制桶设备液压与气压传动系统的使用与维护(3)

杨文亮

第二章 液压传动系统的基础元件

三、控制阀

液压控制阀根据用途可分为方向控制阀、压力控制阀和流量控制阀三大类，分别对液压系统中的液流方向、压力和流量大小进行调节，以控制工作部件的运动方向、输出力和输出速度的大小。控制阀的操纵方式有手动、机动、电动、液动、气动及电－液动等，其连接方向有管式、板式、法兰连接式和集成块式等。

1、方向控制阀

方向控制阀包括单向阀和换向阀两类。

（1）单向阀用于控制液流仅作单方向流动。图13所示为普通单向阀的结构。压力油从p1口流入，推动阀打开阀口，油液经阀芯上的径向孔a、轴向孔b从p2口流出。当压力油从p2口流入时，压力油作用于阀芯背后，推动阀芯关闭阀口，油液无法流向p1口。

图13 普通单向阀结构
1－阀体 2－阀芯 3－弹簧

（2）换向阀

换向阀通过阀芯与阀体间相对位置的改变来控制油流的接通、切通或流动方向，从而控制执行元件启动、停止或运动方向。换向阀按阀芯工作位置可分为二位、三位或多位换向阀；按通油口数目可分为二通、三通、四通、五通换向阀等。换向阀按其结构可分为支座型换向阀及滑阀型换向阀两种。

滑阀式换向阀结构简单、转换效能快速、操纵力低、控制功能多，在制桶设备液压系统中，滑阀型换向阀最为常用。

滑阀式换向阀主要由阀芯和阀体构成，如图14所示为二位四通滑阀式换向阀工作原理及结构简图。当阀芯处于左位时，P口与B口相通，A口与O口相通，压力油自P口流入B口流出，回油经A口、O口流回油箱；当阀芯处于右位时，P口与A口相通，压力油由A口流出，回油经B口、O口流回油箱。通过改变阀芯与阀体的相对位置，即可改变油流的方向，从而实现执行元件的换向。

根据换向阀驱动阀芯实现换向的操纵方式可分为电磁换向阀、液动换向阀、机动换向阀、手动换向阀和电液换向阀等。

图14 换向阀的主体结构及工作原理
1－阀芯 2－阀体

2、压力控制阀

用于控制和调节液压系统油液的压力，或以油液压力作为控制信号的元件，统称为压力控制阀。压力控制阀都是以液力与弹簧力相平衡的原理工作的。按照压力控制阀在液压系统中所起的具体作用又分为溢流阀、减压阀、顺序阀和压力继电器等。

（1）溢流阀

如图15为直动式溢流阀的结构。压力油从P口进入阀腔后，经孔f和阻尼孔g后作用在阀芯4的底面c上。当进口压力较低，作用于阀芯底面上的液压力小于弹簧2的预紧力时，阀芯位于最下端位置。此时阀口关闭，P口与O口处于隔断状态。当进口P的压力升高到作用于阀芯底面上的液压力大于弹簧预紧力时，阀芯开始上移。当阀芯上移量超过阀口重叠量l时，阀口打开，P口和O口接通，油液溢流回油箱。此时，进口压力与弹簧力相平衡，进口压力基本保持恒定。

图15 直动式溢流阀
1－调节螺母 2－弹簧 3－上盖 4－阀芯 5－阀体

（2）减压阀

在液压系统中，当要求一台液压泵同时向几个要求不同工作压力的执行元件供油时，可在工作压力较低的分支油路中串联一个减压阀，将压力降低到某一值，并保持恒定。这种减压阀称为定值减压阀。

图16为先导式减压阀工作原理和结构图。

图16 先导式减压阀工作原理和结构
1－主阀芯 2－阻尼孔 3－主阀运动阻尼孔 4，5，12－流道 6－先导阀芯
7－防振套 8－调压弹簧 9－导阀弹簧腔 10－泄油流道 11－手柄 13－外控口
14－主阀复位弹簧 15－阀体

如图所示，在阀未工作时，主阀芯与阀套沉割槽之间形成的减压口处于全开状态。进油p1经减压口和主阀芯上的油孔从出口流出，出口压力为p2。出口压力经阻尼孔2后作用在导阀阀芯和主阀芯的上端面上，当作用于导阀上的压力（设为p2’）达到导阀的调定压力时，导阀开启，则有一股控制流量流经阻尼孔2，产生压差。该压差作用于主阀芯的上下两端面，产生一个向上的液压力，该液压力与主阀弹簧相平衡。当作用于主阀芯上的液压力大于主阀弹簧预紧力时，主阀芯上移，关小减压阀口，使油液流过减压口时所受阻力增加产生压力降，使压力由p1降到p2。阻尼也上的流量（先导流量）越大，主阀芯两端的压差（p2-p2’）越大，主阀芯所受的不平衡压力越大，阀芯的提升量越大，减压口关得越小，减压作用越明显。所以，减压口的大小可由主阀芯自动调节，从而保持出口压力p2恒定。

（3）顺序阀

顺序阀主要用于控制多个执行元件的顺序动作，也可以用作背压阀、平衡阀或卸荷阀。

如图17所示为直动式内控外汇顺序阀的工作原理。阀的进口压力油，通过阀内部流道，作用于阀芯下部柱塞A上，产生一个向上的液压推力。当液压泵启动后，压力油首先克服液压缸I的负载使其先行运动。当液压缸I运动到位后，压力p1将随之上升。当压力p1上升到作用于柱塞面积A上的液压力超过弹簧预紧力时，阀芯上移，接通p1口和p2口。压力油经顺序阀口后克服液压缸II的负载使活塞运动。这样种用顺序阀实现了液压缸I和液压缸II的顺序动作。

图17 顺序阀工作原理

3、流量控制阀

流量控制阀通过在一定的压差下，依靠改变通流截面积的大小来改变进入执行元件流量的大小，从而控制执行元件运动速度的大小。通常使用的有普通节流阀、调速阀等。

（1）节流阀

普通节流阀的结构原理如图18所示，该节流阀是通过调节阀芯上的三角槽与阀体间构成的节流面积的大小实现流量调节的。当阀旋转阀芯3时，阀芯将在螺母1中上下移动，便可改变阀芯上的三角槽与阀体2构成的节流口面积的大小，从而调节流过阀的流量大小。采用三角槽结构的阀口可提高分辨率，即减少节流口面积对阀芯位移的变化率，提高调节的精确性。

图18 节流阀
1－螺母 2－阀体 3－阀芯

（2）调速阀

普通节流阀在工作时，若作用于执行元件上的负载发生变化，将会引起节流阀两端的压差变化，从而导致流过节流阀的流量随之变化，最终引起执行元件的速度随负载变化而变化。为了使执行元件的速度不随负载而变，就需要采取措施，使流量阀节流口两端的压差不随负载而变。调速阀即是一种常用的可保持流量基本恒定的流量控制阀。

如图19所示为用调速阀进行调速的工作原理。它在节流阀前面串联了一个定差式减压阀，当压力降到Pm。该压力同时引到减压阀阀芯的无弹簧腔，作用于阀芯的下端面上，产生一个向上的液压推力。压力油经过节流口后，其压力由pm再降至负载压力p2，该负载压力同时引到减压阀阀芯的弹簧腔，产生一个向下的液压推力。所以，作用于减压阀阀芯两端面的压力差即为节流口前后的压力差，该压力差产生的液压推力与减压阀弹簧力相平衡。

当负载变化而引起负载压力p2变化时，作用于减压阀阀芯上的液压力与弹簧力的平衡被破坏，减压阀阀芯产生一定的位移，以调节减压口的开口大小，使减压口后的压力pm随之变化，直到液压力与弹簧力达到新的平衡为止。调速阀利用减压阀阀芯的自动调节作用，使节流口前后的压差基本保持不变，从而使流过调速阀的流量与节流口开口面积成比例，而不随负载压力变化。

图19 调速阀
1－定差减压阀 2－节流阀 3－流量调节杆