水压控制阀r

水压控制阀的发展现状与展望∗

温燕杰 王新华 刘春波

（北京工业大学机械工程与应用电子技术学院， 北京，100022）

摘 要：水压控制阀是水压传动系统中的关键控制元件，是水压传动技术研究的重要内容。本文介绍了国内外一些主要的水压控制阀产品种类和性能，分析了水压控制阀的一些典型结构型式及特点，总结了目前水压控制阀中采用的主要工程材料，并对水压控制阀的发展及应用前景进行了展望。

关键词：水压控制阀；典型产品；结构型式；工程材料；发展现状

1 引言

水压传动技术是直接以天然淡水或海水代替矿物油作为液压系统工作介质的一门新型传动技术。水具有来源广泛、清洁、安全等优点，用它作为液压系统工作介质符合环境保护和可持续发展的要求。目前，水压传动技术已受到国外各发达国家的广泛重视，成为21世纪国际流体传动及控制技术领域的研究热点之一[1]。水压控制阀作为水压传动系统中的关键控制元件，其性能的优劣直接影响到水压传动系统的可靠性和使用寿命。因此，研制与开发性能优良的水压控制元件成为目前水压传动系统研究的关键技术之一。

2 水压控制阀的主要产品介绍

国外一些发达国家如丹麦、德国、美国、日本、英国、芬兰等从上世纪80年代初就开始了水压传动技术的研究，目前已研制和开发出一些水压控制阀产品，其性能已达到或接近同类油压控制阀产品的性能，并在工业生产中得到推广应用。

（1）压力控制阀

图1所示为德国Hauhinco 公司生产的直动式溢流阀，

该阀的最大工作压力为35MPa ，压力调节范围为2～

32MPa 。此外，该公司生产的直动式减压阀，最大工作

压力可达50MPa ，压力调节范围为3~50MPa [2]。丹麦

Danfoss 公司生产的VRH 系列压力控制阀，有VRH30、

VRH60和VRH120三种类型，最大流量分别为30L/min 、

60L/min 、120L/min ，其中VRH30阀的压力调节范围为

2.5～14MPa ；VRH60阀和VRH120阀都有两种压力调节范围，分别为2.5～8MPa 和8～14MPa [3]。

（2）流量控制阀

图2所示为丹麦Danfoss 公司生产的VOH 30PM 压力补偿式手动节流阀。该阀内置一个压力补偿器，可使阀的稳态流量保持恒定，并与系统的压力变化无关，从而可以稳定控制系统中水的流量，其最大入口压力为14MPa ，流量调节范围为2～30L/min

，阀的最大和最小压降分别为图1 德国Hauhinco 公司直动式溢流阀 ∗ 北京市跨世纪优秀人才青年骨干资助项目

北京市先进制造技术重点实验室开放基金资助项目

14MPa 和1.5MPa [3]。此外，美国ELWOOD 公司生产的流量

控制阀工作压力达41.5MPa [4]。

（3）方向控制阀

图3所示为丹麦Danfoss 公司生产的VDH 60EC 三位四

通方向控制阀。该阀由四个座阀组合而成，两个进水阀，

两个出水阀，且每个座阀均由独自的先导阀控制。阀的最

大压力为14MPa ，最小入口压力为0.5MPa ，最大流量为

60L/min ，最小流量为1L/min ，最大泄露量为5mL/min ，换

向时的阀口开启与关闭时间分别为110ms 和130ms [3]。

德国Hauhinco 公司研制的两位三通先导式电磁方向

阀，阀芯采用陶瓷材料，最大工作压力达32MPa [2]。美国

Elwood 公司生产的三位四通手动滑阀式换向阀，最大压力

为42MPa ，最大流量为42L/min [1]。

（4）比例控制阀 图4所示为日本Ebara 公司生产的水压比例控制阀。该阀阀芯两端采用静压支撑，并开有相应的阻尼孔，补偿了水介质较差的润滑性和粘性，提高了阀芯的运动精度，并减少了阀的泄露，该阀的额定压力为7MPa ，额定流量为35L/min ，内泄露量低于0.7L/min ，换向频率为25ms [5]。

丹麦Danfoss 公司生产的VOH 30PE 比例流量控制阀，可由PC 和PLC 控制，阀的额定流量为30L/min ，最大和最小工作压力分别为14MPa 和1.5MPa 。该阀具有较好的静、动态特性，最小和最大流量之间的转换滞后量小于，0%～100%控制信号间的转换时间小于150ms %8 [3]。

（5）伺服控制阀

图5所示为日本Ebara 公司生产的水压伺服控制阀，阀体及主要部件由SUS 304不锈钢制成。该伺服控制阀由一个喷嘴挡板式先导阀和一个三位四通功率级主阀组成，阀芯两端采用静压支撑，静压工作腔与喷嘴挡板阀口相通，有效的减小了流量损失，并使阀的非线性工作状态的得到有效衰减和抑制。阀芯由喷嘴压力驱动，电感式位移传感器检测阀芯位置，并将电信号反馈到伺服放大器，形成闭环回路，阀的额定流量为80L/min ，额定压力为14MPa [6]。

美国Moog 公司研制出的海水伺服控制阀，工作压力为7MPa ，额定流量为2.3L/min ，

图2 丹麦Danfoss

公司手动节流阀

图3 丹麦Danfoss 公司方向控制阀

图4 日本Ebara 公司比例控制阀

死区小于1%，滞环小于5%[7]。

我国从上世纪90

华中科技大学于上世纪90

动技术的研究，目前已研制出额定

40L/min、额定压力14MPa

量控制阀[8]

重点实验室在教育部“211”

系列额定压力14MPa、额定流量

水压溢流阀、换向阀和节流阀[9]

3

（1

系统，如图6所示。该阀由一个比例电

磁铁取代原来的先导阀，并在比例电磁

铁和阀体间装一个调整片，用一个刚度

更大的弹簧取代原有的复位弹簧。坦佩

雷科技大学对该阀进行了性能实验，并

与一个已应用在高压水压系统的水压

控制阀进行比较。实验表明，改进的水

压控制阀可通过较大的流量，除延迟较

大外，阀的多数性能均与另一个参照阀

性能接近，可在低压水压传动系统中应

图6 由气动阀改进成的水压比例控制阀

用[10]。

（2）一种新型的二级结构

二级结构是电磁阀经常采用的一种结构，由于电磁铁的输出力及输出功率有限，用电磁铁直接驱动阀芯只能用在小流量的低压系统中，当系统的流量和压力较大时，需要增加一个功率级，构成二级或多级结构的阀。