什么是液压阀——与学习液压的朋友们交流.pdf

Hv d r a ul i c s Pn e uma t i cs S ea l s ／ No ． 1 1 ． 2 01 2 什么是液压阀 与学 习液压的朋友们交流 张海平 上海h p z h a n g 8 5 6 s i n a ． a l 1 摘要 该文指出 ， 液压 阀就是一个“ 其液 阻可调 的装置” ， 液压阀名称 ， 特别是中文名称中有很多不精确 ， 因此 ， 学习 了解液压阀不能仅 从名称和 图形符号 ， 而是要研究 其结构 和测试 曲线 ， 来 了解其功能和特性 。 关键词 液压阀 中图分类 号 T H1 3 7 ． 5 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 2 1 1 - 0 0 0 1 0 3 W h a t i s Hy d r a u l i c Va l v e s Z HANG Ha i - pi n g S h a n g h a i ， h p z h a n g 8 5 6 s i n a ． c n Ab s t r a c t T h i s a r t i c l e p o i n t e d o u t t h a t h y d r a u l i c v a l v e s a r e a c t u a l l y t h e c o mp o n e n t s t h a t t h e i r h y d r a u l i c r e s i s t a n c e a r e c h a n g e a b l e ， t h e r e a r e ma n y n a me o f h y d r a u l i c v a l v e s n o t S O a c c u r a t e ， S O ， t o l e a r n t h e f u n c t i o n o f a h y d r a u l i c v a l v e s h o u l d n o t o n l y f r o m i t s n a me a n d g r a p h i c s y mb o l ， b u t a l s o fro m i t s s t r u c t u r e a n d me a s u r e c u r v e s ． Ke y wo r d s h y d r a u l i c v a l v e s U 日 IJ百 国家标准 G B ／ T 1 7 4 4 6 1 9 9 8 流体传动系统及元件 术语 集 译 自 I S O 5 5 9 8 1 9 8 5 中定义 “ 阀用来调 节流体传 动回路中流体方向 、 压力 、 流量的装置 。” I S O 5 5 9 8 2 0 0 8保持 了这一定义。 这个 提 法 只说 到 了阀 的用 途 ， 或 者说 是 良好 愿 望 。 愿望 ， 尽管良好 ， 却不一定能实现 。 笔者认 为 ， 液压 阀 ， 本质 上来说 ， 只是 一个 “ 其 液阻可 调的装置” ， 仅此而已， 不多也不少。 所有的液压阀都必须 能做到“ 调节液阻” ， 而且也只能做这件事 ， 无一例外。 从这个本质出发 ．就能够 比较容易并且全面地理 解液压 阀 ， 特别是 ， 工程机械 中的一些组合阀 、 一些结 构复杂的液压阀 ， 在实际液压系统 中， 在不同工况下可 能有的种种效应和现象 。 1 分析新定义 的含意 1 就 像 电 阻是 对 电流 的阻 力 一 样 ， 所 谓 “ 液 阻 ” ， 就是对液体流动的阻力。所以， 液压 阀必须具有至少一 条液 流通 道 。 2 要有一条液流通道 ， 那就至少要有两个液流的 通 口。一根液压软管 ． 有两个通 口， 可形成一条液流通 收 稿 日期 2 0 1 2 0 5 1 1 作者简 介 张海平 1 9 4 7 一 ， 男， 江西湖 口人 ， 博士 ， 主要从事液压 技术方 面的工作。 道 。 用力挤压液压软管 ， 可以改变液流通道的液阻 ， 理论 上也可以算作一个液压阀节流阀。 只是现代液压技 术 使 用 的高 压 软管 如此 之 硬 ， 挤压 软 管如 此 费力 ， 并 且 会大大降低软管寿命 ， 一般情况下都不使用这个方法。 有教科书把压力开关 也称压力继电器 归入液压 阀类 ， 这是思维混乱 。压力开关只有一个液体端 口， 不 能构成一条液流通道 ， 不能开关液压量。它只能根据压 力状况 ， 输出电信号 ， 和压力传感器 同属一大类 ， 只是 一 个输 出开关量， 一个输出模拟量而已。而且现在已经 出现 了实质上是压力传感器 ，同时带有可调 的开关信 号工作点的所谓数字式压力开关 ，压力开关 和压力传 感器之间已没有截然 的界限了。所 以， 压力开关不应该 归入液压阀。 而应该归人压力检测仪器。 3 液压 阀都有至少一个阀体 和至少一个阀芯 ， 基 本上都是通过 阀芯在阀体中的相对移动所形成的开口 变化 来改 变 液阻 的 。通道 封 闭 ， 即液 阻无 穷大 。通 道全 开 ， 即液 阻接 近零 。 目前仅有的例外 ， 是使用 “ 电流变” 液体 的控制阀。 这种阀不需要 阀芯 ， 仅仅通过对液流通道施加电场 ， 改 变“ 电流变” 液体的粘度 ， 就能影响液阻， 起到与改变开 口同样 的作用 。这项技术 ， 一旦全面进入实用阶段 ， 会 对 整个 液 压技 术 带来 颠 覆性 的变化 。只是 这项 研 究 已 进行了几十年 了， 目前仅有极少量的试制样 品， 什么时 候 。 能否进入实用阶段还很难说。 1 液 压 气 动 与 密 封 ／ 2 0 1 2年 第1 1期 所 以 ， 在 以下 的讨 论 中 ， 不把 液 压软 管 和 “ 电流 变 ” 液 压控 制 阀考虑在 内 。 4 液压阀与压力介质相连接 的端 口， 可 以分为通 口和控制口 可能有持续 的工作流量通过的端口， 称为通 口。液 压 阀 至少有 两 个通 口。在 工作 时 ， 至 少有 一 个是 进 口 ， 一 个是 出 口。 由于液 流通 道 多少 总是 有 些液 阻 ． 所 以 ， 在 有液 流时 ， 出 口的压力 总是 低于进 口。但进 出 口并 非 始终固定不变 ， 完全可能交换。 没有持续工作流量通过的端口， 称为控制 口。一般 是盲 口， 仅与弹簧腔或阀芯端面连通 。主要是为了引入 压力信号 ， 推动阀芯。有些控制口有时会有极少量先导 液 流或 泄漏 流量持续 通过 。 5 说 液 压 阀 是一 个 “ 液 阻 可 调 的装 置 ” 而 不 提 其 用 途 控 制压 力流 量 方 向 ，不是 故 意为 了和 国标 唱 反调 ， 而是为了突出 ， 一个液压阀能否调节液压 回路 中 流体的方向、 压力或流量 ， 还取决于 回路 中其它部件 的 状态。比如说 ， 泵根本没有运转 ， 或另有一旁路通油箱 ， 那 么无论 怎样 调节溢 流 阀 ， 也 无法调 节压 力 。 6 液 压 阀芯 是 一 个 机 械 部 件 ， 只 服 从 力 平 衡 原 则。阀芯在且只在外力的作用下移动， 停 留在这些力平 衡 的位 置 。 所导 致 的液 流 通道 的形状 和开 口的大 小 液 阻 。就 和 系统 中其他元 件 的状态 一 起 决定 液 流 的 方 向 、 流 量 ． 从 而 影 响 系统 某 部 分 的 压 力 、 执 行 器 的运 动和停 止 。 在液压技术中经常使用的提法 流量 阀 、方向 阀， 指的仅是这些阀的功能或用途 可以用于控制流量 或流动方向。液压 阀芯本身并不能直接感知流量和流 动 的方 向。流 量 和流 动方 向是通 过 节流 口产 生 的压差 间接地来 影 响阀芯 位置 的 。 7 有些阀芯 ， 受外部作用力作用 ， 如手动力 、 机动 力 、 气压力 、 液压力或 电磁力 ； 有些 阀芯则 也受或仅受 内部物理量 ， 如一个或多个压力 、 弹簧力或摩擦力的作 用 。在 现代 液 压技 术 中 ， 阀 芯 的重量 相 对这 些 力 ， 往往 小得多 ， 通常都可以忽略不计。但其惯量， 对动态过程 、 响应速 度 的影响却 往往 是不 可不考 虑 的 。 8 阀芯的移动 ， 都有两个极 限位置 ， 一般都是通 过 机械 结构 来 限定 的 。 液 压 阀可分 为开关 阀和 连续 调节 阀 。 开关阀的阀芯在正常工作时，大多都停 留在极限 位置 ． 或利用弹簧力平衡 的某一个 中间位置。如不能达 到这些位置 ． 则往往是非正常工作状态 ， 也是值得关注 的。单向阀、 换向阀一般都是开关 阀。 连续调节 阀的阀芯 ， 在正常工作时 ， 一般都应该可 ’ 以停 留在任 意 中间位置 ， 而非 极 限位置 。如 不能 稳定地 停留在 中间位置 ， 则这个 阀， 或系统就会不稳定。流量 阀、 压力阀一般都是连续调节阀。 9 在 学 校 学 习 液压 阀 。 为 了简 化 ， 往 往 只考 虑 液 压 阀 处于 理想 工作 状 况 时 的表现 和 特性 ，这 对 初学 者 是可以的。但是 ， 作为一个工程师 ， 特别是液压系统的 设计师 ， 不仅要考虑液压 阀在正常工作时的情况 ， 也要 考 虑这 些 阀在 非 正常 工作 条 件下 的 表现 ， 还 要 考虑 到 ， 在系统 中某些元件没有正常工作时 ， 液压 阀、 乃至整个 系统会 出现的状况 。这样 ， 才能提 高系统 的可靠性 、 安 全性 ， 减少事故。 1 O 要想真正了解液压 阀 ， 就决不能被那些 阀的 名称 ， 特别是中文名称所迷惑。因为， 我们现在经常使 用 的液 压 阀名 称往 往 是从 不 同 的角 度来 命名 的 ，有 不 少 是名不 符实 的 。 ①溢流阀说的是现象“ 溢流” 。减压阀 ， 说的是 其功能 ， 其实两者都是 限压 ， 溢流阀限制进 口压力 ， 减 压阀则 只能限制出 口压力 ， 不一定减低压力 ， 如果进 口 压力低于其设定压力， 减压阀就起不了减压作用 ； ②调速 阀，说 的是打算 打算用它来调节运动速 度 ， 实 际上 ， 它 能 调节 的仅仅 是 流量 ， 并 不 能直 接 调速 ， 而且 。 只有在进出 口之间的压差超过最低工作压差时 ， 才能起调节流量的作用 ③节流阀只是能改变液阻而已， 不一定能节制流量 ； ④平衡阀也不是用来保持平衡 的； ⑤压力补偿阀其实并不能补偿压力， 而是消耗压力； ⑥“ 压力切断” 其实还是限压， 指的是在闭式回路 中， 通过降低泵的排量来避免持续过高的压力 ， 因为， 如持续 通 过溢流 阀溢 出 ， 就会 造成不必要 的能耗和油液 过热 ； ⑦定差溢流阀 、定差增压阀常被笼统称为定差减 压 阀 ⑧ “ 比例阀 p r o p o i o n v a l v e ” 一词在欧美也被混 用 了． 一是指可无级连续调节 ， 可停 留在任意 中间位置 的 阀 ， 相 对开 关 阀而 言 ， 一 是 指 电 比例 阀 ， 阀 的控 制 量 与输入的电流 电压 成比例 。 这些 名称 只是表 象 、 或 一个 美 好 的愿 望 、 甚 至一 个 翻译错误而已。 愿望不一定就能实现。 翻译错误要靠独 立思考来识别。 一 个术语名不符实， 还可以约定俗成。但多个术语 名不符实 ． 就会给初学者带来困惑。 一 些教科书中， 把插装阀和 电 比例阀并在一章介 绍， 这就像把江西人和运动员归为一类一样逻辑混乱。 1 1 阀的分类。在国内液压技术中经常使用的提 法三大类 阀 压力 阀、 流量阀 、 方向阀。其 中， 方 向 Hv d r a u l i c s P n e u ma t i c s S e a l s ／ No ． 1 1 ． 2 0 1 2 阀包括了换向阀和单向阀。其实 ， 在欧美都不使用三大 类阀这一提法 ， 而是把液压阀分为压力 阀 、 流量阀 、 换 向阀 和单 向阀这 四大类 ，根 本没 有 一个 对 应 中文 术语 中“ 方向阀” 这 么一个包含单向阀和换向阀的术语 。例 如 ，在 I S O 5 5 9 8 流体传动系统及元件术语1 1 9 8 5版 中 ， d i r e c t i o n a l c o n t r o l v a l v e 4 ． 1 和 n o n r e t u r n v a l v e 单向阀 4 ． 2 是并列的。所以， G B ／ T 1 7 4 4 6 1 9 9 8根据字 面意思将 d i r e c t i o n a l c o n t r o l v a l v e直译成方 向阀 ． 是错 误 的 ，应 该 译 成“ 换 向 阀 ” 。 笔 者 查 阅 了 I S O 6 4 0 3和 R e x r o t h公 司 、 E A T O N公 司 、 P a r k e r 公 司 、英 国 S t e r l i n g 公司 、英国 I n t e g r a t e d H y d r a u l i c等公司的产品样本 ， 其 中 d i r e c t i o n a l c o n t r o l v a l v e和 c h e c k v a l v e n o n r e t u r n v a l v e 都是并列的。 其实 ， 液 压 技 术发 展 至 今 ， 已经 出现 了很 多 种类 的 液压阀 ， 特别是工程机械中 ， 有很多复合阀。它们具有 多 种 功能【 l J ， 相 互 间 已没 有 截然 的界 限 了。因此 ， 不 能再 拘 泥 于 目前 的功能 分类 。例 如 ①节流阀通常被归为流量阀 。而单向节流阀的功 能 则介 于 流量 阀与单 向阀之 间 ②顺序阀与溢流阀的功能结构差别不大 ，与液控 换 向 阀也无 截 然 的差别 ③ 比例节流阀与比例换 向阀间也无明显界限 ； ④液压逻辑元件最初得名 ，是 因为它只能够实现 简单的开和关 ， 就如逻辑判断中的是和非。但以后又发 展出 ， 结构相近 、 阀芯能够停 留在开和关之间的任意位 置 ， 以实现 压力 和流 量 的连续 调 节型 。还 是称作 液 压逻 辑 元件 ， 虽 然 已经名 不符 实 了 。而调节 型 逻辑 元件 与定 压 差 阀在结 构 与功 能上 都很 相近 。 有 些 阀 同时具 有几 个功 能 ①单 向阀被归入方向阀，但也可被用作为低压不 可 调 的溢 流 阀 ②许多减压阀都同时含有溢流功能 墨 平衡阀是溢流阀、 节流阀和单向阀三合一的组合阀。 图 1 在 一 定程 度 上 反 映 了这些 阀在 功能 上 的 “ 剪 不断 ， 理还乱” 的关系。 匪委圃 压蛋囫 方向阀 换 向阀 I 电液换向阀 I 电磁换向阀 I 电磁 ] 业 单向 流阀 逻 辑 型 I 颦 丝 堡 l 丝 二 ]皇 塑 E 三 I， ] 元 件 I 调 节 型I 堕 壁 I 一 一 一 一 1 皇 堇 1 ．L 辫 丽 I 压力阀 三通流量调节阀 图 1 一些液压阀在功 能上 的相近关 系 流量阀 l 阀分类 的观念要适应现代液压 ，特别是 以螺纹插 装 阀为 代 表 的多 品 种 多功 能 的状 况 。在 I S O 5 5 9 8 F l u i d p o w e r s y s t e ms a n d c o m p o n e n t s V o c a b u l a r y 2 0 0 8版中干脆取消了这些分类 。而是简单地按名称排 列 ． 大概 也是基 于 这个原 因吧 。 笔者希望在此再次强调 ①分类只是为了梳理现状， 以便于学习， 只能作为 学习的起点 ． 决非学习的终点 ， 决不能僵化死守分类而 阻 碍 了创新 ； ②任何分类都是不完善的。因为，在现实中总存 在 ， 或者会 出现 ， 介于两类之间的品种。而这非马非驴 往往由于吸取 了两类的优点或摒弃 了两类 的弱点而特 别 有生 命 力 。 1 2 液压阀的图形符号大致反映了阀的工作原 理 ， 比名称要有用得多。但是 ， 必须看到 ① 有些产 品样本上提供 的图形符号是简化 了的， 从 中并 不 能看 出 阀的工作 原理 ②有些产品样本上的图形符号并没有执行国际标 准 I S 01 2 1 9 ③ 也有些 国际知名公 司产品样本上的图形符号 ， 根本就 是 画错 了 的。 另外 ， 图形符号并不能反映阀的动作细节。靠图形 符号也不能看出阀可能的出错部位 。 1 3 因此， 要完全理解一个液压阀。 特别是复合阀的 功能，不要先去看各个部分，是溢流阀还是所谓 “ 调速 阀” ， 而是首先要把它当作一个机械零件。根据 产品样本 提供的请0 面图仔细 了解它的结构 ， 了解作用在阀芯上有 哪些力 ， 这些 力又 是从何 而来 ， 受何 影 响的 ， 从 而理解 它 的动作原理。然后 ， 才能把它当作是一个流体技术元件， 了解它对压力和流量的控制功能 ， 了解其功能的局限性。 2 结束语 认 识 及选 用液 压 阀要 面 向实 际应用 。先定 性 ， 再 定 量 ， 最 后 还 要注 意 细节 ， 否则 是 达不 到完 美 的 。具体 来 说 ， 大体就是这么几步 1 通 过 阀的结 构来 了解 阀 的功能 ； 2 通 过 阀的 特性 曲线来 认识 阀 的特性 ； 3 根据应用的要求来选择恰当的产品 4 根据样机测试结果来确认所选择的阀的适用性。 参 考 文 献 【 1 】 张海平． 液压螺纹插装阀【 M 】 ． 北 京 机械工业 出版社 ， 2 0 1 1 [ 2 ] G B ／ T 1 7 4 4 6 1 9 9 8 ， 流体传动系统及元件术语集[ S ] ． [ 3 ] I S O 5 5 9 8 1 9 8 5 ， F l u i d p o w e r s y s t e ms a n d c o mp o n e n t s [ S ] ． [ 4 ] I S O 5 5 9 8 2 0 0 8 ， F l u i d p o w e r s y s t e ms a n d c o mp o n e n t s [ S ] ． 3 ● 一 分