液压与气压传动6.第五章 液压控制阀和液压基本回路
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第五章 液压控制阀和液压基本回路 机械设备的液压系统，不论多么复杂,都是由一些基本回路组成的。基本回路是由一些液压元件组成的，用来完成某种特定功能的典型回路，因此, 熟悉和掌握基本元件的结构组成、工作原理和功能，对分析液压基本回路和设汁液压系统是必不可少的。 液压控制阀（简称液压阀）用来控制油液的压力、流量和流动方向，从而控制液压执行元件的启动、停止、运动方向、速度、作用力等，以满足液压设备对各工况的要求。 一、液压阀的分类 1)按用途分类 液压阀根据工作原理和用途可分为:方向控制阀、压力控制阀 、流量控制阀。 液压基本回路根据工作原理和用途可分为方向控制回路、压力控制回路、速度控制回路和多缸动作控制回路。 2)按控制方式分类 液压阀按控制方式可分为:普通阀（开关定值式控制阀）、电液比例控制阀、电液伺服阀和数字阀。 3)按连接方式分类 按连接方式可分为管式连接阀、板式连接阀、法兰式连接阀、叠加式连接阀和插装式连接阀。 二、对液压阀的要求 液压传动系统对液压控制阀的基本要求是: 1)动作灵敏，工作可靠，工作时冲击和振动小。 2)油液通过时压力损失小。 3)密封性能好，内泄漏少，无外泄漏。 4)结构紧凑，安装、调试、维护方便，通用性好。 三、液压阀的组成：阀体、阀芯、控制装置。
第一节 方向控制阀和方向控制回路
方向控制阀是利用阀芯和阀体间相对位置的改变，实现油路与油路间的接通、断开或改变油液流动方向，以满足系统对油流方向的要求。它包括单向阀和换向阀。 一、换向阀与换向回路 （一） 换向阀的类型与工作原理 换向阀是利用阀芯对阀体的相对运动，使油路接通、切断或变换油液的方向，从而实现对执行元件运动方向的控制。 1. 换向阀的分类 根据换向阀阀芯的运动方式和结构形式分，换向阀有滑阀式、转阀式和锥阀式等，其中以滑阀式应用最多。 按阀芯在阀体内的工作位置数分，有二位、三位和多位。 按换向阀所控制的油口通路数分，二通、三通、四通、五通和多通。 按换向阀的操纵方式分，有手动、机动、电动、液动和电液动阀等类型。 2. 换向原理及图形符号 图5-1a所示为滑阀式换向阀的工作原理图,其中P口为进油口，T口为回油口，A和B口通执行元件的两腔。当阀芯处于图示位置时，四个油口互不相通，液压缸两腔不通压力油,活塞处于停止状态。若换问阀的阀芯右移一定距离，压力油经P、A油口进入液压缸左腔，活塞右移，右腔油液经B、T油口回油箱。反之，若阀芯左移，则P和B相通，A和T相通，活塞便左移。 图5-1a所示的滑阀式换向阀可用图5-1b所示的职能符号表示。换向阀职能符号的含义如下： (1)用方格表示阀的工作位置，三格即三个工作位置。 (2)在一个方格内，箭头或堵塞符号“┷”与方格的交点数为油口通路数。箭头表示两油口相通，并不表示实际流向；“┷”表示该油口被阀芯封闭。 (3)P表示进油口，T表示通油箱的回油口，A和B表示连接其它两个工作油路的油口。 (4)控制方式和复位弹簧的符号画在方格的两侧 ，靠近控制的方格表示控制力作用下的工作位置。 图5-2列出了几种常用换向阀的位和通路的符号图，图5-3为换向阀的操纵符号图。 （二） 换向阀的结构和换向回路 1)电磁换向阀 电磁换向阀也称电磁阀，通电后电磁铁产生的电磁力推动阀芯动作。按使用电源不同，电磁铁可分为交流电磁铁和直流电磁铁两种。按衔铁工作腔是否有油液，电磁铁可分为干式型电磁铁和湿式型电磁铁两种。 还有本整型电磁铁。 图5-5所示为二位三通电磁换向阀的结构图和图形符号图。当电磁铁未通电时，阀芯2在弹簧3的作用下位于右位，油口P、A相通；B不通。当左边电磁铁通电时，阀芯被推至右端，则P、B 口相通，A不通；因此，通过控制电磁铁的通电和断电，就可以控制液流的方向。 图5-6所示为三位五通电磁换向阀的结构图和图形符号图。当电磁铁未通电时，阀芯2在左右两端对中弹簧4的作用下位于中位，油口P、A、B、T均不相通；左边电磁铁通电时，阀芯被推至右端，则P、A口相通，B、T口相通；同理当右边电磁铁通电时，P、B口相通，A、T口相通。因此，通过控制左右电磁铁的通电和断电，就可以控制液流的方向，实现执行元件的换向。 三位四通电磁换向阀控制的换向回路如图5-7所示。 2)液动换向阀 液动换向阀是利用控制油路的压力油来推动阀芯动作的换向阀。由于控制压力可以调节，所以流量较大的换向阀常采用液控换向。 图5-8所示为三位四通液动换向阀的结构图及图形符号。当左右两端控制油口1K、2K都没有压力油进入时，阀芯在弹簧力的作用下处于中间位置，此时P、A、B、T口互不相通。当控制回路的压力油从控制油口1K进入时，阀芯在油压的作用下右移，此时P、B接通,A、T接通。当控制油压从控制油口2K进入时，阀芯左移，P、A接通,B、T接通，液动换向阀的优点是结构简单、动作可靠、平稳，由于液压驱动力， 故可用于流量大的液压系统中。 3)电液换向阀 电液换向阀由电磁换向阀和液动换向阀组合而成。其中液动换向阀实现主油路的换向，称为主阀;电磁换向阀改变液动换向阀的控制油路的方向，称为先导阀。电液换向阀综合了电磁阀和液动阀的优点，具有控制方便、流量大的特点。 图5-9所示为电液换向阀的结构图和图形符号。电液换向阀的工作原理可用图5-9b说明:当先导阀的电磁铁lYA和2YA都断电时。电磁阀处于中位，控制油口P 关闭，主阀芯两侧均不通压力油，在弹簧的作用下处于中位，各油口均关闭。当lYA通电，电磁阀处于左位，控制压力油经P口、单向阀至主阀的左端油腔，而右端油腔的油液经节流阀、先导阀回油箱。于是主阀处于左位，实现P、A相通、B、T相通；同理，当2YA通电、lYA断电时，则P、B相通、A、T相通。从总体上看，由电磁铁lYA和2YA控制液动阀工作。 图5-9c为简化的图形符号。 电液换向阀有内控、外控之分；内泄、外泄之分。图5-9所示为内控外泄式三位四通电液换向阀。 三位四通电液换向阀控制的换向回路如图5-10所示。 4)机动换向阀 机动换向阀又称行程阀，它由行程挡块 (或凸轮)推动阀芯实现换向。图5-11a所示二位二通机动换向阀。在常态位，P口与A口不相通；当固定在机床运动部件上的行程挡块压下机动换向阀的滚轮1时，阀芯动作，P口与A口相通。图5-11b为其职能符号图 5）手动换问阀 手动换向阀是由操作者直接控制的换向阀。图5-12a为三位四通手动换问阀。松开手柄时，在弹簧的作用下，阀芯处于中位(图示位置)，油口P、A、B、T全部封闭；向右推动手柄，阀芯移至左位，油口P、B相通，A、T经阀芯内的轴向孔相通；向左推动手柄，阀芯移至右位，P口与A口相通、B口与T口相通，从而实现换向，图5-12c为其职能符号图。 图5-12b是钢球定位式三位四通换向阀定位部分结构原理图。其定位缺口数由阀的工作位置数决定。由于定位机构的作用，当松开手柄后，阀仍保持在所需的工作位置上，图5-12d为其换向阀的职能符号图。 （三）三位换向阀的中位机能 三位阀常态位置时各油口的连通方式称为中位机能。表 5-2列出了常见的中位机能的结构原理、机能代号、图形符号及机能特点和作用。 三位四通换向阀的中位滑阀机能从以下四个方面分析： 以O型、H型为例：
O型 H型 1． 液压泵的工作状态： 液压泵不卸荷 液压泵卸荷 2． 液压缸的工作状态： 液压缸锁紧 液压缸浮动 3．换向位置精度： 制动时液压冲击较大 制动较平稳 换向位置精度高 换向位置精度低 4．启动平稳性： 从静止到启动平稳 从静止到启动有冲击 二、单向阀与锁紧回路 1．单向阀的结构与工作原理 单向阀的作用是仅允许液流沿一个方向通过，而反向液流则截止，要求其正向液流通过时压力损失小，反向截止时密封性能好。 图5-13a所示为管式连接的单向阀，图5-13b所示为板式连接的单向阀，图5-13c为单向阀的图形符号。单向阀由阀体1、阀芯2和弹簧3等组成。当压力油从进油口1P 进入单向阀时，油压克服弹簧力的作用推动阀芯，使油路接通，油液经阀口、阀芯上的径向孔a和轴间孔b，从2P口流出;当压力油从2P口流入时，油压以及弹簧力将阀芯压紧在阀体l上，使阀口关闭，油液不能通过。在这里，弹簧力很小，仅起复位作用，一般单向阀的开启压力在0.03～0.05MPa左右。当更换较硬弹簧时，单向阀的开启压力达到0.3～0.6MPa，可作背压阀用。 图5-14a所示为一种液控单向阀的结构，它比普通单向阀多一个控制油口K，当控制油口不通压力油而通油箱时，液控单向阀的作用与普通单向阀一样。当控制油口通压力油时，a腔通泄油口（图中未画出），就有一液压力作用在控制活塞上，推动控制活塞克服阀芯的弹簧力和液压力顶开单向阀阀芯，使阀口开启，这时，正反向的液流可自由通过。图5-14b为液控单向阀的图形符号 3． 锁紧回路 锁紧回路是控制执行元件能在任意位置停留，且停留后不会因外力作用而移动位置。 (1)用换向阀的锁紧回路 如图5-7所示，利用三位换向阀的中位机能(0型或M型)封闭液压缸两腔进出油口，使液压缸锁紧。由于换向阀的泄漏，锁紧精度较差，所以常用于锁紧精度要求不高、停留时间不长的液压系统中。
(2)用液控单向阀的锁紧回路 如图5-16所示，当换问阀处于中位时，液压缸两腔进出油口被液控单向阀封闭而锁紧。由于液控单向阀的密封性好，泄漏少，故锁紧精度高，常用于锁紧精度要求高，且需长时间锁紧的液压系统中。如工程机械、起重机等。 三、方向控制阀的常见故障及排除方法(自学)
第二节 压力控制阀与压力控制回路 在液压系统中，控制液体压力的阀统称为压力控制阀。其共同特点是利用作用于阀芯上的液体作用力和弹簧力相平衡的原理进行工作。常用的压力控制阀有溢流阀、减压阀、顺序阀和压力继电器等。 压力控制回路主要是利用压力控制元件来控制系统或系统某一支路的压力，实现调压、稳压、减压、卸荷等目的，以满足执行元件对力或力矩的要求。 一、溢流阀与调压回路 溢流阀按其工作原理分为直动型溢流阀和先导型溢流阀两种。直动型溢流阀一般用于低压，先导型溢流阀一般用于中、高压。 （一）溢流阀 l.直动型溢流阀 图5-17所示为滑阀型直动型溢流阀的结构图和图形符号。图中P为进油口，T为回油口，被控压力油由P口进入溢流阀，经阀芯3的径向孔、 轴向阻尼孔a进入阀芯的下腔，作用于阀芯上。当进油口压力较低时，向上的液压力不足以克服弹簧力，阀芯处于最下端位置，进、出油口不通，阀处于关闭状态，溢流阀没有溢流；当进口压力升高，向上的液压力达到弹簧力时，阀芯即将开启，这一状态的压力称为开启压力。当进口压力继续升高时，阀芯向上移动，阀口打开，油液由P口经T口排回油箱，溢流阀溢流。阀芯处于某一新的平衡位置，若忽略阀芯的重力、摩擦力和液动力，则阀芯的受力平衡方程为
