第五章 方向控制阀

第五章方向控制阀方向控制阀（方向阀）是控制液压系统中的液流方向的阀，用来对系统中各个支路的液流进行通、断的切换，以适应工作的要求。

一个液压系统所应用的各个控制阀中，方向阀占的数量相当多。

§5-1 方向阀的功能及分类常规方向阀的基本作用是对液流进行通、断（开、关）切换。

因此，工作原理比较简单，它的结构也并不复杂。

但是，为了满足不同液压系统对液流方向的控制要求，方向阀的品种规格名目繁多。

一、分类方向阀按其功能，大致可分成以下几种类型：有时把压力表开关也归到方向控制阀中。

除了上述一般的方向控制阀外，还有可以进行阀芯位置连续控制的电液比例方向阀。

从阀芯的结构特征来区分，又有锥阀式、球阀式、滑阀式和转阀式等。

（一）单向阀单向阀类似于电路中的二极管。

在液压系统中单向阀只允许液流沿一个方向通过，反方向流动则被截止。

它是一种结构最简单的控制阀。

图5-1（图5-1省略p89）分别是钢球式直通单向阀和锥阀式直通单向阀。

液流从1P流入时，克服弹簧力而将阀芯顶开，再从2P流出。

当液流反向流入时，由于阀芯被压紧在阀座密封面上，所以流动被截止。

钢球式单向阀的结构简单，但密封性不如锥阀式，并且由于钢球没有导向部分，所以工作时容易产生振动，一般用在流量较小的场合。

锥阀式应用最多，虽然加工要求较钢球式高一些，但是它的导向性好，密封可靠。

图5-1所示单向阀是管式结构，尺寸小巧紧凑，可以直接安装在管路中。

此外还有板式结构的单向阀（图5-2）（图5-2省略p90），它的装拆维修比较方便，不过需要另行设置安装底板。

此外，由于板式单向阀内的流道有转弯，所以流动阻力损失较管式结构大。

单向阀中的弹簧主要是用来克服摩擦力、阀芯的重力和惯性力，使阀芯在液流反方向流动时能迅速关闭。

但弹簧过硬会影响阀的开启压力并造成过大的流动损失。

一般单向阀的开启压力大约0.03~0.05MPa，并可根据需要更换弹簧。

例如，单向阀作为背压阀使用时，需要具有与系统工作相适应的开启压力，因此采用较硬的弹簧。

单独应用的单向阀，其符号见图5-3a（图5-3省略p90）。

设置在阀块中或与其它元件组合应用的单向阀，其符号见图5-3b。

对单向阀的基本要求是：正向流动阻力损失小，反向时密封性好，动作灵敏。

液控单向阀是可以根据需要来实现逆向流动的单向阀。

图5-4（图5-4省略p91）是具有卸载阀的外泄式液控单向阀。

它除了进油口1p和出油口2p外，还有一个控制油口c p。

在通常情况下，它的作用与一般单向阀相同，只允许液流从1p流向2p，反向时截止。

当需要允许反向流动时，接通控制压力c p，控制活塞上移而顶开单向阀阀芯，使液流可以反向流动。

采用具有卸载小阀芯的复式单向阀芯结构时，控制活塞只要用不大的力顶开小阀芯，使单向阀上部卸压，然后再顶开单向阀芯。

由于控制活塞与卸载阀芯的面积比通常大于10~30，因此显著降低了所需要的控制压力。

对于流量较小、压力不高的液控单向阀，为了简化结构，可以不采用复式阀芯而由控制活塞直接推动单向阀芯。

单向阀的用途很广。

例如，在泵的出口处安装单向阀以防止油液倒流；在回油管上安装单向阀作为背压阀，或防止系统不工作时油液泄出而造成空气进入系统；与各种阀组成单向节流阀、单向减压阀、单向调速阀、单向顺序阀等复合式阀；与节流器并联后组成单向节流缓冲器件；由于单向阀具有优良的密封性，所以液控单向阀还广泛用作为液压缸的保压阀或闭锁阀。

（二）换向阀换向阀是借助于改变阀芯的位置，来实现与阀体相连的几个油路之间的接通或断开。

根据阀芯可能实现的工作位置数目，换向阀可分为二位、三位等形式。

根据阀芯所控制的油路通道数目，换向阀可分为二通、三通、四通、五通等形式。

换向阀的阀芯结构，最常见的是滑阀式，少数采用转阀。

采用锥阀的组合式换向阀，一般归入逻辑阀的范畴。

通常，换向阀还常以操纵方式来命名。

只要能够可靠而简单地实现阀芯工作位置的更换，原则上任何适当的操纵方式都可以采用。

例如，采用手柄操纵（手动）；滚轮推杆、拨叉等机械操纵（机动）；气缸控制（气动）；液压油直接推动（液动）；电磁铁控制（电磁）；分别采用电磁铁和液压油控制先导阀和主阀（电液动）等。

以下介绍几种最为常见的换向阀型式。

1.手动换向阀图5-5（图5-5省略p92）是手动三位四通换向滑阀，阀芯的位置由手柄2来直接操纵。

阀体上有四个通道：P——压力油；O——回油；A、B——分别连到被控回路的进、出油口。

图示位置时阀芯处于中位，P、O，A、B互相隔断。

推动手柄可将阀芯移到左、右两个位置。

阀芯移到左端时，P与A通，O与B通；移到右端时，P与B通，O与A通。

滑阀的定位方式可以用图示的钢球定位机构来实现，也可以不用定位机构而由手来操纵确定，一旦手放开，由复位弹簧使阀芯回到中位。

90后，可以实现通路P、O与A、B的图5-6（图5-6省略p92）是手动二位四通转阀。

手柄转动切换。

转阀的优点是外形尺寸小，但在设计时应充分考虑使阀芯所受径向液压力平衡，否则会由于径向作用力而造成摩擦力过大，操纵阀芯困难。

这种转阀一般只用在中、低压或小流量的场合。

2.电磁换向阀电磁换向阀是利用电磁铁通电吸合时产生的推力来操纵滑阀。

由于它可以借助于按钮开关、行程开关、即位开关等发出的信号来进行控制，所以使用方便，应用广泛。

换向阀所用的电磁铁有交流及直流两种型式。

还有一种本整型，采用交流电源进行本机整流后，由直流进行控制，电磁铁仍为一般的直流型，并无其它特殊之处。

按照电磁铁内部是否有油浸入，又分为干式和湿式两种。

干式电磁铁与阀体之间有密封隔开，电磁铁内部没有油。

湿式则相反。

这几种阀用电磁铁的特点已在第二章中介绍过，此处不再重复。

图5-7（图5-7省略p93）是二位四通干式电磁换向阀。

在该图上，左面画的是交流电磁铁，右面画的是直流电磁铁。

电枢线圈通电后，衔铁被吸引，通过推杆而推动阀芯换向。

两端的弹簧用来固定衬套3的位置。

从图可见，由于电磁铁与阀体、推杆间有O型密封圈，所以没有油进入电磁铁内部。

当电磁铁失控或需要检验阀的功能时，可以通过手动按钮从外部用手来改变阀芯的位置。

图5-8（图5-8省略p93）是三位四通湿式电磁换向阀。

图中左面画的是交流电磁铁，右面画的是直流电磁铁。

与图5-7的区别在于：回油腔的油可以进入电磁铁内部。

此外，左右两个电磁铁都不通电时，阀芯在复位弹簧3的作用下，处于中位。

因此，换向阀具有三个位置。

电磁换向阀除了上述双电磁铁控制的三位四通型式外，还常用弹簧复位的单电磁铁式二位二通、二位三通或二位四通阀。

上述几种电磁换向阀的有关符号见图5-9（图5-9省略p94）。

双电磁铁二位换向阀虽然比弹簧复位的单电磁铁二位换向阀多用一个电磁铁，但是由于没有复位弹簧的阻力，所以电磁铁的推力可以充分利用。

由于电磁铁的推力所限，一般电磁换向阀只用在流量不太大的场合（不超过通径10）。

中低压时可配用通径15的换向阀，流量在63L/min以下。

流量更大时，采用电磁换向阀与液动换向阀组合的电液换向阀。

前者作为先导级，后者作为主级。

3.电液换向阀电液换向阀是以电磁换向阀作为先导级阀，用它输出的压力油来控制主级换向滑阀。

由于先导级输出的压力油足以控制一个大尺寸的换向滑阀，因此就可以实现对不同流量范围的液流进行方向控制。

此外，电液换向阀的主级阀的换向速度较易控制，这也是电液换向阀的一个优点。

图5-10是弹簧对中式的三位四通电液换向阀。

当先导电磁阀1的一个电磁铁通电时，其输出控制油口A、B分别与导阀的压力油及回油接通，主阀芯由于两端的压差而移向左端或右端，实现主油路P、A、B、O的通断。

如果两个电磁铁都断电，由于先导阀具有Y型中位机能，使先导阀的A、B口以及主阀芯两端容腔都与回油相通，主阀芯3在对中弹簧2的弹簧力推动下，处于中间位置。

这时主阀的A、B油口的状况，取决于主阀芯的中位机能（详见本节的滑阀机能部分）。

上述弹簧对中式电液换向阀的详细符号和简化符号，均见图5-10（图5-10省略p94）。

有时为了控制液流的换向速度，避免产生液压冲击现象，就要求主阀芯的换向时间可调节。

为此，在电液换向阀或液动换向阀的两端附设单向节流阀作为阻尼器，通过调节节流阀的开度来改变阻尼的大小，以控制主阀芯的换向时间。

图5-11（图5-11省略p95）是一个简单的结构示例，并表示了它在换向阀中的安放位置。

（三）多路阀多路阀是一种集中布置的组合式手动换向阀。

多路阀的主体是几个手动换向阀。

根据不同的工作要求，还可以将安全（溢流）阀、单向阀、补油阀等也组合在阀块内。

多路阀主要用在各种工程机械、起重运输机械等行走机械上，进行多个工作机构的集中控制。

它具有便于操作、结构紧凑、通用性好、流道阻力损失小等特点。

按照多路阀所构成的液压系统性质，有并联、串联、顺序三种形式。

图5-12（图5-12省略p95）上分别表示了这三种多路换向阀的组合形式。

在此图上只画了三个手动换向阀，根据需要还可以将更多的手动换向阀组合在一起。

并联式多路阀的主泵同时向多路阀控制的各个执行器件（液压缸、液压马达）供油，各换向阀进口压力等于主泵的供油压力。

几个阀同时操纵来完成复合动作时，负载小的执行器件先动作，并且，复合操纵时各执行机构的流量之和等于泵的总流量。

所以复合操纵时的动作速度比单独动作时的速度低。

串联式多路阀的主泵依次向多路阀组控制的各个执行器件供油。

只要压力足够，就可以实现多个动作的复合操纵，每个执行器件只占用主泵的部分供油压力，因此这种形式适用于高压系统。

顺序式多路阀的主泵按顺序单独向每一个执行器件供油，因此只能按多路阀中的换向阀排列次序单个动作。

操纵前一个阀时，后面的阀被切断油路，从而可以避免各执行器件的动作干扰，具有互锁功能，防止误操作。

图5-13（图5-13省略p96）所示是一种并联式油路的多路阀结构图和符号图。

它由两个三位六通手动换向阀和一个单向阀、一个溢流阀所组成，阀芯为弹簧自动复位式。

（四）逻辑阀逻辑阀是一种组合式阀。

它以若干个插装式二通锥阀为基本元件来进行组合，并配用适当的电磁先导阀来控制这些锥阀的启、闭，以达到控制液流的目的。

逻辑阀最初作为方向阀，随后又发展为可以对液流的压力、流量进行控制。

由于它的原理是基于对一组开关式锥阀的“通、断”状态为出发点，用逻辑判断来确定这一阀组的工作情况，因此称为逻辑阀，有时也称为插装式阀。

图5-14（图5-14省略p97）所示是二通锥阀式方向控制逻辑阀的基本元件。

它的主要部分是锥阀芯、阀套和弹簧，这几个零件组成一体，插装在阀体的孔内，安装和拆卸都很方便。

A 、B 是主油路的两个接口，X 是控制油口。

根据这几个油口的压力和作用面积A A 、B A 、X A 的大小，以及弹簧力和阀口液动力的数值，锥阀芯具有关闭和开启两个位置，使主油路A 与B 接通或隔断。