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《液压传动》ppt课件：7
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?溢流阀和调压阀?减压阀和减压回路?顺序阀?压力继电器?平衡回路?卸荷回路第七章 压力阀和压力控制回路溢流阀主要作用有两个,一是定量泵节流调节系统中，用来保持液压泵出口压力恒定，并将液压泵多余的油液溢流回油箱。这时溢流阀起定压溢流作用；二是在系统中起安全作用。§ 7-1 溢流阀和调压阀一、溢流阀的结构和工作原理二、溢流阀的主要性能三、溢流阀的应用和调压回路根据结构不同，溢流阀可分为直动式和先导式两类。1、直动式溢流阀直动式溢流阀按其阀芯形式不同可分为球阀式、锥阀式、滑阀式等。现以力士乐 DBD直动式溢流阀来说明直动式溢流阀的结构和工作原理。其结构如图。一、溢流阀的结构和工作原理图为溢流阀实物溢流阀的开启压力为 PR，即Pk,A=PR=KX0 或 Pk=KX0/A当阀芯处于某一位置时，阀芯的受力平衡为：P,A=K(X0+x)式中,x为弹簧附加压缩量。由上式可知，当阀芯处于不同位置时，溢流压力是变化的。然而由于弹簧的附加压缩量 x相对于预压缩量 x0来说是较小的，所以可认为溢流压力 P基本保持恒定，这就是溢流阀起定压溢流作用的工作原理。直动式溢流阀是利用阀芯上端的弹簧力直接与下端面的液压力相平衡来控制溢流压力的。一般直动式阀只做成低压、流量不大的溢流阀。2、先导式溢流阀先导式溢流阀由主阀和先导阀两部分组成。先导阀的结构原理与直动式溢流阀相同，但一般采用锥形坐阀式结构。主阀可分为：滑阀式 (一级同心 )结构、二级同心结构和三级同心结构。图为一级同心溢流阀的工作原理图。现在来研究主阀芯处于某一平衡位置时的状态。忽略阀芯自重和摩擦力,主阀受力平衡为,PA=P1A+Fa=P1A+K(x0+x) 或 P=P1+K(x0+x)/AP-溢流阀所控制的主阀下腔压力,即进油口压力 ;P1-主阀芯上腔的压力 ; A-主阀芯上端面面积 ;K-主阀芯平衡弹簧的刚度 ;x0-平衡弹簧的预压缩量 ;x-主阀开启后,平衡弹簧增加的压缩量 ;Fa-平衡弹簧对主阀芯的作用力,由上式可知,先导式溢流阀所控制的压力由 P1和 Fa/A两项组成。由于有主阀上腔 P1的存在。即使被控压力 P较大,主阀上平衡弹簧力也只需很小,只要能克服摩擦力使主阀芯复位即可 。图示为二级同心式高压溢流阀的结构原理图,该阀由先导阀和主阀两部分组成。其主阀芯导向面和锥面与阀套配合良好，两处同心度要求较高，二级同心由此得名,当系统压力低于调压弹簧调定值时，主阀芯下压在阀座上，进油口和溢流口不通。当系统压力超过调压弹簧的调定值时，先导阀打开，油液回油腔。这样，主阀芯向上抬起，使 P腔和 O腔接通，压力油从 P腔溢流至 O腔。阻尼孔对阀芯的运动产生阻尼，以提高溢流阀工作的稳定性。这种阀的密封性好,通油能力大,压力损失小,结构紧凑。1 - 主阀芯 2,3,4 - 节流孔 5 - 先导阀座 6 - 先导阀体 7 - 先导阀芯8 调压弹簧 9 - 软弹簧 1 0 - 阀体二、溢流阀的主要性能1、压力 -流量特性当溢流量变化时,阀口开度也相应地变化,其溢流压力也有所变化,这就是溢流阀的压力 -流量特性,图示为直动式溢流阀的两个工作位Z,a图为关闭状态,b图为开启状态,弹簧压缩量 x 0弹簧压缩量 x 0 +x当系统压力 Pk为时,液压力与弹簧预紧力相平衡,阀口处于将开的临界状态。此时,阀芯的受力平衡方程为,Pk.?d2/4=KX0式中 Pk― 开启压力； d― 滑阀直径； k― 弹簧刚度；x0― 弹簧顶压缩量。当油压增加到 P时，阀口开度为 x，阀芯的受力平衡方程为,Pk,?d2/4=K(x0+x)两式相减得 x= (?d2/4K)(p-pk)通过阀口的流量可按薄壁小孔流量公式计算：即 Q=Cq.a.(2/?)1/2p=Cq,?dx(2/?)1/2p将两式整理得,Q=(Cq ?2d3/4K)(2/?)1/2(p3/2-pk.p1/2)上式即为溢流阀的压力 ― 流量特性方程，相应的特性曲线如下图所示。图7- 7 溢流阀的压力流量特性曲线溢流阀的压力 ― 流量特性曲线从上式可以得到以下几点结论：（ 1）不同的开启压力 pk对应不同的曲线。 Pk的大小可用改变弹簧的预压缩量 x0来调节；（ 2）当开启压力 pk一定时，溢流压力随溢流量的增加而增加。当溢流量达到阀的额定流量 QT时，与此相对应的压力值称为溢流阀的全流量溢流压力 PT。从上式看出，弹簧刚度 K越小，曲线就越陡，溢流量变化所引起的压力变化量就越小，定压性能就好。反之，调压性能就差。常用调压偏差 (Pk-Pk)和开启比 Pk/PT来衡量定压性能的好坏。调压偏差越小则该阀的定压性能越好。且进一步开启比来衡量定压性能的优劣，其值越高越好。先导式直动式直动式和先导式溢流阀压力―流量特性比较溢流阀的结构不同,其定压性能也不同,下图分别画出了调定压力压力相同的直动式和先导式溢流阀的曲线,以便比较。由图可以看出先导式溢流阀的定压性能优于直动式溢流阀。以上的分析忽略了阀芯移动时摩擦力的影响，如果考虑摩擦力，则当阀闭合到开启时，阀芯的受力平衡方程式为,P’k,?d2/4=KX0+Ff因此 P’k=4(KX0+Ff)/ ?d2而当阀由开启到闭和时，阀芯的受力平衡方程式为P”k,?d2/4=KX0-Ff即 P”k=4(KX0-Ff)/?d2从上两式可看出，由于存在摩擦阻力，溢流阀的开启压力和闭和压力不等。闭和压力小于开启压力，且开启过程与闭和过程的压力 ― 流量曲线不重合，见下图。图中虚线 2 为无摩擦阻力时的理想曲线，由于要克服摩擦阻力 Ff，实际压力损失须大于 Pk并升高到 P’k后阀才开启。当溢流量增加，压力沿曲线 1上升。溢流量为 QT时，压力为 P’T。同样要等压力降低到 P”T时，压力沿曲线 3下降。完全闭和时压力为 P”k。图7-9 溢流阀启闭特性2、压力稳定性溢流阀工作压力稳定性有两种涵义。一是指阀的调整装置保持不变的情况下，调整压力的变动值。另一种涵义是指溢流阀工作时系统压力的波动或振摆值，它和泵源的流量脉动以及阀和管路的动态特性有关，是一种综合的指标。3、压力损失当调压弹簧全部放松，阀通过额定流量时，进油腔压力与回油腔压力的差值为阀的压力损失。它主要和阀中主油路的阻尼有关，但在测试先导式溢流阀的压力损失时，还受平衡弹簧预紧力的影响。4、卸荷压力将先导式溢流阀的远程控制口直接油箱，当阀通过额定流量时，阀的进油腔压力和回油腔压力的差值称为卸荷压力。显然，它和通道阻力和平衡弹簧预紧力有关。1、作溢流阀用在采用定量泵节流调速中，调节节流阀的开口大小可调节进入执行元件的流量，而定量泵多余的油液则从溢流阀溢回油箱。在工作过程中阀是常开的，液压泵的工作压力决定于溢流阀的调整压力且基本保持恒定。见下图。三、溢流阀的应用和调压回路此时阀是常闭的。只有当系统压力超过溢流阀调整压力时，阀才打开，油液经阀流回油箱，系统压力不再增高，因而可以防止系统过载，起安全作用。见右图。图7 - 1 1 溢流阀在容积调整系统中起限压安全作用2、作安全阀用3、作背压阀用图7- 12 溢 流阀作背压阀用将溢流阀装在回油路上，调节溢流阀的调压弹簧即能调节背压力的大小。见下图。4、远程调压回路至系统远程调压阀将先导式溢流阀的远程控制口 K接远程调压阀进油口，而远程调压阀出油口接油箱，即构成了远程调压回路。见右图。远程调压阀结构见左图，其结构类似溢流阀中的先导阀。调节远程调压阀的调压弹簧即可实现远程调压。5、二级调压回路图7- 15 二 级调压回路低压图7- 16 二级调压回路远程调压阀图 7-15所为二级调压回路的一例。活塞下降为工作行程，高压溢流阀 4限制系统最高压力。活塞上升为非工作行程，低压溢流阀 3的调节压力只需克服运动部件自重和摩擦阻力即可。此回路常用于压力机的液压系统中。图 7-16为二级调压回路另一例。活塞下降压力由高压溢流阀3调节。活塞上升系统压力由远程调压阀 5调节。结束§ 7-2 减压阀和减压回路一、减压阀的结构和工作原理二、减压回路一、减压阀的结构和工作原理减压阀是一种利用液流流过隙缝产生压降的原理，使出口压力低于进口压力的压力控制阀。减压阀又可分为 定压减压阀, 定比减压阀 和 定差减压阀 三种。其中定压减压阀应用最广，简称为减压阀。减压阀也分为 直动式 和 先导式 两种。图为先导式减压阀工作原理图。它分为两部分，由先导阀调压，主阀减压。压力油从进油口流入，再从出油口流出。出油口的压力低于进油口。主阀芯上力平衡方程式为：P2.A=P3A+Fa=P3A+K(x0+x)既 P2=P3+K(x0+x)/A式中 A― 主阀芯受力面积；P3― 主阀芯上腔的压力，调压弹簧一旦调定后，基本为一定值；x0 ― 主阀弹簧的预压缩量；x ― 主阀上升后弹簧增加的压缩量；K ― 主阀弹簧刚度。由于主阀弹簧只需克服阀芯运动是的摩擦力，弹簧预紧力小，且其刚度也较小，而设计时 x0&&x，故上式可近似表达为：P2=P3+KX0/A=常数图示为一级同心式减压阀的结构和图形符号。与一级同心式溢流阀相比，结构非常相似，但两者的阀芯形状及油口连通情况有明显的差别。其区别为：在原始状态时，溢流阀的进出油口完全不通，而减压阀进出油口是通畅的；进出油口位置两者恰好相反；溢流阀利用进油口压力来控制阀芯移动，保持进口压力恒定，而减压阀则利用出口压力来控制阀芯移动，保持出口压力恒定；溢流阀调压弹簧腔的内部通道通出油口，而减压阀调压弹簧腔的油液单独接油箱。下图表示了高压减压阀结构。其原理与一级同心式减压阀基本相同。二、减压回路图7- 21 减压回路至主油路在夹紧系统、控制系统和润滑系统中常需要减压回路。图为常见的一种减压回路。液压泵排出油液的最大压力由溢流阀根据主系统的需要来调节。当液压缸 A需要得到比泵的供油压力低的压力时，可在油路中串联一减压阀，减压阀可保持减压后压力恒定，但至少应比溢流阀调定压力低 0.5MPa。当执行元件的速度需要调节时，节流元件应装在减压阀的出口。至主油路图7 -2 2 二级调压回路下图为二级调压回路，将减压阀的远程控制口通过二位二通电磁阀与远程调压相连便可获得两种预调的压力。在图示的操纵回路中，液压操纵泵 2的控制油进入减压阀式先导操纵阀 3,然后扳动该阀操作手柄就可以时主回路中液动换向阀 4换向，从而使液压阀工作。其中具有两个小阀的先导阀组，由手柄操纵。手柄绕球铰可以把操纵力作用在任何一个小阀上，由于每个小阀控制一个单向动作，因此这种阀可以操纵主回路的主换向回路之间左右换向动作。液压主泵 液压操纵泵4-主换向阀 5－液压马达1- 回位弹簧 2- 阀芯 3 - 接控制泵来油口 接油箱口 调压弹簧转盘 球绞 操纵受柄 螺母 调整螺钉图为减压阀式先导操纵阀的结构。当扳动手柄时，推杆 9、调压弹簧 10和阀芯 13向下移动，下移一段距离后，阀芯13上的开口对着 p口，使液压操纵泵输出的液压油减压成 PA后再经 A口流至换向阀液动控制端面，推动主换向阀工作，从而实现对液压马达的正、反旋转调速操纵。结束顺序阀 是以压力为控制信号，在一定的控制压力作用下能自动接通或断开某一油路的压力阀。根据控制方式的不同可分为两类：一是直接利用阀进油口的压力来控制阀口启闭的内控顺序阀，简称顺序阀 ;二是独立于阀进口的外来压力控制阀口启闭的外控顺序阀，亦称顺序阀。按结构不同可分为直动式和先导式顺序阀两类。§ 7-3 顺序阀一、顺序阀的结构和原理二、顺序阀的应用一、顺序阀的结构和原理先导式顺序阀直动式顺序阀如图所示，上图为直动式顺序阀，下图为先导式顺序阀。从图中可看出他们跟溢流阀很相似。其主要差别在于溢流阀的出油口 接油箱，而顺序阀的出油口与系统其它油路相连，因此它的泄油口要单独接油箱，另外顺序阀有很好的密封性能，因此阀芯和阀体间的封油长度较长。图7- 26 单向顺序阀下图为单向顺序阀的结构原理图和图形符号。它由顺序阀和单向阀并联而成,当油液从 P1口进入时,单向阀关闭 ;进油口压力超过调压弹簧的调定值时,顺序阀打开,油液从 P2流出。当油液从 P2口进入时，油液经单向阀从 P1口流出。图中为液控顺序阀的结构，它和顺序阀的主要差别在于阀芯是实心的，从 P1口进入的压力油不能进入滑阀底部，滑阀底部的控制压力油由控制口 K引入。当控制油压超过弹簧的调定压力时阀口打开,P1口和 P2口接通。阀口的开启和闭合与阀主油路进油口压力无关，而决定于控制口 K引入的控制油压的高低。1、用来使两个或两个以上执行元件按一定的顺序动作。下图所示为一定位夹紧回路，要求先定位后夹紧。如图示液压泵供油，一路至主系统，另一路经减压阀、单向阀、换向阀至定位缸的上腔，推动活塞下行进行定位。定位后缸的活塞停止运动，顺序阀打开，压力油进入夹紧液压缸的上腔，推动活塞下行，进行夹紧。图7- 28 定位夹紧顺序动作回路定位缸夹紧缸至主油路二、顺序阀的应用3、单向顺序阀可作为平衡阀用，以防止垂直运动部件在泵不工作时，因自重下滑。5、保证油路的最低压力如图所示，当液压缸 I的活塞开始上升后，在压力超过顺序阀 A的调整压力时液压缸 II才动作；这样在液压缸 II动作时，不致因压力过低，而使液压缸I的活塞在自重作用下下落。 图7 - 2 9 顺序阀保证油路的最低压力2、作背压阀用4、液控顺序阀可作卸荷阀用结束§ 7-4 压力继电器一、压力继电器的结构和工作原理二、压力继电器的应用举例压力继电器是将液压系统中的压力信号转换为电信号的转换装置。它的作用是，根据液压系统压力的变化，通过压力继电器内的微动开关，自动接通或切断有关电路，以实现顺序动作或安全保护等。一、压力继电器的结构和工作原理1-杠杆 2-薄膜 3-柱塞 4-钢球 5-弹簧 6-钢球 7-螺钉 8-钢珠9-弹簧座 10-弹簧 11-螺钉 12-支点 13-螺钉 14-微动开关 15-垫圈右图为薄膜式压力继电器结构。其工作原理是控制油口 K接到需要取得液压信号的油路上，而后压力油使柱塞3上升，使得两边弹簧座与外套筒台肩相碰；同时钢球水平移动使杠杆绕轴转动，杠杆另一端压下微动开关的触头，发出电信号。二、压力继电器的应用举例图7 - 3 1 压力继电器的应用压力继电器按左图的接法安装在节流阀和液压缸之间，称为升压发信。按右图安装在回油路上，位于液压缸和节流阀之间，称为零压发信。结束§ 7-5 平衡回路为了防止立式液压缸及其联在一起的工作部件因自重而下滑，常采用平衡回路。一、用单向顺序阀的平衡回路二、用液控顺序阀的平衡回路一、用单向顺序阀的平衡回路图7-32 用单向顺序阀的平衡回路图中是用单向顺序阀组成的平衡回路。单向顺序阀的调定压力应调整到能平衡运动部件自重为度。 理论应力 P=W/A式中 P― 顺序阀的调定压力；W― 运动部件的总重量；A― 液压缸回油腔的有效面积。由于顺序阀的存在，运动部件不会因自重而下滑。只有当电磁铁 1DT通电时，液压力使缸下腔的压力超过顺序阀的调定压力，活塞才向下运动。又如图所示,我们在单向顺序阀和液压缸之间增加一液控单向阀,因液控单向阀关闭时密性好,所以在三位四通电磁换向阀处于执行元件停止运动的状态下,可以防止运动部件因顺序阀泄漏而缓慢下滑。二、用液控顺序阀的平衡回路图7 - 3 3 用液控顺序阀的平衡回路右图是采用液控顺序阀的起重平衡回路。此回路适用于在平衡重量有变化的情况。当换向阀切换至右位时，液压缸举起重物。当换向阀切换至左位 时，活塞下行放下重物。 将换向阀切换至中位，活塞停止运动。这一回路的特点是液控顺序阀的启闭取决于控制口的油压，而与负载大小无关。但上图的平衡回路是不完善的。当压力油使液控顺序阀打开，活塞开始向下运动时，液压缸上腔的压力将迅速降低，这可能导致液控顺序阀关闭，活塞停止运动。紧接着压力升高，液控顺序阀又打开，活塞又开始运动。所以活塞继续下降，产生所谓,点头,现象。为了解决这一问题，可在控制油路中装一节流阀，使液控顺序阀的启闭动作减慢。如图所示结束§ 7-6 卸荷回路工程机械在工作循环中为保持大量作用力，会造成功率损失和油液发热。为减少损失，应使泵在空载的工况下运动，这种工况称为卸荷。在实际系统中卸荷有两种方法：一种是使泵的输出直接回油箱，泵在压力为零的情况下工作，称为流量卸荷；另一种是使泵的流量为零而压力仍然维持原来情况，称为流量卸荷。以下介绍几种典型的卸荷回路。一、执行元件不需要保压的卸荷回路二、执行元件需要保压的卸荷回路1、用三位换向阀卸菏的回路一、执行元件不需要保压的卸荷回路图7 - 3 4 用电磁换向阀的卸荷回路当滑阀中位机能为,H”、” K”、或” M”型的三位换向阀处于中位时，泵输出的油液直接回油箱。如图所示。这种方法比较简单，但不适用于一泵驱动两个或两个以上执行元件的系统。图7-35 用电液换向阀的卸荷回路当流量较大时，可采用电液换向阀，如图所示。图中采用内控内回油的电液换向阀，为提供控制油压，在回油路上增加一个调整压力为 0.3~0.5MPa 的背压阀。这可使卸荷压力相应增加。2、用二位二通阀卸荷的回路图7- 36 用二位二通阀的卸荷回路到系统如图所示，图中专门增加了一个二位二通电磁阀使泵卸荷。二位二通电磁阀流量必须与泵的流量相适应。3、用先导式溢流阀卸荷回路图7- 37 用先导式溢流阀的卸荷回路到系统如图所示，先导式溢流阀的远程控制口可通过二位二通电磁换向阀与油箱相通。当二位二通阀电磁铁通电时，溢流阀远程控制口通油箱，这时溢流阀主阀全部打开，泵排出油液全部回油箱，液压泵卸荷。这一回路中二位二通阀只通过很少的流量，因此可以用小流量规格。在是产品中，可将小规格的电磁阀换向阀和先导式溢流阀组合一起，这种组合阀称为电磁溢流阀。1、用蓄能器保压图7 - 3 8 用蓄能器保压的回路到系统二、执行元件需要保压的卸荷回路如图所示，液压泵向系统及蓄能器供油。当压力达到压力继电器调定压力时，压力继电器发出信号，使二位二通电磁换向阀的电磁铁通电，液压泵卸荷，由蓄能器保持系统的压力。保证时间决定于系统的泄露、蓄能器的容量和压力继电器的返回区间等。2、用限压式变量泵保压的卸荷回路如图所示。当活塞移动到终点停止运动后，泵压升高到最大值，此时泵的供油量减小到只需补偿本身的泄漏量和阀泄漏量之和，泵的供油量小，而执行元件仍由泵保持一定的压力，泵消耗的功率很小。从原理上讲这种卸荷方式性能比较理想，但泵本身需有较高的效率，否则泵即使处于卸荷状态，其消耗功率还是比较可观的。 结束
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