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第五章 液压控制阀 第一讲 1、授课日期、班级 2、课题5-1 阀内流动的的基本规律；5-4 方向控制阀3、教学目的要求了解阀内流动的的基本规律；掌握方向控制阀的位、通、机能概念；掌握常用换向阀工作原理 性能特点及使用场合。4、教学内容要点阀内流动的的基本规律；方向控制阀的位、通、机能概念；常用换向阀工作原理性能特点；在 回路中的应用。5、重点、难点方向控制阀的工作原理、性能、在液压系统中的作用、职能符号6、教学方法和手段课堂教学为主，充分利用多媒体动画来表示抽象概念。7．主要参考书目和资料 8、课堂教学 8.1 复习提问回想液压系统的四大组成部分，要执行所需要的动作，需要对液压系统进行控制。8.2 讲授新课5-1 阀内流动的的基本规律 一、液压控制阀的分类(hydraulic control valve) 液压控制阀的分类在液压系统中，用于控制或调节液体的流动方向、压力高低、流量大小的元件统称为液压控制 阀。液压阀性能的优、劣、工作是否可靠，对整个液压系统能否正常工作将产生直接影响。本章将 重点介绍常用液压阀的典型结构、工作原理、性能特点及应用范围。 在液压系统中，用于控制系统中液流压力、流量和液流方向的元件总称为液压控制阀。液压控 制阀的种类繁多，除了不同品种、规格的通用阀外，还有许多专用阀和复合阀。就液压阀的基本类 型来说，通常按以下方式进行分类。1、按按用途分 (1)、压力控制阀(pressure control valve) (1)、压力控制阀用来控制和调节液压系统中液流的压力或利用压力控制的阀类称为压力控制阀。如溢流阀、减压阀、顺序阀、电液比例溢流阀、电液比例减压阀等。(2)、流量控制阀 (2)、流量控制阀(flow control valve)用来控制和调节液压系统中液流流量的阀类称为流量控制阀，如节流阀、调速阀、分流阀、电 液比例流量阀等。(3)、方向控制阀 (3)、方向控制阀(directional control valve)用来控制和改变液压系统中液流方向的阀类称为方向控制阀，如单向阀、换向阀等。方向控制阀 ? ?单向阀、 换向阀等 ? ? 液压阀(用途)?压力控制阀 ? ?溢流阀、 减压阀、 顺序阀、 压力继电器等 ? 流量控制阀 ? ?节流阀、 调速阀 ?这三类可互相组合，成为复合阀，以减少管路连接，使结构更为紧凑，提高系统效率，如单向 行程调速阀等。2、按控制方式?开关或定值控制阀 ? ? 伺服控制阀 (控制方式)? ? 电液比例控制阀 ? 数字控制阀 ?(1)、开关或定值控制阀 (1)、开关或定值控制阀(switch valve)这是最常见的一类液压阀，又称为普通液压阀。此类阀采用手动、机动、电磁铁和控制压力油 等控制方式启闭液流通路、定值控制液流的压力和流量。(2)、伺服控制阀 (2)、伺服控制阀(pilot valve)这是一种根据输入信号(电气、机械、气动等)及反馈量成比例地连续控制液压系统中液流的压 力、流量的阀类，又称为随动阀。伺服控制阀具有很高的动态响应和静态性能，但价格昂贵、抗污 染能力差，主要用于控制精度要求很高的场合。(3)、电液比例控制阀 (3)、电液比例控制阀(electro-hydraulic proportional valve)电液比例控制阀的性能介于上面两类阀之间，它可以根据输入信号的大小连续地成比例地控制 液压系统中液流的参量，满足一般工业生产对控制性能的要求。与伺服控制阀相比具有结构简单、 价格较低、抗污染能力强等优点，因而在工业生产中得到广泛应用。但电液比例控制阀存在中位死 区，工作频宽较伺服控制阀低。电液比例阀又分为两种，一种是直接将开关定值控制阀的控制方式 改为比例电磁铁控制的普通电液比例阀，另一种是带内反馈的新型电液比例阀。(4)、数字控制阀 (4)、数字控制阀(digital control valve)用计算机数字信息直接控制的液压阀称为电液数字阀。数字控制阀可直接与计算机连接，不需 要数／模转换器。与比例阀、伺服阀相比，数字阀具有结构简单、工艺性好、价廉、抗污染能力强、 重复性好、工作稳定可靠、放大器功耗小等优点。在数字阀中，最常用的控制方法有增量控制型和 脉宽调制(PWM)型。数字阀的出现至今已有二十多年，但它的发展速度不快，应用范围也不广。主 要原因是，增量控制型存在分辨率限制，而 PWM 型主要受两个方面的制约：一是控制流量小且只 能单通道控制，在流量较大或要求方向控制时难以实现；二是有较大的振动和噪声，影响可靠性和 使用环境。此外，数字阀由于按照载频原理工作，故控制信号频宽较模拟器件低。3、根据结构形式分类液压控制阀一般由阀心、阀体、操纵控制机构等主要零件组成。根据阀心结构形式的不同，迪 压控制阀又可以分为以下几类。(1)、滑阀类 (1)、滑阀类(slide valves)滑阀类的阀心为圆柱形，通过阀心在阀体孔内的滑动来改变液流通路开口的大小，以实现液流 压力、流量及方向的控制。(2)、提升阀类 (2)、提升阀类(poppet valves)提升阀类有锥阀、球阀、平板阀等，利用阀心相对阀座孔的移动来改变液流通路开口的大小，以实现液流压力、流量及方向的控制。(3)、喷嘴挡板阀类 (3)、喷嘴挡板阀类(nozzle-flapper valves)喷嘴挡板阀是利用喷嘴和挡板之间的相对位移来改变液流通路开口大小，以实现控制的阀类。 该类阀主要用于伺服控制和比例控制元件。4、根据连接和安装方式分类 (1)、管式阀(tube valve) (1)、管式阀管式阀阀体上的进出油口通过管接头或法兰与管路直接连接。其连接方式简单，重量轻，在移 动式设备或流量较小的液压元件中应用较广。其缺点是阀只能沿管路分散布置，装拆维修不方便。(2)、板式阀 (2)、板式阀(plate valve)板式阀由安装螺钉固定在过渡板上，阀的进出油口通过过渡板与管路连接。过渡板上可以安 装一个或多个阀。当过渡板安装有多个阀时，又称为集成块，安装在集成块上的阀与阀之间的油路 通过块内的流道沟通，可减少连接管路。板式阀由于集中布置且装拆时不会影响系统管路，因而操 纵、维修方便，应用十分广泛。(3)、插装阀 (3)、插装阀(plug-in valve)插装阀主要有二通插装阀、三通插装阀和螺纹插装阀。二通插装阀是将其基本组件插入特定 设计加工的阀体内， 配以盖板、 先导阀组成的一种多功能复合阀。 因插装阀基本组件只有两个油口， 因此被称为二通插装阀，简称插装阀。该阀具有通流能力大、密封性好、自动化和标准化程度高等 特点。三通插装阀具有压力油口、负载油口和回油箱油口，起到两个二通插装阀的作用，可以独立 控制一个负载腔。但由于通用化、模块化程度远不及二通插装阀，因此，未能得到广泛应用。螺纹 式插装阀是二通插装阀在连接方式上的变革，由于采用螺纹连接，使安装简捷方便，整个体积也相 对减小。(4)、叠加阀 (4)、叠加阀(stack valve)叠加阀是在板式阀基础上发展起来的、结构更为紧凑的一种形式。阀的上下两面为安装面， 并开有进出油口。同一规格、不同功能的阀的油口和安装连接孔的位置、尺寸相同。使用时根据液 压回路的需要，将所需的阀叠加并用长螺栓固定在底板上，系统管路与底板上的油口相连。 按操纵方法分类，液压阀有手动式、机动式、电动式、液动式和电液动式等多种。 按安装方式分类，液压阀有管式(螺纹式)和板式两种。对液压阀的基本要求： 各种液压阀， 由于不是对外作功的元件， 而是用来实现执行元件(机构) 对液压阀的基本要求：所提出的力(力矩)、速度、变向的要求的，因此对液压控制阀的共同要求是： (1)、动作灵敏、性能好，工作可靠且冲击振动小； (2)、油液通过阀时的液压损失要小； (3)、密封性能好； (4)、结构简单紧凑、体积小，安装、调整、维护、保养方便，成本低廉，通用性大，寿命长。二、阀口流量公式及流量系数 对于各种滑阀、锥阀、球阀、节流孔口，通过阀口的流量均可用下式表示： q = c q A0 2?p / ρ 式中， c q 为流量系数； A0 为阀口通流面积； ?p 为阀口前、后压差； ρ 为液体密度。 1、滑阀的流量系数设滑阀[图(a)]开口长度为 X，阀芯与阀体(或阀套)内孔的径向间隙为 ? ，阀芯直径为 d，则阀口 通流面积 A0 为A0 = W x 2 + ?2式中，W 为面积梯度，它表示阀口过流面积随阀芯位移的变化率。对于孔口为全周边的圆柱滑阀，W = πd 。若为理想滑阀(即 ?＝0)，则有 A0 = πdx ,对于孔口为部分周长时(如：孔口形状为圆形、方形、弓形、阶梯形、三角形、曲线形等)，为了避免阀芯受侧向作用力，都是沿圆周均布几个尺寸 相同的阀口，此时只需将相应的过流面积 A0 的计算式代入式 A0 = W 通过阀口的流量。2 2x 2 + ?2 ，即可相应地算出式 A0 = W x + ? 中的流量系数 Cq 与雷诺数 Re 有关。当 Re＞260 时，Cq 为常数；若阀口 为锐边，则 Cq＝0.6～0.65；若阀口有不大的圆角或很小的倒角，则 Cq＝0.8～0.9。滑阀与锥阀阀口 （a）滑阀； （b）锥阀2、锥阀(cone valve)的流量系数 锥阀 的流量系数如图 (b)所示，具有半锥角 α 且倒角宽度为 s 的锥阀阀口，其阀座平均直径为 dm=(d1+d2)/2，当 阀口开度为 x 时，阀芯与阀座间过流间隙高度为 h=xsinα。在平均直径 dm 处，阀口的过流面积为A0 = πd m x sin α (1 ?一般， x && d m ,则x sin 2α ) 2d mA0 = πd m x sin α锥阀阀口流量系数约为 Cq＝0.77～0.82。三、液动力驱动阀芯的方式有手动、机动、电磁驱动、液压驱动等多种。其中手动最简单，电磁驱动易于 实现自动控制，但高压、大流量时手动和电磁驱方式常常无法克服巨大的阀芯阻力，这时人们不得 不采用液压驱动方式。稳态时，阀芯运动的主要阻力为：液压不平衡力，稳态液动力，摩擦力（含 液压卡紧力） ；动态时还有瞬态液动力，惯性力等。若阀芯设计时静压力不平衡，高压下阀芯可能 无法移动，因此阀芯设计时尽可采取静压力平衡措施，如在阀芯上设置平衡活塞。阀芯静压力平衡 后，阀芯的稳态液动力和液压卡紧力又成为主要矛盾，高压、大流量时阀芯稳态液动力和液压卡紧 力可达数百至数千牛，手动时感到十分吃力。1、作用在圆柱滑阀上的稳态液动力液流经过阀口时，由于流动方向和流速的改变，阀芯上会受到附加的作用力。 在阀口开度一定的稳定流动情况下，液动力为稳态液动力。当阀口开度发生变化时，还有瞬态 液动力作用。限于篇幅，这里仅研究稳态液动力。 稳态液动力可分解为轴向分力和径向分力。由于一般将阀体的油腔对称地设置在阀芯的周围， 因此沿阀芯的径向分力互相抵消了，只剩下沿阀芯轴线方向的稳态液动力。作用在带平衡活塞的滑阀上的稳态液动力 (a)流出式； (b)流入式 对于某一固定的阀口开度 x 来说，根据动量定理(参考图 5.7 中虚线所示的控制体积)可求得流 出阀口时[见图 (a)]的稳态液动力为Fs = ? ρq (v 2 cosθ ? v1 cos 90°) = ? ρqv 2 cosθ可见，液动力指向阀口关闭的方向。 流入阀口时[见图 5.7(b)]的稳态液动力为Fs = ? ρq( v1 cos 90° ? v 2 cos θ ) = ρqv 2 cos θ可见，液动力仍指向阀口关闭的方向。考虑到v2 = Cv2ρ?p , q = C qWx2ρ?p，所以上式又可写成Fs = ±( 2C q C vW cos θ ) x?p考 虑 到 阀 口 的 流 速 较 高 ， 雷 诺 数 较 大 ， 流 量 系 数 Cq 可 取 为 常 数 ， 且 令 液 动 力 系 数K s = 2C q C vW cos θ = 常数 ,则上式又可写成Fs = ± K s x?p当压差 ?P 一定时，由式 Fs = ± K s x?p 可知，稳态液动力与阀口开度 x 成正比。此时液动力 相当于刚度为 KS?p 的液压弹簧的作用。因此，KS?p 被称为液动力刚度。 液动力的方向这样判定：对带平衡活塞的完整阀腔而言，无论液流方向如何，其方向总是力图 使阀口趋于关闭。2、作用在锥阀上的稳态液动力 作用在锥阀上的稳态液动力 (1)、外流式锥阀[ (a)]上作用的稳态轴向液动力 (1)、外流式锥阀[见图 (a)]上作用的稳态轴向液动力作用在锥阀上的稳态液动力 (a)外流式； (b)内流式假定锥阀入口处的流速为 v1、压力为 PS，锥阀出口处的流速为 v2、压力为大气压(P2＝0)，锥 阀口的开口量为 x，半锥角为 α，阀口处的过流面积为 A0 = πd m x sin α , d m = ( d 1 + d 2 ) / 2 。考虑 到锥阀开度不大，则可认为液流射流角 θ＝α;一般倒角宽度 s 取得很小，故有 d m ≈ d 1 ≈ d 2 。在稳 定流动时，不计液体的静压力 PSA，利用动量定理可得出作用在锥阀上的轴向稳态液动力为Fs = ? ρqv 2 cos θ = ?C q C v πd m xp s sin 2α此力的方向使阀芯趋于关闭。(2)、内流式锥阀[ (b)]上作用的稳态轴向液动力 (2)、内流式锥阀[见图 (b)]上作用的稳态轴向液动力设 P2＝0，按上述相同方法导出其稳态轴向推力为Fs = ρqv 2 cos θ = C q C v πd m xp s sin 2α此力的方向使阀芯进一步开启，是一个不稳定因素。故在先导型溢流阀的主阀芯上，常用在锥 阀下端加尾碟(防振尾)的办法来保证使作用其上的液动力指向阀口关闭的方向，以增加主阀芯工作 的稳定性。3、作用在滑阀上的液压卡紧力如果阀芯与阀孔都是完全精确的圆柱形， 而且径向间隙中不存在任何杂质、 径向间隙处处相等， 就不会存在因泄漏而产生的径向不平衡力。 但事实上， 阀芯或阀孔的几何形状及相对位置均有误差， 使液体在流过阀芯与阀孔间隙时产生了径向不平衡力，称之为侧向力。由于这个侧向力的存在，从 而引起阀芯移动时的轴向摩擦阻力，称之为卡紧力。如果阀芯的驱动力不足以克服这个阻力，就会 发生所谓的卡紧现象。滑阀上的侧向力 (a)倒锥；(b)顺锥；(c)倾斜 阀芯上的侧向力如图所示。图中 P1 和 P2 分别为高、低压腔的压力。图(a)表示阀芯因加工误差 而带有倒锥(锥部大端在高压腔)，同时阀芯与阀孔轴心线平行但不重合而向上有一个偏心距 e。如 果阀芯不带锥度，在缝隙中压力呈三角形分布(图中点划线所示)。现因阀芯有倒锥，高压端的缝隙 小，压力下降较快，故压力分布呈凹形，如图(a)中实线所示；而阀芯下部间隙较大，缝隙两端的相 对差值较小，所以 b 比 a 凹得较小。这样，阀芯上就受到一个不平衡的侧向力，且指向偏心一侧， 直到二者接触为止。图(b)所示为阀芯带有顺锥(锥部大端在低压腔)，这时阀芯如有偏心，也会产生 侧向力，但此力恰好是使阀芯恢复到中心位置，从而避免了液压卡紧。图(c)所示为阀芯(或阀体)因 弯曲等原因而倾斜时的情况，由图可见，该情况的侧向力较大。 根据流体力学对偏心渐扩环形间隙流动的分析，可计算出侧向力的大小。当阀芯完全偏向一边 时，阀芯出现卡紧现象，此时的侧向力最大。最大液压侧向力值为Fmax = 0.27ld ( p1 ? p 2 )则移动滑阀需要克服的液压卡紧力为Ft ≤ 0.27 fld ( p1 ? p 2 )式中，f 为摩擦系数，介质为液压油时，取 f=0.04～0.08。 为了减小液压卡紧力，可采取以下措施： (1) 、在倒锥时，尽可能地减小，即严格控制阀芯或阀孔的锥度，但这将给加工带来困难。 (2)、在阀芯凸肩上开均压槽。均压槽可使同一圆周上各处的压力油互相沟通，并使阀芯在中心 定位。开了均压槽后，引入液压卡紧力修正系数为 K，可将式 Ft ≤ 0.27 fld ( p1 ? p 2 ) 修正 为 Ft ≤ 0.27 Kfld ( p1 ? p 2 ) 开一条均压槽时，K＝0.4；开三条等距槽时，K＝0.063；开七条槽时，K＝0.027。槽 的深度和宽度至少为间隙的 10 倍，通常取宽度为 0.3～0.5mm，深度为 0.8～1mm。槽的边 缘应与孔垂直，并呈锐缘，以防脏物挤入间隙。槽的位置尽可能靠近高压腔； 如果没有 明显的高压腔，则可均匀地开在阀芯表面上。开均压槽虽会减小封油长度，但因减小了偏 心环形缝隙的泄漏，所以开均压槽反而使泄漏量减少。 (3)、采用顺锥。 (4)、在阀芯的轴向加适当频率和振幅的颤振。 (5)、精密过滤油液。4、滑阀的液压卡紧现象换向阀在停止使用一段时问后(一般约五分钟以后)重新起动时，为使阀芯移动，理论 上只需 要很小的力来克服粘性摩擦阻力就可以了。但实际上，特别在中、高压系统中却十分费力，需要克 服很大的阻力才能使阀芯移动，把这种现象称为滑阀的液压卡紧现象。 液压卡紧现象是由于阀芯和阀体的几何形状误差和中心线的不重合而造成的。因为在这种情况 下，进入阀芯与阀体配合间隙中的压力油将对阀芯产生不平衡的径向力，该力在一定条件下使阀芯 紧贴在孔壁上，产生相当大的摩擦力(扣紧力)，使得操纵滑阀运动发生困难，严重时甚至被卡住。 为减小径向不平衡液压力，一般在阀芯在台肩上开有宽 0.3~0.5mm、深 0.5~1mm、间距 1~5 mm 的 环形均压槽。这样可以显著地减小液压卡紧力。 滑阀的液压卡紧现象是个共性问题，不仅换向阀有，其它液压阀(如溢流阀、减压阀等)上也存 在。为减小液压卡紧力．必须对滑阀的几何精度从配合间隙予以严格探控制，可参考有关液压设计 手册。方向控制阀(directional control valve) 5-4 方向控制阀方向控制阀有单向阀、换向阀等。一、单向阀(one-way valve) 单向阀单向阀有普通单向阀和液控单向阀两种。1、普通单向阀(check valve) 普通单向阀单向阀又称止回阀，它使液体只能沿一个方向通过，反向流通时则不通。 单向阀可用于液压 泵的出口。防止系统油液倒流；用于隔开油路之间的联系，防止油路相互干扰；也可用作旁通阀， 与其它类型的液压阀相并联，从而构成组合阀。对单向阀的主要性能要求是：油液向一个方向通过 时压力损失要小；反向不通时密封性要好；动作灵敏，工作时无撞击和噪声。(1)、 (1)、单向阀的工作原理图和图形符号图为单向阀的工作原理图和图形符号。当液流由 A 腔流入时，克服弹簧力将阀芯顶开，于是液 流由 A 流向 B；当液流反向流入时，阀芯在液压力和弹簧力的作用下关闭阀口，使液流截止，液流 无法流向 A 腔。单向阀实质上是利用流向所形成的压力差使阀芯开启或关闭。 单向阀实质上是利用流向所形成的压力差使阀芯开启或关闭。 单向阀实质上是利用流向所形成的压力差使阀芯开启或关闭单向阀的工作原理图和图形符号 （a）工作原理图； （b）详细符号； （c）简化符号(2)、 (2)、典型结构与主要用途单向阀的结构如图所示。按进出口流道的布置形式，单向阀可分为直通式和直角式两种。直通 式单向阀进口和出口流道在同一轴线上；而直角式单向阀进出口流道则成直角布置。 图（b） 、(c) 为管式连接的直通式单向阀，它可直接装在管路上，比较简单，但液流阻力损失较大，而且维修装 拆及更换弹簧不便。图（a）为板式连接的直角式单向阀，在该阀中，液流顶开阀芯后，直接从阀 体内部的铸造通道流出，压力损失小，而且只要打开端部螺塞即可对内部进行维修，十分方便。 按阀芯的结构型式，单向阀又可分为钢球式和锥阀式两种。图（b）是阀芯为球阀的单向阀， 其结构简单，但密封容易失效，工作时容易产生振动和噪声，一般用于流量较小的场合。图(c)是阀 芯为锥阀的单向阀，这种单向阀的结构较复杂，但其导向性和密封性较好，工作比较平稳。单向阀开启压力一般为 0.035～0. 05MPa，所以单向阀中的弹簧 3 很软。单向阀也可以用作背 压阀。将软弹簧更换成合适的硬弹簧，就成为背压阀。这种阀常安装在液压系统的回油路上，用以 产生 0.2～0.6MPa 的背压力。 单向阀的主要用途如下： (1)、安装在液压泵或双向液压泵出口，防止系统压力突然升高而损坏液压泵。防止系统中的油 液在泵停机时倒流回油箱。(2)、安装在回油路中作为背压阀。 (3)、与其它阀组合成单向控制阀。2、液控单向阀(pilot-controlled check valve) 液控单向阀普通单身阀是通过调节弹簧的松紧来控制，而液控单向阀则是通过液压来实现。 液控单向阀是允许液流向一个方向流动，反向开启则必须通过液压控制来实现的单向阀。液控 单向阀可用作二通开关阀，也可用作保压阀，用两个液控单向阀还可以组成液压锁。(1)、 (1)、液控单向阀的工作原理图和图形符号图为液控单向阀的工作原理图和图形符号。当控制油口无压力油（Pk=0）通入时，它和普通单 向阀一样，压力油只能从由 A 腔流向 B 腔，不能反向倒流。若从控制油口 K 通入控制油 Pk 时，即 可推动控制活塞，将推阀芯顶开，从而实现液控单向阀的反向开启，此时液流可从 B 腔流向 A 腔。(2)、 (2)、典型结构与主要用途液控单向阀有带卸荷阀芯的卸载式液控单向阀(见图)和不带卸荷阀芯的简式液控单向阀(见上 图)两种结构形式。卸载式阀中，当控制活塞上移时先顶开卸载阀的小阀芯，使主油路卸压，然后再 顶开单向阀芯。这样可大大减小控制压力，使控制压力与工作压力之比降低到 4.5％，因此可用于 压力较高的场合，同时可以避免简式阀中当控制活塞推开单向阀芯时，高压封闭回路内油液的压力 将突然释放，产生巨大冲击和响声的现象。带卸荷阀芯的液控单向阀 （a）带卸荷阀芯的内泄式液控单向阀； （c）带卸荷阀芯的外泄式液控单向阀 上述两种结构形式按其控制活塞处的泄油方式，又均有内泄式和外泄式之分。图（a）为内泄 式，其控制活塞的背压腔与进油口 P1 相通。外泄式[见上图和 (b)]的活塞背压腔直接通油箱，这样 反向开启时就可减小 P1 腔压力对控制压力的影响，从而减小控制压力 PK。故一般在反向出油口压 力 P1 较低时采用内泄式，高压系统采用外泄式。 液控单向阀具有良好的单向密封性能，在液压系统中应用很广，常用于执行元件需要较长时间 保压、锁紧等情况下，也用于防止立式液压缸停止时自动下滑及速度换接等回路中。图所示，为采 用液控单向的锁紧回路。在垂直放置液压缸的下腔管路上安装液控单向阀， 就可将液压缸(负载)较长时间保持(锁定)在任 意位置上，并可防止由于换向阀的内部泄漏引起带有负载的活塞杆下落。3、双向液压锁(biliateral pilot-controlled valve) 双向液压锁双向液压锁，又称双向液控单向阀、双向闭锁阀。其结构原理从职能符号如图所示。它是由两 个液控单向阀共用―个阀体 1 和控制活塞 2 组成。当压力油从 A 腔进入叫，依靠油压自动将左边的阀芯顶开，使油液从 A 向 A1 小腔流动。 同 时，通过控制活塞 2 把右阀顶开，使 B 腔与 B1 腔沟通，将原来封闭在 B 腔通路上的油液，通过 B 腔排出，这就是说，当一个油腔正向进油时，另一个油腔就反向出油。反之亦然。当 A、B 两腔都 没有压力油时，A1 腔与 B1 腔的反向油液依靠顶杆 3(即卸荷阀芯)的锥面与阀座的严密接触而封闭。 这时执行元件被双向锁住(如汽车起重机的液压支腿油路)。二、换向阀(change valve) 换向阀单向阀是一对一，换向阀是多对多。 换向阀是利用阀芯和阀体间相对位置的不同来变换不同管路间的通断关系，实现接通、切断， 或改变液流的方向的阀类。它的用途很广，种类也很多。 对换向阀性能的主要要求是： (1)、油液流经换向阀时的压力损失要小(一般 0.3MPa)； (2)、互不相通的油口间的泄漏小；(3)、换向可靠、迅速且平稳无冲击。 换向阀按阀的结构形式、操纵方式、工作位置数和控制的通道数的不同，可分为各种不同的类 型。 按阀的结构形式有：滑阀式、转阀式、球阀式、锥阀式。 按阀的操纵方式有：手动式、机动式、电磁式、液动式、电液动式、气动式。 按阀的操纵方式有：手动式、机动式、电磁式、液动式、电液动式、气动式。 按阀的工作位置数和控制的通道数有：二位二通阀、二位三通阀、二位四通阀、三位四通阀、 三位五通阀等。1、换向阀的“通”和“位”换向机能及滑阀机能 换向阀的“ (1)、换向阀的“ (1)、换向阀的“通”和“位”换向机能“通”和“位”是换向阀的重要概念。不同的“通”和“位”构成了不同类型的换向阀。 “位”----阀芯的工作位置。通常所说的“二位阀”、“三位阀”是指换向阀的阀芯有两个或三个不同 的工作位置。一个方格就代表一个工作位置，二格即二位，三格即三位。 “通”---指换向阀的通油口数目。所谓“二通阀”、“三通阀”、“四通阀”是指换向阀的阀体上有两 个、三个、四个各不相通且可与系统中不同油管相连的油道接口，不同油道之间只能通过阀芯移位 时阀口的开关来沟通。 几种不同“通”和“位”的滑阀式换向阀主体部分的结构形式和图形符号如表所示。 不同的“通 和 位 的滑阀式换向阀主体部分的结构形式和图 的滑阀式换向阀主体部分的结构形式和图形符号 不同的 通”和“位”的滑阀式换向阀主体部分的结构形式和图形符号名称结构原理图图形符号B二位二通AABA B二位三通A P BPA B二位四通P TB P A TA B三位四通PA P B TT表中图形符号的含义如下： ①用方框表示阀的工作位置，有几个方框就表示有几“位”； ②、方框内的箭头表示油路处于接通状态，但箭头方向不一定表示液流的实际方向，也有可能 是反应流动； ③方框内符号“┻”或“┳”表示该通路不通； ④方框外部（全部）连接的接口数有几个，就表示几“通”； ⑤一般， 阀与系统供油路连接的进油口用字母 P 表示； 阀与系统回油路连通的回油口用 T(有时 用 O)表示；而阀与执行元件连接的油口用 A、B 等表示。有时在图形符号上用 L 表示泄漏油口；⑥换向阀都有两个或两个以上的工作位置，其中一个为常态位，即阀芯未受到操纵力时所处的 位置。图形符号中的中位是三位阀的常态位。利用弹簧复位的二位阀则以靠近弹簧的方框内的通路 状态为其常态位。绘制系统图时，油路一般应连接在换向阀的常态位上。(2)、 (2)、滑阀机能滑阀式换向阀处于中间位置或原始位置时，阀中各油口的连通方式称为换向阀的滑阀机能。滑 阀机能直接影响执行元件的工作状态，不同的滑阀机能可满足系统的不同要求。正确选择滑阀机能 是十分重要的。这里介绍二位二通和三位四通换向阀的滑阀机能。①、二位二通换向阀二位二通换向阀其两个油口之间的状态只有两种；通或断[见图 5.15(a)]。自动复位式（如弹簧 复位）的二位二通换向阀的滑阀机能有常闭式（O 型）和常开式（H 型）两种[见图（c）] 。A A A A AP 通 （a）P 断 ( b)P O型P H型 ( c)P二位二通换向阀的滑阀机能②、三位四通换向阀三位四通换向阀的滑阀机能有很多种，常见的有表 5.1 中所列的几种。中间一个方框表示其原 始位置，左右方框表示两个换向位，其左位和右位各油口的连通方式均为直通或交叉相通，所以只 用一个字母来表示中位的型式。 滑阀机能是指阀芯处于常态或中位位置时，换向阀各油口的通断情况。 三位阀的机能指阀芯处于中位，阀的各油口的通断情况。中间位置的调节机能不同就有不同的 用途。以下介绍常用的几种机能。 (a)、O 型机能 如图所示，阀芯处于中位时，P、A、B、T 四个油口均被封闭，油液不流动。 这时，液压泵不能卸荷，液压泵排出的压力油只能从溢流阀排回油箱。液压缸的两腔被封闭。活赛 在任一位置均可停住，但因换向阀的内泄漏使其他其锁紧精度不高。由于液压缸内充满着油液，从 静止到启 动 较 平 稳，但换 向过程中 由于运动 部件惯性 引起换问 时冲击较 大。(b)、M 型机能 如图所示，阀芯处于中位时，压力油口与回油口相通，液压泵输出的油液直接回油箱，使泵处于卸荷状态。AB 油口封闭。液压缸两腔不能进油也不能回油而锁紧不动，但锁紧精度不高。启动平稳，换向时有冲击现象，不宜用于多个换向阀并联的系统中。 (c)、H 型机能 如图所示．P、A、D、T 四油口互通，液压泵卸荷，液压缸处于浮动状态， 可用于手动机构。由于油口全通，换向时比 O 型阀平稳，但冲击较大，换向精度低。(d)、P 型机能 如图所示，P、A、B 互通，压力油从 P 口同时进人 A、B 口。由于液压缸 左右两面的有效作用面积不等，使液压缸有杆腔油经滑阀通道流入无杆腔．加快了活塞同向运动速 度而形成差动连接。 但在中位和活塞到死点时液压阀不卸荷， 始终在调定高压下工作易使油温升高。 田液压缸两胶通高压仙，换向平稳。 (e)、Y 型机能 如图所示．阀芯处于中位时．A、B、T 相通．P 口封闭．即液压缸两腔均通 油箱，活塞处于浮动状态，可用手动机构．液压泵不卸荷。启动时因液压缸两腔油液通油箱有冲击。型式 O型符号A B三位四通阀常用的滑阀机能 中位油口状况、特点及应用 P、A、B、T 四口全封闭，液压缸闭锁，可用于 多个换向阀并联工作。PTH型P、A、B、T 口全通；活塞浮动，在外力作用下 可移动，泵卸荷。ABY型P TP 封闭，A、B、T 口相通；活塞浮动，在外力作 用下可移动，泵不卸荷。 P、A、T 口相通，B 口封闭；活塞处于闭锁状态， 泵卸荷。K型A BM型P TP、T 口相通，A 与 B 口均封闭；活塞闭锁不动， 泵卸荷，也可用多个 M 型换向阀并联工作 四油口处于半开启状态，泵基本上卸荷，但仍保 持一定压力。 P、A、B 口相通，T 封闭；泵与缸两腔相通，可 组成差动回路。 P 与 A 封闭，B 与 T 相通；活塞停止，但在外力 作用下可向一边移动，泵不卸荷。X型P型J型C型P 与 A 相通；B 与 T 封闭；活塞处于停止位置。 P 和 T 封闭，A 与 B 相通；活塞浮动，在外力作 用下可移动，泵不卸荷。U型中位机能的选用原则是：(a)、当系统有保压要求时：1 宜选用油口 P 是封闭式的中位机能，如 O、Y、J、U、N 型，这 时一个油泵可用于多缸的液压系统。②选用油门 P 和油口 O 接通但不畅通的形式，如 X 型中位机 能。这时系统能保持一定压力，可供压力要求不高的控制油路使用。 (b)、当系统有卸荷要求时，应选用油口 P 与 O 畅通的形式，如 H、K、M 型。这时液压泵可卸 荷。 (c)、当系统对换向精度要求较高时，应选用工作油口 A、B 都封闭的形式，如 O、M 型，这时 液压缸的换向精度高，但换 向过程中易产生液压冲击，换向平稳性差。 (d)、当系统对换向平稳性要求较高时．应选用 A 口、B 口都接通 O 口的形式，如 Y 型。这时 换向平稳性好，冲击小，但换向过程中执行元件不易迅速制动，换向精度低。 (e)、若系统对起动平稳性要求较高时，应选用油口 A、B 都不通 O 口的形式，如 O、C、P、M 型。这时液压缸某一腔的油液在起动时能起到缓冲作用，因而可保证起动的平稳性。 (f)、当系统要求执行元件能浮动时，应选用油 A、B 相连通的形式，如 U 型。这时可通过某些 机械装置按需要改变执行元件的位置(立式液压缸除外)；当要求执行元件能在任意位置上停留时， 应选用 A、B 油口都与 P 口相通的形式(差动液压缸除外)，如 P 型。这时液压缸左右两腔作用力相 等，液压缸不动。 三位换向阀除了有各种中位机能外，有时也把阀的左位或右位设计成特殊的机能。这时就分别 用两个字母来表示阀的中位和左(或右)位机能。图所示为常见的 OP 型[图(b)]和 MP 型[(a)]三位阀的 职能符号。这两种阀主要用于差动连接回路，以得到快速行程。2、电磁换向阀(electromagnetic change valve) 电磁换向阀电磁换向阀是利用电磁铁吸力推动阀芯来改变阀的工作位置。由于它可借助于按钮开关、行程 开关、限位开关、压力继电器等发出的信号进行控制，所以操作轻便，易于实现自动化，因此应用 十分广泛。追朔电磁阀的发展史，到目前为止，国内外的电磁阀从原理上分为三大类(即：直动式、分步先 导式)，而从阀瓣结构和材料上的不同与原理上的区别又分为六个分支小类(直动膜片结构、分步重 片结构、先导膜式结构、直动活塞结构、分步直动活塞结构、先导活塞结构)。(1)、 (1)、工作原理电磁换向阀的品种规格很多，但其工作原理是基本相同的。现以图所示三位四通 O 型滑阀机能 的电磁换向阀为例来说明。 在图中，阀体 1 内有三个环形沉割槽，中间为进油腔 P，与其相邻的是工作油腔 A 和 B。两端 还有两个互相连通的回油腔 T。阀芯两端分别装有弹簧座 3、复位弹簧 4 和推杆 5，阀体两端各装 一个电磁铁。 当两端电磁铁都断电时［见（a），阀芯处于中间位置。此时 P、A、B、T 各油腔互不相通； ］ 当左端电磁铁通电时［见图（b），该电磁铁吸合，并推动阀芯向右移动，使 P 和 B 连通，A 和 T ］ 连通。当其断电后，右端复位弹簧的作用力可使阀芯回到中间位置，恢复原来四个油腔相互封闭的 状态；当右端电磁铁通电时［见图（c），其衔铁将通过推杆推动阀芯向左移动，P 和 A 相通、B ］ 和 T 相通。电磁铁断电，阀芯则在左弹簧的作用下回到中间位置。(2)、 (2)、直流电磁铁和交流电磁铁阀用电磁铁根据所用电源的不同，有以下三种： ①交流电磁铁。阀用交流电磁铁的使用电压一般为交流 220V，电气线路配置简单。交流电磁 铁启动力较大，换向时间短。但换向冲击大，工作时温升高(故其外壳设有散热筋)；当阀芯卡住时， 电磁铁因电流过大易烧坏，可靠性较差，所以切换频率不许超过 30 次／分；寿命较短。 ②直流电磁铁。直流电磁铁一般使用 24V 直流电压，因此需要专用直流电源。其优点是不会因 铁芯卡住而烧坏(故其圆筒形外壳上没有散热筋)，体积小，工作可靠，允许切换频率为 120 次／分， 换向冲击小，使用寿命较长。但起动力比交流电磁铁小。 ③本整型电磁铁。本整型指交流本机整流型。这种电磁铁本身带有半波整流器，可以在直接使 用交流电源的同时，具有直流电磁铁的结构和特性。(3)、干式、油浸式、湿式电磁铁 (3)、干式、油浸式、不管是直流电磁铁还是交流电磁，都可做成干式的、油浸式的和湿式的。 ① 干式电磁铁。干式电磁铁的的线圈、铁芯与扼铁处于空气中不和油接触，电磁铁与阀联结 时，在推杆的外周有密封圈。由于回油有可能渗入对中弹簧腔中，所以阀的回油压力不能太高。此 类电磁铁附有手动推杆，一旦电磁铁发生故障时可使阀芯手动换位。此类电磁铁是简单液压系统常 用的一种形式。 ②油浸式电磁铁。油浸式电磁铁的线圈和铁芯都浸在无压油液中。推杆和衔铁端部都装有密封 圈。油可帮助线圈散热，且可改善推杆的润滑条件，所以寿命远比干式电磁铁为长。因有多处密封， 此种电磁铁的灵敏性较差，造价较高。③湿式电磁铁。湿式电磁铁也叫耐压式电磁铁，它和油浸式电磁铁不同处是推杆处无密封圈。 线圈和衔铁都浸在有压油液中，故散热好，摩擦小。还因油液的阻尼作用而减小了切换时的冲击和 噪声。所以湿式电磁铁具有吸着声小、寿命长、温升低等优点。是目前应用最广的一种电磁铁。也 有人将油浸式电磁铁和耐压式电磁铁都叫做湿式电磁铁。? 干式 ? 接触方式?油浸式 ? 湿式 ?(4)、 (4)、电磁换向阀的典型结构电磁换向阀按使用电源的不同可分为交流电磁阀和直流电磁阀。直流电磁铁在工作或过载情况 下，其电流基本不变，因此不会因阀芯被卡住而烧毁电磁铁线圈，工作可靠，换向冲击、噪声小， 换向频率较高(允许 120 次／min，最高可达 240 次／min 以上)。但需要直流电源，并且起动力小， 反应速度较慢，换向时间长。交流电磁铁电源简单，起动力大，反应速度较快，换向时间短，但其 起动电流大，在阀芯被卡住时会使电磁铁线圈烧毁。换向冲击大，换向频率不能太高(30 次／min 左右)，工作可靠性差。在是低压电磁换向阀的型号中，交流电磁铁用字母 D 表示，直流用 E。例 如 23D―25B 表示流量为 25L／min 的板式二位三通交流电磁换向阀；34E―25B 表示流量为 25L／ min 的板式三位四通直流电磁换向阀，电磁换向阀由电气信号操纵，控制方便，布局灵活，在实现机械自动化方面得到广泛的应用。 但电磁换向阀由于受到磁铁吸力较小的限制， 其流量一般在 63L／min 以下。 故对于要求流量较大、 行程较长、移动阀芯阻力较大或要求换向时间能够调节的场合，宜采用液动或电液式换向阀。3、液动换向阀(hydrodynamic change valve) 液动换向阀液动换向阀是利用控制压力油来改变阀芯位置的换向阀。对三位阀而言，按阀芯的对中形式， 分为弹簧对中型和液压对中型两种。图(a)所示为弹簧对中型三位四通液动换向阀，阀芯两端分别接 通控制油口 K1 和 K2。当 K1 通压力油时，阀芯右移，P 与 A 通，B 与 T 通；当 K2 通压力油时， 阀芯左移，P 与 B 通，A 与 T 通；当 K1 和 K2 都不通压力油时，阀芯在两端对中弹簧的作用下处 于中位。当对液动滑阀换向平稳性要求较高时，还应在滑阀两端 K1、K2 控制油路中加装阻尼调节 器[见图(c)]。 阻尼调节器由一个单向阀和一个节流阀并联组成， 单向阀用来保证滑阀端面进油畅通， 而节流阀用于滑阀端面回油的节流，调节节流阀开口大小即可调整阀芯的动作时间。弹簧对中型三位四通液动换向阀4、电液换向阀(electro-hydraulic change valve) 电液换向阀电液换向阀是电磁换向阀和液动换向阀的组合，用在大流量、高压的液压系统中。其中，电磁 换向阀起先导作用，控制液动换向阀的动作，改变液动换向阀的工作位置；液动换向阀作为主阀， 用于控制液压系统中的执行元件。由于控制油液的流量不必很大，因而可以实现以小容量的电磁阀 来控制大通径的液动换向阀，从而实现自动化控制。 由于液压力的驱动，主阀芯的尺寸可以做得很大，允许大流量通过。因此，电液换向阀主要用 在流量超过电磁换向阀额定流量的液压系统中，从而用较小的电磁铁就能控制较大的流量。电液换 向阀的使用方法与电磁换向阀相同。 电液换向阀有弹簧对中和液压对中两种型式。若按控制压力油及其回油方式进行分类则有：外 部控制、外部回油；外部控制、内部回油；内部控制、外部回油；内部控制、内部回油等四种类型。?外部控制、 外部回油 ? ?外部控制、 内部回油 控制及回油方式? ?内部控制、 外部回油 ?内部控制、 内部回油 ?电磁阀用来接受控制电路中输出的电信号，使电磁铁推动阀芯移动输出控制压力油，以推动下 面的液动换向阀阀芯， 由液动阀的阀芯来变换主油路的流向。 因此， 直接控制油路方向的是液动阀， 而电磁阀只起个先导作用，不直接与主油路联系，但能够用较小的电磁铁来控制较大的流量。当两 个电磁铁线圈都不通电时，电磁阀阀芯 2 处于中间位置，其滑阀机能选用 Y 型，这样主阀的阀芯两 端的油腔均通过电磁阀与油箱连通，使这两腔的压力接近于零，便于主阀芯回复到中间位置。当左 边电磁铁线圈通电时，把电磁阀芯推向右端，控制油液顶开单向阀 7 进入液动阀左腔，将液动阀芯 推向右端，阀芯右腔的控制油液经节流阀 4 和电磁阀流回油箱。这时，主阀进油口 P 和 A 相通，油 口 B 和 T 相通。 同理， 右边电磁铁通电时， 控制油路的压力油将主阀阀芯推向左端， 使主油路换向。主阀阀芯向左或向右的运动速度可分别用两端的节流阀来调节，这样就调节了执行元件的换向时 间，使换向平稳而无冲击，所以电液阀的换向性能较好。电液换向阀的控制油源有内控和外控两种方式。内控油源是将控制油和主油源连通在一起，压 力油均由 P 腔进入阀内，即先导阀和主阀共用一个油源，这种供油方式是在主油路压力较低的情况 下使用。当主油路压力较高时，采用外控方式，将控制油孔与外部油路直接接通即可。 若采用内控方式的电液换向阀，当主阀的滑阀机能为 H、M、K 型时，为了使此阀能正常工作， 必须在回油路上装上背压阀，使控制油的压力提高到(0.3~0.5MPa)，这样主阀才能换向，如下图。5、手动换向阀(hand-operated change valve) 手动换向阀手动换向阀主要有弹簧复位和钢珠定位两种型式。图(a)所示为钢球定位式三位四通手动换向 阀，用手操纵手柄推动阀芯相对阀体移动后，可以通过钢球使阀芯稳定在三个不同的工作位置上。 图(b)则为弹簧自动复位式三位四通手动换向阀。通过手柄推动阀芯后，要想维持在极端位置，必须 用手扳住手柄不放，一旦松开了手柄，阀芯会在弹簧力的作用下，自动弹回中位。图 (c)所示为旋 转移动式手动换向阀，旋转手柄可通过螺杆推动阀芯改变工作位置。这种结构具有体积小、调节方 便等优点。由于这种阀的手柄带有锁，不打开锁不能调节，因此使用安全。下图为多路换向阀原理图。它是由多个手动换向阀、中向阀和溢流阀组合而成。主要用于多个 执行元件的集中控制。如液压挖掘机、汽车起重机等都用了多路换向阀。压力油进入多路阀进油口 后分成三条支路，左支路通溢流阀，右支路通单向阀，中间支路通回油口。当三个手动换向阀靠弹 簧自动定位在中位时．压力油自中间支路穿过换向阀经回油口回油箱，液压泵卸荷。当扳动上面操 纵手柄使阀芯左移时．阀芯凸肩堵住中间支路进油口，回油口不通，液压泵来的压力油一部分流向 左支路，经溢流阀溢去(此时系统压力即为溢流阀调定压力)，另一部分油液体顶开单向阀进入换向 阀。由于此时阀芯已左移，故通向液压缸一腔的 A 口进人压力油，而与液压缸另一腔相通的 B 口 就与回油压口相通。当阀芯右移时．B 口通压力油，A 口通回油口。扳动另两支手柄时，工作状态 相同，其图形符号如图示。6、机动换向阀(mechanically-operated change valve) 机动换向阀机动换向阀又称行程换向阀， 它是用安装在执行机构上的挡块或凸轮推动阀芯实现换向。 机动 换向阀多为图所示二位阀。 （动态演示）二位二通机动换向阀 1-挡铁；2-滚轮；3-阀芯；4-弹簧 下图是二位二通机动换向阀的结构图。它由 1-挡铁、滚轮 2、阀芯 3、弹簧 4 等主要件组成。 在图示位置上，阀芯 3 在弹簧 4 的推力作用下，处在最上端位置，把进油口 P 与出油口 A 切断。当 行程挡块将滚轮压下时，P 与 A 口接通；当行程挡块脱开滚轮时，阀芯在其底部弹簧的作用下又恢 复初始位置。改变挡块斜面的角度 α (或凸轮外廓的形状)，便可改变阀芯移动的速度，因而可以调 节换向过程的时间。图(b)是该阀的职能符号。机动换向阀要放在它的操纵件旁， 因此这种换向阀常用于要求换向性能好、 布置方便 的场合。 机动换向阀基本都是二位的，除上述二位二通的，述有二位三通、四通等型式。7、电磁球式换向阀(ball type electromagnetic change valve) 电磁球式换向阀球式换向阀与滑阀式换向阀相比，具有以下优点：①不会产生液压卡紧现象，动作可靠性高； ②密封性好；③对油液污染不敏感；④切换时间短；⑤使用介质粘度范围大，介质可以是水、乳化 液和矿物油；⑥工作压力可高达 63MPa；⑦球阀芯可直接从轴承厂获得，精度很高，价格便宜。 图为常开型二位三通电磁球式换向阀。它主要由左、右阀座 4 和 6、球阀 5、弹簧 7、操纵杆 2 和杠杆 3 等零件组成。图示为电磁铁断电状态，即常态位。P 口的压力油一方面作用在球阀 5 的右 侧，另一方面经通道 6 进入操纵杆 2 的空腔而作用在球阀 5 的左侧，以保证球阀 5 两侧承受的液压 力平衡。球阀 5 在弹簧 7 的作用下压在左阀座 4 上，P 与 A 通，A 与 T 切断。当电磁铁 8 通电时， 衔铁推动杠杆 3，以 1 为支点推动操纵杆 2，克服弹簧力，使球阀 5 压在右阀座 6 上，实现换向，P 与 A 切断，A 与 T 通。 电磁球式换向阀主要用在要求密封性很好的场合。二位三通电磁球式换向阀8、换向阀的选择换向阀的选择上就应考虑它们在系统中的作用，所通过的最高压力和最大流量、操纵方式、工 作性能要求及安装方式等因索，尤其应注虑：单杆活塞液压缸由于面积差形成的不同，回油量对换 向阀正常工作的影响。如图听示，当换向阀在左位工作时， q = A1υ1 因 A1 & A2 ，故 q & q1 ； 当换向阀在右位工作时： q = A2υ 2q1 = A2υ1q1 =A2 q A1q 2 = A1υ 2q2 =A1 q A2因 A1 & A2 ，故 q2 & q1 ；当 A1 = 2A2 时， q 2 = 2q 。 换向阀的流量如果选得过小，会增加其压力损失，降低系统效率。一般只有在必要时才允许阀 的实际流量比额定流量大，但不能大于 20%．如果阀的流量选得过大．又会增加整个系统装置的体 积，使成本增加。 同是一种换向阀，其滑阀机能是各种各样的，应根据系统的性能要求选取适当的滑阀机能。例 如，当系统要求液压泵能卸荷而执行元件又必须在任意位置停止时，可选择 M 型机能的换向阀。 对一些工作性能要求较高、 流量较大的系统． 一般尽可能选用直流电磁阀。 但它需要直流电源， 其余流量较小的系统．则可选用交流电磁换向阀，使成本降低，使用方便。三、方向阀的应用在液压系统中，工作机构的启动、停止或变换运动方向等是利用控制进入执行元件油流的通、 断及改变流动方向来实现的。实现这些功能的回路称为方向控制回路。方向阀主要用于通断控制、 换向控制、锁紧、保压等方面。1、简单换向回路简单换向回路，只需在泵与执行元件之间采用标准的普通换向阀即可。 图所示为二位三通电磁换向阀用于控制差动液压缸的示意图。电磁换向阀处于左位时，构成差 动连接同路，活塞快速左行。电磁铁通电时，换向阀在右位工作，液压缸活塞右行。下图所示为一种用电磁换向阀和行程开关控制的多缸并联顺序动作回路。当按下启动按钮时， 电磁铁 IYV 通电．压力油进入液压缸 l 的左腔，I 缸有腔的油液经阀 A 回油箱，活塞在压力油作用 下按箭头 1 所示方向右行。达到要求位置时压下行程开关 6，电磁铁 IYV 断电，I 缸的活塞停止运 动。行程开关 6 同时使 3YV 通电，压力油进入 II 缸的左腔，II 缸右腔的油经阀 B 回油箱，活塞在 压力油作用下按箭头 2 所示方向向右运动。达到要求位置时，压下行程开关 8，使 3YV 断电，II 缸 的活塞停止运动。 同理， 行程开关 8 使 2YV 通电， 缸活塞按箭头 3 方向左移。 I 而行程开关 5 使 4YV 通电，II 缸活塞按箭头 4 方向左移，到位后行程开关 7 使 4YV 断电，活塞停止运动，完成一个工 作循环。如果需要重复 4 动作的后续循环，可令行程开关 7 发讯使 4YV 断电的同时使 IYV 通电即 可实现。后续循环未完成以及循环过和中停止回路动作的命令．可由停止按钮实现。用电磁阀控制的并联顺序动作回路，工作行程的调整比较方便，动作顺序改变也很容易，具有 调整灵活的优点，因此得到广泛应用。2、复杂换向回路当需要频繁、连续自动作往复运动且对换向过程有很多附加要求时，则需采用复杂换向回路。 对于换向要求高的主机（如各类磨床） ，若用手动换向阀就不能实现自动往复运动。采用机动 换向阀，利用工作台上的行程块推动（联接在换向阀杆上的）拨杆来实现自动换向，但工作台慢速 运动时，当换向阀移至中间位置时，工作台会因失去动力而停止运动（称“换向死点”） ，不能实现 自动换向；当工作台高速运动时，又会因换向阀芯移动过快而引起换向冲击。若采用电磁换向阀由 行程挡块推动行程开关发出换向信号，使电磁阀动作推动换向，可避免“死点”，但电磁阀动作一般较快，存在换向冲击，而且电磁阀还有换向频率不高、寿命低、易出故障等缺陷。 为解决上述两个矛盾，采用特殊设计的机液换向阀，以行程挡块推动机动先导阀，由它控制一 个可调式液动换向阀来实现工作台的换向，既可避免“换向死点”，又可消除换向冲击。这种换向回 路，按换向要求不同可分为时间控制制动式和行程控制制动式两种。(1)、 (1)、时间控制制动式换向回路时间控制制动式换向回路 l-节流阀；2-先导阀；3-换向阀；4-溢流阀 如图所示，这种回路中的主油路只受换向阀 3 控制。在换向过程中，例如，当先导阀 2 在左端 位置时， 控制油路中的压力油经单向阀人通向换向阀 3 右端， 换向阀左端的油经节流阀 J1 流回油箱， 换向阀芯向左移动，阀芯上的制动锥面逐渐关小回油通道，活塞速度逐渐减慢，并在换向阀 3 的阀 芯移过 l 距离后将通道闭死，使活塞停止运动。换向阀阀芯上的制动锥半锥角一般为 1.5°～3.5°， 在换向要求不高的地方还可以取大一些。制动锥长度可根据试验确定，一般取 l＝ 3～12mm。当节 流阀 J1 和 J2 的开口大小调定之后，换向阀阀芯移过距离 l 所需的时间（即活塞制动所经历的时间） 就确定不变（不考虑油液粘度变化的影响） 。因此，这种制动方式被称为时间控制制动式。这种换 向回路的主要优点是：其制动时间可根据主机部件运动速度的快慢、惯性的大小通过节流阀 J1 和 J2 的开口量得到调节，以便控制换向冲击，提高工作效率；此外，换向阀中位机能采用 H 型，对减小 冲击量和提高换向平稳性都有利。其主要缺点是：换向过程中的冲出量受运动部件的速度和其它一 些因素的影响，换向精度不高。这种换向回路主要用于工作部件运动速度较高，要求换向平稳，无 冲击，但换向精度要求不高的场合，如用于平面磨床和插、拉、刨床液压系统中。(2)、 (2)、行程控制制动式换向回路如图所示，这种回路中的主油路除受换向阀 3 控制外，还受先导阀 2 控制。当先导阀 2 在换向 过程中向左移动时，先导阀阀芯的右制动锥将液压缸右腔的回油通道逐渐关小，使活塞速度逐渐减 慢，对活塞进行预制动。当回油通道被关得很小（轴向开口量尚留约 0.2～0.5mm） 、活塞速度变得 很慢时。换向阀 3 的控制油路才开始切换，换向阀芯向左移动。切断主油路通道，使活塞停止运动， 并随即使它在相反的方向起动。这里，不论运动部件原来的速度快慢如何，先导阀总是要先移动一 段固定的行程 l，将工作部件先进行预制动后，再由换向阀来使它换向。所以这种制动方式被称为 行程控制制动式。先导阀制动锥一般取长度 l＝ 5～ 12mm，合理选择制动锥度能使制动平稳（而 换向阀上就没有必要采用较长的制动锥，一般制动锥长度只有 2mm，半锥角也较大。行程控制制动式换向回路 l-节流阀；2-先导阀；3-换向阀；4-溢流阀 行程控制制动式换向回路的换向精度较高，冲出量较小；但由于先导阀的制动行程恒定不变， 制动时间的长短和换向冲击的大小就将受运动部件速度快慢的影响。所以这种换向回路宜用在主机 工作部件运动速度不大，但换向精度要求较高的场合，如磨床液压系统中。3、锁紧回路锁紧回路可使液压缸活塞在任一位置停止，并可防止其停止后窜动。使执行元件锁紧的最简单 的方法是利用三位换向阀的 M 型或 O 型中位机能封闭液压缸两腔， 使执行元件在其行程的任意位 置上锁紧。但由于滑阀式换向阀不可避免地存在泄漏，这种锁紧方法不够可靠，只适用于锁紧时间 短且要求不高的回路中。 最常用的方法是采用液控单向阀，其锁紧回路如图所示。由于液控单向阀有良好的密封性能， 即使在外力作用下，也能使执行元件长期锁紧。为了保证在三位换向阀中位时锁紧，换向阀应采用 H 型或 Y 型机能。这种回路常用于汽车起重机的支腿油路中，也用于矿山采掘机械的液压支架的锁 紧回路中。锁紧回路8.3 课堂小结单向阀和换向阀是液压系统中控制液流方向的元件。 单向阀分成两类：即普通单向阀（简称单向阀）和液控单向阀，单向阀只允许液流向一个方向 通过；液控单向阀具有普通单向阀的功能，并且只要在控制口通以一定压力的控制油液，油流反向 也能通过。单向阀和液控单向阀用于回路需要单向导通的场合，也用于各种锁紧回路。 换向阀既可用来使执行元件换向，也可用来切换油路。换向阀的各种结构形式中，滑阀式用得 较多。而各种操纵形式的换向阀中，则以电磁和电液换向阀用得较多，因为它易于实现自动化。换 向阀的图形符号明确地表示了阀的作用原理、工作位置数、通路数、通断状态以及操纵方式等，应 予以足够的重视，并能熟练掌握。8.4 布置作业或思考题多看书， 了解不同的换向阀， 其控制液流方向原理， 换用在不同的场合。 可以通过对阀的结构， 画出相应的图形符号。8.5 课后分析学习时应把结构（或结构原理）与图形符号联系起来，才能深入地理解其换向原理和滑阀机 能。第二讲 1、授课日期、班级 2、课题5-2 压力控制阀3、教学目的要求掌握压力阀--溢流阀、减压阀、顺序阀和压力继电器的结构和工作原理；了解压力阀在调压与 减压回路中的应用。4、教学内容要点压力阀--溢流阀、减压阀、顺序阀和压力继电器的结构和工作原理；压力阀在调压与减压回路 中的应用。5、重点、难点溢流阀、减压阀、顺序阀的原理与结构及区别6、教学方法和手段课堂教学为主，充分利用多媒体动画来表示抽象概念。7．主要参考书目和资料 8、课堂教学 8.1 复习提问回想液压控制元件的分类，要执行所需要的动作，不仅需要对液压油路液流方向进行控制，还 要对压力进行控制。8.2 讲授新课压力控制阀(pressure control valve) 5-2 压力控制阀压力控制阀简称压力阀。它包括用来控制液压系统的压力或利用压力变化作为信号来控制其 它元件动作的阀类。按其功能和用途不同可分为溢流阀、减压阀、顺序阀和压力继电器等。它们的 共同特点是：利用受控液流的压力对阀心的作用力与其他作用力的平衡条件，来调节阀的开口量以 改变液阻的大小，从而达到控制压力的目的。一、溢流阀(relief valve) 溢流阀溢流阀的主要用途有以下两点：1）调压和稳压。如用在由定量泵构成的液压源中，用以调节 泵的出口压力，保持该压力恒定。2）限压。如用作安全阀，当系统正常工作时，溢流阀处于关闭 状态，仅在系统压力大于其调定压力时才开启溢流，对系统起过载保护作用。 溢流阀的特征是：阀与负载相并联，溢流口接回油箱，采用进口压力负反馈。根据结构不同，溢流阀可分为直动型和先导型两类。1、直动型溢流阀直动式溢流阀是依靠系统中的压力油（作用在阀芯上的主油路液压油）直接作用在阀心上的力 与弹簧力相平衡，以控制阀心的启闭动作。直动式溢流阀的结构主要有滑阀、锥阀、球阀和喷嘴挡 板等形式，其基本工作基本相同。 如图所示，直动型溢流阀因阀口和测压面结构型式不同，形成了三种基本结构：图(a)所示阀采 用滑阀式溢流口，端面测压方式；图(b)所示阀采用锥阀式溢流口，同样采用端面测压方式；图(c) 所示阀采用锥阀式溢流口， 锥面测压方式， 测压面和阀口的节流边均用锥面充当。 但无论何种结构， 直动型溢流阀均是由调压弹簧和调压手柄、溢流阀口、测压面等三个部分构成。直动型溢流阀结构原理图 (a)滑阀节流口，端面测压；(b)锥阀节流口，端面测压；(c)锥阀节流口，锥面测压 图所示为滑阀型直动式溢流阀的结构。该阀由滑阀阀心 7、阀体 6、调压弹簧 3、上盖 5、调节杆 l、调节螺母 2 等零件组成。图示位 置，阀心在调压弹簧力 Ft 的作用下处于最下端位置，阀心台肩的封油长度 S 将进、出油口隔断， 压力油从进口 P 进入阀后，经孔 f 和阻尼孔 g 后作用在阀心 7 的底面 c 上，阀心 7 的底面 c 上受到 油压的作用形成一个向上的液压力 F。当进口压力 p 较低，液压力 9 小于弹簧力 Ft 时，阀心在调压 弹簧的预压力作用下处于最下端，由底端螺塞 8 限位(可调节封油长度 S)，阀处于关闭状态。当液 压力 F 等于或大于调压弹簧力 Ft 时，阀心向上运动，上移行程 S 后阀口开启，进口压力油经阀口 溢流回油箱，此时阀心处于受力平衡状态。 （动态演示） 图中 L 为泄漏油口。图中回油口 T 与泄漏油流经的弹簧腔相通，L 口堵塞，这种连接方式称 为内泄式。内泄时回油口 T 的背压将作用在阀心 L 端面，这时与弹簧相平衡的将是进出口压差。若 将上盖 5 旋转 180 度，卸掉 L 口螺塞，直接将泄漏油引回油箱，这种连接方式称为外泄式。阀口开启时的的进口压力称为开启压力 pk ，若忽略阀心自重和阀心与阀体之间的摩擦力， 则有p k A = k ( x0 + S )由上式可见，调节弹簧的顶压缩量 x0 可以改变阀的开启压力 pk ，由于作用在滑阀上端的弹 簧力直接与滑阀底部的液压力相平衡，同时滑阀直径由溢流阀的公称流量确定，因此溢流阀的开启 压力取决于调压弹簧的刚度。若阀的工作压力较高，必然要加粗弹簧，以增大弹簧刚度，这样在相 同的滑阀位移下，弹簧力的变化较大。这将意味着，只有溢流阀进口压力变化量较大时阀心才能移 动，即阀控制的压力灵敏度较低。溢流压力随溢流流量的变化情况如图所示。直动型溢流阀结构简单，灵敏度高，但因压力直接与调压弹簧力平衡，不适于在高压、大流量 下工作。在高压、大流量条件下，直动型溢流阀的阀芯摩擦力和液动力很大，不能忽略，故定压精 度低，恒压特性不好。因而，这种滑阀型直动式溢流阀主要用于低压小流量场合。2、先导型溢流阀先导型溢流阀有多种结构，都由先导阀和主阀两部分组成。(1)、 (1)、Y1 型先导型溢流阀图所示为先导式溢流阀，其结构分为上下两部分。上部的先导部分由锥阀芯 l、调压弹簧 2 和 调压螺帽 3 等组成。下部的主阀部分由主阀芯 5 和主阀弹簧 4 等组成。这种阀的特点是利用主阀芯 上下两端液体的压力差来使主阀阀芯移动的。其工作原理如图所示。油腔 b 和进油口相通，油腔 d 和回油口相通。压力油从油腔 b 进入，作用在主阀芯大直径台肩下部的圆环形面积上，并通过主阀 芯中的小孔 c 流到下端面油腔中，作用于主阀芯的下端；同时，又经过阻尼小孔 e 进入主阀芯的上 腔 a，还经小孔 f、g 作用于先导调压阀的锥阀上。 当进油压力较低，还不能打开先导调压阀时，锥阀关闭，此时，没有油液流过阻尼小孔 e。由 于主阀芯大直径台肩下部的圆环形面积和阀芯下部小直径端面面积之和与大直径台肩上部面积基 本相等，其上下两端的液压力也相等，所以，阀芯在上端弹簧的作用下，使主阀芯处于最下端位置， 将溢流口关闭。因为主阀弹簧的力量只需克服主阀芯的摩擦力，所以做得较软。当进油压力升高到 能够打开先导调压阀时，锥阀就压缩调压弹簧并将油口打开，压力油通过阻尼小孔 e 经锥阀流回油 箱。由于阻尼小孔的作用产生压力降，所以主阀芯上部的液压力 p1 小于下部的液压力 p 。当主阀 芯上下两端压力差所产生的作用力超过主阀弹簧的作用力时， 主阀芯被抬起， 油腔 b 和油腔 d 接通， 油液流回油箱，实现溢流。 用调节螺帽来调节调压弹簧的压紧力，就可以调整溢流阀溢流时进油口的液压力，从而调定了 液压系统的压力。 为远程控制口， K 用于远程调压用。 如果将 K 口用油管接到另一个远程调压阀(图 中未画出)， 则主阀芯上部的油压就受这个远程调压阀控制， 从而就可以对这个溢流阀实行远程调压。 这时，溢流阀上部的先导调压阀应不起作用，所以，它的调整压力应高于远程调压阀所可能调节的 最高压力，一般情况下这个口封闭不用。 当溢流阀稳定工作时，作用在主阀芯上的力(不计阀芯自重和摩擦力)是平衡的，其力的平 衡方程为：pA = p1 A + Fs = p1 A + k ( x0 + ?x)或p = p1 +Fs k ( x0 + ?x) = p1 + A A式中： p ---进油腔液压力； p1 ---主阀芯上腔的液压力；A---主阀芯的截面积； k ---主阀芯弹簧 的刚度；x0 ---主阀弹簧的预压缩量； ?x ---主阀弹簧附加压缩量； Fs ---主阀弹簧的作用力。从上式可以看出，对于先导式溢流阀，即使进油口的液压力较大，由于阀芯上腔有液压力存 在，主阀弹簧也可以做得较软。因此，当溢流流量变化而引起阀芯位置改变时，弹簧力的变化也较 小（与直动式溢流阀相反） 。此外，当调压弹簧调整好之后，在溢流时阀芯上腔的液压力 p1 基本上 是个定值，所以，进油口液压力 p 的数值在溢流量变化时变动较小。同时，因为调压锥阀的阀孔的 尺寸较小，调压弹簧的刚度也不大，所以调压比较轻便。 这种阀振动小、噪音低、压力较稳定，但先导式溢流阀在先导阀和主阀都动作后才能起控制压 力的作用，因此动态响应较慢。(2)、 (2)、先导型高压溢流阀下图所示为先导式高压溢流阀结构图，它的工作原理和 Y1 型溢流阀基本相同，但高压溢流阀 在强度和密封等方面比 Yl 型要求更高。其主阀芯采用了锥面阀座式结构，没有搭合量。当油压升 高，阀芯开始抬起时马上就能打开阀口，使进油口和回油口接通，故灵敏度高，响应迅速。主阀芯 还加了尾锥即防振摆，提高了阀的稳定性，不会因阀芯的高频振动产生尖叫声，但此种阀的结构和 制造工艺都比较复杂，其最高调整压力可达 35MPa。 图中所示是一种典型的三节同心结构先导型溢流阀(先导式高压溢流阀)，锥式先导阀 1、主阀 芯上的阻尼孔（固定节流孔）5 及调压弹簧 9 一起构成先导级半桥分压式压力负反馈控制，负责向 主阀芯 6 的上腔提供经过先导阀稳压后的主级指令压力 P2。主阀芯是主控回路的比较器，上端面作 用有主阀芯的指令力 P2A2，下端面作为主回路的测压面，作用有反馈力 P1A1，其合力可驱动阀芯， 调节溢流口的大小，最后达到对进口压力 P1 进行调压和稳压的目的。YF 型三节同心先导型溢流阀结构图(管式) 1-锥阀(先导阀)；2-锥阀座；3-阀盖；4-阀体；5-阻尼孔；6-主阀芯；7-主阀座；8-主阀弹簧；9-调压 (先导阀)弹簧 工作时，液压力同时作用于主阀芯及先导阀芯的测压面上。当先导阀 1 未打开时，阀腔中油液 没有流动，作用在主阀芯 6 上下两个方向的压力相等，但因上端面的有效受压面积 A2 大于下端面 的有效受压面积 A1，(一般来说 A2/ A1=1.03~1.05)主阀芯在合力的作用下处于最下端位置，阀口关 闭。当进油压力增大到使先导阀打开时，液流通过主阀芯上的阻尼孔 5、先导阀 1 流回油箱。由于 阻尼孔的阻尼作用，使主阀芯 6 所受到的上下两个方向的液压力不相等，主阀芯在压差的作用下上 移，打开阀口，实现溢流，并维持压力基本稳定。调节先导阀的调压弹簧 9，便可调整溢流压力。根据先导型溢流阀的原理图。三节同心先导型溢流阀原理图 当阀芯重力、摩擦力和液动力忽略不计，令导阀的指令力 F 指=KSxS0 下的力平衡方程为 ΔFS=F 指-P2AS= KSxS 即 P2=KS(xS0+xS)/AS 因导阀的流量极小，仅为主阀流量的 1左右，导阀开口量 XS 很小，因此有 时，导阀芯在稳态状况P2≈KSxS0/AS（常数） 式中 P2-―先导级的输出压力，即主级的指令压力（Pa） ； ； F 指――先导级的指令信号，即导阀的弹簧预压力（N） ΔFS――先导级的控制误差，即导阀芯上的合力（N） ； AS――导阀芯的有效承压面积（m2） ； KS――导阀调压弹簧刚度（N／m） ； ； XS0――导阀弹簧预压缩量（m） XS――导阀阀开口量（m） 。 由式 P2≈KSxS0/AS 可以看出，只要在设计时保证 XS&&XS0，即可使先导级向主级输出的压力 P2=KS(xS0+xS)/AS≈KSxS0/AS =常数。因此，先导级可以对主级的指令压力 P2 进行调压和稳压。 在主阀中，当主阀芯重力、摩擦力和液动力忽略不计，令主阀的指令力 F 调=P2A2，主阀芯在稳 态状况下的力平衡方程为 ΔF=F 调-P1A1=P2A2-P1A1=K(x0+x) 因主阀芯弹簧不起调压弹簧作用，因此弹簧极软，弹簧力基本为零，即ΔF=K(x0+x)≈0 故有 P1≈F 调/A1=P2A2/A1代入式 P2≈KSxS0/AS 后，得p1 =式中 P1-―进口压力即系统压力（Pa） ；K s xs 0 A2 ? F指 ? A2 =? ? A ?? A ? As A1 ? s ? 1A1-―主阀芯下端面的有效承压面积（m2） ； ； A2-―主阀芯上端面的有效承压面积（m2） K――主阀弹簧刚度（N／m） ； x0――主阀弹簧预压缩量（m） ； x――主阀阀开口量（m） 。 F 调――主级的指令信号，即主阀芯上端面有效承压面积上所承受的液压力（N） ； ΔF――主级的控制误差，即主阀芯上的合力（N） ； 由式 p1 =K s xs 0 A2 ? F指 ? A2 =? ? A ? ? A 可以看出，只要在设计时保证主阀弹簧很软，且主阀芯的测 ? As A1 ? s ? 1压面积 A1 、A2 较大，摩擦力和液动力相对于液压驱动力可以忽略不计，即可使系统压力 P1 ≈ （KSxS0/AS）A2/A1 =常数。先导型溢流阀在溢流量发生大幅度变化时，被控压力 P1 只有很小的变 化，即定压精度高。此外，由于先导阀的溢流量仅为主阀额定流量的 1％左右，因此先导阀阀座孔 的面积和开口量、调压弹簧刚度都不必很大。所以，先导型溢流阀广泛用于高压、大流量场合。 从图可以看出，导阀体上有一个远程控制口 K，当 K 口通过二位二通阀接油箱时，先导级的控 制压力 P2≈0；主阀芯在很小的液压力（基本为零）作用下便可向上移动，打开阀口，实现溢流， 这时系统称为卸荷。若 K 口接另一个远离主阀的先导压力阀(此阀的调节压力应小于主阀中先导阀 的调节压力)的入口连接，可实现远程调压。 先导型溢流阀的导阀部分结构尺寸较小，调压弹簧不必很强，因此压力调整比较轻便。但因先 导型溢流阀要在先导阀和主阀都动作后才能起控制作用，因此反应不如直动型溢流阀灵敏。3、溢流阀的应用溢流阀在不同的场合有不同的用途，如在定量泵节流调速系统中，溢流阀用来保持液压系统 的压力(即液压泵出口压力)恒定，并将液压泵多余的流量溢流回油箱，这时溢流阀作减压阀用；在 容积节流调速系统中，溢流阀在液压系统正常工作时处于关闭状态，只是系统压力大于或等于溢流 阀调定压力时才开启溢流，对系统起过载保护作用，这时溢流阀作安全阀用；在需要卸荷回路的液 压系统中，溢流阀还可以作卸荷阀用，这时只需通过电磁换向阀将溢流阀的遥控口与油箱接通，液 压泵即可卸荷，从而降低液压系统的功率损耗和发热量；溢流阀有时串联于执行元件出口的主油路 上，使执行元件的出口侧产生较为恒定的背压。在图所示的定量泵节流调速液压系统中，溢流阀与泵并联，起溢流作用，其调定压力等于系统 的最大工作压力。系统工作时，溢流阀常开。调节节流阀的开口度大小来控制进入液压缸的流量， 多余的油液从溢流阀溢流回油箱。随着执行元件所需流量(运动速度)的不同，阀的溢流量也不同， 但液压泵的工作压力则基本保持恒定。调节溢流阀的调压弹簧，即可调节系统的供油压力。 在图中，若去掉流量-阀，泵改为普通变量泵，则溢流阀起安全保护作用，用于限定系统的最高 压力，其调定压力等于系统的最大工作压力的 1.05～1.1 倍。当系统正常工作时，溢流阀常闭；只 有当系统出现误操作，使得压力达到调定压力时，溢流阀才开启。 图所示为溢流阀用于远程调压的多级调压回路。图中 3 为远程调压阀，接主溢流阀 2 的远控 口。当二位二通电磁换向阀 4 关闭时，液压泵的出口压力由溢流阀 2 调定为》1。当二位二通电磁 阀通电切换后，其油路接通，这时泵的出口压力由远程调压阀调定为户： 。在采用这种回路时，应 注意使远程调压阀的调定压力小于主溢流阀本身的调定压力，否则，远程调压阀将不起作用。 如果将二位二通电磁阀安装在主溢流阀与远程调压阀之间，则当压力切换时，可能产生较大的 压力波动与冲击。 图所示为先导式溢流阀的卸荷回路。 将二位二通电磁换向阀安装在溢流阀的远控口(两者做成一 体的又称电磁溢流阀)油路上，卸荷时，电磁阀通电，将远控口与油箱接通。此时，溢流阀的进口尽 力只需克服主阀芯弹簧力便可溢流，液压泵的输出流量在很小的压力下通过溢流阀流回油箱。而通 过电磁阀的流量很小，只是溢流阀控制腔的流量(即通过主阀芯上阻尼小孔的流量)，故只需选用小 规格的电磁阀。卸荷时，溢流阀处于全开状态，当停止卸荷系统重新工作时，不会产生压力冲击现 象，故适用于高压大流量系统中。减压阀(reducing valve) 二、 减压阀在液压系统中，常由一个液压泵向几个执行元件供油，当某一执行元件需要比泵的供油压力低 的稳定压力时，在该执行元件所在的支路上就需要使用减压阀。 减压阀是一种利用液流流过缝隙产生压力损失，使其出口压力低于进口压力控制阀。按调节的 要求不同，减压阀可分为定压减压阀、定比减压阀和定差减压阀。定压减压阀用于控制出口压力为 定值，使液压系统中某一部分得到较供油压力低的稳定压力；定比减压阀用来控制它的进出口压力 保持调定不变的比例；定差减压阀则用来控制进出口压力差为定值。本节主要讨论定压减压阀。1、 定压减压阀按阀的结构的不同，减压阀也有直动型和先导型之分，直动型减压阀的工作原理如图所示，但 直动型减压阀较少单独使用。直动型串联减压式压力负反馈控制（用于直动式减压阀） 在先导型减压阀中，根据先导级供油的引入方式不同，有“先导级由减压出口供油式”和“先导级由减压进口供油式”两种结构形式。(1)、 (1)、先导级由减压出口供油的减压阀先导级由减压出口供油的减压阀如图所示， 由先导阀和主阀两部分组成。 该阀的原理如图所示。先导级由减压出口供油的先导式减压阀 图中，压力油由阀的进油口 P1 流入，经主阀减压口 f 减压后由出口 P2 流出。锥式先导阀、主 阀芯上的阻尼孔（固定节流孔 e）及先导阀的调压弹簧一起构成先导级半桥分压式压力负反馈控制， 负责向滑阀式主阀芯的上腔提供经过先导阀稳压后的主级指令压力 P3。主阀芯是主控回路的比较 器，端面有效面积为 A，上端面作用有主阀芯的指令力（即液压力 P3A 与主阀弹簧力预压力 K y0 之和） ，下端面作为主回路的测压面，作用有反馈力 P2A，其合力可驱动阀芯，并调节减压口 f 的大 小，最后达到对出口压力 P2 进行减压和稳压的目的。 由图可见，出口压力油经阀体与下端盖的通道流至主阀芯的下腔，再经主阀芯上的阻尼孔 e 流 到主阀芯的上腔，最后经导阀阀口及泄油口 L 流回油箱。因此先导级的进口（即阻尼孔 e 的进口） 压力油引自减压阀的出口 P2，故称为先导级由减压出口供油的减压阀。 工作时，若出口压力 P2 低于先导阀的调定压力，先导阀芯关闭，主阀芯上、下两腔压力相等， 主阀芯在弹簧作用下处于最下端，减压口开度 f 为最大，阀不起减压作用，P2≈P1。当出口压力达 到先导阀调定压力时，先导阀阀口打开，主阀弹簧腔的油液便由外泄口 L 流回油箱，由于油液在主 阀芯阻尼孔内流动，使主阀芯两端产生压力差，主阀芯在压差作用下，克服弹簧力抬起，减压阀口 f 减小，压降增大，使出口压力下降到调定的压力值。此时，如果忽略液动力、摩擦力，则先导阀 和主阀的力平衡方程式为 ΔF=（P3A+Ky0）-P2A=Ky P3AS=KS（x0+x）≈KSx0（常数）式中，A、AS 分别为主阀和先导阀有效作用面积；K、KS 分别为主阀和先导阀弹簧刚度；x0、x 分别为先导阀弹簧预压缩量和先导阀开口量；y0、y 分别为主阀弹簧预压缩量、主阀调节位移。 联立上两式后，P2 可写成 P2≈(KSx0/AS+K(y0-y))/A≈(KSx0/AS+Ky0)/A 由上式可以看出，只要在设计时保证主阀弹簧较软，Ky 可以忽略，且主阀芯的测压面积 A 较 大，摩擦力和液动力相对于液压驱动力可以忽略不计，即可使减压阀出口压力基本恒定。 应当指出，当减压阀出口处的油液不流动时，此时仍有少量油液通过减压阀口经先导阀和外泄 口 L 流回油箱，阀处于工作状态，阀出口压力基本上保持在调定值上。(2)、 (2)、先导级由减压进口供油的减压阀先导级供油既可从减压阀口的出口 P2 引入，也可从减压阀口的进口 P1 引入，各有其特点。 先导级供油从减压阀的出口引入时，该供油压力 P2 是经减压阀稳压后的压力，波动不大，有利 于提高先导级的控制精度，但导致先导级的输出压力（主阀上腔压力）P3 始终低于主阀下腔压力 P2，若减压阀主阀芯上下有效面积相等，为使主阀芯平衡，不得不加大主阀芯的弹簧刚度，这又会 使得主级的控制精度降低。 先导级供油从减压阀的进口 P1 引入时(见图)，其优点是先导级的供油压力较高，先导级的输出 压力（主阀上腔压力）P3 也可以较高，故不需要加大主阀芯的弹簧刚度即可使主阀芯平衡，主级的 控制精度可能较高。但减压阀进口压力 P1 未经稳压，压力波动可能较大，又不利于先导级的控制。 为了减小 P1 波动可能带来的不利影响， 保证先导级的控制精度， 可以在先导级进口处用一个小型 “恒 流器”代替原固定节流孔，通过“恒流器”的调节作用使先导级的流量及导阀开口度近似恒定，结 果使有利于提高主阀上腔压力 P3 的稳压精度。先导级由减压进口供油的先导式减压阀原理图 图所示就是一种先导级由减压进口供油的减压阀。 该阀先导级进口处设有 “控制油流量恒定器” 6， 它由一个固定节流孔 I 和一个可变节流口Ⅱ串联而成。 可变节流口借助于一个可以轴向移动的小 活塞来改变通油孔 N 的过流面积，从而改变液阻。小活塞左端的固定节流孔，使小活塞两端出现压 力差。小活塞在此压力差和右端弹簧的共同作用下而处于某一平衡位置。如果由减压阀进口引来的压力油的压力 P1 达到调压弹簧 8 的调定值时，先导阀 7 开启，液流 经先导阀口流向油箱。这时，小活塞前的压力为减压阀进口压力 P1，其后的压力为先导阀的控制压 力 (即主阀上腔压力)P3，P3 由调压弹簧 8 调定。由于 P3&P1，主阀芯在上、下腔压力差的作用下克 服主阀弹簧 5 的力向上抬起，减小主阀开口，起减压作用，使主阀出口压力降低为 P2。因为主阀采 用了对称设置许多小孔的结构作为主阀阀口，因此液动力为零。 显然，若先导级阀流量恒定，先导级的输出压力 P3 就不会波动，这有利于提高减压阀的稳压精 度。如何使通过先导阀的流量恒定呢?其工作原理如图 6.18 所示。它的先导级以固定节流孔 I 作为 流量传感器，将流量转化为 I 上的压力差后与弹簧力平衡，压差恒定时流量自然恒定。通过可变节 流口Ⅱ，可以自动调节流量。流量大时，流量传感器（固定节流孔 I）的压差则大，该压差作用在 活塞 6 上，压缩弹簧，关小可变节流口Ⅱ，将先导级的流量向减小的方向调节；反之则增大可变节 流口Ⅱ，将先导级的流量向增大的方向调节。总之自动维持先导级流量稳定。因此这种阀的出口压 力 P2，与阀的进口压力 P1 ，以及流经主阀的流量无关。 如果阀的出口压力出现冲击， 主阀芯上的单向阀 4 将迅速开启卸压， 使阀的出口压力很快降低。 在出口压力恢复到调定值后，单向阀重新关闭。故单向阀在这里起压力缓冲作用。2、定差减压阀定差减压阀可使进出口差保持高定值。如图：高压油 P 经节流口 x 减压后以低压 P2 输出， 同时低压油经阀心中心孔将压力 P2 引至阀心上腔， 1 其进出口油压在阀心上、下端有效作用面积上产生的液压力之差与弹簧力相平衡，阀心受力平衡方 程式为：P1 ?式中 量。π(D 42? d 2 = P2 ?)π(D 42? d 2 + k ( x0 + x ))D、d---阀心大端外径和小端外径；k---弹簧刚度；x。 、x――弹簧预压缩量和阀心开口由上式可求出定差减压阀进、出口压差 ?P ：?P = P1 ? P2 =π(D 4k ( x0 + x )2?d2)由上式可知，只要尽量减小弹簧刚度 K，并使 x && x0 ，就可使压力差 ?P 近似保持为定值。 定差减压阀主要用来和其他阀组成组合阀，减压阀和节流阀串联组成调速阀。3、定比减压阀定比减压阀可使进出口压力的比值保持恒定。如图所示。在稳态时，忽略阀心所受到的稳态液动力、阀心的自重和摩擦力时可得到阀心受力平衡方程P1 ? A1 + k ( x0 + x ) = P2 ? A2式中：k ---弹簧刚度；x。 、x---弹簧预压缩量及阀口开度弹簧刚度较小，则有P2 A1 = P1 A2由式可见，只要适当选择阀心的作用面积 A1 、 A2 ，便可得到所要求的压力比，且比值近似 恒定。4、减压阀的组合阀―单向减压阀(one-way reducing valve) 减压阀的组合阀―单向减压阀将单向阀和减压阀组合在一起即成为单向减压阀，如图。当压力油从油口 P 流向油口 P2 时， 1 单向阀关闭，减压阀正常工作。如油液反向从油口进入，则减压阀不起作用，可通过单向阀进入油 口，图中 L 是泄油口。5、减压阀的主要静态性能指标减压阀的主要静态性能指标有：调压范围、压力稳定性、压力偏移、进口压力变化引起的出口 压力变化量、外泄漏量、反向压力损失和动作可靠性等。(1)、 (1)、调压范围减压阀的调压范围是指将减压阀的调压手轮从全松到全闭时，阀出口压力的可调范围。减压阀 的出口压力应随调压手轮的调节而平稳地上升和下降，不应有突跳和迟滞现象。(2)、压力稳定性 (2)、压力稳定性是指出口压力的振摆。对公称压力为 16MPa 以上的减压阀，一般要求压力振摆 值不超过±0.5MPa；对公称压力为 16MPa 以下的减压阀，压力振摆值不超过±0.3MPa。(3)、 (3)、压力偏移压力偏移是指出油口的调定压力在规定时间内的偏移量。 一般按 1min 计算。 对采用 H a 、 b 、 HH c 、 H d ，四根不同调压弹簧的减压阀，其压力偏移值一般对应要求为 0.2MPa、0.4MPa、0.6MPa和 1.0MPa。(4)、进口压力变化引起的出口压力变化量 (4)、当减压阀进口压力变化时，必然对出口压力产生影响，出口压力的波动值越小，减压阀的静特 性越好。测试时，一般使被试减压阀的进口压力在比调压范围的最低值高 2MPa 至公称压力的范围 内变化时，测量出口压力的变化量。对采用 H a 、 H b 、 H c 、 H d 四根不同调压弹簧的先导式减压 阀，一般规定，其压力偏移值分别不超过 0.2MPa、0.4MPa、0.6MPa 和 0.8MPa。(5)、 (5)、流量变化引起的出口压力变化量当减压阀的进口压力恒定时，通过阀的流量变化往往引起出口压力的变化，使出口压力不能保 持调定值。测试时，使被试减压阀的进口压力调为公称压力，出口压力为调压范围的最低值，当通 过减压阀的流量从零至公称流量范围内变化时，减压阀出口的压力变化量。(6)、 (6)、外泄漏量外泄漏量是指当减压阀起减压作用时，每分钟从泄油口流出的先导流量。其数值一般应小于 1.5～2.0 L／min。测试时，使被试减压阀的进口压力调为公称压力，出口压力为调压范围的最低值， 测得的泄油口流量即为外泄漏量。(7)、反向压力损失 (7)、对单向减压阀，当反向通过公称流量时，减压阀的压力损失即为反向压力损失。一般规定反向 压力损失应小于 0.4MPa。6、减压阀的应用在液压系统中，一个油源供应多个支路工作时，由于各支路要求的压力值大小不同，这就需要 减压阀去调节，利用减压阀可以组成不同压力级别的液压回路。 如图所示，液压泵 3 同时向液压缸 1 和液压缸 2 供油，缸 l 的负载力为 Fl，缸 2 的负载力为 F2 （但在实际工程中 Fl 与 F2 不是恒定不变的） 。设 Fl&F2，若没有减压阀 4 和节流阀 5，哪个缸的负 载较小，则哪个缸先动，即只有缸 2 的活塞到位后压力继续上升，缸 l 才动作。加上减压阀后就解 决了这一矛盾，两个缸可分别动作而不会因负载的大小而互相干扰。若不加节流阀，尽管缸 l 有相当的负载力，溢流阀有相当的调定压力，若 F2 为零，则减压阀的 二次压力(即出口压力)为零，阀芯处于最下端，减压口不起减压作用，并且将减压口的上下游无阻 力地沟通，这时，减压阀的一次压力(即进口压力)也为零，这种现象称为减压阀一次压力失压。有了节流阀，可使减压阀出口总是有相当的压力，即可避免这一现象的出现。 图所示的液压缸是一个夹紧缸。当活塞杆通过夹紧机构夹紧工件时，活塞的运动速度为零，因 减压阀的作用仍能使液压缸工作腔中的压力基本恒定，故可保持恒定的夹紧力，不致因夹紧力过大 而将工件夹坏。因为减压阀出口压力稳定，所以在有些回路中，虽然不需要减压，但为了获得稳定的压力也加 上减压阀。例如，用压力控制的液动换向阀、液控顺序阀，在这些阀的控制油路中，有时加上减压 阀，目的不是减压而是使控制压力稳定，以免因压力波动使它们产生误动作。三、顺序阀(sequence valve) 顺序阀顺序阀的作用是利用油液压力作为控制信号控制油路通断，因用于控制两个或两个以上执行元 件的液压系统中，使各执行元件按预先确定的先后动作顺序工作。 顺序阀也有直动型和先导型之分，一般先导顺序阀用于压力较高的液压系统中。根据控制压力 来源不同，它还有内控式和外控式之分。通过改变控制方式、泄油方式以及二次油路的连接方式， 顺序阀还可用作背压阀、卸荷阀和平衡阀等。根据泄油方式，有内泄式和外泄式两种。通过改变控 制压力的来源、泄油方式以及二次油路的连接形式，顺序阀可作多种用途，如内控内泄式顺序阀在 系统中可用作背压阀；外控内泄式顺序阀可用作卸荷阀等。1、直动型顺序阀直动型顺序阀如图所示，图（a）为实际结构图，图（C）为原理图。直动式顺序阀通常为滑阀 结构，其工作原理与直动式溢流阀相似，均为进油口测压，但顺序阀为减小调压弹簧刚度，还设置 了断面积比阀芯小的控制活塞 A。顺序阀与溢流阀的区别还有：其一，出口不是溢流口，因此出口 P2 不接回油箱，而是与某一执行元件相连，弹簧腔泄漏油口 L 必须单独接回油箱；其二，顺序阀不 是稳压阀，而是开关阀，它是一种利用压力的高低控制油路通断的“压控开关” ，严格地说，顺序 阀是一个二位二通液动换向阀。工作时，压力油从进油口 P1（两个）进入，经阀体上的孔道 a 和端盖上的阻尼孔 b 流到控制活 塞（测压力面积为 A）的底部，当作用在控制活塞上的液压力能克服阀芯上的弹簧力时，阀芯上移， 油液便从 P2 流出。该阀称为内控式顺序阀，其图形符号如图(b)所示。 必须指出，当进油口一次油路压力 P1 低于调定压力时，顺序阀一直处于关闭状态；一旦超过调 定压力，阀口便全开（溢流阀口则是微开） ，压力油进入二次油路（出口 P2） ，驱动另一个执行元件。 若将图（a）中的端盖旋转 90°安装，切断进油口通向控制活塞下腔的通道，并打开螺堵 K， 引入控制压力油，便成为外控式顺序阀，外控顺序阀阀口开启与否，与阀的进口压力 P1 的大小没有 关系，仅取决于控制压力的大小。图中控制油直接由进油口引入，外泄油口 L 单独接回油箱，这种 控制形式即为内控外泄式。 若将端盖或底盖在装配时转过一定位置， 还可得到内控内泄、 外控外泄、 外控内泄三种控制形式。由上述分析可知，顺序阀的动作原理与溢流阀相似，其主要区别在于： （1） 、顺序阀的出口与负载油路相通，而溢流阀的出口要接回油箱。 （2） 、溢流阀的弹簧腔可以与出油口沟通，而出口与负载油路相通的的顺序阀的泄油口应单独 接回油箱，以免使弹簧腔有油压。 （3） 、溢流阀的进口最高压力由调压弹簧来限定，并且，由于液流溢回油箱，所以损失了液体 的全部能量。而顺序阀的进口压力由液压系统工况来定，进口压力升高时阀口将不断增大，直至全 开，出口压力油对负载作功。 直动式顺序阀即使采用较小的控制活塞， 弹簧刚度仍然较大。 由于顺序阀工作时的阀口开度大， 阀心的行程较大， 因此造成这种顺序阀的启闭特性不够好。 所以直动式顺序阀只用在压力较低(8MPa 以下)的场合。2、先导式顺序阀1 图所示为先导式顺序阀， P 为进油口， P2 为出油口，其工作原理与先导式溢流阀相似，所不 同的是顺序阀的出油口不接回油箱，而通向某一压力油路，因而其泄油口 L 必须单独接回油箱。将先导阀 1 和端盖 3 在装配时相对于主阀体 2 转过一定位置，也可得到内控内泄、外控外泄、 外控内泄三种控制形式。外控式顺序阀阀口开启与否，与阀的进口压力的大小无关，仅取决于外控 口处控制压力的大小。 图所示的先导式顺序阀最大的缺点是外泄漏量过大。因先导阀是按顺序阀的压力调整的，当执 行元件达到顺序动作后，压力将同时升高，将先导阀口开得很大，导致流量从先导阀处大量外泄。 故在小流量液压系统中不宜采用这种结构。 图所示的 DZ 型先导式顺序阀可使先导阀处的泄漏量大为减小。这种阀的主阀形似单向阀，先 导阀为滑阀式。主阀心 5 在原始位置将进、出油口切断，进油口的压力油通过两条油路：一路经阻尼孔 6 进入 主阀心 5 上腔并到达先导阀心 3 中部环形腔 a， 另一路直接作用在先导阀心 3 的左端。 当进口压力 P 1低于先导阀弹簧 7 的调定压力时，先导滑阀在弹簧力的作用下处于图示位置。当进口压力 P 大于先 1 导阀调定压力时，先导阀心 3 在左端液压力作用下右移，将先导阀中部环形腔 a 与通顺序阀出口的 油路沟通，于是顺序阀进口压力 P 经阻尼孔、主阀上腔、先导阀流往出油口 P2 。由于阻尼孔 6 的 1 作用，主阀上腔的压力低于下端(即进油口)压力 P ，主阀心开启，顺序序阀进、出油口沟通(此时 1P1 ≈ P2 )。 由于主阀心上阻尼孔 6 的泄漏不流向泄油口 L(该泄油口 L 要单独接回油箱， 图中未示出)， 而是流向出油口 P2 ， 又因主阀上腔油压与先导滑阀所调压力无关， 仅仅通过刚度很弱的主阀弹簧与 主阀心下端液压力保持主阀心的受力平衡，故出口压力 P2 近似等于进口压力 P ，压力损失小，其 1泄漏量和功率损失与前图直动式顺序阀相比大为减小。 在顺序阀的阀体内并联装设单向阀，可构成单向顺序阀。单向顺序阀也有内外控之分。 各种顺序阀的图形符号见表。顺序阀最基本的应用是控制多个执行元件的顺序动作；与溢流阀相仿，内控式顺序阀也可作 为背压阀使用；而应用外控式顺序阀可使系统中某处压力达到调定值时实现卸荷。若将出油口接通 油箱，且将外泄改为内泄，即可作平衡阀用，使垂直放置的液压缸不因自重而下落。3、顺序阀}