《液压与气动技术》电子教案 第10单元课液压控制元件概述方向控制阀.docx
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《液压与气动技术》电子教案第10单元课液压控制元件概述方向控制阀
第10单元课:
液压控制元件概述、方向控制阀
授课
班级
授课
周次
5-2
上课
日期
上课
时间
单元
学时
2
上课
地点
教研室主任审核
教学
目标
能力目标
知识目标
素质目标
1.能够明确液压控制元件的基本作用;
2.能够独立分析单向阀和换向阀的工作原理;
3.能够对单向阀和换向阀的常见故障进行诊断和排除。
1.掌握液压控制元件的基本要求和液压控制元件的分类;
2.掌握方向控制阀的分类;
3.掌握换向阀的工作原理和三位阀的中位机能;
4.换向阀常见故障及排除方法。
1.培养学生善于分析、归纳总结、知识获取和应用的自主学习能力;
2.培养学生树立乐学善用的意识;
3.培养学生团队协作和分工合作的职业素质;
4.培养学生树立新时代的新发展理念。
能力
训练
设计
任务1:
液压控制元件概述
任务2:
单向阀
任务3:
换向阀
重点
难点
及
解决
方法
重点:
1.液压控制元件的基本要求和液压控制元件的分类。
2.方向控制阀的分类。
3.换向阀的工作原理和三位阀的中位机能。
4.换向阀常见故障及排除方法。
难点:
1.液压控制元件的基本要求和液压控制元件的分类。
2.换向阀的工作原理和三位阀的中位机能。
3.换向阀常见故障及排除方法。
解决方法:
采取学生自主学习、小组讨论,教师演示讲解,学生实践,教师指导,学生完善、教师总结归纳的方法。
使用
外语
单词
方向控制阀(Directionalcontrolvalve);单向阀(Checkvalve)
换向阀(Reversingvalve);中位机能(Medianfunction)
教学材料
1.采用的教材
《液压与气动技术》(第五版),张宏友主编,大连理工大学出版社,2018.2.
2.参考资料
(1)《液压与气压传动》(第5版),左健民,机械工业出版社,2016.4.
(2)《液压与气动技术》,周进民,机械工业出版社,2012.12.
(3)《液压气动识图300例》,宁辰校,化学工业出版社,2013.7
3.所需仪器和设备
(1)多媒体教室
(2)液压实验台
(3)各种液压元件
步骤
名称
教学内容及能力/知识
目标
教师活动
学生活动
时间分配(分)
课内外
引入
展示上节课的任务成果;设置本节课的项目情境;向学生介绍本单元课的教学目标、重点和难点。
教师观看学生展示上节课理实作业项目成果,并对其存在的问题予以纠正;公布上节课项目考核成绩教师提问。
学生听讲、思考
10
课内
讲解
任务训练
液压控制元件概述
能力目标:
能够明确液压控制元件的作用。
知识目标:
1.掌握对液压控制元件的基本要求;
2.掌握液压控制元件按不同形式的分类。
讲解液压控制元件达到作用、基本要求和分类。
学生认真听讲、积极思考和相互讨论理解液压控制元件的作用。
10
课内
讲解
任务训练
单向阀
能力目标:
能够明确单向阀在液压系统中的作用。
知识目标:
1.掌握普通单向阀的结构特点和工作原理;
2.掌握液控单向阀的结构特点和工作原理。
借助图片、动画和实物讲解普通单向阀和液控单向阀的结构特点和工作原理。
学生听讲、积极思考并相互讨论普通单向阀和液控单向阀的工作原理。
20
课内
讲解
任务训练
换向阀
能力目标:
1.能够明确换向阀的工作原理;
2.能够对其常见故障进行诊断和排除。
知识目标:
1.掌握换向阀的结构特点、工作原理及中位机能;
2.掌握几种常用的换向阀,故障诊断和排除。
借助图片、视频和实物讲解换向阀的结构特点、工作原理、中位机能及常见故障的诊断与排除。
学生听讲、认真思考并拆装换向阀,注意观察换向阀的内部结构。
40
课内
总结
归纳
点评
总结本节课的教学内容,强调重点和难点,掌握本节课的重点知识点和技术实践。
教师讲解,总结本节课教学内容,强调重点和难点,并进行课程思政。
学生听讲,可提出问题,师生互动
5
课内
布置作业
布置作业
教师讲解作业要求
学生记录
5
课内
理实
作业
1.作业:
P108第2题,绘制指定方向阀的简化符号;2.完成相应内容测试。
课后
反思
课上采用视频动画辅助教学,学生对单向阀和换向阀的结构特点和工作原理掌握较好。
引入新课
一、复习和成果展示
1.知识点回顾
(1)液压缸各部分结构的特点和作用。
(2)液压马达的工作原理、主要性能参数。
(3)液压马达按结构形式不同的分类。
(4)液压执行元件的常见故障及排除方法。
2.成果展示
由21-25号学生展示第9单元课的理实作业,老师点评,纠正错误点。
二、项目情境
小王去液压元件店购买了普通单向阀、液控单向阀和各类的换向阀,但小王对其内部结构特点和工作原理不太清楚。
通过本节课的学习,我们来帮助小王解决这个问题。
三、教学要求
1.教学目标
(1)掌握液压控制元件的基本要求和液压控制元件的分类。
(2)掌握方向控制阀的分类。
(3)掌握换向阀的工作原理和三位阀的中位机能。
(4)了解换向阀常见故障及排除方法。
2.重点和难点
(1)液压控制元件的基本要求和液压控制元件的分类。
(2)方向控制阀的分类。
(3)换向阀的工作原理和三位阀的中位机能。
(4)换向阀常见故障及排除方法。
教学设计
任务1:
液压控制元件概述
一、相关知识
液压控制阀是液压系统的控制元件,其作用是控制和调节液压系统中液体流动的方向、压力的高低和流量的大小,以满足执行元件的工作要求。
1.对液压控制元件的基本要求
(1)动作灵敏、使用可靠,工作时冲击和振动小,使用寿命长。
(2)油液通过液压控制阀时的压力损失小。
(3)密封性能好,内泄漏少,无外泄漏。
(4)结构简单紧凑,体积小。
(5)安装、维护、调整方便,通用性好。
2.液压控制元件的分类
(1)按用途分
液压控制阀可分为方向控制阀、压力控制阀和流量控制阀。
这三类阀还可根据需要互相组合成为组合阀,以使结构紧凑,连接简单,并可提高效率。
(2)按控制原理分
液压控制阀可分为开关阀、比例阀、伺服阀和数字阀。
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液压控制阀。
比例阀和伺服阀能根据输入信号连续地或按比例地控制系统的参数。
数字阀则用数字信息直接控制阀的动作。
(3)按安装连接形式分
1)管式连接
管式连接又称螺纹式连接,阀的油口用螺纹管接头或法兰和管道及其他元件连接,并由此固定在管路上,适用于元件较少的简单系统。
2)板式连接
阀的各油口均布置在同一安装面上,并用螺钉固定在与阀有对应油口的连接板上,再用管接头与管道及其他元件连接。
板式连接方便,应用较广。
3)叠加式连接
阀的上下面为连接结合面,各油口分别在这两个面上,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。
阀相互叠装便构成回路,无须管道连接,故结构紧凑,压力损失很小。
4)插装式连接
这类阀无单独的阀体,由阀芯、阀套等组成的单元插装在插装块体的预制孔中,用连接螺纹或盖板固定,并通过块内通道把各插装式阀连通组成回路,插装块体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、实践训练
1.任务下达
(1)说明液压阀的作用和基本要求。
(2)液压阀按照用途不同可分为哪几类?
2.学生实践
按上述要求完成操作。
任务2:
单向阀
一、相关知识
1.普通单向阀
普通单向阀简称单向阀,其作用是控制油液只能按一个方向流动,而反向截止。
图5-1(a)、图5-1(c)分别所示为管式单向阀的外形和结构原理,图5-1(b)、图5-1(d)分别所示为板式单向阀的外形和结构原理。
单向阀由阀体1、阀芯2、弹簧3等零件组成。
压力油从进油口P1流入,作用于锥形阀芯2上,当克服弹簧3的弹力时,顶开阀芯2,经过环形阀口(对于图5-1(c)还要经过阀芯上的四个径向孔)从出油口P2流出。
当液流反向时,在弹簧力和油液压力的作用下,阀芯锥面紧压在阀体的阀座上,则油液不能通过。
图5-1(e)所示为单向阀的图形符号。
为了保证单向阀工作灵敏可靠,单向阀中的弹簧刚度一般都较小。
单向阀的开启压力为0.035~0.05MPa。
通过其额定流量时的压力损失一般不超过0.1~0.3MPa。
若更换刚度较大的弹簧,使其开启压力达到0.2~0.6MPa,则可作背压阀使用。
(a)外形(管式)(b)外形(板式)
(c)结构原理(管式)(d)结构原理(板式)(e)图形符号
图5-1普通单向阀
1—阀体;2—阀芯;3—弹簧
2.液控单向阀
图5-2(a)所示为液控单向阀的外形。
其结构原理如图5-2(b)所示,它由普通单向阀和液控装置两部分组成。
当控油口K不通入压力油时,其作用与普通单向阀相同。
当控油口K通入压力油时,推动活塞1、顶杆2,将阀芯3顶开,使P2和P1接通,液流在两个方向可以自由流动。
为了减小活塞1移动的阻力,设有一外泄油口L。
图5-2(c)所示为液控单向阀的图形符号。
液控单向阀具有良好的反向密封性,常用于执行元件需长时间保压、锁紧的场合。
(a)外形(b)结构原理(c)图形符号
图5-2液控单向阀
1—活塞;2—顶杆;3—阀芯
二、实践训练
1.任务下达
(1)说明普通单向阀和液控单向阀的区别。
(2)绘制普通单向阀和液控单向阀的职能符号。
2.学生实践
按上述要求完成操作。
任务3:
换向阀
一、相关知识
换向阀的作用是利用阀芯和阀体相对位置的改变来控制各油口的通断,从而控制执行元件的换向和启停。
换向阀的种类很多,其分类见表5-1。
表5-1换向阀的分类
分类方式
类型
按阀芯的运动形式
滑阀、转阀
按阀的工作位置和通路数
二位二通、二位三通、二位四通、三位四通、三位五通等
按阀的操纵方式
手动、机动、电动、液动、电液动
1.换向阀的工作原理
图5-3所示为换向阀的工作原理。
在图示状态下,液压缸两腔不通压力油,活塞处于停止状态。
若使阀芯1左移,阀体2的油口P和A连通、B和T连通,则压力油经P、A进入液压缸左腔,右腔油液经B、T流回油箱,活塞向右运动;反之,若使阀芯右移,则油口P和B连通、A和T连通,活塞便向左运动。
图5-3换向阀工作原理
1—阀芯;2—阀体
表5-2列出了几种常用换向阀的结构原理图和图形符号。
换向阀图形符号的含义如下:
(1)方格数表示换向阀的阀芯相对于阀体所具有的工作位置数,二格即二位,三格即三位。
(2)方格内的箭头表示两油口连通,但不表示流向,符号“⊥”和“”表示此油口不连通。
箭头、箭尾及不连通符号与任一方格的交点数表示油口通路数。
(3)P表示压力油的进油口,T表示与油箱相连的回油口,A和B表示连接其他工作油路的油口。
(4)三位阀的中间方格和二位阀靠近弹簧的方格为阀的常态位置。
在哪边推阀芯,通断情况就画在哪边的方格中。
在液压系统图中,换向阀的符号与油路的连接一般应画在常态位置上。
表5-2换向阀的结构原理图和图形符号
名称
结构原理图
图形符号
二位二通
二位三通
二位四通
三位四通
二位五通
三位五通
2.换向阀的滑阀机能
换向阀处于常态位置时,其各油口的连通方式称为滑阀机能。
三位换向阀的常态为中位,因此三位换向阀的滑阀机能又称为中位机能。
不同中位机能的三位换向阀阀体通用,仅阀芯台肩的结构、尺寸及内部通孔情况有区别。
表5-3列出三位四通换向阀常用的五种中位机能。
表5-3三位四通换向阀的中位机能
代号
结构简图
中位符号
中位油口状态和特点
O
各油口全封闭,换向精度高,但有冲击,缸被锁紧,泵不卸荷,并联缸可运动
H
各油口全通,换向平稳,但冲出量大,缸浮动,泵卸荷,其他缸不能并联使用
Y
P口封闭,A、B、T口相通,换向较平稳,冲出量较大,缸浮动,泵不卸荷,并联缸可运动
P
T口封闭,P、A、B口相通,换向最平稳,冲出量较小,双杆缸浮动,单杆缸差动,泵不卸荷,并联缸可运动
M
P、T口相通,A、B口封闭,换向精度高,但有冲击,缸被锁紧,泵卸荷,其他缸不能并联使用
(a)外形(b)结构原理(c)图形符号
图5-4二位二通机动换向阀
1—滚轮;2—阀芯;3—弹簧
3.几种常用的换向阀
(1)机动换向阀
机动换向阀又称行程阀。
它一般是利用安装在运动部件上的行程挡块压下顶杆或滚轮,使阀芯移动来实现油路切换的。
机动换向阀常为二位阀,用弹簧复位,有二通、三通、四通等几种。
二位二通又分常开(常态位置两油口连通)和常闭(常态位置两油口不通)两种形式。
图5-4(a)所示为二位二通机动换向阀的外形。
其结构原理如图5-4(b)所示,在图示状态(常态)下,阀芯2被弹簧3顶向上端,油口P和A不通。
当挡块压下滚轮1经推杆使阀芯移到下端时,油口P和A连通。
图5-4(c)所示为其图形符号。
(2)电磁换向阀
图5-5(a)~图5-5(c)分别所示为三位四通电磁换向阀的外形、剖视图和分解图。
其结构原理如图5-5(d)所示,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。
当右端电磁铁通电时,衔铁6通过推杆将阀芯4推至左端,阀右位工作,油口P通B、A通T;当左端电磁铁通电时,阀芯移至右端,阀左位工作,油口P通A、B通T。
图5-5(e)所示为其图形符号。
电磁换向阀操纵方便,布局灵活,有利于提高设备的自动化程度,因而应用十分广泛。
按使用电源不同,电磁换向阀可分为交流和直流两种。
交流电压常用220V或380V,直流电压常用24V。
(a)外形(b)剖视图
(c)分解图
(d)结构原理(e)图形符号
图5-5三位四通电磁换向阀
1—阀体;2—弹簧;3—弹簧座;4—阀芯;5—线圈;6—衔铁;7—隔套;8—壳体;9—插头组件
前述电磁阀的阀芯皆为滑动式圆柱阀芯,故这种电磁阀又称为电磁滑阀。
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电磁滑阀那样具备多种位通组合形式和中位机能,故目前在使用范围方面还受到限制。
(3)液动换向阀
电磁换向阀布置灵活,易实现程序控制,但受电磁铁尺寸限制,难以用于切换大流量(63L/min以上)的油路。
当阀的通径大于10mm时,常用压力油操纵阀芯换位。
这种利用控制油路的压力油推动阀芯改变位置的阀,称为液动换向阀。
图5-6(a)所示为三位四通液动换向阀的外形。
其结构原理如图5-6(b)所示,当其两端控制油口K1和K2均不通入压力油时,阀芯在两端弹簧的作用下处于中位(图示位置);当K1进压力油、K2接油箱时,阀芯移至右端,阀左位工作,其通油状态为P通A、B通T;反之,当K2进压力油、K1接油箱时,阀芯移至左端,阀右位工作,其通油状态为P通B、A通T。
图5-6(c)所示为三位四通液动换向阀的图形符号。
(a)外形
(b)结构原理(c)图形符号
图5-6三位四通液动换向阀
(4)电液换向阀
电液换向阀是由电磁阀和液动换向阀结合在一起而构成的一种组合式换向阀。
在电液换向阀中,电磁阀起先导控制作用(称为先导阀),液动换向阀则控制主油路换向(称为主阀)。
如图5-7(a)所示为三位四通电液换向阀的外形。
其结构原理如图5-7(b)所示,上面是电磁阀(先导阀),下面是液动阀(主阀)。
其详细图形符号如图5-7(c)所示,常态时,先导阀和主阀皆处于中位,主油路中A、B、P、T油口均不相通。
当左电磁铁通电时,先导阀左位工作,控制油由K经先导阀到主阀芯左端油腔,操纵主阀芯右移,使主阀也切换至左位工作,主阀芯右端油腔回油,经先导阀及泄油口L流回油箱。
此时主油路油口P与A相通、B与T相通。
同理,当先导阀右电磁铁通电时,主油路油口换接,P与B相通、A与T相通,实现了油液换向。
图5-7(d)所示为三位四通电液换向阀的简化符号。
若在液动换向阀的两端盖处加调节螺钉,则可调节液动换向阀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。
(a)外形(b)结构原理
(c)详细图形符号(d)简化符号
图5-7三位四通电液换向阀
(5)手动换向阀
手动换向阀是用手动杆操纵阀芯换位的换向阀。
图5-8(a)、图5-8(b)分别所示为弹簧复位式和钢球定位式手动换向阀的外形,其中弹簧复位式手动换向阀的结构原理如图5-8(c)所示,放开手柄1,阀芯2在弹簧3的作用下自动回复中位。
如果将该阀阀芯右端弹簧3的部位改为图5-8(d)所示的形式,即可成为可在三个位置定位的手动换向阀。
图5-8(e)、图5-8(f)为其图形符号。
手动换向阀结构简单,动作可靠,常用于持续时间较短且要求人工控制的场合。
(a)外形(弹簧复位式)(b)外形(钢球定位式)
(c)结构原理(弹簧复位式)(d)结构原理(钢球定位式)
(e)图形符号(弹簧复位式)(f)图形符号(钢球定位式)
图5-8手动换向阀
1—手柄;2—阀芯;3—弹簧
(6)多路换向阀
多路换向阀是一种集中布置的组合式手动换向阀,常用于工程机械等要求集中操纵多个执行元件的设备中。
多路换向阀的组合方式有并联式、串联式和顺序单动式三种,其外形如图5-9(a)所示。
图5-9(b)所示为并联式多路换向阀,泵可以同时对三个或单独对其中任一个执行元件供油。
在对三个执行元件同时供油的情况下,由于负载不同,三者将先后动作。
图5-9(c)所示为串联式多路换向阀,泵依次向各执行元件供油,第一个阀的回油口与第二个阀的压油口相连。
各执行元件可单独动作,也可同时动作。
在三个执行元件同时动作的情况下,三个负载压力之和不应超过泵压。
图5-9(d)所示为顺序单动式多路换向阀,泵按顺序向各执行元件供油。
操作前一个阀时,就切断了后面阀的油路,从而可以防止各执行元件之间的动作干扰。
(a)外形
(b)并联式(c)串联式(d)顺序单动式
图5-9多路换向阀
4.方向控制阀的常见故障及其排除方法
换向阀的常见故障及排除方法见表5-4。
(见教材)
二、实践训练
1.任务下达
(1)解释换向阀图形符号的含义。
(2)什么是换向阀的中位机能。
2.学生实践
按上述要求完成操作。
单元小结
本任务主要讲述了方向控制阀的种类,各方向控制阀的工作原理及应用。
通过本任务的学习,学生应掌握方向控制阀所具有的功能、特点以及应用;掌握换向阀的中位机能;了解换向阀常见故障及排除方法。
课程思政
新时代抓发展,必须坚定不移贯彻创新、协调、绿色、开放、共享的新发展理念,推动经济高质量发展。
要树立正确政绩观,处理好稳和进、立和破、虚和实、标和本、近和远的关系,坚持底线思维,强化风险意识,自觉把新发展理念贯穿到经济社会发展全过程。
要加快建设现代化经济体系,把握供给侧结构性改革这条主线,健全推动发展先进制造业、振兴实体经济的体制机制,推动传统制造业优化升级,加快发展新兴产业,推进基础设施建设,抓好农业生产,着力巩固脱贫攻坚成果,深入做好易地搬迁工作,推动形成主体功能明显、优势互补、高质量发展的区域经济布局。
要巩固依法整治旅游市场乱象的成果,推动旅游产业持续健康发展。
要树牢绿水青山就是金山银山的理念,驰而不息打好蓝天、碧水、净土三大保卫战。
要主动服务和融入国家重大发展战略,以大开放促进大发展,加快同周边国家互联互通国际大通道建设步伐。
要加强同周边国家文化交流工作,促进民心相通。
理实作业
1.选择换向阀时应考虑哪些问题?
2.何谓换向阀的滑阀机能?
说明三位换向阀中位机能的特点及其适用场合。
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