液压控制阀 - 图文

第5章 液压控制阀

内容提要

本章主要介绍液压控制元件（压力阀、流量阀、方向阀等）在液压系统中的作用、工作原理、性能、职能符号及其应用。

基本要求、重点和难点

基本要求：通过本章学习，要求掌握压力阀、流量阀、方向阀的工作原理，性能、特性及其在液压系统中的应用。

重点：① 压力阀中的先导式溢流阀、减压阀。 ② 流量阀中的普通节流阀、调速阀。 ③ 方向阀中滑阀式电磁阀、电液换向阀。

难点：① 直动式溢流阀与先导式溢流阀的流量——压力特性比较。 ② 减压阀的作用。 ③ 调速阀的基本工作原理。 ④ 换向阀的换向原理和滑阀机能。

5.1概述

5.1.1液压控制阀的功用、分类

1.液压控制阀的功用

液压控制阀是液压系统中用来控制油液的流动方向或调节其压力和流量的元件。借助于这些阀,便能对执行元件的启动、停止、运动方向、速度、动作顺序和克服负载的能力进行调节与控制，使各类液压机械都能按要求协调地进行工作。液压控制阀对液压系统的工作过程和工作特性有重要的影响。

2.液压控制阀的基本共同点及要求 尽管液压阀的种类繁多，且各种阀的功能和结构形式也有较大的差异，但它们之间均保持下述基本共同点：

1）在结构上，所有液压阀都是由阀体、阀芯、和驱动阀芯动作的元、部件组成； 2）在工作原理上，所有液压阀的开口大小、进出口间的压差以及通过阀的流量之间的关系都符合孔口流量公式，仅是各种阀控制的参数各不相同而已。

液压系统中所使用的液压阀均应满足以下基本要求： 1）动作灵敏，使用可靠，工作时冲击和振动小； 2）油液流过时压力损失小； 3）密封性能好；

4）结构紧凑，安装、调整、使用、维护方便，通用性大。 3.液压控制阀的分类

液压控制阀按不同的特征和方式可分为以下几类，如表5.1所示。

表5.1液压控制阀的分类 分类方法 种类 详细分类 压力控制阀 按用途分 流量控制阀 方向控制阀 人力操纵阀 按操纵方式分 机械操纵阀 电动操纵阀 管式连接 按连接方式分 板式及叠加式连接 溢流阀、减压阀、顺序阀、比例压力控制阀、压力继电器等 节流阀、调速阀、分流阀、比例流量控制阀等 单向阀、液控单向阀、换向阀、比例方向控制阀 手把及手轮、踏板、杠杆 挡块、弹簧、液压、气动 电磁铁控制、电一液联合控制 螺纹式连接、法兰式连接 单层连接板式、双层连接板式、集成块连接、叠加式 插装式连接 开关或定值控制阀 电液比例阀 按控制原理分 伺服阀 数字控制阀 螺纹式插装、法兰式插装 压力控制阀、流量控制阀、方向控制阀 电液比例压力阀、电液比例流量阀、电液比例换向阀、电液比例复合阀、电液比例多路阀、 单、两极 （喷嘴挡板式、动圈式）电液流量伺服阀、三级电液流量伺服阀、电液压力伺服阀、气液伺服阀、机液伺服阀 数字控制压力阀、数字控制流量阀与方向阀 4.液压控制阀的基本参数 1）公称通径

公称通径代表阀的通流能力大小，对应阀的额定流量。与阀的进出口连接油管的规格应与阀的通径相一致。阀工作时的实际流量应小于或等于它的额定流量,最大不得大于额定流量的1.1倍。

2）额定压力

额定压力代表阀在工作时允许的最高压力。对压力控制阀,实际最高压力有时还与阀的调压范围有关；对换向阀,实际最高压力还可能受其功率极限的限制。

5.1.2.阀口的结构形式和流量计算公式

1.阀口的结构形式

液压阀中常见阀口的结构形式如图5-1所示。

图5-1阀口的形式

（a）（b）滑阀式 （c）错位孔式 （d）三角槽式（e）弓形孔式 （f）偏心槽式

（g）斜槽式 （h）转楔式 （i）旋转槽式 （j）针阀式（k）缝隙式

2.流量计算公式

各种液压阀阀口都以接近于薄壁小孔为目标，这正是为了减小液压油的粘温特性对阀口通流性能的影响。工程上阀口的流量计算公式

mq?CA?pT （5-1）

式中 C——与阀口形状、液体流态、油液性质有关的系数；

m——流量指数，取值范围为0.5～1， m越小，节流口越接近于薄壁小孔，m越大，节流口越接近于细长孔；

AT——通流截面面积；

?p——流经阀口的压差；

5.1.3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动方式常常无法克服巨大的阀芯阻力，这时不得不采用液压驱动方式。稳态时（即阀芯与阀体是相对静止的），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（即阀芯与阀体是相对运动的）还有瞬态液动力、惯性力等。阀芯的稳态液动力和瞬态液动力在高压、大流量时

可达数百至数千牛，影响阀芯的操纵稳定性，因此有必要了解它们的特性。下面以应用广泛的滑阀为例进行介绍。

1.稳态液动力

稳态液动力是阀芯移动完毕，开口固定之后，液流流过阀口时因动量变化而作用在阀芯上的力。图5-2示油液流过阀口的两种情况。

图5-2滑阀的稳态液动力

（a）液流流出阀口 （b）液流流入阀口

根据动量方程，取阀芯两凸肩间的容腔中液体作为控制体，可得这两种情况下的轴向液动力都是

Fbs?pqvcos?，其方向都是促使阀口关闭的。用薄壁小孔的速度公式

11v?CV(2?p)2q?CdAT(2?p)2?和流量公式

?代入上式。可得

式中

Fbs?2CdCVAT?pcos? （5-2）

Cd——流量系数； CV——小孔速度系数；

AT——小孔截面积；

?p——小孔前后压差；

?——液流速度方向角。

在高压大流量的情况下，稳态液动力将会很大，使阀芯的操纵成为突出的问题.这时必须采取措施补偿或消除这个力。图5-3（a）采用特种形状的阀腔；（b）在阀套上开斜孔，使流出和流入阀腔液体的动量互相抵消，从而减小轴向液动力；（c）改变阀芯的颈部尺寸，使液流流过阀芯时有较大的压降，以便在阀芯两端面上产生不平衡液动力，抵消轴向液动力。

图5-3 稳态液动力的补偿法

（a）特种形状阀腔 （b）阀态开斜孔 （c）液流产生压降

稳态液动力始终使阀口关闭，相当于一个回复力，故它对滑阀性能的另一影响是使滑阀的工作趋于稳定。

2.瞬态液动力

瞬态液动力是滑阀在移动过程中（即开口大小发生变化时）阀腔中液流因加速或减速而作用在阀芯上的力。这个力只与阀芯移动速度有关（即与阀口开度的变化率有关），与阀口

开度本身无关。

图5-4瞬态液动力

（a）开口加大，液流流出阀口 （b）开口加大，液流流入阀口

图5-4示阀芯移动时出现瞬态液动力的情况。当阀口开度发生变化时，阀腔内长度为l那部分油液的轴向速度亦发生变化，也就是出现了加速或减速，于是阀芯就受到了一个轴向的反作用力

Fbt，这就是瞬态液动力。很明显，若流过阀腔的瞬时流量为q，阀腔的截面积

mo，阀芯移动的速度为v，则有

为As，阀腔内加速或减速部分油液的质量为

Fbt??modq/dt???Asldv/dt???ld?Asv?/dt???ldq/dt （5-3）

因为

Ao?WXV，当阀口前后的压差不变或变化不大时，流量的变化率dq/dt为

dq/dt?CdW?2?P/??dXV/dt1/2将上式代入式（5-3），得

1/2

Fbt??CdWl?2??P?dXV/dt （5-4）

滑阀上瞬态液动力的方向，视油液流入还是流出阀腔而定。图5-4（a）中油液流出阀腔，则阀口开度加大时长度为l的那部分油液加速，开度减小时油液减速，两种情况下瞬态液动力作用方向都与阀芯的移动方向相反，起着阻止阀芯移动的作用，相当于一个阻尼力。这时式（5-4）中的l取正值，并称之为滑阀的“正阻尼长度”。反之，图5-4（b）中油液流入阀腔，阀口开度变化时引起液流流速变化的结果，都是使瞬态液动力的作用方向与阀芯移动方向相同，起着帮助阀芯移动的作用，相当于一个负的阻尼力。这种情况下式（5-4）中的l取负值，并称之为滑阀的“负阻尼长度”。

滑阀上的“负阻尼长度”是造成滑阀工作不稳定的原因之一。 滑阀上如有好几个阀腔串联在一起，阀芯工作的稳定与否就要看各个阀腔阻尼长度的综合作用结果而定。

5.1.4卡紧力 液压卡紧是一种特殊的流体力学现象，对液压元件性能的影响很大。 液压元件的运动副中有很多环形缝隙，如滑阀阀芯与阀体之间的缝隙等，这些缝隙一般都充满油液。正常情况下，移动阀芯时所需的力只须克服粘性摩擦力，数值要求不大。电磁换向阀是一种利用电磁铁来推动阀芯实现换向的液压阀，其电磁推力仅30~50N，使用效果很好，得到大量的应用。由于电磁换向阀可很方便地实现与PLC、单片机及工业控制计算机的接口，使液压系统成为一种理想的计算机控制对象。

但是，有时情况会变得很糟，特别是在中、高压系统中，当阀芯停止移动一段时间后（一般约5分钟），这个阻力可以增大到数百牛顿，阀芯仅依靠电磁力根本无法推动，就像“卡死了”一样，系统因而无法完成预定的动作。导致这种情况出现的原因，是阀的缝隙处产生了“液压卡紧”。

1.卡紧力产生的原因

出现液压卡紧有可能是因油温升高导致阀芯膨胀引起的，也有可能是异物进入配合面或配合面划伤破坏了配合副的间隙引起的，但更常见的是阀芯严重偏心使阀体之间形成了直接的机械接触。

除了制造方面的问题之外，径向不平衡力也是造成阀芯偏心的原因。如果缝隙中的液体压力在周向不是均匀分布的，则在此不均匀的压力的作用下，阀芯或者将贴靠阀体，或者将被推向中心。

滑阀阀芯在制造中总难免有一定的锥度，根据压力差方向与锥度方向之间的关系，可以分为顺锥和倒锥两种情形。如果阀芯与阀孔之间是完全同心的，不论顺锥还是倒锥，其缝隙中的压力分布在圆周方向将是完全对称的，不会产生径向力。但如果阀芯与阀孔不同心，情况就变得复杂起来。

图5-5缝隙中的压力分布

（a）倒锥形缝隙 （b）顺锥形缝隙 （c）均压槽的作用

图5-5（a）所示是不同心时的倒锥及其缝隙中的压力分布，缝隙最小处压力降低得比较慢，而缝隙最大处压力降低得要快一些。两处径向力存在一定的差值，这个径向不平衡力的作用将使阀芯偏心进一步加大。

图5-5（b）所示是不同心时的顺锥及其缝隙中的压力分布，缝隙最小处压力降低得比较快，而缝隙最大处压力降低得要慢一些。两处径向力存在一定的差值，这个径向不平衡力的作用将使阀芯偏心减小。

倒锥是一种不稳定状态，偏心越大，径向不平衡力就越大，反过来进一步加大偏心，形成恶性循环，最终使阀芯贴靠阀孔，造成液压卡紧。

尽管顺锥有利于减小偏心，但工程上很难保证阀芯处的缝隙一定是顺锥，特别是在缝隙两端压力差方向会改变时更是如此。

2.减小卡紧力的措施

为了减小液压卡紧力，可以采取下述一些措施。

1）提高阀的加工和装配精度，避免出现偏心。阀芯的圆度和圆柱度误差不大于0.003-0.005mm，要求带顺锥，阀芯的表面粗糙度a值不大于0.2?m。阀孔的a值不大于0.4?m。

2）在阀芯台肩上开出平衡径向力的均压槽。均压槽可使同一圆周上各处的压力油互相沟通，减小径向不平衡力，使阀芯在中心定位。

3）使阀芯或阀套在轴向或圆周方向上产生高频小振幅的振动或摆动。 4）精细过滤油液。

液压元件中普遍采用的均压槽结构，可以有效地防止或减轻倒锥导致的液压卡紧的影响，如图5-5(c)所示。均压槽是在阀芯上沿轴向分布的一系列环形浅槽，其作用是通过槽的沟通使缝隙相应截面处周向的压力趋于一致。这样，相当于把一个大的倒锥，分割成了若干个小的倒锥，这些小倒锥所产生的径向不平衡力已经降低到了微乎其微的程度。

一般地，均压槽的尺寸是：宽0.3-0.5mm，深0.5-0.8mm，槽距1-5mm。 阀芯表面粗糙度过大或小的污染物进入缝隙中，也会产生类似效果的液压卡紧现象。因此，除采用开均压槽的方法来控制液压卡紧外，必须从制造、抗污染等多方面入手，才能取得好的效果。

RR换向阀、压力阀以及液压泵等中，均存在液压卡紧现象，这是液压元件中的一个共性问题，必须予以高度重视。

液压元件制造精度要求高，如阀芯的圆度和锥度允差为0.003-0.005mm，表面粗糙度

Ra的数值不大于0.20?m等，均较一般机械零件的要求高，很大程度上是为了防止发生液

压卡紧。

5.2压力控制阀

5.2.1概述

在液压传动系统中，控制油液压力高低或利用压力实现某些动作的液压阀统称压力控制阀,简称压力阀。

压力阀按其功能可分为溢流阀，减压阀，顺序阀和压力继电器等。这类阀的共同点都是利用作用在阀芯上的液压力和弹簧力相平衡的原理工作的。

5.2.2溢流阀 溢流阀是通过阀口的溢流，使被控制系统或回路的压力维持恒定，实现稳压，调压或限压作用。溢流阀按其结构原理分为直动型和先导型。

对溢流阀的主要要求是：调压范围大，调压偏差小，压力振摆小，动作灵敏，过流能力大，嗓声小。

1． 直动式溢流阀

1)直动式溢流阀的工作原理和结构

图5-6（a）所示为锥阀式(还有球阀式和滑阀式)直动型溢流阀的工作原理图。当进油口P从系统接入的油液压力不高时，锥阀芯2被弹簧3紧压在阀体1的孔口上，阀口关闭。当进口油压升高到能克服弹簧阻力时，便推开锥阀芯使阀口打开，油液就由进油口P流入，再从回油口T流回油箱(溢流)，进油压力也就不会继续升高。当通过溢流阀的流量变化时，阀口开度即弹簧压缩量也随之改变。但在弹簧压缩量变化甚小的情况下，可以认为阀芯在液压力和弹簧力作用下保持平衡，溢流阀进口处的压力基本保持为定值。拧动调压螺钉4改变弹簧预压缩量，便可调整溢流阀的溢流压力。

这种溢流阀因压力油直接作用于阀芯，故称直动型溢流阀。直动型溢流阀一般只能用于低压小流量处，因控制较高压力或较大流量时，需要装刚度较大的硬弹簧或阀芯开启的距离较大，不但手动调节困难，而且阀口开度（弹簧压缩量）略有变化便引起较大的压力波动，压力不能稳定。系统压力较高时宜采用先导型溢流阀。

图5-6直动式溢流阀

（a） 结构原理图（b）DBD型直动型溢流阀结构原理图 （c）阀芯局部放大图

1-阀体 2-锥阀芯 3,9-弹簧 4-调节螺钉 5-上盖 6-阀套 7-阀芯 8-插块阀体

10-偏流盘 11-阀锥 12-阻尼活塞

F若阀芯的面积为A，则此时阀芯下端受到的液压力为pA，调压弹簧的预紧力为s，

当

即

Fs?pA时，阀芯即将开启，这一状态时的压力称之直动溢流阀的开启压力，用pk表示。

pA?Fs?KXo kp?KXo/A （5-5）

或 k式中 K ----弹簧的刚度

Xo----弹簧的预压缩量

当pkA?Fs时，阀芯上移，弹簧进一步受到压缩，溢流阀开始溢流。直到阀芯达到某一新的平衡位置时停止移动。此时进油口的压力为p。

o

式中X——由于阀芯的移动使弹簧产生的附加压缩量。

p?K?X?X?/A由于阀芯移动量不大（即X变动很小），所以当阀芯处于平衡状态时，可认为阀进口压力p基本保持不变。

图5-6（b）为德国力士乐公司的DBD型直动型溢流阀的结构图。图中锥阀下部为减振阻尼活塞，见图5-6（c）的局部放大图。这种阀是一种性能优异的直动型溢流阀，其静态特性曲线较为理想，接近直线，其最大调节压力为40MPa。这种阀的溢流特性好，通流能力也较强，既可作为安全阀又可作为溢流稳压阀使用。该阀阀芯7由阻尼活塞12、阀锥11和偏流盘10三部分组成（见图5-6（c）阀芯局部放大）。在阻尼活塞的一侧铣有小平面，以便压力油进入并作用于底端。阻尼活塞作用有两个：导向和阻尼。保证阀芯开始和关闭时既不歪斜又不偏摆振动，提高了稳定性。阻尼活塞与阀锥之间有一与阀锥对称的锥面，故阀芯开启时，流入和流出油液对两锥面的稳态液动力相互平衡，不会产生影响。此外，在偏流盘的上侧支承着弹簧，下侧表面开有一圈环形槽，用以改变阀口开启后回油射流的方向。对这股射流运用动量方程可知，射流对偏流盘轴向冲击力的方向正与弹簧力相反，当溢流量及阀口开度X增大时，弹簧力虽增大，但与之反向的冲击力亦增大，相互抵消，反之亦然。因此该阀能自行消除阀口开度X变化对压力的影响。故该阀所控制的压力基本不受溢流量变化的影响，锥阀和球阀式阀芯结构简单，密封性好，但阀芯和阀座的接触应力大。实际中滑阀式阀芯用得较多，但泄漏量较大。

2）溢流阀的性能

溢流阀的性能主要有静态性能和动态性能两种。

① 静态特性 溢流阀的静态性能是指阀在系统压力没有突变的稳态情况下，所控制流体的压力、流量的变化情况。溢流阀的静态特性主要指压力-流量特性、启闭特性、压力调节范围、流量许用范围、卸荷压力等。

a.溢流阀的压力-流量特性 溢流阀的压力-流量特性是指溢流阀入口压力与流量之间的变化关系。图5-7为溢流阀的静态特性曲线。其中口压力小于

pk1为直动式溢流阀的开启压力，当阀入

pk1时，溢流阀处于关闭状态，通过阀的流量为零；当阀入口压力大于pk1时，

溢流阀开始溢流。图5-7中

pk2为先导阀的开启压力，当阀进口压力小于pk2时，先导阀关pk2时，先导阀开启，然后主阀芯打开，溢流阀开始溢流。在

pq闭，溢流量为零，当压力大于

两种阀中，当阀入口压力达到调定压力n时，通过阀的流量达到额定溢流量n。

由溢流阀的特性分布可知：当阀溢流量发生变化时，阀进口压力波动越小，阀的性能越好。由图5-7溢流阀的静态特性曲线可见，先导式溢流阀性能优于直动式溢流阀。

图5-7溢流阀的静态特性曲线

图5-8溢流阀的启闭特性曲线

b.溢流阀的启闭特性启闭特性是表征溢流阀性能好坏的重要指标，一般用开启压力比率和闭合压力比率表示。当溢流阀从关闭状态逐渐开启，其溢流量达到额定流量的1%时所对应的压力，定义为开启压力k，k与调定压力s之比的百分率，称之为开启压力比率。当溢流阀从全开启状态逐渐关闭，其溢流量为其额定流量的1%时，所对应的压力定义为闭合压力k，k与调定压力s之比的百分率，称之为闭合压力比率。开启压力比率与闭合压力比率越高，阀的性能越好。一般开启比率应≥90%，闭合比率应≥85%。图5-8为溢流阀的启闭特性曲线。曲线1为先导式溢流阀的开启特性，曲线2为闭合特性。

c.溢流阀的压力稳定性系统在工作时，由于油泵的流量脉动及负载变化的影响，导致溢流阀的主阀芯一直处于振动状态，阀所控制的油压也因此产生波动。衡量溢流阀的压力稳定性用两个指标度量：一是在整个调压范围内阀在额定流量状态下的压力波动值，二是在额定压力和额定流量状态下，3min内的压力偏移值。上述两个指标越小，溢流阀的压力稳定性就越好。

d.溢流阀的卸荷压力将溢流阀的遥控口与油箱连通后，油泵处于卸荷状态时，溢流阀进出油口压力之差称之为卸荷压力。溢流阀的卸荷压力越小，系统发热越少，一般溢流阀的卸

a,最大不应超过0.45a。 荷压力不大于0.2

e.压力调节范围 溢流阀的压力调节范围是指溢流阀能够保证性能的压力使用范围。溢流阀在此范围内调节压力时，进口压力能保持平稳变化，无突跳、迟滞等现象。在实际情况下，当需要溢流阀扩大调压范围时，可通过更换不同刚度的弹簧来实现。如国产调压范围为

pppp?p?pMPMPMPa的高压溢流阀，更换四种刚性不等的调节弹簧可实现0.5～7MPa、3.5～

MPa、7～21MPa和14～35MPa四种范围的压力调节。 14

12～31.5

f.许用流量范围 溢流阀的许用流量范围一般是指阀额定流量的15%～100%之间。阀在此流量范围内工作，其压力应当平衡、嗓声小。

② 动态特性 溢流阀的动态特性，是指在系统压力突变时，阀的响应过程中所表现出的性能指标。图5-9为溢流阀的动态特性曲线。此曲线的测定过程是：将处于卸荷状态下的溢流阀突然关闭时（一般是由小流量电磁阀切断通油池的遥控口），阀的进口压力迅速提升至

最大峰值，然后振荡衰减至调定压力，再使溢流阀在稳态溢流时开始卸荷。经此压力变化循环过程后，可以得出以下动态特性指标：

图5-9溢流阀的动态特性曲线

a．压力超调量 最大峰值压力与调定压力之差，称之为压力超调量，用?p表示。压力超调量越小，阀的稳定性越好。

b．过渡时间 指溢流阀从压力开始升高达到稳定在调定压力所需的时间，用符号t表示。过渡时间越小，阀的灵敏性越高。

c. 压力稳定性 溢流阀在调压状态下工作时，由于泵的压力脉动而引起系统压力在调定压力附近产生有规律的波动，这种压力的波动可以从压力表指针的振摆看到，此压力振摆的大小标志阀的压力稳定性。阀的压力振摆越小，压力稳定性越好。一般溢流阀的压力振摆应

a。 小于0.2

2.先导型溢流阀

先导型溢流阀是由先导阀和主阀组成。先导阀用以控制主阀芯两端的压差，主阀芯用于控制主油路的溢流。图5-10（a）所示为一种板式连接的先导型溢流阀的结构原理图。由图可见，先导型溢流阀由先导阀1和主阀2两部分组成。先导阀就是一个小规格的直动型溢流阀，而主阀阀芯是一个具有锥形端部、上面开有阻尼小孔的圆柱筒。

MP （a） (b) (c)

图5-10先导型溢流阀工作原理

（a）结构原理图 （b）一般符号或直动型符号 （c）先导型符号

在图5-10（a）中，油液从进油口P进入，经阻尼孔R到达主阀弹簧腔，并作用在先导阀锥阀阀芯上（一般情况下，外控口K是堵塞的）。当进油压力不高时，液压力不能克服先导阀的弹簧阻力，先导阀口关闭，阀内无油液流动。这时，主阀芯因前后腔油压相同，故被主阀弹簧压在阀座上，主阀口亦关闭。当进油压力升高到先导阀弹簧的预调压力时，先导阀口打开，主阀弹簧腔的油液流过先导阀口并经阀体上的通道和回油口T流回油箱。这时，油液流过阻尼小孔R，产生压力损失，使主阀芯两端形成了压力差，主阀芯在此压差作用下克服弹簧阻力向上移动，使进、回油口连通，达到溢流稳压的目的。调节先导阀的调压螺钉，便能调整溢流压力。更换不同刚度的调压弹簧，便能得到不同的调压范围。

先导型溢流阀的阀体上有一个远程控制口K，当将此口通过二位二通阀接通油箱时，主阀芯上端的弹簧腔压力接近于零，主阀芯在很小的压力下便可移动到上端，阀口开至最大，这时系统的油液在很低的压力下通过阀口流回油箱，实现卸荷作用。如果将K口接到另一个远程调压阀上（其结构和溢流阀的先导阀一样），并使打开远程调压阀的压力小于先导阀的调定压力，则主阀芯上端的压力就由远程调压阀来决定。使用远程调压阀后便可对系统的溢

流压力实行远程调节。

溢流阀的图形符号如图5-10（b）、（c）所示。其中，图5-10（b）所示为溢流阀的一般符号或直动型溢流阀的符号；图5-10（c）为先导型溢流阀的符号。图5-11所示为先导型溢流阀的一种典型结构。先导型溢流阀的稳压性能优于直动型溢流阀。但先导型溢流阀是二级阀，其灵敏度低于直动型阀。

图5-11先导型溢流阀

1-阀体 2-主阀套 3-弹簧 4-主阀芯 5-先导阀阀体 6-调节螺钉 7-调节手枪 8-弹簧 9-先导阀阀芯 10-先导阀阀座 11-柱塞 12-导套 13-消振垫

3.溢流阀的应用

溢流阀在每一个液压系统中都有使用。主要应用有：

1）作溢流阀用 在图5-12所示用定量泵供油的节流调速回路中，当泵的流量大于节流阀允许通过的流量时，溢流阀使多余的油液流回油箱，此时泵的出口压力保持恒定。

图5-12溢流阀起溢流定压的作用

图5-13溢流阀作安全阀用

2）作安全阀用 在图5-13由变量泵组成的液压系统中，用溢流阀限制系统的最高压力，防止系统过载。系统在正常工作状态下，溢流阀关闭；当系统过载时，溢流阀打开，使压力油经阀流回油箱。此时，溢流阀为安全阀。

3）作背压阀用 在图5-14所示的液压回路中，溢流阀串联在回油路上，溢流产生背压，使运动部件运动平稳性增加。

4）作卸荷阀用 在图5-15所示的液压回路中，在溢流阀的遥控口串接一小流量的电磁

阀，当电磁铁通电时，溢流阀的遥控口通油箱，此时液压泵卸荷。溢流阀此时作为卸荷阀使用。

图5-14溢流阀作背压阀用

图5-15溢流阀作卸荷阀用

5.2.3减压阀

减压阀是使其出口压力低于进口压力，并使出口压力可以调节的压力控制阀。在液压系统中减压阀用于降低或调节系统中某一支路的压力,以满足某些执行元件的需要。

对减压阀的主要要求是：出口压力维持恒定，不受入口压力、通过流量大小的影响。 减压阀按其工作原理亦有直动型和先导型之分。按其调节性能又分为是保证出口压力为定值的定值减压阀；保证进出口压力差不变的定差减压阀；保证进出口压力成比例的定比减压阀。其中定值减压阀应用最广，简称减压阀。这里只介绍定值减压阀。

1.直动型减压阀

1）直动型减压阀工作原理和结构

图5-16（a）所示为直动型减压阀的工作原理，图5-16（b）所示为直动型或一般减压阀符号，当阀芯处在原始位置上时，它的阀口是打开的，阀的进、出口沟通。这个阀的阀芯由出口处的压力控制，出口压力末达到调定压力时阀口全开，阀芯不工作。当出口压力达到调定压力时，阀芯上移，阀口关小，整个阀处于工作状态了。如忽略其他阻力，仅考虑阀芯上的液压力和弹簧力相平衡的条件，则可以认为出口压力基本上维持在某一固定的调定值上。这时如出口压力减小，阀芯下移，阀口开大，阀口处阻力减小，压降减小，使出口压力回升到调定值上。反之，如出口压力增大，则阀芯上移，阀口关小，阀口处阻力加大，压降增大，使出口压力下降到调定值上。

图5-16直动型减压阀工作原理

（a）结构原理图 （b）一般减压阀职能符号 2）直动型减压阀的性能

理想的减压阀在进口压力、流量发生变化或出口负载增大时，其出口压力p2始终稳定不变。但实际上p2是随p1、q的变化，或负载的增大而有所变化。故减压阀的静态特性主要有p1?p2特性和p2?q特性。

以图5-16所示的直动型减压阀为例，若忽略减压阀阀芯的自重、摩擦力和稳态液动力，则阀芯上的力的平衡方程为：

p2A?K?Xc?Xr? （5-6）

式中 Xc——当阀芯开口Xr?0时的弹簧的预压缩量；

A——阀芯的工作面积。

由此得

p

2?K?Xc?Xr?/A （5-7）

当Xr??Xc时，则式（5-7）可写为：

p2?KXc/A?const （5-8）

图5-17所示为减压阀静态特性曲线。其中图5-17（a）、（b）分别为p2?p1特性曲线和p2?q特性曲线。在图5-17（a）的p2?p1特性曲线中，各曲线的拐点（转折点）是阀芯开始动作的点，拐点所对应的压力p2即该曲线的调定压力。当出口压力p2小于其调定压力时，p2?p1，当出口压力p2大于其调定压力时，p2?const。在图5-17（b）的p2?q特性曲线中，当p1?const时，随着q的增加，p2略有下降，且p1大则p2下降的少，但总的来说下降的不多，且p2是可调的。

图5-17 减压阀的静态特性

（a）p2?p1特性曲线 （b）p2?q特性曲线 当减压阀的出油口处不输出油液时，它的出口压力基本上仍能保持恒定，此时有少量的油液通过减压阀开口经先导阀和泄油管流回油箱，保持该阀处于工作状态。

3）减压阀的特点

减压阀和溢流阀有以下几点不同之处：

① 减压阀保持出口处压力基本不变，而溢流阀保持进口处压力基本不变； ② 在不工作时，减压阀进出口互通，而溢流阀进出口不通；

③ 为保证减压阀出口压力调定值恒定，它的控制腔需通过泄油口单独外接油箱；而溢流阀的出油口是通油箱的，所以它的控制腔和泄漏油可通过阀体上的通道和出油口接通，不必单独外接油箱。

2.先导型减压阀

图5-18（a）为传统型先导式减压阀。它是由先导阀和主阀两部分组成。图中p1为进

油口，p2为出油口，压力油通过主阀芯4下端通油槽a、主阀芯内阻尼孔b，进入主阀芯上腔c后，经孔d进入先导阀前腔。当减压阀出口压力p2小于调定压力时，先导阀芯2在弹簧作用下关闭，主阀芯4上下腔压力相等，在弹簧的作用下，主阀芯处于下端位置。此时，主阀芯4进出油之间的通道间隙e最大，主阀芯全开，减压阀进出口压力相等。当阀出口压力达到调定值时，先导阀芯2打开，压力油经阻尼孔b产生压差，主阀芯上下腔压力不等，下腔压力大于上腔压力，其差值克服主阀弹簧3的作用使阀芯抬起，此时通道间隙e减小，节流作用增强，使出口压力p2低于进口压力p1，并保持在调定值上。

当调节手轮1时，先导阀弹簧的预压缩量受到调节，使先导阀所控制的主阀芯前腔的压力发生变化，从而调节了主阀芯的开口位置，调节了出口压力。由于减压阀出口为系统内的支油路，所以减压阀的先导阀上腔的泄漏口必须单独接油箱。图5-18（b）为先导式减压阀的职能符号。

图5-18 传统型先导式减压阀

（a）结构图 （b）职能符号

1-手轮 2-先导阀芯 3-主阀弹簧 4-主阀芯

3．减压阀的应用

1）减压回路 图5-19为减压回路，在主系统的支路上串一减压阀，用以降低和调节支路液压缸的最大推力。

2）稳压回路 如图5-20所示，当系统压力波动较大，液压缸2需要有较稳定的输入压力时，在液压缸2进油路上串一减压阀，在减压阀处于工作状态下，可使液压缸2的压力不受溢流阀压力波动的影响。

图5-19 减压回路

图5-20稳压回路

3） 单向减压回路当需要执行元件正反向压力不同时，可用图5-21的单向减压回路。图中的用双点划线框起的单向减压阀是具有单向阀功能的组合阀。

图5-21 单向减压回路

5.2.4顺序阀

顺序阀是以压力为控制信号，自动接通或断开某一支路的液压阀。由于顺序阀可以控制执行元件顺序动作，由此称之为顺序阀。

顺序阀按其控制方式不同，可分为内控式顺序阀和外控式顺序阀。内控式顺序阀直接利用阀的进口压力油控制阀的启闭，一般称之为顺序阀；外控式顺序阀利用外来的压力油控制阀的启闭，称之为液控顺序阀。按顺序阀的结构不同，又可分为直动式顺序阀和先导式顺序阀。

1.直动型顺序阀

1）直动型顺序阀工作原理和结构

图5-22所示为一种直动型内控顺序阀的工作原理。压力油由进油口经阀体4和下盖7的小孔流到控制活塞6的下方，使阀芯5受到一个向上的推动作用。当进口油压较低时，阀芯在弹簧2的作用下处于下部位置，这时进、出油口不通。当进口油压力增大到预调的数值以后，阀芯底部受到的推力大于弹簧力，阀芯上移，进出油口连通，压力油就从顺序阀流过。顺序阀的开启压力可以用调压螺钉1来调节。在此阀中，控制活塞的直径很小，因而阀芯受到的向上推力不大，所用的平衡弹簧就不需太硬，这样可以使阀在较高的压力下工作。图5-22（b）、（c）是直动型顺序阀的职能符号。

a） b）内控外泄式直动型顺序阀的职能符号

a）原理图c）外控内泄式直动型顺序阀的职能符号

1-调压螺钉 2-弹簧 3-阀盖 4-阀体 5-阀芯 6-控制活塞 7-下盖

图5-22 顺序阀的工作原理

2）直动型顺序阀的性能

顺序阀在结构上与溢流阀十分相似,但在性能和功能上有很大区别,主要有：溢流阀出口接油箱，顺序阀出口接下一级液压元件；溢流阀采取内泄漏，顺序阀一般为外泄漏；溢流阀主阀芯遮盖量小，顺序阀主阀芯遮盖量大；溢流阀打开时阀处于半打开状态，主阀芯开口处节流作用强，顺序阀打开时阀芯处于全打开状态，主通道节流作用弱。

2．先导型顺序阀 图5-23（a）为先导型顺序阀。该阀是由主阀与先导阀组成。压力油从进油口p1进入，经通道进入先导阀下端，经阻尼孔和先导阀后由泄漏口L流回油箱。当系统压力不高时，先导阀关闭，主阀芯两端压力相等，复位弹簧将阀芯推向下端，顺序阀进出油口关闭；当压力达到调定值时，先导阀打开，压力油经阻尼孔时形成节流，在主阀芯两端形成压差，此压力差克服弹簧力，使主阀芯抬起，进出油口打开。图5-23（b）为先导型顺序阀职能符号。

图5-23 先导型顺序阀

（a）结构图 （b）职能符号

3．顺序阀的应用

1）实现执行元件的顺序动作 图5-24为实现定位夹紧顺序动作的液压回路。缸A为定位缸，缸B为夹紧缸。要求进程时（活塞向下运动），A缸先动作，B缸后动作。B缸进油路上串联一单向顺序阀，将顺序阀的压力值调定到高于A缸活塞移动时的最高压力。当电磁阀的电磁铁通电时，A缸活塞先动作，定位完成后，油路压力提高，打开顺序阀，B缸活塞动作。回程时，两缸同时供油，B缸的回油路经单向阀回油箱，缸A、B的活塞同时动作。

图5-24 定位夹紧顺序动作回路

2）与单向阀组合成单向顺序阀 如图5-25所示。在平衡回路上，以防止垂直或倾斜放置的执行元件和与之相连的工作部件因自重而自行下落。

3）做卸荷阀用 图5-26为实现双泵供油系统的大流量泵卸荷的回路。大量供油时泵1和泵2同时供油，此时供油压力小于顺序阀3的控制压力；少量供油时，供油压力大于顺序阀3的控制压力，顺序阀3打开，单向阀4关闭，泵2卸荷。只有泵1继续供油。溢流阀起安全阀作用。

图5-25 用单向顺序阀的平衡回路

图5-26 双泵供油系统回路

4）做背压阀用 用于液压缸回油路上，增大背压，使活塞的运动速度稳定。如图5-27所示。

图5-27 顺序阀做背压阀用 5.2.5压力继电器

1.压力继电器的工作原理，结构及性能

压力继电器是利用液体压力来启闭电气触点的液压-电气转换元件，它在油液压力达到其设定压力时，发出电信号，控制电气元件动作，实现泵的加载或卸荷、执行元件的顺序动作或系统的安全保护和连锁等其他功能。任何压力继电器都由压力-位移转换装置和微动开关两部分组成。按前者的结构分，有柱塞式，弹簧管式、膜片式和波纹管式四类，其中以柱塞式最常用。

(a) (b)

图5-28 柱塞式压力继电器

（a） 结构原理 （b） 一般职能符号 1-柱塞 2-顶杆 3-调节螺钉 4-微动开关

图5-28（a）所示为柱塞式压力继电器的结构原理。压力油从油口P通入，作用在柱塞l的底部，若其压力达到弹簧的调定值时，便克服弹簧阻力和柱塞表面摩擦力推动柱塞上升，通过顶杆2触动微动开关4发出电信号。图5-28（b）所示为压力继电器的一般符号。

压力继电器的性能参数主要有：

1）调压范围 指能发出电信号的最低工作压力和最高工作压力的范围。

2）灵敏度和通断调节区间压力升高继电器接通电信号的压力（称开启压力）和压力下降继电器复位切断电信号的压力（称闭合压力）之差为压力继电器的灵敏度。为避免压力波动时继电器时通时断，要求开启压力和闭合压力间有一可调节的差值范围，称为通断调节区间。

3）重复精度 在一定的设定压力下，多次升压（或降压）过程中，开启压力和闭合压力本身的差值称为重复精度。

4）升压或降压动作时间 压力由卸荷压力升到设定压力，微动开关触角闭合发出电信号的时间，称为升压动作时间，反之称为降压动作时间。

1.压力继电器的应用

1）安全控制回路 图5-29为采用压力继电器的安全控制（保护）回路。当系统压力

p??pp?达到压力继电器事先调定的压力值pkp时，压力继电器即发出电信号，使由其控制

的系统停止工作，对系统起安全保护作用。

2）实现执行元件的顺序动作 详见7.6.1顺序动作回路中采用压力继电器的顺序动作回路图

5-29采用压力继电器的安全控制回路

5．3流量控制阀

5.3.1概述

流量控制阀是通过改变节流口面积的大小，从而改变通过阀的流量。在液压系统中，流量阀的作用是对执行元件的运动速度进行控制。常见的流量控制阀有节流阀、调速阀、溢流节流阀等。

对流量控制阀的主要要求是：具有足够的调节范围；能保证稳定的最小流量；温度和压力变化对流量的影响要小；调节方便，泄漏小等。

5.3.2节流阀 ⒈节流阀的工作原理和结构

图5-30（a）所示为一种普通节流阀的结构。这种节流阀的节流通道呈轴向三角糟式。油液从进油口p1流入，经孔道a和阀芯2左端的三角槽进入孔道b，再从出油口p2流出。调节手把4就能通过推杆3使阀芯2作轴向移动，改变节流口的通流截面积来调节流量。阀芯2在弹簧1的作用下始终贴紧在推杆3上。图5-30（b）所示为普通节流阀的职能符号。

P2 P1 (a) (b)

图5-30普通节流阀

（a）结构简图 （b）职能符号图

1-弹簧 2-阀芯 3-推杆 4-调节手把；a、b-孔道

2．节流阀的性能 1）节流口的节流特性

节流口的节流特性是指液体流经节流口时，通过节流口的流量所受到的影响因素，以及这些因素与流量之间的关系，从而分析如何减少这些因素影响，提高流量的稳定性。分析节流特性的理论依据是阀口的流量特性方程式（5-1），即q?CAT??p?。

m2）影响流量稳定性的因素 ① 压力对流量稳定性的影响

在使用中，当节流阀的通流截面积调整好以后，实际上由于负载的变化，节流口前后的

压差亦在变化，使流量不稳定。由式（5-1）和图5-31可看出，节流口的m越大。?p的变化对流量的影响亦越大，因此节流口制成薄壁孔（m?0.5）比制成细长孔（m?1）好。

m=1 0.5＜m＜1.0 m=0.5

图5-31 节流口的流量特性曲线

② 温度对流量稳定性的影响 油温的变化引起粘度变化，从而对流量发生影响，这在细长孔式节流口上是十分明显的。

对薄壁孔式节流口来说。当雷诺数Re大于临界值时，流量系数Cd不受油温影响；但当压力

差小，通流截面积小时，Cd与Re有关，流量要受到油温变化的影响。总之，簿壁孔受温度的影响小。

3）节流口的形状

当节流口的通流截面积小到一定程度时，在保持所有因素都不变的情况下，通过节流口的流量会出现周期性的脉动，甚至造成断流，这就是节流口的阻塞现象，节流口的阻塞会使液压系统中执行元件的速度不均匀。因此每个节流阀都有一个能正常工作的最小流量限制，称为节流阀的最小稳定流量。

常见节流口的形式主要有图5-1所示的几种。 图5-1（j）为针阀式节流口。其节流口的截面形式为环形缝隙。当改变阀芯轴向位置时，通流面积发生改变。此节流口的特点是：结构简单，易于制造，但水力半径小 ，流量稳定性差，适用于对节流性能要求不高的系统。

图5-1（f）为偏心槽式节流口。在阀芯上开有周向偏心槽，其截面为三角槽，转动阀芯，可改变通流面积。这种节流口水力半径较针阀式节流口大，流量稳定性较好，但在阀芯上有径向不平衡力，使阀芯转动费力，一般用于低压系统。

图5-1（d）为三角槽式节流口。在阀芯断面轴向开有两个轴向三角槽，当轴向移动阀芯时，三角槽与阀体间形成的节流口面积发生变化。这种节流口的工艺性好，径向力平衡，水力半径较大，调节方便，广泛应用于各种流量阀中。 图5-1（i）为旋转槽式节流口。为得到薄壁孔的效果，在阀芯内孔局部铣出一薄壁区域、然后在薄壁区开出一周向缝隙。此节流口形状近似矩形，通流性能较好，由于接近于薄壁孔，其流量稳定特性也较好。

图5-1（k）为缝隙式节流口。此节流口的形式为在阀套外壁铣削出一薄壁区域，然后在其中间开一个近似梯形窗口（如图5-1（k）中A向放大图所示）。圆柱形阀芯在阀套光滑圆孔内轴向移动时，阀芯前沿与阀套所开的梯形窗口之间所形成的矩形，从由矩形到三角形变化的节流口。由于更接近与薄壁孔，通流性能较好，这种节流口为目前最好的节流口之一，用于要求较高的节流阀上。

流量调节范围指通过阀的最大流量和最小流量之比，一般在50以上。高压流量阀则在10左右。有些阀也采用最大流量与最小流量的实际值来表征阀的流量调节范围，流量调节

范围是流量控制阀的参数之一。

普通节流阀的流量调节仅靠一个节流口调节，其流量的稳定性受压力和温度影响较大。 3．节流阀的应用

1）进口节流调速。将普通节流阀安置在液压缸工进时的进油管路上，和定量泵、溢流阀共同构成节流阀进口节流调速回路，如图5-32所示。

2）出口节流调速。将普通节流阀安置在液压缸工进时的回油管路上，与定量泵，溢流

阀共同构成节流阀出口节流调速回路，如图5-33所示。

在上述两种调速回路中，节流阀的开口调大，液压缸的速度便提高；反之则降低。即调节节流阀过流断面（开口）的大小，就调整了液压缸的运动速度。

图5-32普通节流阀的进口节流调速回路

图5-33普通节流阀的出口节流调速回路

3）旁路节流调速。将普通节流阀安置在液压缸工进时呈并联的管路上，与定量泵和溢流阀便构成了节流阀旁路节流调速回路，如图5-34所示。调节节流阀的开口大小，便调整了液压缸的运动速度。与进口、出口调速不同的是，节流阀的开口调大，液压缸的速度降低，反之亦然。且这里的溢流阀做安全阀用，即系统正常工作时，溢流阀关闭；系统过载并达到事先设定的危险压力时，溢流阀才开启、溢流，使系统压力不再升高，起安全保护作用。

4）做背压阀用。将普通节流阀安置在液压缸工进时回油管路上，可使液压缸的回油建立起压力p2，即形成背压，做背压阀用，如图5-35所示。

5）组成容积节流调速回路。普通节流阀和压差式变量泵等组合在一起可构成容积节流调速回路。详见7.5.4容积节流调速回路一节。

图5-34普通节流阀的旁路节流调速回路

图5-35普通节流阀做背压阀用

5.3.3 调速阀和溢流节流阀

从通过阀的流量公式可知，通过节流阀的流量受其进出口两端压差变化影响。在液压系统中，执行元件的负载变化时引起系统压力变化，进而使节流阀两端的压差也发生变化，而执行元件的运动速度与通过节流阀的流量有关。因此，负载变化，其运动速度也相应发生变化。为了使流经节流阀的流量不受负载变化的影响，必须对节流阀前后的压差进行压力补偿，使其保持在一个稳定值上。这种带压力补偿的流量阀称为调速阀。

目前调速阀中所采取的保持节流阀前后压差恒定的压力补偿的方式主要有两种：其一是将减压阀与节流阀串联，称之为调速阀；其二是将定压溢流阀与节流阀并联，称之为溢流节流阀。在此着重介绍这两种阀。

1．调速阀

1）调速阀的工作原理和结构

调速阀由定差减压阀和节流阀两部分组成。定差减压阀可以串联在节流阀之前，也可串联在节流阀之后。图5-36（a）为调速阀的工作原理图，图中1为定差减压阀阀芯，2为节流阀阀芯，压力为p1的油液流经减压阀节流口h后，压力降为p2。然后经节流阀节流口流出，其压力降为p3。进入节流阀前的压力为p2的油液，经通道e和f进入定差减压的b和c腔，而流经节流口压力为p3的油液，经通道g被引入减压阀a腔。当减压阀的阀芯在弹簧力Fs、液动力Fy、液压力A3p3和?A1?A2?p2的作用下处于平衡位置时，调速阀处于工作状态。此时，若调速阀出口压力p3因负载增大而增加时，作用在减压阀芯左端的压力增加，阀芯失去平衡向右移动，减压阀开口XR增大，减压作用减小，p2增加，结果节流阀口两端压差?p?p2?p3基本保持不变。同理，当p3减小时，减压阀芯左移，p2也减少，节流阀节流口两端压差同样基本不变。这样，通过节流口的流量基本不会因负载的变化而改变。图5-36（b）为调速阀的职能符号，图5-36（c）为调速阀的简化职能符号。

图5-36调速阀工作原理图及符号

（a）工作原理图 （b）职能符号 （c）简化职能符号

1-定差减压阀 2-节流阀

2）调速阀的性能

调速阀能保持流量稳定的功能，主要是由具有压力补偿作用的减压阀起作用，从而保持节流阀口前后的压差近似不变，最后使流量近似恒定。建立静态特性方程式的主要依据，是动力学方程和流量连续性方程以及相应的流量表达式。

① 减压阀的流量方程式为：

qR?CR?(XR)?2?p1?p2?/??式中 CR——减压阀口的流量系数；

1/2

（5-9）

?(XR)——减压阀口的过流面积；

XR——减压阀芯位移量，（向右方向为正）； ?——油液密度；

p1——调速阀的进口压力，即减压阀的进口压力 ； p2——减压阀的出口压力，即节流阀的进口压力。

②节流阀的流量方程式为

qT?CT?(XT)?2?p2?p3?/??1/2

（5-10）

式中 CT——节流阀口的流量系数；

?(XT)——节流阀口的过流面积；

p3——调速阀的出口压力，即节流阀的出口压力。

③减压阀芯的受力平衡方程式为

p2Ab?p2Ac?FY?p3Aa?K?Xo?XR? Aa?Ab?Ac

p2?p3??K?Xo?XR??FY?/Aa （5-11）

式中 Aa——减压阀芯受力面积； FY——稳态液动力； K——弹簧刚度； Xo——零时的弹簧预缩量；

XR——减压阀芯位移量，（向左方向为正）。

④根据流量连续性方程，不计内泄漏，则

由式（5-11）可知，Xo、XR、K和Aa值决定了?p2?p3?的值。通过理论分析和实

qR?qT

（5-12）

MPa左右。

验验证选择?p2?p3?为0.3

由式（5-10）可知，要保持流量稳定就要求?p2?p3?压差稳定。当节流阀口开度XT调定后，阀的进出口压力p1或p3变化时，XR也变化，弹簧力Fs和液动力FY也要发生变化 。由式（5-11）可知，弹簧力变化量?Fs与液动力?FY变化量的差值?F越小，Aa越大，

?p2?p3?的变化量就越小。合理设计减压阀的弹簧刚度和减压阀口的形状，就会得到较好

的等流量特性。

图5-37 节流阀和调速阀的静态特性曲线

1-无压力补偿 2-有压力补偿

图（5-37）为调速阀与普通节流阀相比较的特性曲线，即阀两端压差?p与通过阀的流量qT之间关系的曲线。由图（5-37）可知，在压差较小时，调速阀的特性与普通节流阀相同，此时，由于压差较小，不能将调速阀中的减压阀芯抬起，减压阀失去压力补偿作用，调速阀与节流阀的这部分曲线重合；当阀两端压差大于某一值时，减压阀芯处于工作状态，通过调速阀的流量就不受阀两端压差的影响了，而通过节流阀的流量仍然随压差的变化而改变，两者的曲线出现明显的差别。?Pmin是调速阀的最小稳定工作压差，一般在1MPa左右。 3）调速阀的应用

调速阀的应用与节流阀相似，凡是节流阀能应用的场合，调速阀均可应用。与普通节流阀不同的是，调速阀应用于对速度稳定性要求较高的液压系统中。

1．溢流节流阀

1）溢流节流阀的工作原理和结构

溢流节流阀是节流阀与溢流阀并联而成的组合阀，它也能补偿因负载变化而引起的流量变化。图5-38为结构图，图5-39为工作原理图。与调速阀不同，用于实现压力补偿的差压式溢流阀1的进口与节流阀2的进口并联，节流阀的出口接执行元件，差压式溢流阀的出口接回油箱。节流阀的前后压力p1和p2经阀体内部通道反馈作用在差压式溢流阀的阀芯两端，在溢流阀阀芯受力平衡时，压力差?p1?p2?被弹簧力确定为基本不变，因此流经节流阀的流量基本稳定。

图5-38结构中安全阀3的进口与节流阀的进口并联，用于限制节流阀的进口压力p1的最大值，对系统起安全保护作用，溢流节流阀正常工作时，安全阀处于关闭状态。

图5-38溢流节流阀结构图

1-差压式溢流阀 2-节流阀 3-安全阀

图5-39溢流节流阀工作原理图 1-差压式溢流阀 2-节流阀

若因负载变化引起节流阀出口压力p2增大，差压式溢流阀芯弹簧端的液压力将随之增大，阀芯原有的受力平衡被破坏，阀芯向阀口减小的方向位移，阀口减小使其阻尼作用增强，于是进口压力p1增大，阀芯受力重新平衡。因差压式溢流阀的弹簧刚度很小，因此阀芯的位移对弹簧力影响不大，即阀芯在新的位置平衡后，阀芯两端的压力差，也就是节流阀前后压力差?p1?p2?保持不变。在负载变化引起节流阀出口压力p2减小时，类似上面的分析，同样可保证节流阀前后压力差?p1?p2?基本不变。 2）溢流节流阀的性能

溢流节流阀能保持流量稳定的功能，主要由具有流量补偿作用的溢流阀起作用。从而通过p1随p2的变化来保持节流口前后的压差近似不变，从而使流量保持近似恒定。 溢流节流阀的静态特性与调速阀相同。 3）溢流节流阀的应用

溢流节流阀和调速阀都能使速度基本稳定，但其性能和使用范围不完全相同。主要差别是：

① 溢流节流阀其入口压力即泵的供油压力p随负载的大小而变化。负载大，供油压力大，反之亦然。因此泵的功率输出合理、损失较小，效率比采用调速阀的调速回路高。

② 溢流节流阀的流量稳定性较调速阀差，在小流量时尤其如此。因此，在有较低稳定

流量要求的场合不宜采用溢流节流阀，而对速度稳定性要求不高、功率又较大的节流调速系统中，如插床、拉床、刨床中应用较多。

③ 在使用中，溢流节流阀只能安装在节流调速回路的进油路上，而调速阀在节流调速回路的进油路、回油路和旁油路上都可以应用。因此，调速阀比溢流节流阀应用广泛。

5.4方向控制阀

5.4.1概述

方向控制阀是控制和改变液压系统中各油路之间液流方向的阀，方向控制阀可分为单向阀和换向阀两大类。

对换向阀的主要要求是：压力损失要小；泄露要小；换向平稳、迅速且可靠。

5.4.2单向阀 单向阀是用以防止油液倒流的元件。按控制方式不同，又可分为普通单向阀和液控单向阀两种。前者简称单向阀。

1． 普通单向阀

1）普通单向阀的工作原理和结构

普通单向阀又称止回阀，其作用是使液体只能向一个方向流动，反向截止。单向阀按阀芯的结构形式不同，可分为球芯阀、柱芯阀、锥芯阀；按液体的流向与进出口的位置关系，又分为直通式阀和直角式阀两类。

图5-40（a）、（b）均为普通直通式单向阀，只是连接方式不同。其工作原理：当液压油从p1口流入时，压力油推动阀芯，压缩弹簧，从p2口流出。当液压油从p2口流入时，阀芯锥面紧压在阀体的结合面上, 油液无法通过。当单向阀导通时，使阀芯开启的压力称

图5-40锥形阀芯直通式单向阀

a） 管式连接阀 b）板式连接阀 c）职能符号

1-挡圈 2-弹簧 3-阀芯 4-阀体

开启压力。单向阀的开启压力一般为0.03~0.05MPa。若用作背压阀时可更换弹簧，开启压力可达0.2~0.6MPa。图5-40（c）为普通单向阀的职能符号。图5-41为直角式单向阀，其工作原理与直通式阀相似。

图5-41锥形阀芯直角式单向阀

1-阀体 2-阀座 3-阀芯 4-弹簧 5-阀盖 6-密封圈

2）普通单向阀的应用

① 单向阀安装在泵的出口处，可以防止由于系统压力突然升高而损坏泵。 ② 图5-42是在进口调速时单向阀安装在液压缸工进时的回油管路上做背压阀使用，

使系统运动平稳性增加。并减少负载突然变小时液压缸的前冲现象。

图5-42 单向阀用于背压

图5-43 单向阀用于锁紧回路

③ 图5-43是单向阀用于锁紧回路：当负载FL增大，使液压缸A腔油压超过溢流阀的调定压力时，溢流阀将增大溢流，使液压缸有可能向A端移动，使油液倒流，在这种情况下，加置一单向阀使A腔锁紧，不受外载变化的影响（如不考虑换向阀泄露的影响）。

④ 单向阀还可以与节流阀（或调速阀）、顺序阀、减压阀等组合使用，构成单向节流阀[图5-44（a）]、单向顺序阀[图5-44（b）]、单向定值减压阀[图5-44（c）]等，起到旁路作用。

图5-44 单向阀的组合使用（职能符号图）

2． 液控单向阀

1）液控单向阀的工作原理和结构 液控单向阀又称为单向闭锁阀，其作用是使液流有控制的单向流动。液控单向阀分为普通型和卸荷型两类。

图5-45（a）为普通液控单向阀，它是由单向阀和微型控制油缸组成。其工作原理为：当液控口K有控制油压时，压力油推动活塞5，推动锥阀芯2开启，使油口从p1到p2或从

p2到p1均能接通；当液控油口K油压为零时，与普通单向阀功能一样，油口p1到p2导通，p2到p1不通，L为泄漏孔。图5-45（b）为液控单向阀的职能符号。

图5-45 普通液控单向阀 a）结构剖面图 b）职能符号

1-阀体 2-阀芯 3-弹簧 4-上盖 5-控制活塞 6-活塞顶杆 7-下盖

图5-46 带卸荷阀芯的液控单向阀

1-单向阀芯 2-卸荷阀芯 3-微动活塞

图5-46为带卸荷阀芯的液控单向阀，其卸荷过程为：活塞3首先顶起卸菏阀芯2，使高压油首先通过卸荷阀芯卸荷，然后再打开单向阀芯1，使油口正向或反向导通。

2）单向阀的应用

① 图5-47是采用液控单向阀的锁紧回路；在垂直放置液压缸的下腔管路上安置液控单向阀，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露而引起带有负载的活塞杆下落。

图5-47采用液控单向阀的锁紧回路

1 图5-48双向液压锁的锁紧回路

② 图5-48是采用2个液控单向阀（又称双向液压锁）的锁紧回路：当三位换向阀处于左位机能时，液压泵输出的压力油正向通过液控单向阀1进入液压缸左腔，同时由控制油路将液控单向阀2打开，使液压缸右腔原来封闭的油液流回油箱，活塞向右运动。反之，当三位换向阀处于右位机能时，正向打开液控单向阀2，同时打开液控单向阀1，使液压缸右腔进油，左腔回油，活塞向左运动。当三位换向阀处中位时，由于2个液控单向阀的进油口都和油箱相通，使液控单向阀都处于关闭状态，液压缸两腔的油液均不能流出，液压缸的活塞便锁紧在停止的位置上。这种回路锁紧的可靠性及锁定位置精度仅受液压缸本身泄漏的影响。

③ 若单出杆液压缸的两腔有效工作面积相差很大，当有杆腔进油无杆腔回油得到快速运动时，无杆腔的回油量很大。如果换向阀的规格是按进入液压缸有杆腔所需流量选择的，那么液压缸无杆腔排出的流量就要超过换向阀的额定流量，这就有可能造成过大的压力损失，并产生噪声、振动等现象。为避免上述现象发生，可在回路中增设一液控单向阀旁通排油，如图5-49所示。

图5-49 采用液控单向阀的旁通排油回路

④ 图5-50为采用液控单向阀双速回路：当三位四通换向阀1右位起作用（同时二位三通阀2的右位也起作用）时，来自油泵（进油路）的油液经阀1的右位进入液压缸5的无杆腔，同时控制油路经阀2的右位接通液控单向阀4将阀4打开，从而使液压缸5的活塞向左运动，其排油经阀4、阀1右位流回油箱。液压缸得到快速。快速到一定位置，阀2的左位

起作用，致使液控单向阀的控制油路接通油箱，液控单向阀关闭，这时液压缸的回油只有经过流量阀3（图中为节流阀）再经阀1流回油箱，液压缸获得了由阀3调节、控制的工进、慢速（慢速结束后，阀1左位起作用，泵的来油经阀1左位。液控单向阀4的正向进入液压缸5有杆腔，液压缸回油经阀1左位流回油箱，活塞向右运动，液压缸复位）。

图5-50 采用液控单向阀的双速回路

图5-51 采用液控单向阀的自动补油保压回路

⑤ 图5-51是采用液控单向阀的保压回路。在图示位置，液压泵卸荷。当阀3的右位机能起作用时，泵1经液控单向阀4向液压缸6上腔供油，活塞自初始位置快速前进，接近物件。当活塞触及物件后，液压缸上腔压力上升，并达到预定压力值时，电接触式压力表5发出信号，将阀3移至中位，使泵1卸荷，液压缸上腔由液控单向阀4保压。当液压缸上腔的压力下降到某一规定值时，电接触式压力表5又发出信号，使阀3右位又起作用，泵1再次重新向液压缸6的上腔供油，使压力回升。如此反复，实现自动补油保压，当阀3的左位机能起作用时，活塞快速退回原位。

a的工作压力下保压10min，上述保压回路能在20压力下降不超过2

压时间长，压力稳定性也好。

5.4.3 换向阀

MPMPa。

它的保

换向阀是利用阀芯与阀体间相对运动时切换油路中液流的方向的液压元件。从而使液压

执行元件启动，停止或变换运动方向。

对换向阀的主要要求是：（1）油液流经阀时的压力损失要小；（2）互不相通的油口间的泄漏要小；（3）换向平稳、迅速且可靠。

换向阀应用广泛，品种繁多。按阀芯运动的方式，可分为滑阀与转阀两类；按操纵方式可分为手动、机动、电动、液动、电液动等；按阀芯在阀体内占据的工作位置可分为二位、三位、多位等；按阀体上主油路的数量可分为二通、三通、四通、五通、多通等；按阀的安装方式可分为管式、板式、法兰式。在此重点介绍换向阀的工作原理、典型结构、性能特点、职能符号及主要应用。

1．滑阀式换向阀的工作原理

图5-52为滑阀式换向阀工作原理图，阀芯是具有若干个环槽的圆柱体，阀体孔内开有5个沉割槽，每个沉割槽都通过相应的孔道与主油路连通。其中P为进油口，T为回油口，A和B分别与油缸的左右两腔连通。当阀芯处于图5-52（a）位置时，P与B、A与T相通，活塞向左运动；当阀芯处于图5-52（b）位置时，P与A、B与T相通，活塞向右运动。

图5-52 滑阀式换向阀工作原理图

a）阀芯处于左位时 b）阀芯处于右位时

2．滑阀式换向阀的结构和职能符号 1）主体结构

阀体和滑动阀芯是滑阀式换向阀的结构主体。表5-2所示是其最常见的结构型式。由表可见，阀体上开有多个通口，阀芯相对于阀体移动后可以停留在不同的工作位置上。以表中末行的三位五通阀为例，阀体上有P、A、B、T1、T2五个通口，阀芯有左、中、右三个工作位置。当阀芯处在图示中间位置时，五个通口都关闭；当阀芯移向左端时，通口T2关闭，通口P和B相通。通口A和T1相通；当阀芯移向右端时，通口T1关闭，通口P和A相通、通口B和T2相通。这种结构形式由于具有使五个通口都关闭的工作状态，故可使受它控制的执行元件在任意位置上停止运动。且有两个回油口，可得到不同的回油方式。

表5-2滑阀式换向阀主体部分的结构型式

2）换向阀的“位”和“通”

“位”和“通”是换向阀的重要概念。不同的“位”和“通”构成了不同类型的换向阀。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。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。

几种不同的“位”和“通”滑阀式换向阀的主体部分的结构形式和图形符号如表5-2所示。

表5-2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； ③ 方框内符号“┷”或“┳”表示该通路不通； ④ 方框外部连接的接口数有几个，就表示几“通”；

⑤ 一般情况，阀与系统供油路连接的进油口用字母P表示，阀与系统回油路连接的回路口用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作用时所处的位置。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。

3）滑阀式换向阀的机能 ① 二位二通换向阀常态机能 二位二通换向阀[图5-53（b）]其两个油口之间的状态只有两种：通或断，如图5-53（a）所示。自动复位式（如弹簧复位）的二位二通换向阀滑阀机能，有常闭式（O型）和常开式（H型）两种，如图5-53（c）所示。

图5-53 二通换向阀的滑阀机能

② 三位换向阀的中位机能

三位四通换向阀的滑阀机能（又称中位机能）有很多种，各通口间不同的连通方式，可满足不同的使用要求。三位四通换向阀常见的中位机能、型号、符号及其特点，如表5-3所示。为表示和分析的方便，常将各种不同的中位机能用一个字母来表示。不同的中位机能可通过改变阀芯的形状和尺寸得到的。三位五通换向阀的情况与此相仿。

表5.3三位四通换向阀的中位机能

在分析和选择阀的中位机能时，通常考虑以下几点：

a. 系统保压 当P口被堵塞，系统保压，液压泵能用于多缸系统。当P口不太通畅地与T口接通时（如X型），系统能保持一定的压力供控制油路使用；

b. 系统卸荷 P口通畅地与T口接通时，系统卸荷；

c. 换向平稳性和精度当通液压缸的A、B两口都堵塞时，换向过程易产生液压冲击，换向不平稳，但换向精度高。反之，A、B两口都通T口时，换向过程中工作部件不易制动，换向精度低，但液压冲击小；

d. 启动平稳性 阀在中位时，液压缸某腔如通油箱，则启动时该腔内因无油液起缓冲作用，启动不太平稳。

e. 液压缸“浮动”和在任意位置上的停止阀在中位，当A、B两口互通时，卧式液压缸呈“浮动”状态，可利用其他机构移动工作台，调整其位置。当A、B两口堵塞或与P口连接（在非差动情况下），则可使液压缸在任意位置处停下来。

3）换向阀的过渡机能 除中位机能外，有的系统还对阀芯换向过程中各油口的连通方式，即过渡机能提出了要求。根据过渡位置各油口连通状态及阀口节流形式尚可派生出其他滑阀机能，在液压符号中，这种过渡机能被画在各工位通路符号之间，并用虚线与之阁开。过渡过程虽只有一瞬间，且

不能形成稳定的油口连通状态，但其作用不能忽视。如换位过程中，二位四通阀的四个油口若能半开启，则可减小换向冲击，同时使P口保持一定压力，此即X型过渡机能，符号如图5-54（a）所示，图5-54（b）为具有HMH型过渡机能二位四通阀符号。换向阀的过渡机能加长了阀芯的行程，这对电磁换向阀尤为不利，因为过长的阀芯行程不仅影响到电磁换向阀动作可靠性，而且还延长了它的动作时间，所以电磁换向阀一般都是标准的换向机能而不设置过渡机能；只有液动（或电液动）换向阀才设计成不同的过渡机能。不同机能的滑阀，其阀体是通用件，区别仅在于阀芯台肩结构、轴向尺寸及阀芯上径向通孔的个数。

图5-54 换向阀的过渡机能

a）X型过渡机能 b）HMH型过渡机能

4）滑阀式换向阀的操纵方式及典型结构

使换向阀芯移动的驱动力有多种方式，目前主要有手动、机动、电动、液动、电液几种方式。下面介绍液压阀的典型结构。

① 手动换向阀

手动换向阀是用控制手柄直接操纵阀芯的移动而实现油路切换的阀。

图5-55（a）为弹簧自动复位的三位四通手动换向阀。由图可以看到：向右推动手柄时，阀芯向左移动，油口P与A相通，油口B通过阀芯中间的孔与油口T连通；当松开手柄时，在弹簧作用下，阀芯处于中位，油口P、A、B、T全部封闭。当向左推动手柄时，阀芯处于右位，油口P与B相通，油口A与T相通。

图5-55（b）为钢球定位的三位四通手动换向阀，它与弹簧自动复位的阀主要区别为：手柄可在三个位置上任意停止，不推动手柄，阀芯不会自动复位。

② 机动换向阀

机动换向阀又称为行程阀，它是靠安装在执行元件上的挡块5或凸轮推动阀芯移动，机动换向阀通常是两位阀。图5-56（a）为二位三通机动换向阀。在图示位置，阀芯2在弹簧1作用下处于上位，油口P与A连通；当运动部件挡块5压下滚轮4时，阀芯向下移动，油口P与T连通。图5-56（b）为二位三通机动换向阀的职能符号。

图5—55 在阀芯上开径向平槽

图5-56 二位三通机动换向阀

（a）换向阀结构图 （b）换向阀职能符号

1-弹簧 2-阀芯 3-阀体 4-滚轮 5-挡块

机动换向阀结构简单，换向平稳可靠，但必须安装在运动部件附近，油管较长，压力损失较大。

③ 电磁换向阀

电磁换向阀是利用电磁铁的吸合力，控制阀芯运动实现油路换向。电磁换向阀控制方便，应用广泛，但由于液压油通过阀芯时所产生的液动力使阀芯移动受到阻碍，受到电磁吸合力限制，电磁换向阀只能用于控制较小流量的回路。

a．电磁铁 电磁换向阀中的电磁铁是驱动阀芯远动的动力元件。按电源可分为直流电磁铁和交流电磁铁；按活动衔铁是否在液压油充润状态下运动，可分为干式电磁铁和湿式电磁铁。

交流电磁铁可直接使用380V、220V、110V交流电源，具有电路简单，无需特殊电源，吸合力较大等优点，由于其铁心材料由矽钢片叠压而成，体积大，电涡流造成的热损耗和噪音无法消除，因而具有发热大、噪声大，且工作可靠性差、寿命短等缺点，用在设备换向精度要求不高的场合。

直流电磁铁需要一套变压与整流设备，所使用的直流电流为12V、24V、36V或110V，由于其铁心材料一般为整体工业纯铁制成，具有电涡流损耗小、无噪声、体积小、工作可靠性好、寿命长等优点。但直流电磁铁需特殊电源，造价较高，加工精度也较高，一般用在换向精度要求较高的场合。

图5-57为干式电磁铁结构图。干式电磁铁结构简单。造价低、品种多、应用广泛。但

为了保证电磁铁不进油，在阀芯推动杆4处设置了密封圈10，此密封圈所产生的摩擦力，消耗了部分电磁推力，同时也限制了电磁铁的使用寿命。

图5-57干式电磁铁结构

1-阀体 2-阀芯 3-密封圈 4-推动杆 5-外壳 6-分磁环 7-衔铁 8-定铁心 9-线圈 10-密封圈

图5-58所示为湿式电磁铁结构图。由图可知，电磁阀推杆1上的密封圈被取消，换向阀端的压力油直接进入衔铁4与导磁导套缸3之间的空隙处，使衔铁在充分润滑的条件下工作，工作条件得到改善。油槽a的作用是使衔铁两端油室互相连通，又存在一定的阻尼，使衔铁运动更加平稳。线圈2安放在导磁导套缸3的外面不与液压油接触，其寿命大大提高。当然，湿式电磁铁存在造价高，换向频率受限等缺点。湿式电磁铁也各有直流和交流电磁铁之分。

图5-59湿式电磁铁结构图

1-推杆 2-线圈 3-导磁导套缸 4-衔铁 5-放气螺钉 6-插头组件 7-挡板

b．二位二通电磁换向阀 图5-59（a）为二位二通电磁换向阀结构图，由图5-59（a）可以看出，阀体上两个沉割槽分别与开在阀体上的油口相连（由箭头表示），阀体两腔由通道a-b-c相连，当电磁铁未通电时，阀芯2被弹簧3压向左端位置，顶在挡板5的端面上，此时油口P与A不通；当电磁铁通电时， 衔铁8向右吸合，推杆7推动阀芯向右移动，弹簧3压缩，油口P与A接通。图5-59（b）为二位二通电磁换向阀的职能符号。

图5-59 二位二通电磁换向阀

（a）结构图 （b）职能符号

1-阀体 2-阀芯 3-弹簧 4、5、6-挡块 7-推杆 8-电磁铁 9-螺钉 10-钢球 11-弹簧挡圈 12-密封圈

c．三位四通电磁换向阀 图5-60（a）为三位四通电磁换向阀结构图，由图可知，阀芯2上有两个环槽，阀体上开有五个沉割槽，中间三个沉割槽分别与油口P、A、B相连（由箭头表示）两边两个沉割槽由内部通道a-b相连后与油口T相通（由箭头表示）。当两端电磁铁8、9均不通电时，阀芯在两端弹簧5的作用下处于中间位置，油口A、B、P、T均不导通；当电磁铁9通电时，推杆推动阀芯2向左移动，油口P与A接通，B与T接通；当电磁铁8通电时，推杆推动阀芯2向右移动，油口P与B接通，A与T接通。图5-60（b）为三位四通电磁换向阀的职能符号。

④ 液动换向阀

液动换向阀是利用液压系统中控制油路的压力油来推动阀芯移动实现油路的换向。由于控制油路的压力可以调节，可以产生较大的推力。液动换向阀可以控制较大流量的回路。

图5-60 三位四通电磁换向阀

（a）结构图 （b）职能符号

1-阀体2-阀芯 3-推杆 4-定位套 5-弹簧 6、7-挡板 8、9-电磁铁 10-封堵 11-螺塞

图5-61（a）为三位四通液动换向阀的结构图，阀芯2上开有两个环槽，阀体1孔内开有五个沉割槽。阀体的沉割槽分别与油口P、A、B、T相连（左右两沉割槽在阀体内有内部通道相连），阀芯两端有两个控制油口K1、K2分别与控制油路连通。当控制油口K1与K2均无压力油时，阀芯2处于中间位置，油口P、A、B、T、互不相通，当控制油口K1有压力油时，压力油推动阀芯2向右移动，使之处于右端位置，油口P与A连通，油口B与T连通；当控制油口K2有压力油时，压力油推动阀芯2向左移动，使之处于左端位置，油口

P与B连通，油口A与T连通，图5-61（b）为三位四通液动换向阀的职能符号。

图5-61 三位四通液动换向阀

a．结构图 b.职能符号

1-阀体 2-阀芯 3-弹簧 4-弹簧套 5-阀端盖

⑤ 电液动换向阀

电液动换向阀简称电液换向阀，由电磁换向阀和液动换向阀组成。电磁换向阀为Y型中位机能的先导阀，用于控制液动换向阀换向；液动换向阀为O型中位机能的主换向阀，用于控制主油路换向。

电液换向阀集中了电磁换向阀和液动换向阀的优点：即可方便的换向，也可控制较大的液流流量。图5-62（a）为三位四通电液换向阀结构原理图，图5-62（b）为该阀的职能符号，图5-62（c）为该阀的简化职能符号。 由图5-62（a）可知，电液换向阀的原理为：当电磁铁4、6均不通电时，电磁阀芯5处于中位，控制油进口P/被关闭，主阀芯1两端均不通压力油，在弹簧作用下主阀芯处于中位，主油路P、A、B、T互不导通；当电磁铁4通电时，电磁阀芯5处于右位，控制油P/通过单向阀2到达液动阀芯1左腔；回油经节流阀7、电磁阀芯5流回油箱T/，此时主阀芯向右移动，主油路P与A导通，B与T导通。同理，当电磁铁6通电、电磁铁4断电时，先导阀芯向左移，控制油压使主阀芯向左移动，主油路P与B导通，A与T导通。

图5-62 三位四通电液换向阀

（a）结构原理图 （b）职能符号 （c）简化职能符号

1-液动阀阀芯 2、8-单向阀 3、7-节流阀 4、6-电磁铁 5-电磁阀芯 9-阀体

电液换向阀内的节流阀可以调节主阀芯的移动速度，从而使主油路的换向平稳性得到控制。有的电磁换向阀无此调节装置。

2．转阀式换向阀

转阀式换向阀又称转阀。图5-63为转阀式换向阀工作原理图，阀芯1上开有4个对称的圆缺，两两对应连通，阀体2上开有四个油口分别与油泵P、油箱T、油缸两腔A、B连通。当阀体处于图5-63（a）所示位置时，P与A连通、B与T连通，活塞向右运动；当阀芯处于图5-63（b）所示位置时，P、A、B、T均不连通，活塞停止运动；当阀芯处于图5-63（c）所示位置时，P与B连通、A与T连通，活塞向左运动。图5-63（d）为转阀的职能符号。

转阀阀芯上的径向液压力是不平衡的，转动比较费力，而且内部密封也比较差，一般只适用于低压小流量。常作为先导阀或小流量换向阀。

图5-63 转阀式换向阀工作原理图

（a）活塞向右运动 （b）活塞停止运动 （c）活塞向右运动 （d）阀的职能符号

3．球阀式换向阀

球阀式换向阀又称球阀。图5-64为电磁球阀的结构图，它主要由左、右阀座、球阀、操纵杆、杠杆、弹簧等组成。图中P口压力油除通过右阀座孔作用在球阀的右边外，还经过阀体上的通道b进入操纵杆的空腔并作用在球阀的左边，于是球阀所受轴向液压力平衡。

在电磁铁不得电无电磁力输出时，球阀在右端弹簧力的作用下紧压在左阀座孔上，油口P与A连通，油口T关闭。当电磁铁得电，则电磁吸力推动铁芯左移，杠杆绕支点逆时针方向转动，电磁吸力经放大（一般放大3—4倍）后通过操纵杆给球阀施加一个向右的力。该力克服球阀右边的弹簧力将球阀推向右阀座孔，于是油口P与A不通，油口A与T连通，油路换向。

图示球式换向阀为二位三通阀，在装上专用底板后可构成四通阀。与电磁滑阀相比，电磁球阀有下列特点； 1）无液压卡死现象，对油液污染不敏感，换向性能好；

a； 2）密封为线密封，密封性能好，最高工作压力可达63

3）电磁吸力经放大后传给阀芯，推动大；

4）使用介质的粘度范围大，可以直接用于高水基、乳化液；

5）球阀换向时，中间过渡位置三个油口互通，故不能像滑阀那样具有多种中位机能； 6）因要保证左、右阀座孔与阀体孔的同心，因此加工、装配工艺难度较大，成本较高； 7）目前主要用在超高压小流量的液压系统或作二通插装阀的先导阀。

MP图5-64 球式换向阀

1-支点 2-操纵杆 3-杠杆 4-左阀座 5-球阀 6-右阀座 7-弹簧 8-电磁铁

4．多路换向阀

多路换向阀是一种集成化结构的手动控制复合式换向阀，通常由多个换向阀及单向阀、溢流阀、补油阀等组成，其换向阀的个数有多路集成控制的执行机构数目而定，溢流阀、补油阀、单向阀、过载阀可根据要求装设。多路换向阀以其多项的功能，集成的结构和方便的操作性，在矿山机械、冶金机械、工程机械等行走液压设备中得到广泛的应用。

1)多路阀的结构型式 多路阀的结构型式常分为组合式多路阀和整体式多路阀两种。组合式多路阀又叫做分片式多路阀。它由若干片阀体组成，一个换向阀称为一片，用螺栓将叠加的各片连接起来。它可以用很少几种单元阀体组合成多种不同功能的多路阀，能够适应多种机械的需要。它具有通用性较强，制造工艺性好等特点，但也存在阀体积大，片间需密封，阀体容易变形而卡住阀芯，内泄漏较为严重等问题。

整体式多路阀是把具有固定数目的多个换向阀体铸造成一个整体，所有换向阀滑阀及各种阀类元件均装在这一阀体内。该阀体铸造成油道，利于设计安排，其拐弯处过渡圆滑，过流损失小，通流能力大，阀体刚性好，阀芯配合精度可得到较大的提高，机加工工作量减小，内外泄漏小，结构更加紧凑。这种阀的缺点是铸造及加工要求的工艺性高，清砂工作困难，制造时质量控制难度较大。

图5-65 多路阀的油路连同方式及符号

（a）并联连通 （b）串联连通 （C）串并联联通

A1-第一个执行元件的工作油口 B1-第一个执行元件的工作油口 A2-第二个执行元件的工作油口 B2-第二个执行元件的工作油口

(2)多路阀油路的连接方式 根据主机工作性能要求，各换向阀之间的油路连接，通常有并联、串联、混联三种方式。

图5-65（a）所示为并联油路的多路阀。这类多路阀，从系统来的压力油可直接通到各联滑阀的进油腔，各联滑阀的回油腔又都直接通到多路换向阀的总回油口。当采用这种油路连通方式的多路换向阀同时工作时，压力油总是先进入油压较低的执行元件，因此，只有执行元件进油腔的油压相等时，它们才能同时动作。并联油路的多路换向阀压力损失较小。

图5-65（b）所示为串联油路连接的多路阀。在这类阀中每一联滑阀的进油腔都与前一联滑阀的中位回油路相通，这样，可使串联油路内数个执行元件同时动作。实现上述动作的条件是：液压泵所能提供的油压要大于所有正在工作的执行元件两腔压差之和。串联油路的多路换向阀的压力损失较大。

图5-65（c）所示为串并联油路连接的多路阀。在此阀中，每一联滑阀的进油腔都与前一联滑阀的中位回油路相通，每一联滑阀的回油腔则直接与总回油路连接，即各滑阀的进油

腔串联，回油腔并联。它的特点是：当某一联滑阀换向时，其后各联滑阀的进油路均被切断。因此，各滑阀之间具有互锁功能，可以防止误动作。

除上述三种基本型式外，当多路换向阀的联数较多时，还常常采用上述几种油路连接形式的组合，称为复合油路连接。

5.5插装阀、叠加阀、数字阀

5.5.2插装阀

插装阀又称为二通插装阀，逻辑阀，锥阀，简称插装阀，是一种以二通型单向元件为主体、采用先导控制和插装式连接的新型液压控制元件。插装阀具有一系列的优点，主阀芯质量小行程短、动作迅速、响应灵敏、结构紧凑、工艺性好、工作可靠、寿命长，便于实现无管化连接和集成化控制等。特别适用于高压大流量系统，二通插装阀控制技术在锻压机械、塑料机械、冶金机械、铸造机械，船舶、矿山以及其它工程领域得到了广泛的应用。

1．插装阀的基本结构及工作原理

二通插装阀的主要结构包括插装件、控制盖板、先导控制阀和集成块体四部分组成，如图5-56（a）所示，图5-56（b）是其原理符号图。

图5-56 插装阀结构原理图和原理符号图

（a）结构原理图 （b）原理符号图

1-插装件 2-控制盖板 3-先导控制阀 4-集成块

插装阀有两个主通道进出油口A、B和一个控制油口C。工作时，阀口是开启还是关闭取决于阀芯的受力状况。通常状况下，阀芯的重量、阀芯与阀体的摩擦力和液动力可以忽略不计。则

?F?pAcc?pbAb?paAa?Fs?Fy

（5—13）

式中 pc——控制腔C腔的压力

Ac——控制腔C腔的面积 pb——主油路B口的压力 Ab——主油路B口的控制面积

pa——主油路A口的压力

Aa——主油路A口的控制面积，Ac=Aa+Ab

Fs——弹簧力

Fy——液动力（一般可忽略不计）。

?F?0时，阀芯处于关闭状态，A口与B口不通，当?F?0时，阀芯开启，A

F?0口与B口连通；?时，阀芯处于平衡位置。由上式可以看出，采取适当的方式控制

当

C腔的压力pc就可以控制主油路中A口与B口的油流方向和压力，由图5-66（a）还可以看出，如果采取措施控制阀芯的开启高度（也就是阀口的开度），就可以控制主油路中的流量。

以上所述即为二通插装阀的基本工作原理。在这里特别要强调的一点是：二通插装阀A口控制面积与C腔控制面积之比， ??Ac/Aa，称为面积比，它是一个十分重要的参数，对二通插装阀的工作性能有重要的影响。

1）插装阀的插装件

插装件是由阀芯、阀体、弹簧和密封件等组成，根据其用途不同分为方向阀插装件，压力阀插装件，流量阀插装件三种。其结构可以是锥阀式结构，也可以是滑阀式结构。插装件是插装阀的主体。插装元件为中空的圆柱形，前端为圆锥形封面的组合体，性能不同的插装阀其阀芯的结构不同，如插装阀芯的圆锥端可以为封堵的锥面，也有带阻尼孔或开三角槽的圆锥面。插装元件安装在插装块体内，可以自由的轴向移动。控制插装阀芯的启闭和开启量的大小，可以控制主油路液体的流动方向，压力和流量。同一通径的三种插装件的安装尺寸相同，但阀芯的结构形式和阀体孔直径不同。图5-67为三种插装件的结构图及职能符号。

图5-67 插装阀基本组件

（a）方向阀组件 （b）压力阀组件 （c）流量阀组件

1--阀套 2-密封圈 3-阀芯 4-弹簧 5-盖板 6-阻尼孔 7-阀芯行程调节杆

方向阀插装件的阀芯半锥角??45?，面积比??2，即油口作用面积Aa=Ab，油口

A、B可双向流动。

压力阀插装件中的减压阀阀芯为滑阀，面积比??1。即油口作用面积Aa=Ac，Ab=0，油口A出油，溢流阀和顺序阀的阀芯半锥角??15?，面积比??1.1，油口A进油，油口B出油。

流量阀插装件为得到好的压力流量增益，常把阀芯设计成带尾部的结构，尾部窗口可以是矩形，也可以是三角形，面积比??1或1.1。一般油口A进油。油口B出油。 2）插装阀的控制盖板

由盖板内嵌装各种微型先导控制元件（如梭阀、单向阀、插式调压阀等）以及其他元件组成。内嵌的各种微型先导控制元件与先导控制阀结合可以控制插装件的工作状态，在控制盖板上还可以安装各种检测插装件工作状态的传感器等。根据控制功能不同，控制盖板可以分为方向控制盖板、压力控制盖板和流量控制盖板三大类。当具有两种以上功能时，称为复合控制盖板。控制盖板主要功能是固定插装件、沟通控制油路与主阀控制腔之间的联系等。

3）插装阀的先导控制阀

安装在控制盖板上（或集成块上），对插装件动作进行控制的小通径控制阀，主要有6mm和10mm通径的电磁换向阀、电磁球阀、压力阀、比例阀、可调阻尼器、缓冲器以及液控先导阀等。当主插件通径较大时，为了改善其动态特性，也可以用较小通径的插装件进行两级控制。先导控制元件用于控制插装件阀芯的动作，以实现插装阀的各种功能。

4）集成块

用来安装插装件、控制盖板和其它控制阀，沟通主要油路。 2．插装阀的应用 1）插装方向控制阀

同普遍液压阀相类似，插装阀与换向阀组合，可形成各种形式的插装方向阀。图5-68为几种插装方向阀示例。

①插装单向阀 如图5-68（a）所示，将插装阀的控制油口C口与A或B连接，形成插装单向阀。若C与A口连接，则阀口B到A导通，A到B不通；若C与B口连接，则阀口A到B口导通，B到A不通。

②电液控单向阀 如图5-68（b）所示，当电磁阀不通电时，B口与C口连通，此时只能从A到B导通，B到A不通，当电磁阀通电时，C口通过电磁阀接油箱，此时A口与B口可以两方向导通。

③二位二通插装换向阀 如图5-68（C）所示，当电磁阀不通电时，油口A与B关闭，当电磁阀通电时，油口A与B导通。

④二位三通插装换向阀 如图5-68（d）所示，当电磁阀不通电时，油口A与T导通，油口P关闭；当电磁阀通电时，油口P与A导通，油口T关闭。

⑤三位三通插装换向阀 如图5-68（e）所示，当电磁阀不通电时，控制油使二个插装件关闭，油口P、T、A互不连通；当电磁阀左电磁铁通电时，油口P与A连通，油口T关闭；当电磁阀右电磁铁通电时，油口A与T连通；油口P关闭。

⑥二位四通插装换向阀 如图5-68（f）所示，当电磁阀不通电时，油口P与B导通，油口A与T导通；当电磁阀通电时，油口P与A导通，油口B与T导通。

⑦三位四通插装换向阀 如图5-68（g）所示，当电磁阀不通电时，控制油使四个插装件关闭，油口P、T、A、B互不连通；当电磁阀左电磁铁通电时，油口P与A连通；油口B与T连通；当电磁阀右电磁铁通电时，油口P与B连通；油口A与B连通。

根据需要还可以组成具有更多位置和不同机能的四通换向阀。例如一个由二位四通电磁阀控制的三通阀和一个由三位四通电磁阀控制的三通阀组成的四通阀则具有6种工作机能。如果用两个三位四通电磁阀来控制，则可构成一个九位的四通换向阀。

图5-68 插装方向控制阀

（a）插装单向阀（b）电液控单向阀（c）二位二通插装换向阀 （d）二位三通插装换向阀

（e）三位三通插装换向阀（f）二位四通插装换向阀（g）三位四通插装换向阀

如果4个插装件各自用一个电磁阀进行分别控制时，就可以构成一个具有12种工作机能的四通换向阀了，如图5-72所示。这种组合形式机能最全，适用范围最广，通用性最好，电磁阀品种简单划一。但是应用的电磁阀数量最多。对电气控制的要求较高，成本也高。在实际使用中，一个四通换向阀通常不需要这么多的工作机能，所以，为了减少电磁阀数量，减少故障，应该多采用上述的只用一个或两个电磁阀集中控制的形式。

2）压力控制插装阀

采用带阻尼的插装阀芯并在控制口C安装压力控制阀，就组成了图5-69所示的各种插装式压力控制阀。

图5-69 十二位四通电液动换向阀

① 图5-69（a）所示为插装式溢流阀，用直动式溢流阀来控制油口C的压力，当油口B接油箱时，阀口A处的压力达到溢流阀控制口的调定值后，油液从B口溢流，其工作原理与传统的先导式溢流阀完全一样。

② 图5-69（b）所示为插装式电磁溢流阀，溢流阀的先导回路上再加一个电磁阀来控制其卸荷，便构成一个电磁溢流阀，这种形式在二通插装阀系统中是很典型的，它的应用及其普遍。电磁阀不通电时，系统卸荷，通电时溢流阀工作，系统升压。

③ 图5-69（C）所示为插装式卸荷溢流阀，用卸荷溢流阀来控制油口C的压力，当远控油路没有油压时，系统按溢流阀调定的压力工作，当远控油路有控制油压时，系统卸荷。 ④ 图5-69（d）所示为插装式减压阀，当A口的压力低于先导溢流阀调定的压力时，A口与B口直通不起减压作用。当A口压力达到先导溢流阀调定的压力时，先导溢流阀开启，减压阀芯动作，使B口的输出压力稳定在调定的压力。

⑤ 图5-69（e）所示为插装式远控顺序阀，B口不接油箱，与负载相接，先导溢流阀的出口单独接油箱，就成为一个先导式顺序阀，当远控油路没有油压时，就是内控式顺序阀，当远控油路有控制油压时，就是远控式顺序阀。

⑥ 图5-69（f）所示为插装双级调压溢流阀，用两个先导溢流阀控制一个压力插装件，用一个三位四通换向阀控制两个先导阀的导通，更换不同中位机能的换向阀，就有不同的控制方式。包括卸荷功能就有三级调压。

图5-69插装压力控制阀

（a）插装式溢流阀（b）插装式电磁溢流阀（c）插装式卸荷溢流阀（d）插装式减压阀

（e）插装式远控顺序阀（f）插装双级调压溢流阀

3）插装式流量阀

控制插装件阀芯的开启高度就能使它起到节流作用。如图5-70（a）所示，插装件与带行程调节器的盖板组合，由调节器上的调节杆限制阀芯的开口大小，就形成了插装节流阀。若将插装式节流阀与定差减压阀连接，就组成了插装式调速阀，如图5-70（b）所示。

图5-70 插装式流量阀

（a）插装式节流阀 （b）插装式调速阀

总之插装阀经过适当的连接和组合，可组成各种功能的液压控制阀。实际的插装阀系统是一个集方向、流量、压力于一体的复合油路，一组插装油路也可以由不同通径规格的插装件组合，也可与普通液压阀组合，组成复合系统；也可以与比例阀组合，组成电液比例控制的插装阀系统。

5.5.2叠加阀

叠加阀是叠加式液压阀的简称。叠加阀是在集成块的基础上发展起来的一种新型液压元

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