冶金机械设计手册第二篇.pdf

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1、! ! ! ! “ “ “ “ 第第第二二二篇篇篇 冶金通用机械设备设计 第一章起重运输机械设计 第一节起重机械 一、 概述 起重机械是用来对物料作起重、 运输、 装卸和安装等作业的机械设备。采用起重机械可以 减轻体力劳动， 提高劳动生产率或在生产过程中进行某些特殊的工艺操作， 实现机械化和自动 化。 采用起重机械在搬运物料时， 经历上料、 运送、 卸料和回还的过程， 这个过程称为一个工作 周期。在一个周期内， 起重机时停时转， 搬运的物料时有时无。因此， 起重机械是一种周期性 间歇动作的机械。 起重机械由三大部分组成， 即工作机构、 金属结构和电气设备。工作机构常见的有起升、 运行、 回转和

2、变幅机构， 通常称之为四大工作机构。依靠这四个机构的复合运动， 可以使起重 机械在所需的任何指定位置进行上料和卸料。但不是所有的起重机械中都同时具有这些机 构， 而是根据工作的需要， 可以有其中的一个或几个。需要特别指出的是， 不论该起重机械拥 有多少个机构， 起升机构是必不可少的。金属结构是构成起重机械的躯体， 是安装各机构和承 受全部载荷的主体部分。电气设备是起重机械的动力装置和控制系统。 !起重机械的种类 起重机械按其构造特点的不同， 分为轻小型起重机械、 桥架型起重机和臂架型起重机。 起重机械的种类如图 “ # ! # !。 “起重机械的基本参数 起重机械的基本参数有起重量、 起升高度

3、、 跨度、 幅度、 各机构的工作速度及起重机械的工 作级别， 此外， 还有最大轮压和外形尺寸等。这些参数是起重机械工作性能和技术经济指标， 也是设计和选用起重机械的依据。 $起重量 起重机在各种工况下安全作业所允许起吊的最大货物的质量称为额定起重量， 简称为起 重量， 以 % 表示， 单位为 -5#5- 对起重机及其机构， 按照其利用等级和载荷状态分别进行了分级。起重机的工作级别分为 8 “/%: （! “ # “ !） 式中。 $） 水泵的轴功率 $“5$0 和 ； !“# !“ 水泵性能曲线上查出的允许吸上真空度， #； $% 安装地点的大气压， 的 53 段， 额定工况点 和 ? 段三部

4、分。可以证明， 水泵在 ? 段工 作时的系统效率最高， 因而称 ? 段为水泵工业利用区的合理使用段。故水泵运行时， 应尽量 使工况点落在 ? 段上。 !“# 图 ! “ ! “ #$电网压降对排水泵工作的影响 图 ! “ ! “ #%水泵的工业利用区 、 !“# !“#!$%、 !“#25 #!$%。 各种风机都是按一定的转速进行设计的。当使用时的实际转速不同于设计转速值时， 则 风机的其他性能参数 （如 ,、 +、 - 等） 也将按一定的规律产生相应的变化。 常用的转速有 ?33、 2=53、 ?83#!$%。在选用电动机时， 电动机的转速应该和风机的转速 相一致。 二、 离心式通风机 2离

5、心式通风机的工作原理 离心式通风机与离心泵的工作原理类似， 图 4 4 = 为离心式通风机的示意图。当电动 机通过皮带轮 ? 带动装于轴承 上的风机主轴 : 时， 叶轮 = 将高速旋转 （叶轮通过轮毂 8 用键 !“# 装于主轴 ! 上） ， 通过叶片 “ 推动空气， 使空气获得一定能量而由叶轮中心向四周流动。当气 体路经蜗壳 # 时， 由于体积逐渐增大， 使部分动能转化为压力能， 而后从排风口 $ 进入管道。 当叶轮旋转时， 叶轮中心形成一定的真空度， 此时吸气口 % 处的空气在大气压力作用下被压入 风机。这样， 随着叶轮的连续旋转， 空气即不断地被吸入和排出， 完成送风任务。 离心式通风机

6、与离心泵的区别在于前者输送的是可压缩的气体， 而后者输送的是不可压 缩的液体。但是， 对风机中的通风机而言， 压力比极低， 气体通过通风机时容积几乎不变， 故通 风机的计算与离心泵大致相同， 仅因气体重度很小， 其吸入高度不受限制， 也不需要计算。离 心式鼓风机和压缩机， 由于压缩比!较大， 气体容积变化很显著， 故在鼓风机和压缩机的设计 计算中， 必须考虑气体压缩的因素。 图 $ 式 （卧式） 和 。$ 是最大偏心量调节螺钉， 这种泵系板式连接， 泄油口 ? 应接回油箱。 ! 从 ! 向图可以看到， 配油盘上的配油窗口对于水平面是非对称布置的， “ 为压油窗口， # 为吸 油窗口， 弧形 $

7、 和 % 是向叶片底部通油的， $ 与 “ 沟通， % 与 # 沟通， 所以叶片底部在压油区则 与压油腔相通， 在吸油区与吸油腔相通， 叶片上下始终是平衡的， 也就不存在定子内表面的磨 损问题。叶片后倾放置， 后倾角 小， 所以当油压作用到齿面时， 在两个齿轮上就分别作用一个不平衡力 （; ) 1） 和 （; ) :） ， 其中 为齿宽。这两个作用力将使两个齿轮按图示方向旋转， 扭矩由主轴输出， 齿间 的油液同时被带到低压腔排出。 齿轮马达的结构与齿轮泵差不多， 但有以下特殊点： （%） 进出油道对称， 孔径相同， 这使马达能正反转。 （&） 采用外泄油孔， 因为马达回油腔的油压往往高于大气压

8、力， 采用内部泄油， 可能会把轴 端油封冲坏， 特别是当马达反转时， 原来的回油腔变成了高压腔， 情况就更严重了。 （*） 多数应用滚动轴承， 这不仅对减小摩擦有利， 对于改善启动性能也大有好处。 !“ 图 ! “ # “ $%齿轮马达的工作原理 &叶片式马达 叶片式马达的工作原理如图 ! “ # “ $ 所示。当压力油经过配油窗口进入叶片 $、 & 之间 时， 叶片 $、 & 的一边受高压油作用， 另一边受低压油作用， 同时由于叶片 $ 伸出的面积大于叶 片 & 伸出的面积， 因此使转子产生顺时针力矩， 同样， 叶片 ! 与 # 也使转子产生顺时针力矩， 两 者之和即为马达的输出扭矩。 图

9、! “ # “ $叶片式马达的工作原理 $、 !、 #、 &、 ( “ 叶片 第三节液压缸设计 液压缸和液压马达同属于液压系统的执行元件。液压缸是将油液的压力能转换为机械 能， 用来驱动工作机构作往复直线运动或往复摆动的一种能量转换装置。液压缸结构简单， 工 作可靠， 与杠杆、 连杆、 齿轮齿条、 棘轮棘爪、 凸轮等机构配合还能实现多种机械运动。 一、 液压缸的分类和特点 液压缸有多种形式。按结构特点可分为活塞式、 柱塞式和摆动式三大类： 按作用方式又可 分为单作用式和双作用式两种。单作用式液压缸压力油只能使活塞 （或柱塞） 作单方向运动， 即压力油只通向缸的一腔， 反方向运动必须依靠外力 （

10、如弹簧力或自重等） 来实现； 双作用式液 !“ 压缸两个方向的运动都由压力油的控制来实现。 !活塞式液压缸 活塞式液压缸可分为双杆式和单杆式两种结构。其固定方式有缸简固定和活塞杆固定两 种。 “双杆活塞式液压缸 图 # $ % $ #& 为双杆活塞式液压缸原理图。活塞两侧都有杆伸出。当两活塞杆直径相同、 供油压力和流量不变时， 活塞 （或缸体） 两个方向的运动速度和推力也都相等， 即 !( #( ) “ ( *) ! （+ # $ ,#） （# $ % $ #!） 式中! （ #） 活塞 （或缸体） 的运动速度， -./； ) 进入液压缸的流量， -% ./。 不考虑摩擦和回油阻力， 则 0!

11、( 0#( 1“ ( ! * （+ # $ ,# ） 1 （# $ % $ #） 式中0! （0 #） 活塞 （或缸体） 上的液压推力， 2； 1 进油压力， 34； “ 活塞有效作用面积， -#； + 活塞直径， -； , 活塞杆直径， -。 这种液压缸常用于要求往返运动速度相同的场合， 如磨床等。 图 # $ % $ !5 所示为缸体固定式结构， 缸的左腔进油， 推动活塞向右移动， 右腔则回油； 反 之， 活塞反向移动。其运动范围约等于活塞有效行程的三倍， 一般用于中小型设备。 图 # $ % $ !5双杆活塞式液压缸原理图 6单杆活塞式液压缸 图 # $ % $ #& 所示为双作用式单杆

12、活塞缸。其一端伸出活塞杆， 两腔有效面积不相等， 当 向缸的两腔分别供油， 且供油压力和流量不变时， 活塞在两个方向的运动速度和推力都不相 等。 无杆腔进油时 （见图 # $ % $ #&4） ， 活塞的运动速度 !和推力 0!分别为 !( ) “! ( *) !+# （# $ % $ #%） 式中) 输入液压缸的流量， -% ./； + 活塞直径 （即缸筒内径） ， -。 不考虑摩擦和回油阻力时， 则 0!( “!1 ( ! * +#1（# $ % $ #*） !“ 图 ! “ # “ !$双作用式单杆活塞式液压缸 （%） 无杆腔进油；（&） 有杆腔进油 式中 液压缸的工作压力， (%。 有

13、杆腔进油时 （见图 ! “ # “ !$&） ， 活塞的运动速度 )!和推力 *!分别为 )!+ , -! + ., ! （/ ! “ 0!） （! “ # “ !1） 式中0 活塞杆直径， 2。 不考虑摩擦和回油阻力时， 则 *!+ -! + ! . （/ ! “ 0! ） （! “ # “ !3） 式中 液压缸的工作压力， (%； / 活塞直径 （即缸筒内径） ， 2； 0 活塞杆直径， 2； -4 、 - ! 分别为液压缸无杆腔和有杆腔的活塞有效作用面积， 2!。 比较以上各式， 由于 -45 -!， 所以 )46 )! ， * 45 *!。 液压缸往复运动时的速度比为 “+ )! )4

14、 + /! /!“ 0! （! “ # “ !7） 式 （! “ # “ !7） 表明， 当活塞杆直径愈小时， 速度比愈接近于 4， 两个方向的速度差值愈小。 当单杆缸两腔同时通入压力油时， 如图 ! “ # “ !4 所示， 由于无杆腔受力面积大于有杆腔， 活塞向右作用力大于向左作用力， 则活塞杆作伸出运动， 并将有杆腔的油液挤出， 流进无杆腔， 加快活塞杆的伸出速度， 液压缸的这种油路连接称为差动连接。 图 ! “ # “ !4液压缸的差动连接 差动连接时， 有杆腔排出流量 ,8 + )#-!进入无杆腔， 则有 )#-4+ , 9 ,8 + , 9 )#-! 故活塞杆的伸出速度 )#为 )

15、#+ , -4“ -! + ., !0! （! “ # “ !:） !“# 欲使差动连接液压缸的往复速度相等， 即 !“# !$， 则 ! % # $&，（或 # ()*+ %） 。 差动连接时， 在忽略两腔连通油路压力损失的情况下， ,“,+则此时的活塞推力 -“为 -“# ,+.+/ ,$.$# ! 0 %$,+/ ! 0 （% $ / $ ） , +# ! 0 $,+（$ / “ / $1） 由式 （$ / “ / $2） 和 （$ / “ / $1） 可知， 差动连接时实际起有效作用的面积是活塞杆的横截 面积。与非差动连接无杆腔进油工况相比， 在输入油液压力和流量相同的条件下， 活塞杆

16、伸出 速度较大而推力较小。实际应用中， 液压系统常通过控制阀来改变单杆缸的油路连接， 采用不 同的工作方式， 从而获得快进 （差动连接） 工进 （无杆腔进油） 快退 （有杆腔进油） 的工作循 环。差动连接是在不增加液压泵容量和功率的前提下； 实现快速运动的有效办法。 单杆缸往复运动范围是有效行程的两倍， 结构紧凑， 应用广泛。 $柱塞式液压缸 活塞缸的内孔精度要求很高， 行程较长时加工困难； 故此时应采用柱塞式液压缸。如图 “ / $3 所示， 柱塞缸由缸筒 +、 柱塞 $、 导套 “、 密封圈 0 和压盖 4 等零件组成， 柱塞和筒内壁不接 触， 因此缸筒内孔不需精加工， 工艺性好， 成本低

17、。 柱塞缸只能制成单作用缸。在大行程设备中， 为了得到双向运动， 柱塞缸常成对用 （见图 $/ “ / $5） 。柱塞端面是受压面， 其面积大小决定了柱塞缸的输出速度和推力。为保证柱塞 缸有足够的推力和稳定性， 一般柱塞较粗， 重量较大， 水平安装时易产生单边磨损， 故柱塞缸适 宜于垂直安装使用。水平安装使用时， 为减轻重量， 有时制成空心柱塞。为防止柱塞自重下 垂， 通常要没置柱塞支承套和托架。 柱塞缸结构简单， 制造方便， 常用于长行程机床， 如龙门刨、 导轨磨、 大型拉床等。 图 $ / “ / $柱塞式液压缸 + / 缸筒； $ / 柱塞； “ / 导套； 0 / 密封圈； 4 / 压

18、盖 二、 液压缸的结构 图 $ / “ / $“ 所示为新系列液压滑台的液压缸结构。它由后端盖、 缸筒、 活塞、 活塞杆、 前 端盖等主要部分组成。为防止油液向外泄漏， 或由高压腔向低压腔泄漏， 在缸简与端盖、 活塞 与活塞杆、 活塞与缸筒、 活塞杆与前端盖之间均设置有密封圈。在前端盖外侧还装有防尘圈。 为防止活塞快速退回到行程终端时撞击后端盖， 液压缸端部还设置了缓冲装置。液压缸用螺 钉固定在滑座上， 活塞杆通过支架和滑台固定在一起， 活塞杆移动时， 即带动滑台往复运动。 为增加连接刚度和改善连接螺钉的工作条件， 在支架和滑台的结合面处放置了一个平键。 !“# 图 ! “ # “ !#液压滑

19、台液压缸 $ “ 后端盖； ! “ 缸筒； # “ 活塞； % “ 活塞杆； &前端盖； “ 支架； ( “ 滑台； ) “ 平键； * “ 滑座 归结起来， 液压缸由缸体组件 （缸筒、 端盖等） 、 活塞组件 （活塞、 活塞杆等） 、 密封件和连接 件等基本部分组成。此外， 一般液压缸还设有缓冲装置和排气装置。在进行液压缸设计时应 根据工作压力、 运动速度、 工作条件、 加工工艺及装拆检修等方面的要求综合考虑缸的各部分 结构。 第四节液压控制阀设计 一、 概述 液压控制阀是液压系统中控制油液方向、 压力和流量的元件。借助于这些阀， 便能对执行 元件的启动、 停止、 方向、 速度、 动作顺序和

20、克服负载的能力进行控制与调节， 使各类液压机械 都能按要求协调地进行工作。 液压阀的分类 +按用途分 液压阀可分为方向控制阀 （如单向阀和换向阀） 、 压力控制阀 （如溢流阀、 减压阀和顺序阀 等） 和流量控制阀 （如节流阀和调速阀等） 。这三类阀还可根据需要相互组合成为组合阀， 如单 向川页序阀、 单向节流阀、 电磁溢流阀等， 使得其结构紧凑， 连接简单， 并提高了效率。 ,按工作原理分 液压阀可分为开关阀 （或通断阀） 、 伺服阀、 比例阀和逻辑阀。开关阀调定后只能在调定状 态下工作， 本章将重点介绍这一使用最为普遍的阀类。伺服阀和比例阀能根据输入信号连续 地或按比例的控制系统的数据。逻辑

21、阀则按预先编制的逻辑程序控制执行元件的动作。 -按安装连接形式分 按安装连接形式， 液压阀可分为： （$） 螺丝式 （管式） 安装连接。阀的油口用螺丝管接头和管道及其他元件连接， 并由此固定 在管路上。这种方式适用于简单液压系统。 （!） 螺旋式安装连接。阀的各油口均布置在同一安装面上， 并用螺丝固定在与阀有对应油 口的连接板上， 再用管接头和管道与其他元件连接； 或者把这几个阀用螺丝固定在一个集成块 !“# 的不同侧面上， 在集成块上打孔， 沟通各阀组成回路。由于拆卸阀时无需拆卸与之相连的其他 元件， 故这种安装连接方式应用较广。 （!） 叠加式安装连接。阀的上下面为连接结合面， 各油口分别

22、在这两个面上， 且同规格阀 的油口连接尺寸相同。每个阀除其自身的功能外， 还起油路通道的作用， 阀相互叠装便成回 路， 无需管道连接， 故结构紧凑， 阻力损失很小。 （“） 法兰式安装连接。和螺丝式连接相似， 只是法兰式代替螺丝管接头。用于通径!#$ 以上的大流量系统。它的强度高， 连接可靠。 （%） 插装式安装连接。这类阀无单独的阀体， 由阀芯、 阀套等组成的单元体插装在插装块 的预制孔中， 用连接螺丝或盖板固定， 并通过块内通道把各插装式阀连接组成回路， 插装块起 到阀体和管路的作用。这是适应液压系统集成化而发展起来的一种新型安装连接方式。 二、 方向控制阀 方向控制阀用以控制液压系统中的

23、油液流动的方向或液流的通与断， 它分为单向阀和换 向阀两类。 &单向阀 普通单向阀 普通单向阀通常称为单向阀， 它是一种只允许油液正向流动， 不允许逆向倒流的阀， 故又 称逆止阀或止回阀。按进出油液流向的不同可分为直通式和直角式两种结构， 如图 # ( ! ( #“)、 * 所示， 前者仅有螺纹连接型。当液流从进油口 +&流入时， 油液压力克服弹簧阻力和阀体 & 与阀芯 # 之间的摩擦力， 顶开带有锥端的阀芯 （小规格直通式阀有用钢球作阀芯的） ， 从出油 口 + #流出； 当液流反向从 +#流入时， 油液压力使阀芯紧密地压在阀座上， 故不能逆流。单向 阀中的弹簧仅用于使阀芯在阀座上就位， 刚

24、度较小， 故开启压力很小 （,-,“ . ,-&/0)） 。更换硬 弹簧， 使其开启压力达到 ,-# . ,-1/0)， 便可当背压阀使用。 2液控单向阀 图 # ( ! ( #%) 所示为液控单向阀。它与普通单向阀相比， 在结构上增加了控制油腔 )、 控 制活塞 & 及控制油口 3。当控制油口通以一定压力的压力油时， 推动活塞 & 使锥阀芯 # 右移， 阀即保持开启状态， 使单向阀也可以反方向通过油流。为了减小控制活塞移动的阻力， 控制活 塞制成台阶状并设一外泄油口 4。控制油的压力不应低于油路压力的 !,5 . %,5。 液控单向阀具有良好的单向密封性， 常用于执行元件需要长时间保压、 锁

25、紧的情况下， 也 用于防止立式液压缸停止运动时因自重而下滑以及速度换接回路中。这种阀也称液压锁。 #换向阀 换向阀的工作原理 换向阀变换阀芯在阀体内的相对工作位置， 使阀体诸油口连通或断开， 从而控制执行元件 的启、 停或换向。如图 # ( ! ( #1 所示位置， 液压缸两腔不通压力油， 处于停机状态。若使换向 阀的阀芯 & 左移， 阀体 # 上的油口 0 和 连通， 2 和 6 连通。压力油经 0、 进入液压缸左腔， 活塞右移； 右腔油液经 2、 6、 回油箱。反之， 若使阀芯右移， 则 0 和 2 连通， 和 6 连通， 活塞便 左移。 2换向阀的分类 按阀芯在阀体内的工作位置数和换向阀

26、所控制的油口通路数分， 换向阀有二位二通、 二位 !“! 图 ! “ # “ !$单向阀 （%） 直通式；（&） 直角式 “ 阀体； ! “ 阀芯 图 ! “ # “ !(液控单向阀 （%） 结构图；（&） 阀的符号 “ 控制活塞； ! “ 锥阀芯 三通、 二位四通、 二位五通、 三位四通、 三位五通等类型。不同的位数和通数是由阀体上的沉割 槽和阀芯上台肩的不同组合形成的。将五通阀的两个回油口 )和 )!沟通成一个油口， )， 即 成四通阀。 图 ! “ # “ !*换向阀的工作原理 “ 阀芯； ! “ 阀体 按阀芯换位的控制方式分， 换向阀有手动、 机动、 电磁动、 液动和电液动等类型。 （

27、）“位” 数用方格数表示， 三格即三位。 （!） 在一个方格内， 箭头或堵塞符号 “!” 与方格的相交点数为油口通路数， 即 “通” 数。箭 头表示两油口连通， 但不表示流向；“!” 表示该油口不通流。 （#） 控制方式和复位弹簧的符号画在方格的两侧 （见图 ! “ # “ !+ 等） 。 !“ （!） “ 表示进油口， # 表示通油箱的回油口， $ 和 % 表示连接其他两个工作油路的油口。 （&） 三位阀的中格、 二位阀画有弹簧的那一格为常态位。二位二通阀有常开型和常闭型两 种， 前者常态位连通， 后者则不通。在液压原理图中， 换向阀的符号与油路的连接一般应画在 常态位上。 三位换向阀的中位

28、机能 三位阀常态位各油口的连通方式称为中位机能。中位机能不同， 中位时阀对系统的控制 性能也不相同。不同机能的阀， 阀体通用， 仅阀芯台肩结构、 尺寸及内部通孔情况有区别。 对中位机能的选用应从执行元件的换向平稳性要求， 换向位置精度要求、 重新启动时能否 允许有冲击、 是否需要卸荷和保压等多方面加以考虑。就常用类型举例如下： （(） ) 型： 油口全封。执行元件可在任意位置上被锁住， 换向位置精度高。但因运动部件 惯性引起的换向冲击较大。重新启动时因两腔充满油液， 故启动平稳。泵不能卸荷， 但系统能 保持压力 （因有泄漏， 保压是暂时的） 。 （*） + 型： 油口， 全通。换向平稳， 但冲

29、击量大， 换向位置精度低， 执行元件浮动， 重新启动 时有冲击， 泵卸荷， 系统不能保压。 其余型式的性能可以类推， 不再赘述。 ,几种常用的换向阀 （(） 机动换向阀。机动换向阀又称行程阀。它利用安装在运动部件上的挡块或凸轮， 压阀 芯端部的滚轮使阀芯移动， 从而使油路换向。这种阀通常为二位阀， 并且用弹簧复位。图 * - . - */ 所示为二位二通机动换向阀。在图示位置， 阀芯 * 在弹簧作用下处于左位， “ 与 $ 不连 通； 当运动部件上的挡块压住滚轮 ( 使阀芯移至右位时， 油口 “ 与 $ 连通。 图 * - . - */机动换向阀 ( - 滚轮； * - 阀芯； . - 弹簧

30、机动换向阀结构简单， 换向时阀口逐渐关闭或打开， 故换向平稳、 可靠， 位置精度高。常用 于控制运动部件的行程， 或快、 慢速度的转换。其缺点是它必须安装在运动部件附近， 一般油 管较长。 （*） 电磁换向阀。电磁换向阀是利用电磁吸引力操纵阀芯换位的方向控制阀。图 * - . - *0 所示为三位四通电磁换向阀的结构原理和符号。阀的两端各有一个电磁铁和一个对中弹 簧， 阀芯在常态时处于中位。当右端电磁铁通电吸合时， 衔铁通过推杆将阀芯推至左端， 换向 阀就在右位工作； 反之， 左端电磁铁通电吸合时， 换向阀就在左位工作。 图 * - . - *1 所示为二位四通电磁阀的符号， 图 * - .

31、- *12 为单电磁铁弹簧复位式， 图 * - . - .34 为电磁铁钢球定位式。二位电磁阀一般都是单电磁铁控制的， 但无复位弹簧的双电磁 铁二位阀由于电磁铁断电后仍能保留通电时的状态， 从而减少了电磁铁的通电时间， 延长了电 磁铁的寿命， 节约了能源； 此外， 当电源因故中断时， 电磁阀的工作状态仍能保留下来， 可以避 免系统失灵或出现事故， 这种 “记忆” 功能， 对于一些连续作业的自动化机械和自动线来说， 往 !“# 图 ! “ # “ !$电磁换向阀 % “ 插头组件； ! “ 电磁铁； # “ 阀体； & “ 阀芯； “ 定位套； ( “ 弹簧； ) “ 挡圈； $ “ 推杆； *

32、 “ 隔磁环； %+ “ 线圈； % “ 衔铁； %! “ 导套 往是十分需要的。 图 ! “ # “ !*二位四通电磁阀图形符号 （,） 单电磁铁弹簧复位式；（-） 电磁铁钢球定位式 电磁铁按所接电源的不同， 分交流和直流两种基本类型。交流电磁铁使用方便， 启动力 大， 但换向时间短 （约 +.+% / +.+)0） ， 换向冲击大， 噪声大， 换向频率低 （约 #+ 次1234） ， 而且当 阀芯被卡住或由于电压低等原因吸合不上时， 线圈易烧坏。直流电磁铁需直流电源或整流装 置， 但换向时间长 （约 +.% / +.%0） ， 换向冲击小， 换向频率允许较高 （最高可达 !&+ 次1234

33、） ， 而 且有恒电流特性， 当电磁铁吸合不上时， 线圈不会烧坏， 故工作可靠性高。还有一种本整型 （本 机整流型） 电磁铁， 其上附有二极管整流线路和冲击电压吸收装置， 能把接入的交流电整流后 自用， 因而兼有前述两者的优点。 上述电磁阀的阀芯皆为滑动式圆柱阀芯， 故这种电磁阀又称电磁滑阀。近年来出现了一 种电磁球阀， 它以电磁力为动力， 推动钢球来实现油路的通断和切换。与电磁滑阀相比较， 电 磁球阀具有密封性好， 反应速度快， 使用压力高和适应能力强等优点， 是一种颇具特色的换向 阀。电磁球阀的主要缺点是不像滑阀那样具备多种位通组合形式和多种中位机能， 故目前在 使用范围方面还受到限制。

34、（#） 电液换向阀。电液换向阀是由电磁换向阀和液动换向阀组成的复合阀。电磁换向阀 为先导阀， 它用以改变控制油路的方向； 液动换向阀为主阀， 它用以改变主油路的方向。这种 阀的优点是可用反应灵敏的小规格电磁阀方便地控制大流量的液动阀换向。 图 ! “ # “ #+,、 -、 5 为三位四通电液换向阀的结构简图、 图形符号和简化符号。当电磁换 向阀的两电磁铁均不通电时 （图示位置） ， 电磁阀芯在两端弹簧力作用下处于中位。这时电液 换向阀两端的油经两个小节流孔及电磁换向阀的通路与油箱 （6） 连通， 因而它也在两弹簧的 作用下处于中位， 主油路中， 7、 8、 9、 6、 油口均不相通。当左端电

35、磁铁通电时， 电磁阀芯移至右 !“# 图 ! “ # “ #$电液换向阀 端， 由 % 口进入的压力油经电磁阀油路及左端单向阀进入液动换向阀的左油腔， 而液动换向阀 右端的油则可经右节流阀及电磁阀上的通道与油箱连通， 液动换向阀即在左端液压推力的作 用下移至右端， 即液动换向阀左位工作。其主油路的通油状态为 % 通 &， 通 (； 反之， 当右端 电磁铁通电时， 电磁阀芯移至左端时， 液动换向阀右端进压力油， 左端经左节流阀通油箱， 阀芯 移至左端， 即液动换向阀右位工作。其通油状态为 % 通 ， & 通 (。液动换向阀的换向时间可 由两端节流阀调整， 因而可使换向平稳， 无冲击。 若在液动换

36、向阀的两端盖处加调节螺钉， 则可调节液动换向阀芯移动的行程和各主阀口 的开度， 从而改变通过主阀的流量， 对执行元件起粗略的速度调节作用。 （)） 手动换向阀。手动换向阀是用手推杠杆操纵阀芯换位的方向控制阀。按换向定位方 式的不同， 手动换向阀有钢球定位式和弹簧复位式两种 （图 ! “ # “ #*） 。当操纵手柄的外力取 消后， 前者因钢球卡在定位沟槽中， 可保持阀芯处于换向位置； 后者则在弹簧力作用下使阀芯 自动回复到初始位置。 手动换向阀结构简单， 动作可靠， 有的还可人为地控制阀口的大小， 从而控制执行元件的 速度。但由于需要人力操纵， 故只适用于间歇动作且要求人工控制的场合。使用中需

37、注意的 是： 定位装置或弹簧腔的泄漏油需单独用油管接入油箱， 否则漏油积聚会产生阻力， 以致不能 换向， 甚至会造成事故。 三、 压力控制阀 在液压系统中， 控制液体压力的阀 （溢流阀、 减压阀等） 和控制执行元件及电气元件等在某 一调定压力下动作的阀 （顺序阀、 压力继电器等） ， 这些阀统称为压力控制阀。这类阀的共同特 点是， 剩用作用在阀芯上的液体压力和弹簧力相平衡的原理来进行工作的。 !“# 图 ! “ # “ #$手动换向阀 （%） 、（&） 弹簧复位式；（） 、（(） 钢球定位式 $ “ 手柄； ! “ 阀芯； # “ 弹簧 $溢流阀 溢流阀有多种用途， 主要是在溢去系统多余油液的

38、同时使泵的供油压力得到调整并保持 基本恒定。 溢流阀按其结构原理分为直动式和先导式两种： （$） 直动式溢流阀。直动式溢流阀是依靠系统中的压力油直接作用在阀芯上与弹簧力相 平衡， 以控制阀芯的启闭动作的溢流阀。图 ! “ # “ #!% 为一低压直动式溢流阀， 图 ! “ # “ #! 是该阀的图形符号。进油口 ) 的压力油经阀芯 # 上的阻尼孔 % 通入阀芯底部， 当进油压力较 小时， 阀芯在弹簧 ! 的作用下处于下端位置， 将进油口 ) 和与油箱连通的出油口 * 隔开， 即不 溢流。当进油压力升高， 阀芯所受的油压推力超过弹簧的压紧力 +,时， 阀芯抬起， 将油口 ) 和 * 连通， 使多

39、余的油液排回油箱， 即溢流。阻尼孔 % 的作用是提高阀工作的平稳性， 减小油压 的脉动， 弹簧的压紧力可通过调整螺母 $ 调整。 当通过溢流阀的流量变化时， 阀口的开度也随之改变， 但在弹簧压紧力 +,调好以后作用 于阀芯上的液压力 - . +,/0 （0 为阀芯的有效作用面积） 。因而， 当不考虑阀芯自重、 摩擦力和 液动力的影响时， 可以认为溢流阀进口处的压力 - 基本保持为定值。故调整弹簧的压紧力 +,， 也就调整了溢流阀的工作压力 -。 若用直动式溢流阀控制较高压力或较大流量时， 需用刚度较大的硬弹簧， 结构尺寸也将较 大， 调节困难， 油的压力和流量的波动也较大。因此， 直动式溢流阀

40、一般只用于低压小流量系 统， 或作为先导阀使用。 （!） 先导式溢流阀。先导式溢流阀由先导阀和主阀两部分组成。在图 ! “ # “ #% 中， 此溢 流阀由两部分组成， 一部分是由带阻尼孔 1 的阀芯 2 组成的主阀部分； 另一部分是由锥阀 ! 及 弹簧 $3 组成的压力调节部分。当高压油从进油口 $4 流入油腔的压力超过弹簧 $3 的预调压 力时， 由油腔 $ 经阻尼孔 1、 油腔 $! 进入的高压油将锥阀 ! 顶开， 油液经阀芯 2 中心孔流出， 油腔 $ 和 $! 之间由于阻尼孔 1 的作用产生压力差， 使阀芯 2 上移， 将进油腔 $ 和回油腔 5 沟 通， 主阀开始溢流。若将外控口

41、$6 与远程调压阀连接， 则可进行远程调压， 但必须注意， 此时 应把调压弹簧 $3 调到压紧状态。外控口如果与油箱连接， 此时油泵处于卸荷状态， 即油泵处 !“# 于空载运转。 图 ! “ # “ #!直动式溢流阀 $ “ 调整螺母； ! “ 弹簧； # “ 阀芯 图 ! “ # “ #先导型溢流阀 $ “ 油腔； ! “ 锥阀； #、 % “ 阀座； & “ 先导阀体； “ 主阀体； ( “ 阻尼孔； ) “ 阀芯； * “ 回油腔； $+ “ 进油口； $ “ $! “ 油腔； $# “ 螺杆； $& “ 弹簧； $ “ 外控口 图 ! “ # “ #, 是先导式溢流阀的图形符号。 溢流

42、阀在液压系统中的应用如下： （$） 调压溢流。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或调速阀， 使泵油的一部分进入液压缸工作， 而多余的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。调节弹簧的压紧力， 也就调节了系统的工作压力。因此， 在这种情况下溢流阀的 作用即为调压溢流， 如图 ! “ # “ #&- 所示。 （!） 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需打开， 以保障系统的安全。因此， 这种系统中 的溢流阀又称做安全阀， 它是常闭的， 如图 ! “ # “ #&, 所示。

43、!“# （!） 使泵卸荷。采用先导式溢流阀调压的定量泵系统， 当阀的外控口 “ 与油箱连通时， 其 主阀芯在进口压力很低时即可迅速抬起， 使泵卸荷， 以减少能量损耗。图 # $ ! $ !%& 中， 当电 磁铁通电时， 溢流阀外控口通油箱， 因而能使泵卸荷。 （%） 远程调压。当先导式溢流阀的外控口 （远程控制口） 与调压较低的溢流阀 （或远程调压 阀） 连通时， 其主阀芯上腔的油压只要达到低压阀的调整压力， 主阀芯即可抬起溢流 （其先导阀 不再起调压作用） ， 即实现远程调压。图 # $ ! $ !% 中， 当电磁阀不通电右位工作时， 将先导溢 流阀的外控口与低压调压阀连通， 实现远程调压。

44、 图 # $ ! $ !%溢流阀的应用 （(） 调节溢流；（)） 安全保护； （&） 使泵卸荷；（） 远程调压 #顺序阀 顺序阀在液压系统中犹如自动开关。它以进口压力油 （内控式） 或外来压力油 （外控式） 的 压力为信号， 当信号压力达到调定值时， 阀口开启， 使所在油路自动接通， 故结构和溢流阀类 同， 且也有直动式和先导式之分。它和溢流阀的主要区别在于： 溢流阀出口通油箱， 压力为零； 而顺序阀出口通向压力的油路 （卸荷阀除外） ， 其压力数值由出口负载决定。 图 # $ ! $ !*( 所示为螺纹连接型直动式顺序阀。外控口 “ 用螺塞堵住， 外泄油口 + 通油 箱。压力油自进油口 ,-

45、， 通入， 经阀体上的孔道和下盖上的阻尼孔流到控制活塞的底部， 当其 推力能克服阀芯上的调压弹簧阻力时， 阀芯上升， 使进、 出油口 ,-和 ,#连通， 压力油便从阀口 流过。经阀芯与阀体间的缝隙进入弹簧腔的泄油从外泄口 + 泄入油箱。这样一种油口连通 情况的顺序阀， 称为内控外泄顺序阀， 其符号见图 # $ ! $ !*)。 将图 # $ ! $ !*( 中的下盖旋转 ./0或 -1/0安装， 切断进油流往控制活塞下腔的通路， 并去 除外控口的螺塞， 接入引自它处的压力油 （称控制油） ， 便成为外控外泄顺序阀， 符号见图 # $ ! !“# 图 ! “ # “ #$直动式顺序阀 % “ 下

46、盖； ! & 控制活塞； # “ 阀芯； “ 阀体； $ “ 上盖； ( “ 调压螺钉 “ #$)。一般情况下， 调压弹簧预压缩量可调得很小， 使控制油压较低时便可开启阀口， 且与进 口压力无关。 若再将上端盖旋转*+,安装， 还可使弹簧腔与出油口 - 相连 （阀体上开有沟通孔道， 图中未 剖出） ， 并将外泄口 . 堵塞， 便成为外控内泄顺序阀， 符号见图 ! “ # “ #$/。外控内泄顺序阀只 用于出口接油箱的场合， 常用以使泵卸荷， 故又称卸荷阀。 直动式顺序阀设置控制活塞的目的是缩小进口压力油的作用面积， 以便采用较软的弹簧 来提高阀的 0 “ 1 性能。这种直动式顺序阀的最高工作压

47、力可达 %234， 最高控制压力为 5234。对性能要求较高的高压大流量系统， 需采用先导式顺序阀。 先导式顺序阀的结构与先导式溢流阀大体相似， 其工作原理也基本相同， 这里不再详述。 先导式顺序阀同样也有内控外泄、 外控外泄和外控内泄等几种不同的控制方式以备选用。 #减压阀 减压阀主要用于降低系统某一支路的油液压力， 使同一系统能有两个或多个不同压力的 回路。例如当系统中的夹紧支路或润滑支路需要稳定的低压时， 只需在该支路上串联一个减 压阀即可。 按工作原理， 减压阀亦有直动式和先导式之分。直动式减压阀在系统中较少单独使用。 采用直动式结构的定差减压阀仅作为调速阀的组成部分使用。先导式减压阀

48、则应用较多。图 ! “ # “ #( 所示为一种先导式减压阀的典型结构， 它能使出口压力降低并保持恒定， 故称定值 输出减压阀， 通常简称减压阀。 图 ! “ # “ #( 中， 压力油由阀的进油口 3%流入人， 经减压口 6 减压后由出油口 3!流出。出 口压力油经阀体与端盖上的通道及主阀芯内的阻尼孔 7 引入到主阀芯的下腔和上腔， 并以出 口压力作用在先导阀上。当出口压力低于先导阀的调定压力时， 先导阀关闭， 主阀芯上、 下两 腔压力相等， 主阀芯被弹簧压在最下端， 减压口开度 8 为最大值。压降最小， 阀处于非工作状 态。当出口压力达到先导阀的调定压力时， 先导阀被打开， 主阀弹簧腔的泄油便由泄油口 . 流往油箱， 在主阀芯阻尼孔内形成流动， 使主阀芯两端产生压力差， 主阀芯便在此压力差作用 !“# 下克服弹簧阻力抬起， 减压口开度 ! 值减小， 压降增加， 引起出口压力降低， 直到等于先导阀调 定的数值为止。出口压力若由于外界干扰而变动时， 减压阀将会自动调整减压口开度 ! 来保 持调定的出口压力数值基本不变。 图 “ # $ # $%先导式减压阀结构 & # 端盖； “ # 主阀芯； $ # 阀体； # 先导阀芯； (&# 进油口； (“# 出油口； ) 一外控口； *# 泄油口 在减压阀出口油路的油液不再流动的情况下 （如所连的夹