液压压力控制阀：工作原理、结构和应用

2023-06-25 理论教育版权反馈

【摘要】：液压压力控制阀是控制液压系统的压力或利用压力变化作为信号来控制其他元件动作的阀类。当工作机构快速运动时，泵输出的液压油全部进入液压缸，进口压力稍降，滑阀3失去平衡，借助于弹簧力而下降，直至阀口关闭。由于液压油流经阻尼孔L时产生压力降，因而B腔的压力p2低于A腔的压力，使主阀1两端产生压力差。因此较高压力和流量的压力控制阀一般做成先导式的。当进口压力未达到顺序阀的预调压力时，阀关闭。

液压压力控制阀是控制液压系统的压力或利用压力变化作为信号来控制其他元件动作的阀类。如溢流阀、减压阀、顺序阀、压力继电器等。

1.溢流阀

（1）溢流阀的结构及工作原理

1）直动式溢流阀。图4-43所示为直动式溢流阀的工作原理图。压力油经滑阀3的阻尼孔4至底部5作用于底面的端面上。当进口压力升高至作用于端面上的力足以克服弹簧1的作用力F_s后，滑阀3上升，阀口开启m，油经出口溢回油箱。弹簧力F_s可由螺钉2调节。当工作机构快速运动时，泵输出的液压油全部进入液压缸，进口压力稍降，滑阀3失去平衡，借助于弹簧力而下降，直至阀口关闭。当工作机构慢速运动时，进口压力稍升，滑阀3克服F_s而提升，打开阀口，多余的油溢回油箱。当工作机构停止运动时，进口压力再升高，滑阀3再提升，阀口全开启，液压油全部溢回油箱。

图4-43 直动式溢流阀的工作原理

1—弹簧 2—调节螺钉 3—滑阀 4—阻尼孔 5—底部

当溢流阀稳定工作时，作用在滑阀上的力平衡，若忽略阀芯的自重和摩擦力，则可用下式表示

pA=F_s或p=F_s/A

式中 p——作用在滑阀上的压力；

A——滑阀作用面积；

F_s——弹簧力。

由上式可知，进口压力较大时，需用刚度较大的硬弹簧，这不仅调整不轻便，而且当溢流流量变化较大时，系统压力波动大，故直动式溢流阀一般用于低压小流量系统。

图4-44所示为P型直动式溢流阀的结构图。压力油经进油口P进入溢流阀，再经阀芯上的径向孔f和阻尼孔g进入油腔c，作用于阀芯下端。当下端液压力克服阀芯上端调压弹簧的弹簧力F_s使阀芯上移打开溢流阀口时，系统中多余液压油便经溢流阀口和回油口T溢回油箱，实现溢流稳压作用。

2）先导式溢流阀。图4-45所示为先导式溢流阀工作原理图，它由一个主阀和一个先导阀组成。主阀的弹簧2是一个软弹簧，仅用于克服滑阀的摩擦力，称为平衡弹簧，而先导阀的弹簧4则是一个硬弹簧，称为调压弹簧。压力油p₁进入A腔，通过阻尼孔L进入B腔。当进油压力p₁小于平衡弹簧2的调整力时，钢球3不能顶开，因此Ⅰ腔、A腔和B腔的压力相等。主阀1处于最下端，并切断Ⅰ腔与Ⅱ腔的通道。当p₁上升到克服先导阀（钢球3）上的压力弹簧4所调整的弹簧力时，B腔的液压油将钢球3顶开，于是Ⅰ腔的液压油经阻尼孔L流到B腔，再通过先导阀流回油箱。由于液压油流经阻尼孔L时产生压力降，因而B腔的压力p₂低于A腔的压力，使主阀1两端产生压力差。这个压力差克服弹簧2的弹簧力使主阀1上移，主阀进、出油口相通，达到溢流和稳定的目的。

图4-44 P型直动式溢流阀

图4-45 先导式溢流阀工作原理图

1—主阀 2、4—弹簧 3—钢球

当溢流阀稳定工作时，作用在主阀上的力是平衡的，不计阀芯自重和摩擦力则平衡方程式为

p₁A=p₂A+F_s

p₁=p₂+F_s/A

式中 p₁——进口压力；

p₂——主阀上腔（B腔）压力；

F_s——弹簧2的预调力；

A——滑阀作用面积。

由上式可知，当进口压力p₁较大时，由于主阀上端有压力p₂存在，弹簧2的刚度可以较小，F_s的变化也较小。当压力弹簧4调整好后，B腔的压力p₂基本不变，所以进口压力p₁在溢流量变化时变动较小，压力较稳定。因此较高压力和流量的压力控制阀一般做成先导式的。

图4-46所示为Y型中压先导式溢流阀。Y型溢流阀除有进出油口外，还有一个远程控制口K用于远程控制。如果使控制口与油箱接通，则作用于滑阀2左端的推力将滑阀2推至右边位置，泵输出的液压油将以很低的压力流回油箱，系统卸荷。这种溢流阀结构简单，工艺性较好，但灵敏度不如直动式溢流阀，而且超调量大，动态特性较差。

图4-46 Y型中压先导式溢流阀

1—阻尼小孔 2—滑阀

图4-47所示为YF型高压溢流阀，其最高工作压力可达32MPa，它同样由先导阀和主阀两部分组成。压力油从进油口进入，经阻尼孔至主阀芯上部，再通过先导阀。当压力小于调定压力时，先导阀及主阀均关闭。压力增至调定值时，先导阀即开起，一部分液压油经阻尼孔至先导阀回油箱，使主阀芯两端形成压差，主阀开起而溢流。这种溢流阀稳定性较好，开起迅速，动作灵敏，动态性能较好，但因阀芯是三级同轴，工艺性较差。

（2）溢流阀的应用

1）调压溢流。当系统采用定量泵供油时，常在其进油路或回油路上设置节流阀，使泵油的一部分进入液压缸工作，而多余的液压油须经溢流阀流回油箱。溢流阀处于其调定压力下的常开状态，并且随着节流阀的调节，溢流阀的开口相应变化，使系统的压力与溢流阀作用力保持平衡。系统工作压力基本不变，因此溢流阀起着定压和溢流作用，同时也起到保护系统的作用，见图4-48a。

图4-47 YF型高压溢流阀

2）安全保护。系统采用变量泵供油时，系统内没有多余的油需溢流，其工作压力由负载决定。这时与泵并联的溢流阀只有在过载时才打开，以保障系统的安全，它是常闭的，见图4-48b。

图4-48 溢流阀的应用

a）工作状态 b）保护状态 c）卸荷状态

3）使泵卸荷。如图4-48c所示，将溢流阀远程控制口K通过电磁阀与油箱相通，当电磁铁断电时，远程控制口被堵塞，溢流阀起溢流稳压作用。当电磁铁通电时，K口通油箱，溢流阀的主阀芯上端压力接近于零，此时溢流阀口全开，泵输出的液压油便在低压下流回油箱，泵卸荷，以减少系统的功率损耗。

4）形成背压。如图4-48a所示溢流阀2，将它接在回油路上，可对回油产生阻力，即形成背压，提高执行元件的运动平稳性。

2.顺序阀

压力控制系统中有两个以上工作机构时，为了获得各个工作机构按预先规定的顺序动作，就需要各种类型的顺序阀。

图4-49所示为一定位夹紧油路，要求先定位后夹紧。当换向阀左位接入油路时，压力油首先进入定位缸下腔，完成定位动作以后，系统压力升高，达到顺序阀调定压力时，顺序阀打开，压力油经顺序阀进入夹紧缸下腔，实现液压缸夹紧。当换向阀右位接入油路时，压力油同时进入定位缸和夹紧缸上腔，拔出定位销，松开工件。

（1）顺序阀的工作原理如图4-50所示，进油口与第一工作机构相连，出油口与第二工作机构相连。当进口压力未达到顺序阀的预调压力时，阀关闭。当进口压力升高到预调压力时，滑阀在A腔所受到的推力克服弹簧力而使滑阀上移，将阀的通道打开，压力油进入第二工作机构的液压缸。顺序阀与P型溢流阀类同，都是利用进口压力与滑阀弹簧力相平衡以控制通道的关闭。不同之处是它是串联在油路中，出油口与工作机构相连，而溢流阀的出油口接油箱。同时顺序阀对密封要求较高，否则会影响各个工作机构顺序动作的可靠性。

图4-49 顺序阀的应用

图4-50 顺序阀的工作原理

（2）顺序阀的结构图4-51a所示为直动式顺序阀的结构图，它有螺堵1、下阀盖2、控制活塞3、阀体4、阀芯5、弹簧6等零件组成。当进油口的油压低于弹簧6的调定压力时，控制活塞3下端液压油向上的推力小，阀芯5处于最下端位置，阀口关闭，液压油不能通过顺序阀流出。当进油口油压达到弹簧调定压力时，阀芯5抬起，阀口开起，压力油即可从顺序阀的出口流出，使阀后的油路工作，图形符号如图4-51b、c、d所示。其代号为“X”。

顺序阀常与单向阀组合成单向顺序阀，这种阀可以防止或调整垂直机构因本身重量自行下降，使液压缸下腔中保持一定压力以代替平衡重锤，即作平衡阀用。

3.减压阀

减压阀是一种将出口压力调节到低于进口压力的压力控制阀。按工作原理，减压阀也有直动型和先导型之分，一般采用先导式减压阀。

图4-51 直动式顺序阀

a）直动式顺序阀结构图 b）直动式顺序阀图形符号 c）液控顺序阀图形符号 d）卸荷阀图形符号

1—螺堵 2—下阀盖 3—控制活塞 4—阀体 5—阀芯 6—弹簧 7—外壳

（1）减压阀的工作原理如图4-52所示，油压p₁流经缝隙m时产生压降，使进口压力p₁降至p₂而输出。当系统的负载增加，使p₂大于阀所调整的压力值时，作用于滑阀的推力便随之增加。当稍大于弹簧力时，滑阀便在推力作用下向上移动一小段距离。缝隙m减小，p₁经缝隙m所产生的压力降增大，输出压力降低，从而使阀的出口压力p₂保持原来调定的压力值。反之当p₂小于阀所调整的压力时，滑阀所受的推力小于弹簧力。滑阀便在弹簧力作用下向下移动一小段距离，使缝隙m增大，压力降减小，使p₂又升高，从而使阀的出口压力p₂保持不变。由此可见，减压阀能利用出油口压力的反馈作用，自动控制阀口开度，保证出口压力基本上为弹簧调定的压力。

图4-52 先导式减压阀工作原理图

先导式减压阀的结构和Y型溢流阀相似，如图4-53所示，主要区别是进出控制油路的引入不同阀芯的形状不同。此外，由于减压阀的进、出口都有压力，所以它的泄油口L需要从阀的外部单独引回油箱，而溢流阀的泄油口是在阀体内部与回油通道连通。溢流阀是保持进油口压力基本不变，而减压阀是保持出口压力基本不变。减压阀的图形符号如图4-53b、c所示。

图4-53 先导式减压阀

a）先导式减压阀结构图 b）直动式减压阀图形符号 c）先导式减压阀图形符号

1—手轮 2—调压弹簧 3—锥阀 4—平衡弹簧 5—主阀芯

图4-54 减压阀的应用

（2）减压阀的应用减压阀在夹紧系统、控制系统中应用最多。图4-54所示为减压阀用于夹紧油路的原理图。液压泵除供给主油路压力油外，还经分支油路上的减压阀为夹紧缸提供比泵供油压力低的稳定压力油，其夹紧压力大小由减压阀来调节控制。

把单向阀和减压阀组合在一起组成单向减压阀。当压力油从进油口至出油口时，单向阀关闭，减压阀正常工作。当液压油反向流动时，液压油通过单向阀而减压阀不起作用。

4.压力继电器

压力继电器是利用液体的压力来控制电器触头的接触或分离，从而使压力信号转换为电信号，使电器元件动作，实现程序控制和安全保护。如切削力过大时，实现自动退刀。刀架移动到指定位置碰到挡块后自动退出。在达到规定压力时，使电磁阀顺序动作。外负载过大时，关闭液压泵电动机。机床主轴轴承润滑系统发生故障时，保护主轴轴承不受损坏而自动停车等。

压力继电器有滑阀式和薄膜式两种。

图4-55 膜片式压力继电器

1—膜片 2—柱塞 3、7—弹簧 4—调节螺钉 5、6—钢球 8—调压螺钉 9—销轴 10—杠杆 11—微动开关

图4-55所示为膜片式压力继电器。当控制油口K的压力达到弹簧7的调定值时，压力油使膜片1上凸，使柱塞2上升，柱塞上的圆锥面使钢球5和6作径向运动，促使杠杆10绕销轴9转动，至使其端部压下微动开关11发出电信号。当控制油压值小于弹簧的调定值时，弹簧7使柱塞2下移，钢球5和6又回落入柱塞的锥面槽内，微动开关11复位，切断电信号并使杠杆10推回，电信号取消。

压力继电器的发出信号压力值，可调节螺钉4达到，从而也就可以调节压下和松开微动开关的液压差值。

压力继电器常用的是DP型，其图形符号见图4-55中的右下图。

5.液压压力控制阀常见故障和排除方法

表4-13为先导式溢流阀的常见故障和排除方法。

表4-13 先导式溢流阀的常见故障及排除方法

液压压力控制阀：工作原理、结构和应用

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