第4章 控制元件

第四章液压控制与辅助元件思考与练习题解4-1 简述液压控制阀的作用和类型。

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。

液压阀的类型如表4-1所示。

表4-1 液压阀的类型分类方法 类型 详细分类压力控制阀 溢流阀、顺序阀、减压阀、压力继电器 按用途分流量控制阀 节流阀、调速阀、分流阀、集流阀方向控制阀 单向阀、液控单向阀、换向阀滑阀 圆柱滑阀、旋转阀、平板滑阀按结构分类座阀 椎阀、球阀、喷嘴挡板阀射流管阀 射流阀人力操纵阀 手把及手轮、踏板、杠杆操纵阀机械操纵阀 挡块、弹簧操纵阀按操作方式分液压（或气动）操纵阀 液压、气动操纵阀电动操纵阀 电磁铁、电液操纵阀比例阀 比例压力阀、比例流量阀、比例换向阀、比例复合阀 按控制方式分类伺服阀 单、两级电液流量伺服阀、三级电液流量伺服阀数字控制阀 数字控制压力控制流量阀与方向阀管式连接 螺纹式连接、法兰式连接阀按连接方式分类板式及叠加式连接 单层连接板式、双层连接板式、整体连接板式、叠加阀插装式连接 螺纹式插装阀、法兰式插装阀4-2 简述普通単向阀和液控单向阀的作用、组成和工作原理。

单向阀可分普通单向阀和液控单向阀两种。

1．普通单向阀的作用、组成和工作原理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。

如图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，这种阀由阀体1、阀芯2、弹簧3等零件组成。

当压力油从阀体左端的通口P1流入时，油液在阀芯的左端上产生的压力克服弹簧3作用在阀芯2上的力，使阀芯向右移动，打开阀口，并通过阀芯2上的径向孔a、轴向孔b，从阀体右端的通口P2流出。

当压力油从阀体右端的通口P2流入时，液压力和弹簧力一起使阀芯锥面压紧在阀座上，使阀口关闭，油液无法通过。

(a)结构图(b)图形符号图　1—阀体；2—阀芯；3—弹簧图4-2 普通单向阀2．液控单向阀的作用、组成和工作原理液控单向阀可使油液在两个方向自由通流，可用作二通开关阀，也可用作保压阀，用两个液控单向阀还可以组成“液压锁”。

第四章液压控制元件一、液压阀作用液压阀是液压系统中控制液流流动方向，压力高低、流量大小的控制元件。

二、液压阀分类按用途分：压力控制阀、流量控制阀、方向控制阀操纵方式分：人力操纵阀、机械操纵阀、电动操纵阀连接方式分：管式连接、板式及叠加式连接、插装式连接按结构分类：滑阀，座阀，射流管阀按控制方式：电液比例阀，伺服阀，数字控制阀按输出参量可调节性分类：开关控制阀，输出参量可调节的阀三、液压系统对阀的基本要求1.工作可靠，动作灵敏，冲击振动小2.压力损失小3.结构紧凑，安装调整维护使用方便，通用性好一、单向阀作用：控制油液的单向流动（单向导通，反向截止）。

性能要求：正向流动阻力损失小，反向时密封性好，动作灵敏1、普通单向阀图4-1&为一种管式普通单向阀的结构，压力油从阀体左端的通口流入时克服弹簧3作用在阀芯上的力，使阀芯向右移动，打开阀口，并通过阀芯上的径向孔冬轴向孔b从网体右端的通口流出；但是压力油从阀体右端的通口流入时, 液压力和弹簧力一起使阀芯压紧在阀座上，使阀口关闭，油液无祛通过，其图形符号如图4-lb所示。

一般单向阀的开启压力在0. 035-0. 05Mpa,作背压阀使用时，更换刚度较大图4-2&为一种液控单向阀的结构，当控制口 K 处无压力油通入时，它的工 作和普通单向阀一样，压力油只能从进油口 P1流向出油口 P2,不能反向流动。

当控制口K 处有压力油通入时，控制活塞1右侧d 腔通泄油口（图中未画出）， 在液压力作用下活塞向右移动，推动顶杆2顶开阀芯，使油口 P1和P2接通， 油液就可以从P2 口流向P1 口。

图4-2b 为其图形符号。

二换向阀利用阀芯对阀体的相对运动，使油路接通、关断或变换油流的方向，从而实 现液压执行元件及其驱动机构的启动、停止或变换运动方向。

按阀芯相对于阀体的运动方式：滑阀和转阀按操作方式：手动、机动、电磁动、液动和电液动等按阀芯工作时在阀体中所处 的位置：二位和三位等按换向阀所控制的通路数不同：二通、三通、四通和五通等。

第一章绪论以液体为工作介质，传递能量和进行控制的叫液体传动，包括液力传动和液压传动。

液压传动是用密封的在系统中的液体为介质，把液压能转换为机械能。

只利用液体的压力能传动。

液压传动的工作原理：液体具有两个重要特性：1.液体几乎不可压缩；2.密闭容器中静止液体压力以同样大小向各个方向传递。

液压系统的工作特性：（1）液压传动是靠着运动着的液体压力能来传递力的；（2）液压传动系统是一种能量转换系统；（3）液压传动中的油液是在受调节控制的状态下进行工作的；（4）液压传动系统必须满足主机在力和速度等方面提出的要求；系统组成：1.传递介质 2.动力元件 3.执行元件 4.控制元件 5.辅助元件第二章液体流体力学基础名词解释：可压缩性、黏性、理想流体、实际流体、稳定流动和非稳定流动、层流和稳流、雷诺数 层流：液体中质点沿管道做直线运动而没有横向运动。

稳流：液体中质点除了沿管道轴线运动外，还有横向运动，成杂乱无章的状态。

工作液三大类：矿物油，浮化液，合成型液。

液压油液的黏度有几种表示方法？它们各用什么符号表示?它们又各用什么单位？ 答：（1）动力黏度（绝对黏度）：用μ表示，国际单位为：Pa •s （帕•秒）；工程单位：P （泊）或cP （厘泊）。

（2）运动黏度： 用ν表示，法定单位为s m 2，工程制的单位为St （沲,s cm 2），cSt （厘沲）。

（3）相对黏度：中国、德国、前苏联等用恩氏黏度ºE ，美国采用赛氏黏度SSU ，英国采用雷氏黏度R ，单位均为秒。

黏度的定义：油液在流动时产生内摩擦力的特性。

压力、温度对液体黏性的影响：对液压油而言，黏度随压力的增大而增大，但压力对液体黏度影响小，在压力不高且变化不大时，这种影响可以忽略。

>=20MPa 变化较大，需要考虑液体黏度随温度升高而减小。

液压油四项基本功能：（1）传递运动和力；（2）润滑液压元件和运动元件；（3）散发热量；（4）密封液压元件对偶摩擦中的间隙。

液压与气压传动课后答案（左健民）第一章液压传动基础知识1-1 液压油的体积为 18 10 3 m 3 ，质量为，求此液压油的密度。

解：= m= 16.1 -3 =8.94 102kg/m 3v 18 101-2 某液压油在大气压下的体积是 50 10 3 m 3 ，当压力高升后，其体积减少到49.9 10 3 m 3 ，取油压的体积模量为 K700.0Mpa ，求压力高升值。

解：VV 'V 0'49.9 10 3 50 10 3 m 31 10 4 m 3由 KP 知： pk V 700 106 1 104pa 1.4MpaV 0 V 050 10 3V1- 3 图示为一粘度计， 若 D=100mm ，d=98mm,l=200mm,外筒转速 n=8r/s 时，测得转矩 T=40N cm,试求其油液的动力粘度。

解：设外筒内壁液体速度为 u 0u 0n D 8 3.14 0.1m / s 2.512m / s F f TAr g2 rl由du dydudy两边积分得T (2 2)0.4 ( 2 2 )2 l d D23.14 0.2 0.0980.1p a gs 0.051p a gsu 00.5121-4 用恩式粘度计测的某液压油（850kg / m 3 ）200Ml 流过的时间为 t 1 =153s ，20 C 时 200Ml 的蒸馏水流过的时间为 t 2 =51s ，求该液压油的恩式粘度 E ，运动粘度 和动力粘度各为多少？解： Et 1 153 3 (7.31 E6.31) 10 6 m 2 / s 1.98 10 5 m 2 / st 2 51Eg1.68 10 2 Pa s1-5 如下图，一拥有必定真空度的容器用一根管子倒置一液面与大气相通的水槽中，液体与大气相通的水槽中，液体在管中上涨的高度h=1m,设液体的密度为1000kg / m 3 ，试求容器内真空度。

解：设 P 0 为大气压， P a 为绝对压力，则真空度： PP 0P a取水槽液面为基面，列出静力学基本方程：p 0 p aghg则真空度为： p a pgh 10009.8 1 9.8 103 pa1-6 如下图，有向来径为 d ，质量为 m 的活塞浸在液体中，并在力F 的作用下处于静止状态。

第四章控制与设计〔一〕本章重点知识阐述：（1）控制是人们根据自己的目的，通过一定的手段，使事物沿着某一确定的方向发展。

这里所说的手段就是控制技术。

（2）简单的控制系统由两部分组成，即被控对象和控制装置。

其中的控制装置，包括传感器、控制器、执行器等环节，对于闭环系统来说，还包括反馈环节和比较环节。

（3）闭环控制系统是信息流经一个闭合环路，在其系统中将输出信息反传给比较环节的做法，称之为反馈。

开环控制系统是信息总是自输入端单向传至输出端，不存在信息逆向流动，也就不存在闭环。

（4）干扰就是控制系统的外部环境或条件对系统的工作准确性产生的影响，这种影响越小越好。

分析一个控制系统的干扰因素要分析控制系统易受到其外部环境或条件中的哪些因素的影响。

（5）控制系统的运行调试通常有以下几方面的内容，即：系统的试运行、系统参数的调整、其他问题的发现与解决。

〔6〕控制系统的评价与优化通常有以下几个方面内容，即系统方案的评价与优化，系统制作水平的评价与优化，系统的总体评价与优化等。

〔二〕基础知识再现：1、信息流经一个闭合环路，这类系统称之为。

此系统中将输出信息反传给比较环节的做法，称之为。

2、闭环控制系统与开环控制系统，是两类不同的系统。

从构成形式上看，二者的不同表现为。

从本质上讲，二者的不同在于。

3、简单的控制系统由两部分组成，即和。

其中的控制装置，包括传感器、控制器、执行器等环节，对于闭环系统来说，还包括环节与环节。

4、开环控制系统的结构和原理比较简单，信息从输入端传到输出断，仅有一条路径。

它的最大缺点是不高；闭环控制系统的结构较为复杂，信息流经的路径有两条，它可以有较高的和较强的性能。

5、控制系统框图中，信息流经的路径叫做，对于闭环控制系统来说，有两个基本通道，那就是和。

6、在控制系统中，将控制器的信号转换成能影响被控对象的信号的装置，称为。

7、在人体温度控制系统中，皮肤相当于。

8、就是控制系统的外部环境或条件对系统的工作准确性产生的影响。

第四章 控制阀本章重点：1. 三位四通电磁换向阀和电液换向阀的工作原理2. 溢流阀的流量特性及溢流阀的应用3. 节流口的流量特性，调速阀的工作原理本章难点：1. 滑阀式换向阀的中位机能2. 直动式溢流阀和先导式溢流阀的工作性能及压力流量特性比较3. 减压阀的工作原理及应用第一节 阀的基本类型和要求一、阀的基本类型控制阀在液压系统中的作用是控制液流的压力、流量和方向，以满足执行元件在输出的力(力矩)、运动速度及运动方向上的不同要求。

控制阀可按不同的特征进行分类，如表4-1所示。

表4-1控制阀的分类分类方法种类详细分类压力控制阀溢流阀、减压阀、顺序阀、比例压力控制阀、压力继电器等流量控制阀节流阀、调速阀、分流阀、比例流量控制阀等按机能分方向控制阀单向阀、液控单向阀、换向阀、比例方向控制阀等人力操纵阀手把及手轮、踏板、杠杆机械操纵阀挡块、弹簧、液压、气动按操纵方式分电动操纵阀电磁铁控制、电-液联合控制管式连接螺纹式连接、法兰式连接板式及叠加式连接单层连接板式、双层连接板式、集成块连接、叠加阀按连接方式分插装式连接螺纹式插装、法兰式连接插装开关定值控制阀（普通液压阀）定值控制液流的压力和流量伺服阀根据输入信号，成比例、连续、远距离控制液流的压力、方向和流量模拟量比例阀根据输入信号，成比例、连续、远距离控制液流的压力、方向和流量按控制信号形式分数字量数字阀根据输入的脉冲数或脉冲频率，控制液流的压力和流量。

只能用于小流量控制场合，如电液控制的先导控制级二、基本要求控制阀的性能对液压系统的工作性能有很大影响，因此液压控制阀应满足下列要求：(1)动作灵敏、准确、可靠、工作平稳、冲击和振动小；(2)油液流过时压力损失小；(3)密封性能好；(4)结构紧凑，工艺性好，安装、调整、使用、维修方便，通用性大。

第二节 方向控制阀方向控制阀简称方向阀，主要用来通断油路或切换油流的方向，以满足对执行元件的启、停和运动方向的要求。

第4章液压控制元件-压力控制阀作业一、判断题1、控制和调节液压系统油液压力或利用油液压力作为信号控制其它元件动作的阀称为压力控制阀。

（）2、单向阀、节流阀和溢流阀均可以做背压阀。

（）3、换向阀的作用除了换向，还可以进行泵的压力卸荷。

（）4、溢流阀分直动式和先导式两种，其中先导式溢流阀主阀芯弹簧很软，所以其只能工作在压力较低的场合。

（）5、先导式溢流阀调定压力以先导弹簧和液控口压力中较小的一方为准。

（）6、溢流阀常态下阀芯处于闭合状态，所以其符号中代表阀芯的箭头应该连通进出口。

（）7、溢流阀的调定压力为5MPa，当其出口压力为1MPa时，其进口压力被调定在5MPa。

（）8、想要增加直动式溢流阀最大调定压力，增加其弹簧刚度是可行的办法，但是会损失定压精度。

（）9、先导式溢流的液控口连接油箱，可以实现泵的卸荷。

（）10、减压阀适用于压力稍低的某个支路，其出口压力一定低于进口压力。

（）11、减压阀调定的是其出口压力，当先导式溢流阀液控口连接油箱，其出口压力几乎为0。

（）12、当顺序阀的出油口与油箱接通时，即成为卸荷阀。

（）13、顺序阀控制的是其进口压力，当进口压力大于其调定压力时，阀芯打开，顺序阀工作。

（）14、顺序阀的调定压力应该高于先动作的执行元件的最高压力值。

一般至少应出0.5MPa。

（）15、顺序阀和溢流阀在某些场合可以互换。

（）二、选择题1、下列液压控制阀属于压力控制的是（）A、溢流阀、调速阀B、减压阀、顺序阀C、减压阀、节流阀D、调速阀、节流阀2、下列压力2、控制阀中，哪一种阀将压力信号转变为电信号（）A、顺序阀B、减压阀C、压力继电器D、溢流阀3、顺序控制回路可采用（）。

A、压力控制B、行程控制C、二者皆可D、二者皆不可4、减压阀不仅能使其（）保持恒定，改变其设计结构还可以实现定差和定比减压。

A、出口压力B、进口压力C、都可以D、都不可以5、当溢流阀的（）达到其调定压力时，阀芯被打开，实现溢流。

常用低压电气元件授课内容教案第一章：概述1.1 课题简介介绍低压电气元件的定义和作用。

解释低压电气元件在电力系统和电气设备中的重要性。

1.2 学习目标了解低压电气元件的基本概念。

掌握低压电气元件的分类和功能。

1.3 教学方法采用讲授法和互动问答方式，引导学生主动思考和参与。

1.4 教学内容低压电气元件的定义和作用。

低压电气元件的分类和功能。

第二章：低压开关元件2.1 课题简介介绍低压开关元件的定义和作用。

解释低压开关元件在电力系统和电气设备中的应用。

2.2 学习目标了解低压开关元件的基本概念。

掌握低压开关元件的分类和功能。

2.3 教学方法采用讲授法和互动问答方式，引导学生主动思考和参与。

2.4 教学内容低压开关元件的定义和作用。

低压开关元件的分类和功能。

常见低压开关元件的原理和结构。

第三章：低压保护元件3.1 课题简介介绍低压保护元件的定义和作用。

解释低压保护元件在电力系统和电气设备中的应用。

3.2 学习目标了解低压保护元件的基本概念。

掌握低压保护元件的分类和功能。

3.3 教学方法采用讲授法和互动问答方式，引导学生主动思考和参与。

3.4 教学内容低压保护元件的定义和作用。

低压保护元件的分类和功能。

常见低压保护元件的原理和结构。

第四章：低压控制元件4.1 课题简介介绍低压控制元件的定义和作用。

解释低压控制元件在电力系统和电气设备中的应用。

4.2 学习目标了解低压控制元件的基本概念。

掌握低压控制元件的分类和功能。

4.3 教学方法采用讲授法和互动问答方式，引导学生主动思考和参与。

4.4 教学内容低压控制元件的定义和作用。

低压控制元件的分类和功能。

常见低压控制元件的原理和结构。

第五章：低压连接元件5.1 课题简介介绍低压连接元件的定义和作用。

解释低压连接元件在电力系统和电气设备中的应用。

5.2 学习目标了解低压连接元件的基本概念。

掌握低压连接元件的分类和功能。

5.3 教学方法采用讲授法和互动问答方式，引导学生主动思考和参与。

液压与气动技术习题集解答绪论一．填空题1．压力能，动能。

液压，液力。

2．动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件、工作介质；动力元件、执行元件。

3．液压，液力，液力，液压。

4．半结构式，图形符号，图形符号。

5．翻转，控制油路。

6．压力能，静。

7．帕斯卡定律，流量，负载，压力损失。

8．能容量大能实现严格的传动比且传动平稳，阻力损失和泄漏较大，不能得到严格的传动比。

9．没有严格的传动比。

二．判别题1、对。

2、错。

3、对。

三．分析题1．液压系统的组成部分及各部分的作用如下：动力元件：将机械能转换成液压能执行元件：将液压能转换成机械能控制元件：控制液体的压力、速度和方向辅助元件：除上述作用以外的辅助作用2、液压传动与机械传动、电传动相比如下优点：能容量大，能实现无级调速，传动平稳，易实现过载保护和自动化要求。

第一章液压流体力学基础一．填空题1．较大，泄漏；较大。

2．小，摩擦损失，泄漏。

3．μ，单位速度梯度，液层单位接触面积。

4．单位速度梯度下，液层单位接触面积上的牛顿内摩擦力，Pa·S，动力粘度与密度的比值，cSt，降低。

5．曲面在该方向投影面积。

6．帕斯卡。

7．0.46×105 Pa ，-0.55×105 Pa 。

8．P=P0+ρgh；静止液体中任一质点具有压力能和势能两种形式的能量，且它们可互相转换其总和不变。

9．没有粘性，不可压缩。

10．压力能，动能，势能，恒量，米。

11．小，气穴。

12．局部阻力损失ΔP，产生一定流速所需的压力，把油液提升到高度h所需的压力，增大，0.5m。

13．层流；紊流；雷诺数。

14．粘性；沿程压力；局部压力。

15．层流，紊流，γvdR e =。

16．沿程，局部，22v d l p ρλλ=∆，22v p ρξξ=∆ 。

17．22v p ρξξ=∆，2)(ss q q p p ∆=∆ξ。

18．32cSt ，层流。

19．临界雷诺数，2320。

20、薄壁孔，油温变化。

自动控制元件 部分课后题答案第一章 直流伺服电动机1-1直流伺服电动机的电磁转矩和控制电流由什么决定？答：a ：由T em =C m ΦI a 知电磁转矩由每极磁通量和绕组电流大小决定。

b ：由T em =T 0 +T 2 =CmΦIa 控制电流由负载转矩(T 2)和空载转矩(T 0)大小决定。

1-2当直流伺服电动机的负载转矩恒定不变时，控制电压升高将使稳态的电磁转矩、控制电流、转速发生怎样的变化？为什么？答：a ：电磁转矩T em =T 0 +T 2可见电磁转矩也不变。

由T em =C m ΦI a 知控制电流I a 也不变b ：KeKtRaTem Ke Ua n -=知T em 不变可见U a 转速升高理想空载转速变大导致转速n 升高。

1-3已知一台直流电动机，其电枢额定电压Ua=110V ，额定运行时电枢电流Ia=0.4A ，转速n=3600rpm ，它的电枢电阻Ra=50欧姆，负载阻转矩To=15mN.m 。

试问该电动机额定负载转矩是多少？答：Ea= Ua- IaRa=110-0.4×50=90VEa=Ce Φn, Ce=0.105Cm Cm Φ=0.23836000.10590n 105.0=⨯=⨯Ea T em =T 0 +T 2=CmΦIa→T 2=CmΦIa -T 0 =0.40.238=0.0952-15×10-3=80.2mN.m 1-6当直流伺服电动机电枢电压、励磁电压不变时，如将负载转矩减少，试问此时电动机的电枢电流、电磁转矩、转速将怎样变化？并说明由原来的状态到新的稳态的物理过程。

答：磁转矩T em =T 0 +T 2可见T 2 ↓电磁转矩也↓。

由T em =C m ΦI a 知控制电流I a ↓Ea= Ua- IaRa 可见I a ↓知Ea↑，由Ea=Ce Φn 知Ea↑知n ↑第二章 直流测速发电机2-4某直流测速发电机，其电枢电压U=50V ，负载电阻R L =3000Ω，电枢电阻Ra=180Ω，转速n=3000rpm ，求该转速下的空载输出电压Uo 和输出电流Ia 。