1第5章液壓控制閥液壓控制閥概述方向控制閥壓力控制閥流量控制閥5.15.25.35.55.4其他液壓控制閥2液壓控制閥是液壓系統(tǒng)的控制元件，它利用閥芯在閥體內(nèi)的相對運動來控制閥口的通斷以及開口大小以實現(xiàn)壓力、流量和方向控制的元件。應達成的能力要求：理解各類液壓控制閥的結(jié)構(gòu)示意圖，掌握控制閥的工作原理。了解各類液壓控制閥的應用場合。5.1液壓控制閥概述3

液壓控制閥是利用閥芯在閥體內(nèi)的相對運動來控制閥口的通斷以及開口大小以實現(xiàn)壓力、流量和方向控制的元件。液壓閥的基本結(jié)構(gòu)液壓控制閥的分類對液壓控制閥的基本要求包括：5.1.1

液壓閥的基本結(jié)構(gòu)4液壓閥的基本結(jié)構(gòu)主要包括閥芯、閥體和驅(qū)動閥芯動作的驅(qū)動裝置。閥體孔芯的結(jié)構(gòu)主要有滑閥、錐閥和球閥；閥體上有與閥芯配合的閥或閥座孔，以及外接油管的進出油口；驅(qū)動閥芯動作的驅(qū)動裝置是驅(qū)動閥芯在閥體內(nèi)作相對運動的裝置。5.1.2液壓控制閥的分類分類方法種類按機能分類壓力控制閥流量控制閥方向控制閥按結(jié)構(gòu)分類滑閥錐閥球閥按控制方式分類定值或開關(guān)控制閥比例控制閥伺服控制閥數(shù)字控制閥按連接方式分類管式連接板式連接插裝閥疊加閥5液壓控制閥的性能應滿足下列基本要求1）動作靈敏，使用可靠，工作時沖擊、振動和噪聲要小；2）閥口關(guān)閉時，密封性能好；閥口開啟時,作為方向閥,液流的壓力損失要小；3）結(jié)構(gòu)緊湊，安裝、調(diào)整、使用、維護方便，通用性好；4）所控制的參量（壓力或流量）穩(wěn)定，受外部干擾時變化量小。5.1.3液壓控制閥的基本要求65.2方向控制閥方向控制閥是用來控制液壓系統(tǒng)中油路通斷或者改變油液的流動方向。

包括：

7單向閥換向閥普通單向閥又稱為止回閥，簡稱單向閥，它的作用是控制油液的單方向流動，而反向時截止。從閥體1左端通口P1流入，克服彈簧3作用在閥芯2上的彈簧力，使閥芯右移，打開閥口，通過閥芯上的徑向孔a和軸向孔b，從閥體右端通口P2流出。若油液反向，由右端油口P2流入，則壓力油與彈簧同向作用，將閥芯錐面緊壓在閥座上，使閥口關(guān)閉,油液不能從油口P2流向油口P1。正向開啟壓力只需（0.03~0.05）MPa；反向截止時，具有較好的密封性能。5.2.1單向閥普通單向閥結(jié)構(gòu)示意圖圖形符號8液控單向閥是依靠控制流體壓力，可以使單向閥反向流通的閥。液控單向閥除進出油口P1、P2外，還有一個控制油口Pc。當控制油口Pc不通壓力油而通回油箱時，液控單向閥的作用和普通單向閥相同，油液只能從通口P1流向通口P2，不能反向流動。當控制油口Pc通壓力油時，就有一個向上的液壓力作用在控制活塞3的下端面，推動控制活塞克服單向閥閥心2上端彈簧1的彈簧力頂開單向閥閥心使閥口開啟，通油口P1和P2接通，正、反向的液流均可自由通過。鑒于液控單向閥不僅可以對反向液流起截止作用且密封性好，而且可以在一定條件下允許正反向液流自由通過，因此，液控單向閥多用于液壓系統(tǒng)的保壓或鎖緊回路。5.2.1單向閥液控單向閥結(jié)構(gòu)圖圖形符號9

換向閥是通過閥心在閥體孔內(nèi)做相對運動，使油路接通、切斷或改變液流方向的閥，從而使執(zhí)行元件及其驅(qū)動機構(gòu)啟動、停止或變換運動方向。

按結(jié)構(gòu)類型可分為滑閥式、轉(zhuǎn)閥式和球閥式。按閥體連通的主油路數(shù)可分為二通、三通、四通、五通等,通是指閥體的油路。二通、三通、四通、五通分別表示二個、三個、四個、五個油路。

按操作閥心在閥體內(nèi)的工作位置可分為二位、三位、四位等，位是指操作閥心在閥體內(nèi)的工作位置，二位、三位、四位分別表示二個、三個、四個工作位置。5.2.2換向閥10按操作閥心運動的方式可分為手動換向閥、機動換向閥、電磁換向閥、液動換向閥、電液換向閥等。換向閥的結(jié)構(gòu)形式由閥體和閥芯是滑閥式換向閥的主體結(jié)構(gòu)。由下表可見，閥體上開有多個沉割槽，每個沉割槽都與孔道相通，閥芯不同的位置上設有凸肩，軸向位移后閥芯可停留在不同的工上位置上，并通過凸肩遮擋沉割槽來實現(xiàn)各通道間的通斷。5.2.2換向閥11

二位二通閥的閥體上有A、P二個通口，閥芯有左、右二個工作位置。當閥芯移向左端時，通口A與P連通；當閥芯移向右端時，通口A與P斷開，這種閥可以用來控制油路的連通與斷開。二位三通閥的閥體上有A、B、P三個通口，閥芯有左、右二個工作位置。當閥芯移向左端時，通口B與P連通；當閥芯移向右端時，通口A與P連通，這種閥可以用來控制油液流動方向。三位四通閥的閥體上有A、B、P三個通口，閥芯有左、中、右三個工作位置。當閥芯移向左端時，通口A與P連通，通口B與T連通；當閥芯在中位時，通口A與P斷開，通口B與T斷開；當閥芯移向右端時，通口B與P連通，通口A與T連通，這種閥可以用來控制執(zhí)行元件換向及停止。5.2.2換向閥125.2.2換向閥13換向閥處于不同工作位置時，各油口的不同連通方式體現(xiàn)了換向閥的不同控制機能，稱為滑閥機能。對三位四通滑閥，左右工作位置用于執(zhí)行元件的換向，一般為A與P通、B與T通或B與P通、A與T通；中位則有不同機能以滿足不同的功能要求。三位四通換向閥幾種常用的中位機能如下表。5.2.2換向閥145.2.2換向閥15滑閥式換向閥的操縱方式5.2.2換向閥滑閥式換向閥的操縱方式描述手動換向閥手動換向閥通過操作手柄左、右擺動推動閥芯左、右移動，以此改變工作位置。當松開手柄后，閥芯靠彈簧力恢復到中位，適用于動作頻繁、持續(xù)工作時間較短的場合。機動換向閥機動換向閥依靠擋鐵或凸輪來壓迫閥芯移動，實現(xiàn)液流通、斷或改變方向。電磁換向閥電磁換向閥通過電磁銜鐵的吸合來推動閥芯移動，實現(xiàn)工作位置的轉(zhuǎn)換。這類閥操縱便捷，布置靈活，易實現(xiàn)動作轉(zhuǎn)換的自動化。液動換向閥液動換向閥利用控制油路的壓力油來改變閥芯位置的換向閥，閥芯驅(qū)動力是來自閥芯端部控制口的壓力油。電液換向閥電液換向閥由液動換向閥與電磁換向閥組合而成，電液換向閥中控制主油路的主閥芯是通過電磁鐵操縱控制油路上的壓力油液來推動的，推力可以很大。由于主閥芯的移動速度可由單向節(jié)流閥來調(diào)節(jié)，使得系統(tǒng)中的執(zhí)行元件能夠平穩(wěn)無沖擊地換向。這種操縱方式換向性較好，操縱方便，適用于高壓、大流量的場合。16

壓力控制閥是用來控制液壓系統(tǒng)中油液壓力或通過壓力信號實現(xiàn)控制。壓力控制閥的基本工作原理是基于閥芯上液壓力和彈簧力相比較來控制和調(diào)節(jié)系統(tǒng)的壓力。5.3壓力控制閥溢流閥減壓閥順序閥壓力繼電器包括：175.3壓力控制閥種類描述溢流閥溢流閥是通過閥口的溢流使被控制回路的壓力保持恒定狀態(tài)，以實現(xiàn)穩(wěn)壓、調(diào)壓或限壓作用。減壓閥減壓閥是一種過縫隙液阻產(chǎn)生壓力損失導致出口壓力低于進口壓力的壓力控制閥。順序閥順序閥是一種利用壓力控制閥口通斷的壓力控制閥，可用于控制多個執(zhí)行元件的動作順序。順序閥通過改變上蓋或底蓋的裝配位置可以分為內(nèi)控外泄、內(nèi)控內(nèi)泄、外控外泄、外控內(nèi)泄這四種類型。壓力繼電器壓力繼電器是將液壓系統(tǒng)的壓力信號轉(zhuǎn)換為電信號的轉(zhuǎn)換元件，其作用是根據(jù)液壓系統(tǒng)的壓力變化自動接通或斷開有關(guān)電路，以實現(xiàn)對執(zhí)行元件的順序控制或安全保護。18

按閥的結(jié)構(gòu)形式分為直動式與先導式，如表所示。按閥芯結(jié)構(gòu)類型可分為滑閥式、錐閥式和球閥式。為保證控制壓力與調(diào)壓彈簧力的對應關(guān)系，結(jié)構(gòu)上應保證閥心的調(diào)壓彈簧端油液壓力為零。5.3壓力控制閥種類描述直動式依靠系統(tǒng)中的壓力油直接作用在閥芯上液壓力與彈簧力相比較來控制閥芯的啟動、關(guān)閉動作，從而控制和調(diào)節(jié)系統(tǒng)的壓力。先導式依靠系統(tǒng)中的壓力油直接作用在閥芯上液壓力與彈簧力相比較來控制閥芯的啟動、關(guān)閉動作，從而控制和調(diào)節(jié)系統(tǒng)的壓力。19溢流閥是通過閥口的溢流使被控制回路的壓力保持恒定狀態(tài)，以實現(xiàn)穩(wěn)壓、調(diào)壓或限壓作用。溢流閥分為直動式溢流閥和先導式溢流閥兩種。直動式溢流閥是通過系統(tǒng)中的壓力油直接作用在閥芯上而與彈簧力相平衡來控制閥芯的啟動、關(guān)閉的溢流閥。直動式溢流閥工作原理圖中P為進油口，T為回油口。壓力油從進油口P進入，經(jīng)閥芯3下端的小孔a作用于閥芯的下端，使其受到一個向上的液壓力F，調(diào)壓彈簧2作用在閥芯上的預緊力為Ft。在液壓力F等于或大于彈簧力Ft時，閥芯向上運動，閥口開啟。隨著通過閥口的流量流回油箱。此時，閥芯處于受力平衡狀態(tài)。當液壓力F小于彈簧力Ft時，閥芯處于下端位置，此時關(guān)閉回油口T，P與T不通，為常閉狀態(tài)。通過調(diào)節(jié)螺母1可以改變彈簧的預壓縮量，從而調(diào)定溢流閥的工作壓力P

。

5.3.1溢流閥205.3.1溢流閥21直動式溢流閥結(jié)構(gòu)示意圖圖形符號直動型溢流閥結(jié)構(gòu)簡單，靈敏度高。直動型溢流閥油液壓力直接靠彈簧平衡，因而壓力穩(wěn)定性較差；系統(tǒng)壓力較高時，要求彈簧剛度大，使閥的開啟性能變差，因此，直動式溢流閥通常只能用于壓力小于2.5MPa的小流量場合。先導式溢流閥由先導閥和主閥兩部分組成。先導閥是一個小流量的直動式溢流閥，閥芯是錐閥，用來調(diào)定壓力；主閥閥芯用來實現(xiàn)溢流。先導式溢流閥利用主閥芯兩端壓差作用力與彈簧力平衡原理來進行壓力控制。在工作原理描述中不考慮閥芯的自重、摩擦力和液動力的影響。其結(jié)構(gòu)示意圖如下圖所示。5.3.1溢流閥22

先導式溢流閥結(jié)構(gòu)示意圖圖形符號

在實際工作中，壓力油經(jīng)進油口P、通過a進入主閥芯5底部油腔，并經(jīng)節(jié)流小孔b進入上部油腔，再經(jīng)通道c進入先導閥右側(cè)油腔，給錐閥3一個向左的作用力，調(diào)壓彈簧2給錐閥一個向右的彈簧力Ft1。先導閥關(guān)閉，油腔A、B的壓力相同，在主閥彈簧4的作用下，主閥芯處于最下端位置，回油口T關(guān)閉，無溢流。當油液作用于錐閥上的液壓作用力F1大于彈簧2的彈簧力Ft1時，先導閥開啟，油液從進油口P經(jīng)節(jié)流小孔b、通道c、通道e、回油口T流回油箱。這時，壓力油流經(jīng)節(jié)流小孔b時會產(chǎn)生壓降，使B腔油液壓力p1小于A腔中油液壓力p，此壓力差產(chǎn)生向上的作用力F2，當F2克服彈簧力Ft2時，主閥芯向上移動，進油口P和回油口T接通，溢流閥溢流。先導式溢流閥可以應用于高壓、大流量場合，具有良好的壓力穩(wěn)定性能。5.3.1溢流閥231.工作原理先導式減壓閥結(jié)構(gòu)示意圖如下圖所示，它由先導閥與主閥組成，在工作原理描述中不考慮閥芯的自重、摩擦力和液動力的影響。在實際工作中，當油液作用于錐閥上的液壓作用力F1小于彈簧力Ft1，液壓系統(tǒng)油液從進油口P1進入減壓閥（設定進油口P1油液壓力為p1），經(jīng)節(jié)流縫5.3.2減壓閥24

減壓閥是一種過縫隙液阻產(chǎn)生壓力損失導致出口壓力低于進口壓力的壓力控制閥。根據(jù)所控制的壓力不同，減壓閥可分為定值減壓閥、定差減壓閥和定比減壓閥三種，其中最常見的是定值減壓閥。根據(jù)結(jié)構(gòu)和工作原理不同，減壓閥可分為直動式減壓閥和先導式減壓閥兩類，通常采用先導式減壓閥。隙w減壓后的油液從出油口P2輸出（設定出油口P2油液壓力為

p2），經(jīng)分支油路送往執(zhí)行機構(gòu)。減壓后的壓力為油液經(jīng)通道c向下進入主閥芯5下端油腔B，同時，經(jīng)節(jié)流小孔b向上進入主閥芯上端油腔，并經(jīng)通道5.3.2減壓閥

先導式減壓閥結(jié)構(gòu)示意圖圖形符號255.3.2減壓閥a進入先導閥錐閥3右端油腔A，給錐閥一個向左的液壓力F1

。液壓力F1與調(diào)壓彈簧2的彈簧力Ft2相平衡，進而控制減壓后的壓力為p2油液保持調(diào)定壓力。

當出油口的油液低于調(diào)定壓力時，錐閥關(guān)閉，p2=p3，主閥彈簧4將主閥芯推向下端，即常開狀態(tài)。當出油口連接的分支油路負載增大時，p2升高，p3也隨之升高，在p2超過調(diào)定壓力時，錐閥打開，少量油液經(jīng)錐閥口、通道d、泄油口T，流回油箱。此時，由于有油液流過節(jié)流小孔b，從而產(chǎn)生壓力差Δp=p2-p3（p2>p3）。當壓力差Δp所產(chǎn)生的向上的作用力F2克服彈簧力Ft2時，主閥芯會向上移動，使節(jié)流口w減小，p2隨之下降，直到作用在主閥芯上各作用力相平衡，主閥芯便處于新的平衡位置。262.特點減壓閥的出口壓力與出口的負載有關(guān)，若負載壓力低于調(diào)定壓力，則出口壓力由負載決定，此時減壓閥不起減壓作用，進口壓力與出口壓力相等。比較減壓閥與溢流閥的工作原理，二者的差別歸納為：1）減壓閥為出口壓力控制，保證出口壓力為定值；溢流閥為進口壓力控制，保證進口壓力恒定。2）減壓閥閥口常開，進出油口相通；溢流閥閥口常閉，進出油口不通。3）減壓閥出口壓力油去工作，溢流閥出口油液引回油箱。5.3.2減壓閥27

順序閥是一種利用壓力控制閥口通斷的壓力控制閥，可用于控制多個執(zhí)行元件的動作順序。順序閥通過改變上蓋或底蓋的裝配位置可以分為內(nèi)控外泄、內(nèi)控內(nèi)泄、外控外泄、外控內(nèi)泄這四種類型。它們的圖形符號如下所示。5.3.3順序閥

外控外泄外控內(nèi)泄28

內(nèi)控外泄內(nèi)控內(nèi)泄內(nèi)控外泄順序閥結(jié)構(gòu)示意圖如下圖所示5.3.3順序閥內(nèi)控外泄順序閥結(jié)構(gòu)示意圖在實際工作中，壓力油由進油口P1進入閥體，經(jīng)通道a進入閥芯底部油腔，對閥芯產(chǎn)生一個向上的液壓作用力F。29當油液的壓力較低時，液壓力F小于閥芯上部的彈簧力Ft，在彈簧力的作用下，閥芯處于下端位置，P1和P2兩油口被隔斷，即處于常閉狀態(tài)。當油液的壓力升高，使作用于閥芯底部的液壓力F大于調(diào)定的彈簧力Ft時，在液壓力的作用下，閥芯上移，進油口P1與出油口P2相通，壓力油液從P2口流出。當因負載建立的出口壓力高于閥的調(diào)定壓力時，閥的進口壓力等于出口壓力，作用在閥心上的液壓力F大于彈簧力Ft，閥口全開；當負載所建立的出口壓力低于閥的調(diào)定壓力時，閥的進口壓力等于調(diào)定壓力，作用在閥心上的液壓力、彈簧力平衡，閥的開口一定。

5.3.3順序閥30其他三種順序閥的特點1）內(nèi)控內(nèi)泄用在系統(tǒng)中可以用作平衡閥或背壓閥，雖然內(nèi)控內(nèi)泄順序閥的圖形符號和動作原理與溢流閥相同，但在實際使用時，內(nèi)控內(nèi)泄順序閥串聯(lián)在液壓系統(tǒng)的回油路使回油具有一定壓力，而溢流閥則旁接在主油路。2）外控內(nèi)泄順序閥可以用作卸載閥，因作用在閥心上的液壓力為外力，且大于閥心的彈簧力，因此工作時閥口全開，可用于雙泵供油回路使大泵卸載。3）外控外泄順序閥可以用作液動開關(guān)閥。5.3.3順序閥31

壓力繼電器是將液壓系統(tǒng)的壓力信號轉(zhuǎn)換為電信號的轉(zhuǎn)換元件，其作用是根據(jù)液壓系統(tǒng)的壓力變化自動接通或斷開有關(guān)電路，以實現(xiàn)對執(zhí)行元件的順序控制或安全保護。繼電器的圖形符號如下圖所示。5.3.4壓力繼電器壓力繼電器圖形符號32

流量控制閥是在一定的壓差作用下，通過改變閥口通流面積的大小或改變同流通道的長短來改變液阻的大小，從而控制閥口流量，調(diào)節(jié)執(zhí)行元件運動速度。

包括：

5.4流量控制閥33節(jié)流閥調(diào)速閥溢流節(jié)流閥由液壓流體力學知識可知，油液流經(jīng)薄壁孔、縫隙等節(jié)流口時會產(chǎn)生液阻，如果改變它們的通流面積，可以調(diào)節(jié)通流量。不同節(jié)流口流量特性可以通過通用壓力流量方程表達：

式中：AT

—節(jié)流口通流面積；KL—節(jié)流系數(shù)，一般視為常數(shù)；Δp—節(jié)流口前后的壓差；m

—指數(shù)，0.5≤m≤1。很明顯，當KL、Δp一定時，通過改變通流面積AT，可以調(diào)節(jié)通流量。5.4.1流量控制原理345.4.2節(jié)流閥1.工作原理節(jié)流閥的結(jié)構(gòu)示意圖如下圖所示。壓力油從進油口P1流入，經(jīng)節(jié)流口a，再從出油口P2流出。通過調(diào)節(jié)手把1使閥芯2做軸向移動，從而改變節(jié)流口通流面積，最終實現(xiàn)流量的調(diào)節(jié)。35節(jié)流閥是一種最簡單、最基本的流量控制閥，它主要借助控制機構(gòu)使閥芯做軸向位移，改變閥口的通流面積，從而實現(xiàn)通過節(jié)流閥的流量的調(diào)節(jié)。2.節(jié)流閥流量特性與剛性節(jié)流閥在系統(tǒng)中起調(diào)速作用時，通常會因外負載的波動引起閥前后壓力差Δp的變化，此時即使閥開口面積AT

不變，流經(jīng)閥口的流量q也會發(fā)生變化，即流量不穩(wěn)定。5.4.2節(jié)流閥

節(jié)流閥結(jié)構(gòu)圖圖形符號36剛性T可以衡量節(jié)流閥的流量穩(wěn)定性，節(jié)流閥的剛性T可以描述為：當節(jié)流閥開口面積AT

一定時，節(jié)流閥前后壓力差Δp的變化量與流經(jīng)節(jié)流閥的流量變化量之比為節(jié)流閥的剛性T。

5.4.2節(jié)流閥根據(jù)剛性T表達式，剛性T越大，節(jié)流閥的流量穩(wěn)定性越好；此外，大的Δp值有利于提高節(jié)流閥的剛性，但Δp過大，造成壓力損失的增大，且有可能導致閥口因面積太小而堵塞，因此，通常取Δp取0.15~0.4MPa。373.節(jié)流閥最小穩(wěn)定流量節(jié)流閥的阻塞現(xiàn)象是指閥前后壓力差Δp和油液粘度μ都不變，節(jié)流閥的通流面積很小時，通過節(jié)流口的流量會出現(xiàn)周期性的脈動，隨著通流面積繼續(xù)減小，流量脈動加劇，甚至出現(xiàn)間歇式的斷流。節(jié)流閥的阻塞嚴重影響液壓系統(tǒng)的正常工作，導致液壓系統(tǒng)中執(zhí)行元件的速度不穩(wěn)定，出現(xiàn)爬行現(xiàn)象。對每個節(jié)流閥都有一個能正常工作的最小流量限制，這個最小流量限制值稱為節(jié)流閥的最小穩(wěn)定流量。4.節(jié)流閥特點節(jié)流閥結(jié)構(gòu)簡單、體積小、制造方便，由于節(jié)流閥使用時負載的變化會對流量的穩(wěn)定性產(chǎn)生很大的影響，因而它只適用于負載變化不大或執(zhí)行機構(gòu)速度穩(wěn)定性要求較低的液壓系統(tǒng)中。5.4.2節(jié)流閥381.工作原理調(diào)速閥的工作原理圖如下。在實際工作中，壓力油由P1口進入調(diào)速閥，先經(jīng)過定差減壓閥的閥口w，壓力由p1減至p2，然后經(jīng)節(jié)流閥閥口y流出，出口壓力減為p3，最終通過P2口流出。節(jié)流閥前的壓力油(壓力為p2）經(jīng)通道b作用在定差減壓閥的下腔B，節(jié)流閥后的壓力油(壓力為p3)經(jīng)通道a作用在定差減壓閥上腔A。假定調(diào)速閥的進口壓力p1為定值，當負載增大時，調(diào)速閥的出口壓力p3因負載增大而增大，從而導致調(diào)速閥的進出口壓力差（p2-p3）突然減小，因p3的增大破壞了定差減5.4.3調(diào)速閥39調(diào)速閥是由節(jié)流閥與定差減壓閥串聯(lián)而成，節(jié)流閥用來調(diào)節(jié)流量，定差減壓閥用以保證節(jié)流閥的前后壓差穩(wěn)定，以保持流量穩(wěn)定。壓閥閥心原有的受力平衡，于是閥心向閥口增大方向運動，定差減壓閥的減壓作用削弱，節(jié)流閥進口壓力p2隨之增大，從而保證節(jié)流閥前后壓力差（p2-p3）不受負載的干擾而基本保持不變。5.4.3調(diào)速閥

調(diào)速閥結(jié)構(gòu)示意圖圖形符號