開(kāi)始向右移動(dòng)。當(dāng)流量超過(guò)一定值時(shí)，錐閥會(huì)完全關(guān)閉，而使液流切斷。反向作用時(shí)該閥無(wú)限流作用。圖5－45限速切斷閥5.5.2疊加閥

疊加式液壓閥簡(jiǎn)稱疊加閥,其實(shí)現(xiàn)各類控制功能的原理與普通液壓閥相同。

疊加閥的最大特點(diǎn)是閥體本身除容納閥芯外，還兼有通道體的作用，每個(gè)閥體上都制有公共油液通道，各閥芯相應(yīng)油口在閥體內(nèi)與公共油道相接。用閥體的上、下安裝面進(jìn)行疊加式無(wú)管連接，可組成集成化液壓系統(tǒng)，如圖5－46所示。圖5－46疊加閥組成的系統(tǒng)疊加閥系統(tǒng)最下部一般為底板，其上有進(jìn)、回油口及與執(zhí)行元件的接口。一個(gè)疊加閥組一般控制一個(gè)執(zhí)行元件。如果系統(tǒng)中集中控制幾個(gè)執(zhí)行元件，可將幾個(gè)疊加閥組合豎立并排安裝在底板塊上。

疊加閥系統(tǒng)各單元疊加閥間不用管子和其它形式的連接體，因而結(jié)構(gòu)緊湊，系統(tǒng)更改較方便。疊加閥是標(biāo)準(zhǔn)件，設(shè)計(jì)中僅需要按要求繪制液壓系統(tǒng)原理圖，即可進(jìn)行組裝，因此設(shè)計(jì)工作量小，目前廣泛應(yīng)用于冶金、機(jī)床、工程機(jī)械等各領(lǐng)域。5.5.3插裝閥

1.插裝閥的組成

本章介紹了方向、壓力、流量三大類普通液壓控制閥，可把它們籠統(tǒng)地稱為普通液壓閥。普通液壓閥在流量小于200～300L/mm的系統(tǒng)中性能良好，但用于大流量系統(tǒng)時(shí)不一定具有良好的性能，特別是閥集成的難度較大。20世紀(jì)70年代初，插裝閥的出現(xiàn)為此開(kāi)辟了新途徑。插裝閥(見(jiàn)圖5－47)也稱為插裝式錐閥，它是以插裝單元為主閥，配以適當(dāng)?shù)纳w板和不同的先導(dǎo)控制閥組合而成的具有一定控制功能的組件。它可以組成方向閥、壓力閥和流量閥。圖5－47插裝閥的組成

2.插裝閥(插裝件)的結(jié)構(gòu)和工作原理

插裝閥單元的具體結(jié)構(gòu)參看圖5－47和圖5－48。它由閥套、閥芯、彈簧、蓋板和密封件等組成。主閥芯上腔作用著X口的液壓力和彈簧力，A口和B口的液壓力作用在閥芯的下錐面上，用X口的控制油壓力控制主通道A和B間的通斷，這是一個(gè)二通插裝閥。蓋板用來(lái)固定和密封插裝閥單元，溝通控制油路和主閥控制腔之間的聯(lián)系。在蓋板內(nèi)也可裝聯(lián)節(jié)流螺塞等微型控制元件(如單向閥、按閥、流量控制器和先導(dǎo)壓力閥等)，還可安裝位移傳感器等電器附件，以便構(gòu)成某種控制功能的組合閥，若干個(gè)不同控制功能的二通插裝閥組裝在一個(gè)或多個(gè)插裝塊體內(nèi)，便組成液壓回路。圖5－48插裝閥單元就工作原理而言，二通插裝閥相當(dāng)于一個(gè)液控單向閥。A和B為主油路的兩個(gè)僅有的工作油口，所以稱為二通閥，X為控制油口。通過(guò)控制油口壓力大小的控制，即可控制主閥芯的啟閉和油口A、B的流向和壓力。

1)插裝方向閥

（1）插裝單向閥。

插裝單向閥（如圖5－49所示）將插裝單元的控制口X與A或B連通，其控制蓋板上接一個(gè)二位三通換向閥作先導(dǎo)閥，便可成為液控單向閥。圖5－49插裝單向閥

(2)插裝換向閥。

每個(gè)插裝單元都具有通、斷兩種狀態(tài)，若將幾個(gè)插裝單元組合起來(lái)，用電磁換向閥作先導(dǎo)閥，便可組成m位n通換向閥。圖5－50（a）所示為二位三通插裝換向閥。在該閥中，當(dāng)電磁鐵斷電時(shí)，A與O通，P封閉；當(dāng)電磁鐵通電時(shí)，A與P通，O封閉，相當(dāng)于一個(gè)二位三通電液換向閥。圖5－50（b）所示為三位三通插裝換向閥，當(dāng)電磁鐵處于中位時(shí)，A、O與P均不通；當(dāng)電磁鐵lYA通電時(shí)，A與O通，P封閉；當(dāng)電磁鐵2YA通電時(shí)，A與P通，O封閉，相當(dāng)于一個(gè)三位三通電液換向閥。圖5－50（c）所示為四位三通插裝換向閥。用多個(gè)先導(dǎo)閥(如上述各電磁閥)和多個(gè)主閥相配，可構(gòu)成復(fù)雜的組合二通插裝換向閥，這是普通換向閥做不到的。圖5－50三通插裝換向閥

2)插裝壓力閥

用直動(dòng)式溢流閥作為先導(dǎo)閥來(lái)控制插裝主閥，在不同的油路連接下便構(gòu)成不同的壓力閥。

圖5－51(a)所示為插裝溢流閥。當(dāng)B口通油箱，A口的壓力油經(jīng)節(jié)流小孔進(jìn)入控制腔X，并與溢流閥通，便成為先導(dǎo)式溢流閥；若B口不通油箱而接負(fù)載，便成為先導(dǎo)式順序閥。

圖5－51（b）所示為插裝卸荷閥。在插裝溢流閥的控制腔X再接一個(gè)二位二通電磁換向閥，當(dāng)電磁鐵斷電時(shí)，具有溢流閥功能；當(dāng)電磁鐵通電時(shí)，即為卸荷閥。

圖5－51（c）為插裝減壓閥。將插裝單元作為常開(kāi)式滑閥結(jié)構(gòu)，B為一次壓力進(jìn)口，A為出口，A腔的壓力油經(jīng)節(jié)流小孔與控制腔X通，并與先導(dǎo)閥進(jìn)口通，由于控制油取自A口，因而能得到恒定的二次壓力，相當(dāng)于定壓輸出減壓閥。圖5－51插裝壓力閥

3)插裝流量閥

圖5－52(a)所示為插裝節(jié)流閥的結(jié)構(gòu)圖，單元的錐閥尾部帶節(jié)流窗口，錐閥的開(kāi)啟高度由行程調(diào)節(jié)器(或螺桿)來(lái)控制，從而控制流量，成為插裝節(jié)流閥。

在插裝方向控制閥的蓋板上增加閥芯行程調(diào)節(jié)器,以調(diào)節(jié)閥芯的開(kāi)度，這個(gè)方向閥就兼具了可調(diào)節(jié)流閥的功能。閥芯上開(kāi)有三角槽，以便于調(diào)節(jié)開(kāi)口大小。若用比例電磁鐵取代節(jié)流閥的手調(diào)裝置，則可組成二通插裝電液比例節(jié)流閥。若在二通插裝節(jié)流閥前串聯(lián)一個(gè)定差減壓閥，就可組成二通插裝調(diào)速閥，加圖5－52（c）所示。圖5－52插裝節(jié)流閥

3.插裝閥的應(yīng)用

插裝閥組合成相應(yīng)功能的閥后，在高壓大流量系統(tǒng)中的應(yīng)用與前述相應(yīng)液壓閥相同。需注意的是，在系統(tǒng)中使用插裝閥時(shí)，首先應(yīng)根據(jù)單元的功能要求將插裝閥組合單元內(nèi)部的狀況進(jìn)行分析，準(zhǔn)確掌握。錐閥與主油路之間以及先導(dǎo)閥與控制油路之間要正確連接。然后再分析系統(tǒng)油路與各組合單元的連接狀況。插裝閥目前廣泛用于冶金、船舶、塑料機(jī)械等大流量系統(tǒng)中。

4.插裝閥及其集成系統(tǒng)的特點(diǎn)

(1)插裝閥結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通流能力強(qiáng)，故用通徑很小的先導(dǎo)閥與之配合便可構(gòu)成通徑很大的各種二通插裝閥，最大流量可達(dá)10000L/mm。

(2)不同的閥有相同的插裝主閥，一個(gè)閥具有多功能，便于實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化。

(3)泄漏小，便于無(wú)管連接，先導(dǎo)閥功率小，具有明顯的節(jié)能效果。5.5.4電液比例閥

1.比例壓力閥

液壓比例壓力閥按用途不同，有比例溢流閥、比例減壓閥、比例順序閥之分。按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分有直動(dòng)式和先導(dǎo)式比例壓力閥。

圖5－53所示為直動(dòng)式比例溢流閥的結(jié)構(gòu)圖及圖形符號(hào)。比例電磁鐵1通電后產(chǎn)生吸力，經(jīng)推桿2和傳力彈簧3作用在錐閥上，當(dāng)錐閥底面的液壓力大于電磁吸力時(shí)，錐閥被頂開(kāi)而通流。連續(xù)地改變控制電流的大小，即可連續(xù)地按比例控制錐閥的開(kāi)啟壓力。圖5－53直動(dòng)錐式比例溢流閥圖5－54所示為先導(dǎo)式比例溢流閥的結(jié)構(gòu)圖及圖形符號(hào)。其下部主閥與普通溢流閥相同，上部為先導(dǎo)壓力閥。該閥還附有一個(gè)手動(dòng)調(diào)整的先導(dǎo)閥，用于限制比例溢流閥的最高壓力，以避免因電子儀器發(fā)生故障使得控制電流過(guò)大，壓力超過(guò)系統(tǒng)允許最大壓力的可能性。

如將比例先導(dǎo)壓力閥的回油及先導(dǎo)閥9的回油都與主閥回油分開(kāi)，則可用作比例順序閥。圖5－54先導(dǎo)式比例溢流閥圖5－55先導(dǎo)噴嘴擋板式比例減壓閥

2.比例流量閥

比例流量閥是通過(guò)控制比例電磁鐵線圈中的電流來(lái)改變閥芯的有效斷面積，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出流量的連續(xù)成比例控制的，其外觀和結(jié)構(gòu)與壓力閥相似。所不同的是，壓力閥的閥芯具有調(diào)壓特性，靠先導(dǎo)壓力與比例電磁力相平衡來(lái)調(diào)節(jié)先導(dǎo)壓力的大??；而流量閥的閥芯具有節(jié)流特性，靠彈簧力與比例電磁力相平衡來(lái)調(diào)節(jié)流量的大小和流通方向。按通道數(shù)的不同，比例流量閥又有二通和三通之分。比例流量閥主要應(yīng)用于氣缸或馬達(dá)的位置或速度控制。

比例流量閥有比例節(jié)流閥和比例調(diào)速閥兩大類。它們由電—機(jī)械比例轉(zhuǎn)換器與流量閥組合而成。比例節(jié)流閥是在普通節(jié)流閥的基礎(chǔ)上，利用電—機(jī)械比例轉(zhuǎn)換器對(duì)節(jié)流閥口進(jìn)行控制而組成比例節(jié)流閥。

比例調(diào)速閥如圖5－56所示。比例電磁鐵1的輸出力作用在節(jié)流閥芯2上，與彈簧力、液動(dòng)力、摩擦力相平衡，一定的控制電流對(duì)應(yīng)一定的節(jié)流開(kāi)度。通過(guò)改變輸入電流的大小，即可改變通過(guò)調(diào)速閥的流量。圖5－56比例調(diào)速閥

3.比例方向控制閥

把插裝方向閥的電磁鐵換成比例電磁鐵即構(gòu)成比例方向控制閥。比例方向控制閥不僅用來(lái)改變液流方向，還可以控制流量的大小。它和普通換向閥的外形相似，但閥芯的結(jié)構(gòu)有區(qū)別，它可以實(shí)現(xiàn)不同的中位機(jī)能。

在比例電磁鐵的前端可附有位移傳感器(或稱差動(dòng)變壓器)，這種電磁鐵稱為行程控制比例電磁鐵。位移傳感器能準(zhǔn)確地測(cè)定比例電磁鐵的行程，并向電放大器發(fā)出電反饋信號(hào)。電放大器將輸入信號(hào)和反饋信號(hào)加以比較后，再向電磁鐵發(fā)出糾正信號(hào)，以補(bǔ)償誤差，這樣便能消除干擾因素,保持準(zhǔn)確的閥芯位置或節(jié)流口面積。由于采用各種更加完善的反饋裝置和優(yōu)化設(shè)計(jì)，比例閥的動(dòng)態(tài)性能雖仍低于伺服閥，但靜態(tài)性能已大致相同，而價(jià)格卻低很多。圖5－57所示為先導(dǎo)式比例方向控制閥的結(jié)構(gòu)圖。當(dāng)比例電磁鐵1接收到信號(hào)時(shí)，在先導(dǎo)閥的工作油口B產(chǎn)生一個(gè)恒定的壓力，主閥體5中油腔的油液壓力通過(guò)控制油道作用在主閥芯的右端，推動(dòng)主閥芯左移直至與主閥芯的彈簧相平衡，主閥芯上的節(jié)流槽相對(duì)于主閥體上的控制臺(tái)階有一定的開(kāi)口量，連續(xù)地給比例電磁鐵1輸入電信號(hào)，就會(huì)使主閥的P腔到A腔、B腔到O腔成比例地輸出流量。圖5－57先導(dǎo)式比例方向控制閥的結(jié)構(gòu)圖若給比例電磁鐵2輸入電信號(hào)，就會(huì)使主閥的P腔到B腔、A腔到O腔成比例地輸出流量。比例閥是介于普通閥與伺服閥之間的控制閥，與普通閥相比，它能提高系統(tǒng)參數(shù)的控制水平，雖不如伺服閥的性能好，但成本低，對(duì)系統(tǒng)的污染要求比伺服系統(tǒng)低。因此，比例閥廣泛應(yīng)用于要求對(duì)液壓參數(shù)進(jìn)行連續(xù)遠(yuǎn)距控制或程序控制，但對(duì)控制精度和動(dòng)態(tài)特性要求不高的系統(tǒng)。如系統(tǒng)的液壓參數(shù)的設(shè)定值超過(guò)三個(gè)，使用比例閥對(duì)其進(jìn)行控制是最恰當(dāng)?shù)摹４送?，利用斜波信?hào)作用在比例方向閥上，可以對(duì)機(jī)構(gòu)的加速到減速實(shí)現(xiàn)有效的控制；利用比例方向閥和壓力補(bǔ)償器實(shí)現(xiàn)負(fù)載補(bǔ)償，便可精確地控制機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)速度而不受負(fù)載影響。 5.6常用氣動(dòng)控制閥

1.使用的能源不同

氣動(dòng)元件和裝置可采用空壓站集中供氣的方法，根據(jù)使用要求和控制點(diǎn)的不同來(lái)調(diào)節(jié)各自減壓閥的工作壓力。液壓閥都設(shè)有回油管路，便于油箱收集用過(guò)的液壓油。氣動(dòng)控制閥可以通過(guò)排氣口直接把壓縮空氣向大氣排放。

2.對(duì)泄漏的要求不同

液壓閥對(duì)向外的泄漏要求嚴(yán)格，而對(duì)元件內(nèi)部的少量泄漏卻是允許的。對(duì)氣動(dòng)控制閥來(lái)說(shuō)，除間隙密封的閥外，原則上不允許內(nèi)部泄漏。氣動(dòng)閥的內(nèi)部泄漏有導(dǎo)致事故的危險(xiǎn)。

對(duì)氣動(dòng)管道來(lái)說(shuō)，允許有少許泄漏;而液壓管道的泄漏將造成系統(tǒng)壓力下降和對(duì)環(huán)境的污染。

3.對(duì)潤(rùn)滑的要求不同

液壓系統(tǒng)的工作介質(zhì)為液壓油，液壓閥不存在對(duì)潤(rùn)滑的要求；氣動(dòng)系統(tǒng)的工作介質(zhì)為空氣，空氣無(wú)潤(rùn)滑性，因此許多氣動(dòng)閥需要油霧潤(rùn)滑。閥的零件應(yīng)選擇不易受水腐蝕的材料，或者采取必要的防銹措施。

4.壓力范圍不同

氣動(dòng)閥的工作壓力范圍比液壓閥低。氣動(dòng)閥的工作壓力通常為10bar以內(nèi)，少數(shù)可達(dá)到40bar以內(nèi)；而液壓閥的工作壓力都很高(通常在50MPa以內(nèi))。若氣動(dòng)閥在超過(guò)最高容許壓力下使用，往往會(huì)發(fā)生嚴(yán)重事故。

5.使用特點(diǎn)不同

一般氣動(dòng)閥比液壓閥結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕，易于集成安裝，閥的工作頻率高、