液壓與氣壓傳動Part5.4方向控制閥表5-3方向控制閥的類型

常用的方向控制閥的類型如表5-3所示。液壓與氣壓傳動1.單向閥液壓系統(tǒng)中常用的單向閥有普通單向閥和液控單向閥兩種。普通單向閥的作用，是使油液只能沿一個方向流動，不許它反向倒流。圖5-25

單向閥a）結(jié)構(gòu)圖b）圖形符號圖1—閥體2—閥心3—彈簧普通單向閥圖5-25所示為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，克服彈簧3作用在閥心2上的力，使閥心向右移動，打開閥口，并通過閥心上的徑向孔a、軸向孔b從閥體右端的通口P2流出。但是壓力油從閥體右端的通口P2流入時，它和彈簧力一起使閥心錐面壓緊在閥座上，使閥口關(guān)閉，油液無法從P2口流向P1口。圖5-25b所示是單向閥的圖形符號圖（后同）。單向閥的閥心也可以用鋼球式的結(jié)構(gòu)，其制造方便，但密封性較差，只適用于小流量的場合。液壓與氣壓傳動在普通單向閥中，通油方向的阻力應(yīng)盡可能小，而不通油方向應(yīng)有良好的密封。另外，單向閥的動作應(yīng)靈敏，工作時不應(yīng)有撞擊的噪聲。單向閥彈簧的剛度一般都選得較小，使閥的正向開啟壓力僅需0.03~0.05MPa。如采用剛度較大的彈簧，使其開啟壓力達(dá)0.2~0.6MPa。單向閥的性能參數(shù)主要有：正向最小開啟壓力、正向流動時的壓力損失以及反向泄漏量等。這些參數(shù)都和閥的結(jié)構(gòu)和制造質(zhì)量有關(guān)。單向閥常被安裝在泵的出口，可防止系統(tǒng)壓力沖擊對泵的影響，另外泵不工作時可防止系統(tǒng)油液經(jīng)泵倒流回油箱。單向閥還可用來分隔油路防止干擾。單向閥和其他閥組合，便可組成復(fù)合閥。液壓與氣壓傳動液控單向閥圖5-26所示為普通型外泄式液控單向閥。當(dāng)控制口K處無控制壓力通入時，其作用和普通單向閥一樣，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，且其作用在控制活塞1上的液壓力超過P2腔壓力和彈簧4作用在閥心3上的合力時（控制活塞上腔通泄油口），控制活塞推動推桿2使閥心上移開啟，通油口P1和P2接通，油液便可在兩個方向自由通流。液控單向閥有普通型和帶卸荷閥心型兩種，每種又按其控制活塞的泄油腔的連接方式分為內(nèi)泄式和外泄式兩種。

圖5-26中，如沒有外泄油口，而進(jìn)油腔P1和控制活塞的上腔直接相通的話，則是內(nèi)泄式液控單向閥。這種結(jié)構(gòu)較為簡單，在反向開啟時，K腔的壓力必須高于P1腔的壓力，故控制壓力較高，僅適用于P1腔壓力較低場合。圖5-26普通型液控單向閥1—控制活塞2—推桿3—閥心4—彈簧液壓與氣壓傳動在高壓系統(tǒng)中，液控單向閥反向開啟前P2口的壓力很高，所以使之反向開啟的控制壓力也較高，且當(dāng)控制活塞推開單向閥心時，高壓封閉回路內(nèi)油液的壓力突然釋放，會產(chǎn)生很大的沖擊，為了避免這種現(xiàn)象且減小控制壓力，可采用如圖5-10所示的帶卸荷閥心的液控單向閥。作用在控制活塞1上的控制壓力推動控制活塞上移，先將卸荷閥心6頂開，P2和P1腔之間產(chǎn)生微小的縫隙，使P2腔壓力降低到一定程度，然后再頂開單向閥心實(shí)現(xiàn)P2到P1的反向通流。圖5-10帶卸荷閥心的液控單向閥（內(nèi)泄）1—控制活塞2—推桿3—閥心4—彈簧座5—彈簧6—卸荷閥心液壓與氣壓傳動２.換向閥換向閥是利用閥心在閥體中的相對運(yùn)動，使液流的通路接通、關(guān)斷，或變換流動方向，從而使執(zhí)行元件啟動、停止或變換運(yùn)動方向。1）流體流經(jīng)閥時的壓力損失要小。2）互不相通的通口間的泄漏要小。3）換向要平穩(wěn)、迅速且可靠。對換向閥的主要要求：換向閥應(yīng)滿足：液壓與氣壓傳動換向閥的工作原理：圖5-11所示為滑閥式換向閥的工作原理。閥心在中間位置時，流體的全部通路均被切斷，活塞不運(yùn)動。當(dāng)閥心移到左端時，泵的流量流向A口，使活塞向右運(yùn)動，活塞右腔的油液流經(jīng)B口和閥流回油箱；反之，當(dāng)閥心移到右端時，活塞便向左運(yùn)動。因而通過閥心移動可實(shí)現(xiàn)執(zhí)行元件的正、反向運(yùn)動或停止。

圖5-11

滑閥式換向閥工作原理和圖形符號a）示意圖b）圖形符號液壓與氣壓傳動換向閥的結(jié)構(gòu)形式：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。圖5-11所示的換向閥有三個工作位置和四條通路（P、A、B、T），稱為三位四通閥。閥體和滑閥閥心是滑閥式換向閥的結(jié)構(gòu)主體。表5-4列出了常見滑閥式換向閥主體部分的結(jié)構(gòu)原理、圖形符號和使用場合。以表中末行的三位五通閥為例，閥體上有P、A、B、T1、T2五個通口，閥心有左、中、右三個工作位置。當(dāng)閥心處在圖示中間位置時，五個通口都關(guān)閉；當(dāng)閥心移向左端時，通口T2關(guān)閉，通口P和B相通，通口A和T1相通；當(dāng)閥心移向右端時，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)型式由于具有使五個通口都關(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。結(jié)構(gòu)主體液壓與氣壓傳動表5-4滑閥式換向閥主體部分的結(jié)構(gòu)形式名稱結(jié)構(gòu)原理圖圖形符號使用場合二位二通閥控制油路的接通與切斷（相當(dāng)于一個開關(guān)）二位三通閥控制液流方向（從一個方向變換成另一個方向）二位四通閥控制執(zhí)行元件換向不能使執(zhí)行元件在任一位置上停止運(yùn)動執(zhí)行元件正反向運(yùn)動時回油方式相同三位四通閥能使執(zhí)行元件在任一位置上停止運(yùn)動二位五通閥不能使執(zhí)行元件在任一位置上停止運(yùn)動執(zhí)行元件正反向運(yùn)動時可以得到不同的回油方式三位五通閥能使執(zhí)行元件在任一位置上停止運(yùn)動液壓與氣壓傳動滑閥機(jī)能

換向閥的滑閥機(jī)能分為工作位置機(jī)能和過渡狀態(tài)機(jī)能，前者是指滑閥處于某個工作位置時，其各個油口的連通關(guān)系；后者則指滑閥從一個工作位置變換到另一個工作位置的過渡過程中，它的各個油口的瞬時連通關(guān)系。不同的滑閥機(jī)能對應(yīng)有不同的功能?；y機(jī)能對換向閥的換向性能和系統(tǒng)的工作特性有著重要的影響。液壓與氣壓傳動幾種常用換向閥的滑閥機(jī)能見表4-7~表4-9。表4-7二位換向閥滑閥工作位置機(jī)能通路數(shù)滑閥機(jī)能代號圖形符號通路數(shù)滑閥機(jī)能代號圖形符號二通O四通HH三通OY四通I1KI2PI3J液壓與氣壓傳動表4-8三位換向閥滑閥工作位置機(jī)能滑閥性能代號滑閥中位狀態(tài)圖形符號中位特點(diǎn)O各油口全封閉，系統(tǒng)不卸載，缸封閉H各油口全連通，系統(tǒng)卸載Y系統(tǒng)不卸載，缸兩腔與回油連通J系統(tǒng)不卸載，缸一腔封閉，另一腔與回油連通C壓力油與缸一腔連通，另一腔及回油皆封閉液壓與氣壓傳動P壓力油與缸兩腔連通，回油封閉K壓力油與缸一腔及回油連通，另一腔封閉，系統(tǒng)可卸載X壓力油與各油口半開啟連通，系統(tǒng)保持一定壓力M系統(tǒng)卸載，缸兩腔封閉U系統(tǒng)不卸載，缸兩腔連通，回油封閉N系統(tǒng)不卸載，缸一腔與回油連通，另一腔封閉注：閥心兩端工作位置的接通形式，除常用的交叉通油外，也可設(shè)計成特殊的OP型或MP型。液壓與氣壓傳動在分析和選擇三位換向閥中位工作機(jī)能時，通常考慮以下因素：1）系統(tǒng)保壓

當(dāng)P口被堵塞，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（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，系統(tǒng)卸荷，既節(jié)約能量，又防止油液發(fā)熱。3）換向平穩(wěn)性和精度

當(dāng)液壓缸的A、B兩口都封閉時，換向過程不平穩(wěn)，易產(chǎn)生液壓沖擊，但換向精度高。反之，A、B兩口都通T口時，換向過程中工作部件不易制動，換向精度低，但液壓沖擊小。4）起動平穩(wěn)性閥在中位時，液壓缸某腔若通油箱，則起動時該腔因無油液起緩沖作用，起動不太平穩(wěn)。5）液壓缸“浮動”和在任意位置上的停止閥在中位，當(dāng)A、B兩口互通時，臥式液壓缸呈“浮動”狀態(tài)，可利用其他機(jī)構(gòu)移動，調(diào)整位置。當(dāng)A、B兩口封閉或與P口連接（非差動情況），則可使液壓缸在任意位置停下來。液壓與氣壓傳動換向閥都有兩個或兩個以上的工作位置，其中一個是常位，即閥心未受外部操縱時所處的位置。繪制液壓系統(tǒng)圖時，油路一般應(yīng)連接在常位上?；y的操縱方式1）手動換向閥

圖5-27所示為手動換向閥及其圖形符號。圖5-27a所示為彈簧自動復(fù)位結(jié)構(gòu)的閥，松開手柄，閥心靠彈簧力恢復(fù)至中位（常位），適用于動作頻繁、持續(xù)工作時間較短的場合，操作比較安全，常用于工程機(jī)械。圖5-27b所示為彈簧鋼球定位結(jié)構(gòu)的閥，當(dāng)松開手柄后，閥仍然保持在所需的工作位置上，適用于機(jī)床、液壓機(jī)、船舶等需保持工作狀態(tài)時間較長的情況。這種閥也可用腳踏操縱。將多個手動換向閥組合在一起，用以操縱多個執(zhí)行元件的運(yùn)動，便構(gòu)成多路閥。液壓與氣壓傳動圖5-27手動換向閥（三位四通）a）彈簧自動復(fù)位結(jié)構(gòu)b）彈簧鋼球定位結(jié)構(gòu)液壓與氣壓傳動2）機(jī)動換向閥

圖5-28所示為機(jī)動換向閥及其圖形符號，它依靠擋鐵或凸輪來壓迫閥心移動，從而實(shí)現(xiàn)液流通、斷或改變流向。圖5-28機(jī)動換向閥1—滾輪2—閥心3—彈簧3）電磁換向閥電磁換向閥借助于電磁鐵吸力推動閥心動作來改變液流流向。這類閥操縱方便，布置靈活，易實(shí)現(xiàn)動作轉(zhuǎn)換的自動化，因此應(yīng)用最廣泛。圖5-29和圖5-30所示為電磁換向閥的結(jié)構(gòu)及圖形符號。電磁閥的電磁鐵按所用電源的不同，分為交流型、直流型兩種；液壓與氣壓傳動圖5-29

交流二位三通電磁換向閥及其干式電磁鐵結(jié)構(gòu)圖1—銜鐵2—線圈3—密封圈4—推桿5—閥心6—彈簧7—閥體液壓與氣壓傳動圖5-30直流三位四通電磁換向閥及其濕式電磁鐵結(jié)構(gòu)圖1—閥體2—閥心3—彈簧座4—彈簧5—擋塊6—導(dǎo)磁套7—推桿8—街鐵9—線圈液壓與氣壓傳動交流電磁鐵使用方便，起動力大，吸合、釋放快，動作時間最快約為10ms；但工作時沖擊和噪聲較大，為避免線圈過熱，換向頻率不能超過60次/min；起動電流大，在閥心被卡時會燒毀線圈；工作壽命僅數(shù)百萬次至一千萬次以內(nèi)。直流電磁鐵體積小，工作可靠；沖擊小，允許換向頻率為120次/min，最高可達(dá)300次/min；使用壽命可高達(dá)兩千萬次以上；但起動力比交流電磁鐵要小，且需有直流電源。液壓與氣壓傳動換向閥的主要性能：

（1）工作可靠性

工作可靠性指電磁鐵通電以后能否可靠地?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)計和制造，和使用也有關(guān)系。液動力和液壓卡緊力的大小對工作可靠性影響很大，而這兩個力與通過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。這個工作范圍的極限稱為換向界限，如圖5-31所示。（2）壓力損失由于電磁閥的開口很小，故液流流過閥口時產(chǎn)生較大的壓力損失。圖5-32所示為某電磁閥的壓力損失曲線。一般地說，閥體鑄造流道中的壓力損失比機(jī)械加工流道中的損失小。（3）內(nèi)泄漏量

在各個不同工作位置，在規(guī)定的工作壓力下，從高壓腔漏到低壓腔的泄漏量為內(nèi)泄漏量。過大的內(nèi)泄漏量不僅會降低系統(tǒng)的效率，引起過熱，而且還會影響執(zhí)行元件的正常工作。液壓與氣壓傳動圖5-31

電磁閥的換向界限圖5-32

電磁閥的壓力損失液壓與氣壓傳動（4）換向和復(fù)位時間

換向時間指從電磁鐵通電到閥心換向終止的時間；復(fù)位時間指從電磁鐵斷電到閥心回復(fù)到初始位置的時間。減小換向和復(fù)位時間可提高機(jī)構(gòu)的工作效率，但會引起液壓沖擊