第四章液压控制元件—压力控制阀及其应用

第四章液压控制元件—压力控制阀及其应用

4.2压力控制阀及其应用

在液压传动系统中，控制液压油压力高低的液压阀称之为压力控制阀，这类阀的共同点主要:是利用在阀芯上的液压力和弹簧力相平衡的原理来工作的。

4. 2.1溢流阀及其应用

当液压执行元件不动时，由于泵排出的油无处可去而成一密闭系统，理论上压力将一-直增至无限大，实际上压力将增至液压元件破裂为止，此时马达为维持定转速运转，输出电流将无限增大至马达烧掉为止:前者使液压系统破坏，液压油四溅;后者会弓|起火灾，因此要绝对避免，防止方法就是在执行元件不动时，提供一条旁路使液压油能经此回到油箱， 它就是“溢流阀(Relief valve)”，其主要用途有二个:

1)作溢流阀用

在定量泵的液压系统中如图4-16 (a)所示，常利用流量控制阀调节进入液压缸的流量，多余的压力油可经溢流阀流回油箱，这样可使泵的工作压力保持定值。

2)作安全阀用

图4-16 (6) 所示液压系统，在正常工作状态下，溢流阀是关闭的，只有在系统压力大于其调整压力时，溢流阀才被打开溢流，对系统起过载保护作用。

图4-16溢流阀的作用

1.溢流阀结构及分类

1)直动式溢流阀( Spring loaded type relief valve)

图4-17 直动式溢流阀

结构如图4- 17所示，压力由弹簧设定，当油的压力超过设定时，提动头上移，油液就从溢流口流回油箱，并使回路压力等于设定压力。由于压力为弹簧直接设定，一般当安全阀使用。

2)先导式溢流阀(Pilot operated relief valve)

结构如图4-18所示，由主阀和先导阀两部分组成，主要特点是利用主阀平衡活塞上下两腔油液压力差和弹簧力相平衡。

图4一18先导式溢流阀

从压力口进来的压力油作用在平衡活塞环部的下方面积上，并通过阻尼孔使压力油作用在平衡活塞环部的上方和弓|导阀内的提动头的截面积上。当压力较低时，作用在提动头上的压力不足以克服调压弹簧力时，提动头处于关闭状态，此时没有压力油通过平衡活塞上的阻尼孔流动，故平衡活塞上下两腔压力相等，平衡活塞在弹簧力的作用下轻轻地顶在阀座上，压力口和溢流口不通。安装在平衡活塞内的弹簧刚度很小。

如果压力口压力升高，当作用在提动头上的液压力超过弹簧力时，提动头打开，压力油经平衡活塞上的阻尼孔、提动头开口，平衡活塞轴心的油路经溢流C流回油箱。由于压力油通过阻尼孔时会产生压力降，故平衡活塞上腔压力小于下腔的压力。当通过提动头的流量达到一定大小时，平衡活塞上下两腔差形成向上的液压力超过弹簧的预紧力和平衡活塞的摩擦阻力及平衡活塞自重等力总和时，平衡活塞上移，使压力口和溢流口相通，大量压力油便由溢流口流回油箱。而当平衡活塞上下两腔压差形成向，上的液压力和弹簧压缩力、摩擦力、平衡活塞自重处于平衡状态时，平衡活塞上升距离保持一-定开度。 平衡活塞上升距离的大小根据溢流的大小自动调节，而上升距离大小又决定在平衡活塞上下两腔所形成的压力油压差。流经平衡活塞上阻尼孔的流量增加时，平衡活塞上下两侧压差增加，平衡活塞上升距离增加，反之则减小，又弹簧的刚度很小，要使平衡活塞上移所需压差变化很小，故通过提动头的流变化也不大，因通过提动头的流量变化不大，提动头的开口变化很小，故提动头开启的压力可以说不变的，亦即当先导阀的弹簧一经设定后， 当提动头被打开时，平衡活塞上腔的压力基本保持不变。

2.溢流阀的应用

除了图4-16 (a)所示作溢流阀用在回路中起调压作用、图4-16 (b) 所示作安全阀用外，还有下列用途:

1)远程压力控制回路

从较远距离的地方来控制泵工作压力的回路，图4- 19所示回路压力调定是由遥控溢流阀(remote control relief valves )所控制，回路压力维持在30kgf/cm.遥控溢流阀的调定压力一定要低于主溢流阀调定压力，否则等于将主溢流阀引压口堵塞。

图4-19用溢流阀作遥控回路

2)多级压力切换回路

如图4- 20利用电磁换向阀可调出三种回路压力，注意最大压力一定要在主溢流阀上设定。

图4- 20三段压力调压回路

4.2. 2减压阀及其应用

当回路内有两个以上液压缸，其中之-需要较低的工作压力，同时其它的液压缸仍需高压运作，此刻就得用减压阀(Reducing valve)提供一较回路压力为低的压力给低压缸。

1.减压阀结构及工作原理:

图4- 21先导型减压阀

如图4-21所示，为先导形减压阀，由主阀和先导阀组成，先导阀负责调定压力，主阀负责减压作用。当出口压力超过设定时，油从提出动阀流出，柱塞向上堵死油路;阀内柱塞移动是由出口压力所控制，不管进有多高，出永不超过设定压力。

2.减压阀的应用

1)减压回路

图4-22为减压回路，不管回路压力多高，A缸压力决不会超过30kgf/cm2.

例题1:如图4-23所示，溢流阀调定压力ps1=45kgf/cm2， 减压阀的调定压力ps2=30kgf/cm2，活塞前进时，负荷F=100kgf;活塞面积A=20cm2，减压阀全开时的压力损失及管路损失忽略不计，求:

(1)活塞在运动时和到达尽头时，A、 B两点的压力。

(2)当负载F=700kgf时，A、B两点的压力是多少?

解:

(1)活塞运动时，作用在活塞上的工作压力

Pw= F/A =100/20 =5kgf/cm2

因为作用在活塞上的工作压力相当于减压阀的出口压力，且小于减压阀的调定压力，故减压阀不起减压作用，阀口全开，所以PA= pB= Paw= 5kgf/cm2

活塞走到尽头时，作用在活塞上的工作压力Pw 增加且大于减压阀的调定压力时，减压阀起减压作用，所以

PA= P1 = 45kgfcn2

PB = PB2 = 30kgf/cm2

(2)当负载F= 700kgf/cm2时

pw =F/A= 700/20 = 35kgf/cm2

因为Ps2 < Pw减压阀阀口关闭，减压阀出口压力最大是30kgf/cm2，无法推动活塞，所以

pA= P1 = 45kgfcmn2

pB = Ps2 = 30kgf/cm2

4.2.3顺序阀及其应用

1.顺序阀的结构及动作原理

顺序阀( sequence valve)是使用在一个液压泵要供给两个以上液压缸依-定顺序动作的一种压力阀。顺序阀的构造其动作原理类似溢流阀，有直动式和先导式两种，目前较常用直动式。顺序阀与溢流不同的是:出口直接接执行元件，另外有专门的卸油口。

2.顺序阀的应用

1)用于动作顺序回路

图4-24 所示为- -定位与夹紧回路，其前进的动作顺序是先定位后夹紧，后退是同时退后。

图4一24利用顺序阀的顺序动作回路

图4-25平衡回路

2)起平衡阀的作用

在大形压床上由于压柱及上模很重，为防止因自重而产生的自走现免，必须加装平衡阀(顺序阀)，如图4-25所示。

4.2. 4增压器及其应用

回路内有三个以上液压缸，其中之-需要较高 的工作压力，同时其它的液压缸仍用较低之压力，此时即可用增压器(Booster) 提供高压给那特定的液压缸;或是在液压缸进到底时，不用泵而增压时用，如此可使低压泵产生高压，以降低成本。图4-26为增压器动作原理及符号。

图4-27所示为增压应用例子，当液压缸不需高压时，由顺序阀来截断增压器的进油;当液压缸进到底时压力升高，油又经顺序阀进入增压器提高液压缸之出力，图中减压阀是用来控制增压器的输入压力。

4. 2.5压力开关

压力开关(Pressure switch)的构造如图4- 28所示，压力口接到取得压力信号的油路上，当回路的压力达到弹簧所调定的压力时，活塞下移，推销就不会压住微动开关的柱塞，使微动开关的接点产生转换用来控制电气回路以执行我们所要动作。

4.2. 6比例式压力阀

前面所述之压力阀都需用手动调整的方式来作压力设定，若应用时碰到需经常调整压力或需多级压力的液压系统，则回路设计将变得非常复杂，操作时只要稍不注意就会产生失控状态。若回路要有多段压力用传统作法则需多个压力阀与方向阀:但亦可只用一个比例式压力阀和控制电路来产生多段压力。

比例式压力阀(Proportional Pressure Valve )基本上是以电磁线圈所产生的电磁力，来取代传统压力阀上的弹簧设定压力，由于电磁线圈产生的电磁力是和电流的大小成正比，所以控制线圈电流就能得到所要的压力:在应用时可以无级调压，而一般的压力阀仅能调出特定的压力。

比例压力阀的结构可参阅有关资料，其职能符号如图4-29所示。

a)比例式溢流阀   b)比例式减压阀

图4一29比例式压力阀