第六章液压控制阀及液压回路

第六章液压控制阀及液压回路 第一节方向控制阀及方向控制回路第二节压力控制阀及压力控制回路第三节流量控制阀及流量控制回路第四节容积调速回路及几种其它回路

第一节方向控制阀及方向控制回路 一、单向阀和液控单向阀 1、单向阀单向阀只允许油液某一方向流动，而反向截止。这种阀也称为止回阀。对单向阀的主要性能要求是：油液通过时压力损失要小；反向截止密封性要好。其结构如图。压力油从P1进入，克服弹簧力推动阀芯，使油路接通，压力油从P2流出；当压力油从反向进入时，油液压力和弹簧力将阀芯压紧在阀座上，油液不能通过。单向阀都采用图示的座阀式结构，这有利于保证良好的反向密封性能。

2、液控单向阀 如图所示，液控单向阀下部有一控制油口K，当控制口不通压力油时，此阀的作用与单向阀相同；但当控制口通以压力油时，阀就保持开启状态，液流双向都能自由通过。图上半部与一般单向阀相同，下半部有一控活塞1，控制油口K通以一定压力的压力油时，推动活塞1并通过推杆2使锥阀芯3抬起，阀就保持开启状态。

3、双向液压锁 如图所示，使两个液控单向阀共用一个阀体1和一个控制活塞2，而顶杆3分别置于控制活塞两端，这样就成为双向液压锁。当P1腔通压力油时，一方面油液通过左阀到P2腔，另一方面使右阀顶开，保持P4与P3腔畅通。同样当P3腔通压力油时一方面油液通过右阀到P4腔，另一方面使左阀顶开，保持P2与P1腔通畅。而当P1和P2腔都不通压力油时，P2和P4腔封闭，执行元件被双向锁住，故称为双向液压锁。

二、换向阀 换向阀的基本作用可归结为：利用阀芯和阀体的相对运动使阀所控制的一些油口接通或断开。对换向阀的主要能要求是：油路导通时，压力损失要小；油路断开时，泄漏量要小；阀芯换位，操纵力要小以及换向平稳等。换向阀的用途什么广泛，种类也很多，可根据换向阀的结构、操纵、位置和通路数等分类。

1、滑阀式换向阀的换向原理和图形符号 滑阀式换向阀是靠阀芯在阀体内作轴向运动，而使相应的油路接通或断开的换向阀。其换向原理如下图所示。当阀芯处于左图位置时，P与B,A与T相连，活塞向左运动；当阀芯向右移动处于右图位置时，P与A, B与T 相连，活塞向右运动。所以图示换向阀可用于使液压执行元件换向。

下表列出了几种常用换向阀的结构原理和图形符号。一个换向阀完整的图形符号速应表示出操纵、复位和定位方式等。下表列出了几种常用换向阀的结构原理和图形符号。一个换向阀完整的图形符号速应表示出操纵、复位和定位方式等。

换向阀图形符号含义如下： （1）用方框表示阀的工作位置，有几个方框就表示几“位”。（2）方框内的箭头表示在这一位置上油路处于接通状态，但并不一定表示油流的实际流向；（3）方框内符号⊥或┰表示此油路被阀芯封闭; （4）一个方框的上边和下边与外部连接的接口数表示几“通”；（5）一般，阀与系统供油路连接的进油口用字母P表示；阀与系统回油路连接的回油口用字母T(或O）表示；而阀与执行元件连接的工作油口则用字母A、B等表示。有时在图形符号上还标出泄漏油口，用字母L表示。

2、滑阀式换向阀的结构 下图是三槽二台肩换向阀的换向原理。当换向阀芯处于左位时图a，P与A通,B与T通；当阀芯处于右位时图b，P与B通，A与T通。这种阀的长度较短，但回油压力直接作用于阀芯两端，对密封装置有较高的要求。

图为滑阀和阀芯的实际结构

3、滑阀机能 多位阀处于不同位置时，其各油口连通情况不同，这种不同的连通方式体现了换向阀的各种控制机能，称为滑阀机能。下图是三位四通阀中位机能。

4、液压卡紧现象 滑阀式换向中，由于阀芯和阀体孔的几何形状误差和中心线不重和，进入滑阀配合间隙中的压力油将对阀芯产生不平衡的径向力，使阀芯紧贴在孔壁上，产生相当大的摩擦力，使滑阀卡住，这称为液压卡紧现象。下图表示阀芯上所受径向力的几种情况。图中P1为高压侧压力，P2为低压侧压力。

图中（a）的阀芯带有锥度，间隙小的一端在高压侧（称倒锥）。如果阀芯不带锥度，那么在缝隙中沿x向的压力分布为直线，如图中P1与P2间的点画线所示。现在阀芯带锥度，高压侧的缝隙小，因此压力沿x向先急剧下降后变缓，压力分布为凹形，如图（a）中的曲线a和b所示。又因阀芯下部缝隙较大，其压力分布曲线凹度较上部缝隙小。这样阀芯就受到一个不平衡的径向液压力，如图中阴影部分所示，方向使偏心加大。图（b）所示间隙小的一端在低压侧（称顺锥），这时阀芯如有偏心，也将产生径向不平衡液压力，但此力力图减少偏心量，有自动定心作用。图（c）所示为阀芯和阀体中心线不平行情况。从图中分析可看出，这种情况下的径向不平衡液压力最大。图中（a）的阀芯带有锥度，间隙小的一端在高压侧（称倒锥）。如果阀芯不带锥度，那么在缝隙中沿x向的压力分布为直线，如图中P1与P2间的点画线所示。现在阀芯带锥度，高压侧的缝隙小，因此压力沿x向先急剧下降后变缓，压力分布为凹形，如图（a）中的曲线a和b所示。又因阀芯下部缝隙较大，其压力分布曲线凹度较上部缝隙小。这样阀芯就受到一个不平衡的径向液压力，如图中阴影部分所示，方向使偏心加大。图（b）所示间隙小的一端在低压侧（称顺锥），这时阀芯如有偏心，也将产生径向不平衡液压力，但此力力图减少偏心量，有自动定心作用。图（c）所示为阀芯和阀体中心线不平行情况。从图中分析可看出，这种情况下的径向不平衡液压力最大。

开环形槽的效果开有均压槽的部位，四周都有相等或接近相等的压力油，可显著减少液压卡紧力。阀芯倾斜时开环槽的效果可从下图看出：

5、操纵方式 手动换向阀二位二通电磁阀机动换向阀三位四通电磁阀电磁换向阀交流和直流电磁铁液动换向阀干式和湿式电磁铁电液动换向阀

（１）手动换向阀 下图是弹簧自动复位式三位四通手动换向阀。推动手柄向右，阀芯向左移动至左位，此时P与A相通；推动手柄向左，阀芯处于右位，液流换向。该阀适于动作频繁、工作持续时间短的场合，操作比较完全，常应用于工程机械。

（２）　机动换向阀 机动换向阀又称行程换向阀。它依靠行程挡块推动阀芯实现转向。机动阀动作可靠，改变挡块斜面角度便可改变换向时阀芯的移动速度，因而可以调节换向过程的快慢。右图是二位三通机动换向阀。在常态位，P与A相通；当行程挡快5压下机动阀滚轮4时，P与B相通。它经常应用于机床液压系统的速度换接回路中。

（３）　电磁换向阀 电磁阀借助于电磁铁吸力推动阀芯动作。其操纵方便，布置灵活，易于实现动作转换的自动化。但其吸力有限，不能用来直接操纵大规格的阀。二位二通换向阀下图是二位二通阀的图形符号。如果常态时P与A断开，称这种阀具有常闭(O型)机能，见图A。反之，常态时P与A 相通，称这种阀具有常开(H型)机能，见图B。

下图是二位二通电磁阀结构图。常态时P与A不通。通电时，电磁铁6通过推杆4克服弹簧2的预紧力，推动阀芯1，使阀芯1换位， P与A接通。电磁铁顶部的手动推杆7是为检查电磁铁是否动作以及在电气发生故障时实现手动操纵而设置的。

三位四通电磁阀 三位四通电磁阀结构如图所示。阀两端有两根对中弹簧4和两个定位套3使阀芯2在常态时处于中位。在右端电磁铁通电吸合时，衔铁9通过推杆6将芯推到左端；反之左端电磁铁通电吸合时，阀芯被推到右端。在图中滑阀为三槽二台肩式，阀芯两端是和回油腔T连通的。

交流和直流电磁铁 根据电磁铁所用电源不同可分为交流电磁铁和直流电磁铁两种。交流电磁铁的优点是电源简单方便，启动力大。缺点是启动电流大，在阀芯被卡住时会使电磁铁线圈烧毁。交流电磁铁动作快，换向冲击大，换向频率不能太高。直流电磁铁不论吸合与否，其电流基本不变，因此不会因阀被卡住而烧毁电磁铁线圈，工作可靠性好，换向冲击力也小。换向频率较高。但需要有直流电源。

干式和湿式电磁铁 按照电磁铁的衔铁是否浸在油里，电磁铁又分为干式和湿式两种。干式电磁铁不允许油液进入电磁铁内部，因此推动阀芯推杆处要有可靠的密封，密封处摩擦阻力较大，影响换向可靠性，也易产生泄漏。湿式电磁铁中具有非导磁材料制成的导套, 油液被封在导套内。在线圈作用下，衔铁在导套内移动。所以，电磁阀的相对运动部件之间就不需要设置密封装置，减少了阀芯运动阻力，提高了滑阀转向可靠性，并且没有外泄漏。另外,套内的油液对衔铁的运动产生阻尼作用,有利于减少换向冲击和噪声。湿式电磁铁的结构见下图。

湿式电磁铁的结构

（4）液动换向阀 液动换向阀利用控制油路的压力油来推动阀芯实现换向，因此它适用于较大流量的阀。下图是三位四通液动换向阀的结构原理图。当控制油口K1、K2不通压力油时，阀芯在对中弹簧作用下处于中位。当K1通压力油、K2回油时，阀芯右移，P与A通、B与T通；当K1通压力油、K2回油时，阀芯左移(如图中所示)。

可调式液动换向阀 在液动阀的控制回路上往往装有可调的单向节流阀（称阻尼器），以便分别调节换向阀芯在两个方向上的运动速度，改善换向性能。阻尼器可和液动阀连成一体，也可有独立的阀体。带有阻尼器的液动换向阀称为可调式液动换向阀。其符号见下图。

（5）电液动换向阀 由于电磁阀吸力有限，电磁阀不能做成大规格。大规格时都做成电液动换向阀。它由大规格带阻尼器的液动换向阀和小规格电磁换向阀组合而成。其中电磁阀时是先导阀，液动阀是主阀。电液换向阀结构见图。

下左图为电液换向阀的图形符号，右图为其简化图形符号。当先导电磁阀的电磁铁1DT和2DT都断电时，电磁处于中位，控制压力油进油口P’关闭，主阀芯在对中弹簧作用下处于中位，主油路进油口P也关闭。当1DT通电，电磁阀处于左位，控制压力油经P’A’单向阀主阀芯左端油腔，而回油从主阀芯右端油腔节流阀B’T’油箱。于是主阀切换到左位,主油路P与B通、A与T通。当2DT通电、1DT断电时，则有P与A通、B与T通。下左图为电液换向阀的图形符号，右图为其简化图形符号。当先导电磁阀的电磁铁1DT和2DT都断电时，电磁处于中位，控制压力油进油口P’关闭，主阀芯在对中弹簧作用下处于中位，主油路进油口P也关闭。当1DT通电，电磁阀处于左位，控制压力油经P’A’单向阀主阀芯左端油腔，而回油从主阀芯右端油腔节流阀B’T’油箱。于是主阀切换到左位,主油路P与B通、A与T通。当2DT通电、1DT断电时，则有P与A通、B与T通。

下图所示也是一种电液换向阀，不过这种阀不是为了解决大规格问题，而是为了减小控制功率而设计的，称为低功率电磁阀。图中主阀两端面与T’相通，在对中弹簧作用下，主阀处于中位。当左端电磁铁吸合时，通过推杆2使先导阀芯5向右运动，主阀左端面A’与P’相通，主阀被推向右端，实现了换位。同样，当右端电磁铁吸合时，主阀被推至左端。下图所示也是一种电液换向阀，不过这种阀不是为了解决大规格问题，而是为了减小控制功率而设计的，称为低功率电磁阀。图中主阀两端面与T’相通，在对中弹簧作用下，主阀处于中位。当左端电磁铁吸合时，通过推杆2使先导阀芯5向右运动，主阀左端面A’与P’相通，主阀被推向右端，实现了换位。同样，当右端电磁铁吸合时，主阀被推至左端。

6、其他结构形式的换向阀 （1）转阀式换向阀在转阀中，阀芯相对于阀体作旋转运动以实现油路换向，一般采用手动或机动操纵。三位四通转阀结构原理如图所示。进油口P始终与阀芯1上的环形槽c和轴向槽b、d相通。回油口T与阀芯1上的环形槽a和轴向槽e、f相通。在图示位置（D-D剖面）用手柄2使阀芯旋转90。时，P与B通，A与T通，油路换向。

（2）座阀式换向阀（球阀式换向阀） 图示为座阀式二位三通电磁阀换向阀的结构原理图。在图示状态，压力油P一方面作用在球阀1的左边，另一方面作用在球阀的右边，以保证球阀两边受力平衡。在常态时，球阀1压在左阀座3上，此时P与A通，A与T切断。电磁铁通电时，衔接推杠杆5，推动杆6，使球阀1压向右阀座上。于是油路切换，P与A切断，A与T接通。

6、多路换向阀 目前实际上应用的多路阀型式很多，可以分为以下几种：（1）. 按阀体的外形，分为整体式和分片式。整体式的结构紧凑、重量轻、压力损失也较小。缺点是不同机械的多路阀难于通用；加工时只要有一个阀孔不合格既全体报废；整体式的阀体一般是铸造的，工艺比单片复杂。分片式的可以用很少几种单元阀体组合多种不同的多路阀以适应各种机械的需要，因此增大了它的使用范围。这类阀的缺点是加大了体积和重量，各片之间要有密封。

（2）.按各联换向阀均处于中立位置时的回油方式有图示两种：图a中的压力油经各联换向阀中专门的通道回路，换向时阀杆将此油路截死。图b中的压力油是通过卸荷阀A卸荷的。（2）.按各联换向阀均处于中立位置时的回油方式有图示两种：图a中的压力油经各联换向阀中专门的通道回路，换向时阀杆将此油路截死。图b中的压力油是通过卸荷阀A卸荷的。

（3）按换向阀油路连接方式可分为： 并联从进油口来的油可直接通到所有换向阀的进油腔，而各换向阀的回油都可直接通到回油口。若采用这种连接方式，当各换向阀同时操作时，压力油总是首先进入阻力较小的油缸中去，因而很难实现外负荷不相同的液压执行件同时动作。

串联图为串联连接。即前一片换向阀的回油口与后一片的进油口相同，如果后一联不工作，通过其中立位置回油道通往总回油口。这类结构的多路阀可以使几个工作机构同时工作，回油泵的油压等于所有正在工作的液动机的压差之和。串联回路的多路阀的压力损失一般总要大一些。

串并联 图为串并联回路，每一换向阀的进油腔与前一联的中立位置回油道相连，而个联的回油腔同时直接与总回油口连接，即各联阀的进油是串联的，回油是并联的。采用这种连接方式，当有一联换向时，其后各联换向控制的液动机就不能动作，因而这种连接方式也叫单动顺序油路。

三、方向控制回路 1、启停回路使执行元件停止运动主要由以下几种方法：（1）切断油路如图,用一个二位二通电磁阀来切断压力油源,使得执行元件停止运动。实际上，切断执行元件的回油路也可达到使停止运动的目的，但这会使执行元件和有关回路中，要求二位二通阀能通过全部流量，故一般适用于小流量系统。

（2）油泵卸荷 油泵卸荷,油液没有压力,执行元件当然停止运动.用卸荷使执行元件停止运动,可避免压力油经溢流阀回油引起的能量损失.中位机能为型的三位四通阀在中位时可引起卸荷作用. （3）准确停车在机床液压系统中,有时要求执行元件有准确的停止位置,一般可采用死挡铁限位的方法达到这一要求.

2、换向回路 （1）电磁阀换向回路用二位(或三位)四通(或五通)电磁阀换向最为方便.但电磁阀换向动作快,换向有冲击.另外,交流电磁阀一般不宜作频繁的切换.采用电液阀转向时,虽然其中液动阀的移动速度可调节,换向冲击较小,但仍不能解决频繁切换问题.

（2）机-液换向阀换向回路 采用机动阀换向时可靠性好,但机动阀必须配置在执行元件的附近，不如电磁阀灵活。另外,其换向性能也不够完善。图为时间控制式机-液换向回路。它由执行元件带动的工作台上的撞块拨动机动先导阀，机动阀使控制油路换向，进而使液动主阀换位，执行元件反向运动。

上述换向回路有以下缺点：一旦将节流阀11或12调好后，制动的时间就不能再变化，要是执行元件速度较高，其冲击量就大；执行元件速度较低时，冲出量就小换向精度不高。为解决此问题，可按下图改进回路。在图中，主油路回油时需要先通过先导阀中部锥面与阀体沉割槽所行成的开口，然后回油。上述换向回路有以下缺点：一旦将节流阀11或12调好后，制动的时间就不能再变化，要是执行元件速度较高，其冲击量就大；执行元件速度较低时，冲出量就小换向精度不高。为解决此问题，可按下图改进回路。在图中，主油路回油时需要先通过先导阀中部锥面与阀体沉割槽所行成的开口，然后回油。

（3）其它换向回路 单作用液压缸可用一个二位三通阀来实现换向,如图所示。在采用双向变量泵的容积调速回路中，可直接改变泵的液流方向来使执行元件换向。

3、锁紧回路 （1）采用单向阀的锁紧回路如图所示状态,活塞只能向左运动,向右则由单阀锁紧。当电磁阀切换后，活塞向右运动，向左则锁紧。当活塞运动到液压缸终端时则能双向锁紧。这里，油泵出口处的单向阀在泵停止运转时还有防止空气渗入液压体统的作用，并可防止执行元件和管路等处的冲击压力影响液压泵。

（2）液控单向阀锁紧回路 图示为采用液控单向阀的锁紧回路。当有压力油进入时，回油路的单向阀被打开，单向阀不妨碍压力油进入液压缸。但当三位四通阀处于中位或泵停止供油时，两个液控单向阀把液压缸内的液体密闭在里面，使液压缸锁住。这种回路主要用于汽车起重机的支腿油路中,也用于煤矿采掘机械液压支架的锁紧回路中。

（3）换向阀锁紧回路 图示为换向阀锁紧回路它利用三位阀的M型中位机能能封闭液压缸两腔，使活塞能在其行程的任意位置上锁紧。由于滑阀式换向阀不可避免的存在泄露,这种锁紧回路能保持执行元件锁紧时间不长。

第二节压力控制阀及压力控制回路 一、溢流阀和调压阀溢流阀主要作用有两个：一是定量泵节流调节系统中，用来保持液压泵出口压力恒定，并将液压泵多余的油液溢流回油箱。这时溢流阀起定压溢流作用；二是在系统中起安全作用。 1、溢流阀的结构和工作原理根据结构不同，溢流阀可分为直动式和先导式两类。（1）直动式溢流阀直动式溢流阀按其阀芯形式不同可分为球阀式、锥阀式、滑阀式等。现以力士乐DBD直动式溢流阀来说明直动式溢流阀的结构和工作原理。其结构如图。

图为溢流阀实物

溢流阀的开启压力为PR，即 Pk. A=PR=KX0或 Pk=KX0/A当阀芯处于某一位置时，阀芯的受力平衡为： P .A=K(X0+x) 式中：x为弹簧附加压缩量。由上式可知，当阀芯处于不同位置时，溢流压力是变化的。然而由于弹簧的附加压缩量x相对于预压缩量x0来说是较小的，所以可认为溢流压力P基本保持恒定，这就是溢流阀起定压溢流作用的工作原理。直动式溢流阀是利用阀芯上端的弹簧力直接与下端面的液压力相平衡来控制溢流压力的。一般直动式阀只做成低压、流量不大的溢流阀。

（2）先导式溢流阀 先导式溢流阀由主阀和先导阀两部分组成。先导阀的结构原理与直动式溢流阀相同，但一般采用锥形坐阀式结构。主阀可分为：滑阀式(一级同心)结构、二级同心结构和三级同心结构。图为一级同心溢流阀的工作原理图。

现在来研究主阀芯处于某一平衡位置时的状态。忽略阀芯自重和摩擦力,主阀受力平衡为:现在来研究主阀芯处于某一平衡位置时的状态。忽略阀芯自重和摩擦力,主阀受力平衡为: PA=P1A+Fa=P1A+K(x0+x) 或 P=P1+K(x0+x)/A 式中：P-溢流阀所控制的主阀下腔压力,即进油口压力; P1-主阀芯上腔的压力; A-主阀芯上端面面积; K-主阀芯平衡弹簧的刚度; x0-平衡弹簧的预压缩量; x-主阀开启后,平衡弹簧增加的压缩量; Fa-平衡弹簧对主阀芯的作用力. 由上式可知,先导式溢流阀所控制的压力由P1和Fa/A两项组成。由于有主阀上腔P1的存在。即使被控压力P较大,主阀上平衡弹簧力也只需很小,只要能克服摩擦力使主阀芯复位即可。

图示为二级同心式高压溢流阀的结构原理图.该阀由先导阀和主阀两部分组成。其主阀芯导向面和锥面与阀套配合良好，两处同心度要求较高，二级同心由此得名.当系统压力低于调压弹簧调定值时，主阀芯下压在阀座上，进油口和溢流口不通。当系统压力超过调压弹簧的调定值时，先导阀打开，油液回油腔。这样，主阀芯向上抬起，图示为二级同心式高压溢流阀的结构原理图.该阀由先导阀和主阀两部分组成。其主阀芯导向面和锥面与阀套配合良好，两处同心度要求较高，二级同心由此得名.当系统压力低于调压弹簧调定值时，主阀芯下压在阀座上，进油口和溢流口不通。当系统压力超过调压弹簧的调定值时，先导阀打开，油液回油腔。这样，主阀芯向上抬起，使P腔和O腔接通，压力油从P腔溢流至O腔。阻尼孔对阀芯的运动产生阻尼，以提高溢流阀工作的稳定性。这种阀的密封性好,通油能力大, 压力损失小,结构紧凑。

第六章 液压控制阀及液压回路