第二章 电液(气)压控制阀

第二章 电液（气）压控制阀

第一节 液压阀的基本结构与原理

1、概述

液压阀是用来控制系统中流体的流动方向或调节其压力和流量的，因此它可以分为方向阀、压力阀和流量阀三大类。一个形状相同的阀可以因为作用机制的不同，而具有不同的功能。压力阀和流量阀利用通流截面的节流作用控制系统的压力和流量，而方向阀则利用通流通道的更换控制的流动方向。就是说，尽管液压阀存在各种各样不同的类型，它们之间还是保持着一些基本共同点：

1）在结构上，所有的阀都有阀体、阀芯（阀座或滑阀）和驱使阀芯动作的元、部件（如弹簧、电磁铁）组成。

2）在工作原理上，所有阀的开口大小，进、出口间的压差以及流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同而已。

液压控制阀在液压系统中被用来控制液流的压力、流量和方向，保证执行元件按照要求进行工作。属控制元件。液压阀是一种用压力油操作的自动化元件，它受配压阀压力油的控制，通常与电磁配压阀组合使用，可用于远距离控制水电站油、气、水管路系统的通断。常用于夹紧、控制、润滑等油路。有直动型与先导型之分，多用先导型。

2、液压阀的基本结构与原理：

1）液压阀基本结构：包括阀芯、阀体和驱动阀芯在阀体内作相对运动的装置。

2）液压阀基本工作原理：利用阀芯在阀体内作相对运动来控制阀口的通断及阀口的大小，实现压力、流量和方向的控制；且流经阀口的流量与阀口前后压力差和阀口面积有关，始终满足压力流量方程。

第二节 液压阀的分类

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。

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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)装阀

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

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。

液压阀阀可按不同的特征进行分类

第三节 液压阀的性能参数

1. 密封性能

液压阀的密封性能是指液压阀各密封部位阻止介质泄漏的能力，它是液压阀最重要的技术性能指标。液压阀的密封部位有三处：启闭件与阀座两密封面间的接触处；填料与阀杆和填料函的配和处；阀体与阀盖的连接处。其中前一处的泄漏叫做内漏，也就是通常所说的关不严，它将影响液压阀截断介质的能力。对于截断阀类来说，内漏是不允许的。后两处的泄漏叫做外漏，即介质从阀内泄漏到阀外。外漏会造成物料损失，污染环境，严重时还会造成事故。对于易燃易爆、有毒或有放射的介质，外漏更是不能允许的，因而液压阀必须具有可靠的密封性能。

2. 流动介质

介质流过液压阀后会产生压力损失（既液压阀前后的压力差），也就是液压阀对介质的流动有一定的阻力，介质为克服液压阀的阻力就要消耗一定的能量。从节约能源上考虑，设计和制造液压阀时，要尽可能降低液压阀对流动介质的阻力。

3. 启闭力和启闭力矩

启闭力和启闭力矩是指液压阀开启或关闭所必须施加的作用力或力矩。关闭液压阀时，需要使启闭件与发座两密封面间形成一定的密封比压，同时还要克服阀杆与填料之间、阀杆与螺母的螺纹之间、阀杆端部支承处及其他磨擦部位的摩擦力，因而必须施加一定的关闭力和关闭力矩，液压阀在启闭过程中，所需要的启闭力和启闭力矩是变化的，其最大值是在关

闭的最终瞬时或开启的最初瞬时。设计和制造液压阀时应力求降低其关闭力和关闭力矩。

4. 启闭速度

启闭速度是用液压阀完成一次开启或关闭动作所需的时间来表示。一般对液压阀的启闭速度无严格要求，但有些工况对启闭速度有特殊要求，如有的要求迅速开启或关闭，以防发生事故，有的要求缓慢关闭，以防产生水击等，这在选用液压阀类型时应加以考虑。

5. 动作灵敏度和可靠性

这是指液压阀对于介质参数变化，做出相应反应的敏感程度。对于节流阀、减压阀、调节阀等用来调节介质参数的液压阀以及安全阀、疏水阀等具有特定功能的液压阀来说，其功能灵敏度与可靠性是十分重要的技术性能指标。

6. 使用寿命

它表示液压阀的耐用程度，是液压阀的重要性能指标，并具有很大的经济意义。通常以能保证密封要求的启闭次数来表示，也可以用使用时间来表示。

在流体管道系统中，液压阀是控制元件，其主要作用是隔离设备和管道系统、调节流量、防止回流、调节和排泄压力。由于管道系统选择最适合的液压阀显得非常重要，所以，了解液压阀的特性及选择液压阀的步骤和依据也变得至关重要起来。

第四节 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) 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。

第五节 方向控制阀

常见的方向控制阀的类型

1. 单向阀

液压系统中常见的单向阀有普通单向阀和液控单向阀两种。

1.1普通单向阀

普通单向阀的作用，是使用油液只能沿一个方向流动，不许反向倒流。

12a b 3

P 1 P 2 P P 2

b ）

a ） 图5-1-1单向阀

a ）结构图 b ）图形符号

1-阀体 2-阀心 3-弹簧

如图5-1-1为一种管式普通单向阀的结构。压力油从阀体左端的通口P 1流入时，克服弹簧3作用在阀芯2上的力，使阀芯向右移动，打开阀口，并通过阀芯上的径向孔a 轴向孔b 从阀体右端的通口P 2流出。但是压力油从阀体右端的通口P 2流出时，它和弹簧力一起使阀芯锥面压紧在阀座上，使阀口关闭，油液无法从P 2口流向P 1口。

单向阀的阀芯也可以用钢球式的结构，其制造方便，但密封性较差，只适用于小流量的场合。

在普通单向阀中，通油方向的阻力应尽可能小，而不通油方向应有良好的密封。另外、单向阀的动作应灵敏，工作时不应有撞击和噪声。单向阀弹簧的刚度一般都选得较小，使阀的正向开启压力仅需0.03~0.05MPa。如采用刚度较大的弹簧，使其开启压力达0.2~0.6MPa，便可用作背压阀。

单向阀的性能参数主要有：正向最小开启压力、正向流动时的压力损失以及反向泄漏量等。这些参数都和阀的结构和制造质量有关。

单向阀常被安装在泵的出口，可防4

止系统压力冲击对泵的影响，另外泵不3

工作时可防止系统油液经泵倒流回油P 13 P 23

箱。单向阀还可用来分隔油路防止干2 P 23 扰。单向阀和其他阀组合，便可组成复L 3

1

合阀。 K

P 13

1.2液控单向阀 K 简化符号

液控单向阀有普通型和带卸荷阀图5-1-2普通型液控单向阀

1-控制活塞 2-推杆 3-阀心 4-弹簧

心型两种，每种又按其控制活塞的泄油腔的连接方式分为内泄式和外泄式两种。如图5-1-2为普通型外泄式液控单向阀。当控制口K 处无控制压力通入时，其作用和普通单向阀一样，压力油只能从通口P 1流向通口P 2，不能反向倒流。当控制口K 有控制油压，

且其作用在控制活塞1上的液压力超过P 2腔压力和弹簧4作用在阀心3上的合力时（控制活塞上腔通泄油口），控制活塞推动推杆2使阀心上移开启，通油口P 1和P 2接通，油液便可在两个方向自由通流。这种结构在反向开启时的控制压力较小。

图5-1-2中如没有外泄油口，而进油腔P 1和控制活塞的上腔直接相通的话，则是内泄式液控单向阀。这种结构较为简单，在反向开启时，K 腔的压力必须高于P 1腔的压力，故控制压力较高，仅适用于P 1腔压力较低的场合。

在高压系统中，液控单向阀反向开

启前P 2口的压力很高，所以使之反向

开启的控制压力也较高，且当控制活塞

推开单向阀心时，高压封闭回路内油液

的压力突然释放，会产生很大的冲击，

为了避免这种现象且减小控制压力，可

采用如图5-1-3所示的带卸荷阀心的液

控单向阀。作用在控制活塞1上的控制

压力推动控制活塞上移，先将卸荷图5-1-3带卸荷阀心液控单向阀（内泄）

1、控制活塞2、推杆3、阀心

4、弹簧座5、弹簧6、卸荷阀心

阀心6顶开，P 2和P 1腔之间产生微小的缝隙，使P 2腔压力降低到一定程度，然后再顶开单向阀心实现P 2到P 1的反向通流。

液控单向阀的一般性能与普通单向阀相同，但有反向开启最小控制压力要求。当P 1口压力为零时，反向开启最小控制压力，普通型的为（0.4~0.5）p 2，而带卸荷阀心的为0.05p 2，两者相差近10倍。必须指出，其反向流动时的压力损失比正向流动时小，因为在正向流动时，除克服流道损失外，还须克服阀心上的液动力和弹簧力。

液控单向阀在系统中主要用途有：

1）对液压缸进行锁闭。

2）作立式液压缸的支撑阀。

3）某些情况下起保压作用。

顺便指出，也有一种液控单向阀，其控制压力的作用是使阀心关闭的，但这种阀仅在特殊场合中使用。

2. 换向阀

换向阀是利用阀心在阀体中的相对运动，使液流的通路接通、关断、或变换流动方向，从而使执行元件启动、停止或变换运动方向。

2.1对换向阀的主要要求

换向阀应满足：

1）流体流经阀时的压力损失要小。

2）互不相通的通口间的泄漏要小。

3）换向要平稳、迅速且可靠。

2.2换向阀的工作原理

图所示为滑阀式换向阀的工作原理。阀心在中间位置时，流体的全部通路均被切断，活塞不运动。当阀心移到左端时，泵的流量流向A 口，使活塞向右运动，活塞右腔的油液流经B 口和阀流回油箱；反之，当阀心移到右端时，活塞便向左运动。因而通过阀心移动可实现执行元件的正、反向运动或停止。

2.3换向阀的结构形式

换向阀的功能主要由其控制的通路数及工作位置所决定。图所示的换向阀有三个工作位子和四条通路（P 、A 、B 、T ）, 称为三位四通阀。

（1）结构主体 阀体和滑阀阀心是滑阀式换向阀的结构主体。表列出了常见滑阀式换向阀主体部分的结构原理、图形符号和使用场合。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，阀心有左、中、右三个工作位置。当阀心处在图示中间位子时，五个通口都关闭； 当阀心移向左端时，通口T2关闭，通口P 和B 相通，通口A 和T1相通；当阀心移向右端时，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。

换向阀都有两个或两个以上的工作位置，其中一个是常态位，即阀心未受外部操纵时所处的位置。绘制液压系统图时，油路一般应连接在常态为上。

（2）滑阀的操纵方式

1）手动换向阀。图5-2-3所示为手动换向阀及其图形符号。a 所示为弹簧自动复位结构的阀，松开手柄，阀心靠弹簧力恢复至中位（常为），适用于动作频繁、持续工作时间较短的场合，操作比较安全，常用于工程机械。b 所示为弹簧钢球定位结构的阀，当松开手柄后，阀仍然保持在所需的工作位置上，适用于机床、液压机、船舶等需保持工作状态时间较长的情况。这种阀也可用脚踏操纵。

图5-2-3

将多个手动换向阀组合在一起，用以操纵多个执行元件的运动，便构成多路阀。

2）机动换向阀。图5-2-4 所示为机动换向阀及其图形符号，它依靠当铁或凸轮来压迫阀心移动，从而实现也流通、断或改变流向。

3）电磁换向阀。电磁换向阀借助于电磁铁吸力推动阀心动作来改变液

流流向。这类阀操纵方便，布置灵活，易实现动

作转换自动化，因此应用最广泛。图5-2-5和5-2-6

图所示为电磁铁换向阀的结构及图形符号。

电磁阀的电磁铁按所用电源的不同，分为交

流型、直流型交流本整型三种；按电磁铁内部是

否有油浸入，又分为干式、湿式和油浸式三种。

交流电磁铁使用方便，起动力大，吸合、释图5-2-4 机动换向阀 放快，动作时间最快为10ms ；但工作时冲击和噪声较大，为避免线圈过热，换向频率不能超过60次/min；起动电流大，在阀心被卡住时会烧毁线圈；工作寿命仅数百万次至一千万次以内。

4

图5-2-5 交流二位三通电磁换向阀及其干式电磁铁结构图

1、 推杆 2、阀心 3、弹簧 4、密封圈

图5-2-6 直流三位四通电磁换向阀及其湿式电磁铁结构图

1、阀体 2、推杆 3、阀心 4、弹簧 5、挡块 6、导磁套 7、衔铁 8、线圈 直流电磁铁体积小，工作可靠；冲击小，允许换向频率为120次/min,最高可达300次/min；使用寿命可高达两千万次以上；但起动力比交流电磁铁要小，且需有直流电源。

交流本整型电磁铁自身带有整流器，可以直接使用交流电源，又具有

直流电磁铁的性能。

干式电磁铁如图5-2-5a 所示。为避免油液浸入电磁铁，在推杆1的外周上装有密封圈4，使线圈的绝缘性能不受油液的影响。但推杆上密封圈的摩擦力则影响着电磁铁的换向可靠性。

湿式电磁铁如图5-2-6所示。该电磁铁的导磁套6是一个密封筒状结构，与换向阀阀体1连接时仅套内的衔铁7工作腔与滑阀直接连接，推杆2上没有任何密封，套内可承受一定的液压力。线圈8部分仍处于干的状态。由于推杆上没有密封，从而提高了换向可靠性。衔铁工作时处于油液润滑状态，且有一定阻尼作用而减小了冲击和噪声。所以湿式电磁铁具有吸合声小、散热快、可靠性好、寿命长等优点。因此已逐渐取代传统的干式电磁铁。

油浸式电磁铁的铁心和线圈都浸在油液中工作，因此散热更快、换向更平稳可靠、效率更高、寿命更长。但结构复杂，造价较高。

由于电磁铁的吸力一般≤90N ，因此电磁铁换向阀只适用于压力不太高、流量不太大的场合。

4

）

液

动

换

向

阀图5-2-7三位四通液动换向阀

。液动换向阀是利用控制油路的压力来改变阀心位置的

换向阀。图5-2-7所示为三位四通液动换向阀及图形符号。当控制油路的压力油从控制K1进入滑阀左腔、润滑右腔经控制油口K2接通回油时，阀心在其两端压差作用下右移，使压力油口P 与A 相通、B 与T 相通；当K2接压力油、K1接回油时，阀心左移，使P 与B 相通、A 与T 相通；当K1和K2都通回油时，阀心在两端弹簧和定位套作用下处于中位，P 、A 、B 、T 相互均不通。必须指出，液动换向阀还需另一个阀来操纵其控制油路方向。

5) 电液换向阀。图5-2-8 所示电液换向阀的结构原理及其图形符号。

1、7—单向阀 2、6—节流阀 3、5电磁阀 4—电磁阀阀心 8—液动阀阀心（主阀心）

图5-2-8电液换向阀

由图可见，当两个电磁铁都不通电时，电磁阀阀心4处于中位，液动阀（主阀）阀心8因其两端都接通油箱，也处于中位。电磁铁3通电时，电磁阀阀心移向右位，压力油经单向阀1接通主阀心的左端，其右端的油则经节流阀6和电磁阀而接通油箱，于是主阀心右移，移动速度由节流阀6的开口大小决定。同理，当电磁铁5通电，电磁阀阀心移向左位时，主

阀心也移向左位，其移动速度由节流阀2的开口大小决定。

在电液换向阀中，控制主油路的主阀芯不是靠电磁铁的吸力直接推动的，是靠电磁铁操纵控制油路上的压力油液推动的，因此推力可以很大，操纵也很方便。此外，主阀心向左或向右的移动速度可分别由节流阀2或6来调节，这就使系统中的执行元件能够得到平稳无冲击的换向。所以，这种操纵型式的换向性能是较好的，适用于高压、大流量的场合。

2.4滑阀机能

换向阀的滑阀机能分为工作机能和过渡状态机能，前者是指滑阀处于某个工作位置时，其各个油口的连通关系；后者则指滑阀从一个工作位置 变换到另一个工作位置的过渡过程中，它的各个油口的瞬时连通关系。不同滑阀机能对应有不同的功能。滑阀机能对换向阀的换向机能和系统的工作特性有着重要的影响。

2.5电磁球阀

电磁球阀是一种以电磁铁的推力为驱动力推动钢球来实现油路通断的电磁换向阀。

图5-2-9所示为一个二位三通电磁球阀。当电磁铁8断电时，弹簧7将钢球5压紧在左阀座4的孔上，油口P 与A 通，T 关闭。当电磁铁通电时，电磁铁推力使杠杆3绕支店1逆时针旋转，电磁铁经杠杆放大后通过

图5-2-9 电磁球式换向阀 （二位三通）

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

操纵杆2克服弹簧力将钢球压向右阀座6的孔上，于是油口P 与A 不通，A 与T 相通，实现换向。通道b 的作用使钢球两侧液压力平衡。

这类阀密封性能好，可应用于达63MPa 的高压，换向、复位速度快，换向频率高（可达250次/min），对工作介质粘度的适应范围广，可直接用于高水基、乳化液，由于没有液压卡紧力，以及受液动力影响小，换向、复位所需的力很小，此外，它的抗污染性也好。电磁球阀在小流量系统中可直接控制主油路，而在大流量系统中作先导阀也很普通。目前电磁球阀只有两位阀，需用两个二位才能组成一个三位阀。这种阀的加工、装配精度要求较高，成本价格也相应增加。

2.6转阀

转阀通过阀心的旋转实现油路的通断和换向。图 所示为三位四通转阀原理、符号和结构图。原理图5-2-10a 和符号图5-2-10b 的左、中、右位置

T

T T B B B T B

P A

A A P A P P

a ）

图5-2-10 转阀 （三位四通） a ）原理图 b ）图形符号 b ）

是相对应的。图5-2-10中，当阀心处于图5-2-10a 、b 所示的左位时，P 、

A 、B 、T 互不相通。当阀心顺时针转一角度，处于a 、b 中位所示状态，油口T 和A 相通，P 和A 不相通。当阀心反时针转一角度，处于图 a 、b 右位所示状态，则油口P 和A 相通，B 和T 相通。

转阀可用于手动或机动操纵。由于转阀径向力不平衡，旋转阀心所需力较大，且密封性能差，故一般用于低压小流量场合，或作先导阀用。

第六节 压力控制阀

常见的压力控制阀的类型如表所示。

1溢流阀

1.1功用和要求

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。

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，

噪声小。

1.2工作原理和结构形式

（1）直动式溢流阀 图6-1-1 所示为制动式滑阀型溢流阀的结构及其图形符号。压力油从进口P 进入阀后，经孔f 和阻尼孔a 后作用在阀心3的底面c 上。当进口压力较低时，阀心在弹簧2预调力作用下处于最下端，由底端螺母限位。由阀心与阀体5构成的节流口有重叠量l 将P 与T 口隔断，阀处于关闭状态。

当进口P 处压力升高至作用在阀心底面上液压压力大于弹簧预调力时，阀心开始向上运动。当阀心上移重叠量l 时，阀口处于开启的临界状态。若压力继续升高至阀口打开，油液从P 口经T 口溢流回油箱。此时，直动式 按工作原理分先导式 滑阀 压力控制阀 按阀心结构分 钢阀 锥阀 溢流阀

按功用分

减压阀 顺序阀 平衡阀 ......

由于溢流阀的作用，在流量变化时，进口压力能基本保持恒定

图6-1-1 中L 为泄漏油口。图示回

油口T 与泄漏油流经的弹簧腔相通，L

口堵塞，称为内泄。内泄时回油口T 的

背压将作用在阀心上端面，这时与弹簧

力相平衡的将是进出油口压差。若将泄

漏油腔与T 口的连接通道e 堵塞，将L

口打开，直接将泄漏油引回油箱，这种

连接方式称外泄。

直动式滑阀型溢流阀当压力较高、

流量较大时，要求调压弹簧有很大

的力，这不仅使调节性能变差，弹

簧设计和结构上也难以实现，而且 图6-1-1 直动式滑阀型溢流阀 1—调节螺母 2—弹簧 3—上盖 4—阀心 5—阀体

图6-1-2 高压大流量直动式溢流阀

a) 锥阀型 b ）球阀型

阀口虽有重叠量，滑阀仍存在泄漏因而难以实现很高的压力控制，因而这种阀一般用于低压小流量场合， 目前已较少应用。

图6-1-2所示为直动式锥阀型和球阀型溢流阀的结构。节流口密封性能好，不需要重叠量，可直接用于高压大流量场合。

图6-1-2a 所示高压大流量直动式溢流阀锥阀型结构的最高压力、流量分别可达40MPa 和300L/min,图6-1-2b 所示的球阀型结构的最高压力、流量可达63MPa 和120L/min。

（2）先导式溢流阀 先导式溢流阀按其主阀心不同有三种典型结构形式，即一节、二节和三节同心式。

二节同心式先导溢流阀如图所示，因其主阀与锥阀部分直径保持同心而得名。主阀心1上部受压面积略大于下部，当阀P 口压力较低先导阀心

4未开启时，作用在主阀心上也压力合力方向与弹簧3作用相同，使阀关闭。阀有两个阻尼孔2和8

，一个在主阀心上，另一个在先导阀座上。

当阀P 口的压力增加时，使阻尼孔2、流道a 、动态阻尼孔8及先导阀心前容腔的压力相应增加，而能克服先导阀弹簧预调力使先导阀开启，就有液流从P 口经阻尼孔2、流道a 、阻尼孔8、开启的先导阀和通道b 流到T 口。此流量将在阻尼孔2两端产生压差。压差作用在主阀心上下面积上的合力正好与主阀弹簧力平衡时，主阀心处于开启的临界状态。当P 口的压力再稍稍增加，而使流经阻尼孔的流量再稍稍增大，阻尼孔2两端压力之差克服主阀弹簧力使主阀打开，这时从P 口输入流量将分成两部分，少量流量经先导阀后流向出油口T ，大部分则经主阀节流阀流向T 口。经主阀节流口的流量便在进油口P 建立压力。因流经先导阀的流量极小，所以主阀心上腔的压力基本上和由先导阀弹簧预调力所确定的先导阀心前容腔压力相等而主阀上阻尼孔2两端用以打开主阀心的压差，仅须克服主阀弹簧的作用力、主阀心重力及液动力等，也并不很大，所以可以认为溢流阀进口处压力基本上也由先导阀弹簧预调力所确定。在溢流阀的主阀心升起且有溢流作用时，溢流阀进口处的压力便可维持由先导阀弹簧所调定的定值。

先导式溢流阀中流经先导阀的油液可内泄（如图），也可外泄。外泄时，可将先导阀回油单独引回油箱，而将先导阀回油口与主阀回油口T 的连接通道b 堵塞。

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，主阀心上腔的压力接近于零，主阀心在很小的压力下即可向上移动且阀口开得最大，这时泵输出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打开溢流阀先导阀心4的压力，则主阀心上腔的压力（从而溢流阀的溢流压力）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现远程调节。

1.3应用

在系统中，溢流阀的主要用途有：

1）作溢流阀，溢流阀有溢流时，可维持阀进口亦即系统压力恒定。

2）作安全阀，系统超载时，溢流阀才能打开，对系统起过载保护作用，而平时溢流阀是关闭的。

3）作背压阀，溢流阀（一般为直动式的）装在系统的回油路上，产生一定的回油阻力，以改善执行元件的运动平稳性。

4）用先导式溢流阀对系统实现远程调压或使系统卸荷。

2减压阀

减压阀分定值、定差和定比减压阀三种，其中最常用的定值减压阀。如不指明，通常所称的减压阀即为定值减压阀。

2.1功用和要求

在同一系统中，往往有一个泵要向几个执行元件供油，而各执行元件所需的工作压力不尽相同的情况。若某执行元件所需的工作压力较泵的供油压力低时，可在该分支油路中串联一减压阀。油液流经减压阀后，压力降低，且使其出口处相接的某一回路的压力保持恒定。这种减压阀称为定值减压阀。

对减压阀的要求是：出口压力维持恒定，不受进口压力、通过流量大

小的影响。

2.2工作原理和结构

减压阀也有直动式和先导式；两种，每种各有二通和三通两种形式。图2-2-1所示为直动式二通减压阀的工作原理。当阀心处在原始位置上时，它的阀口a 是打开的，阀的进、出口沟通。这个阀的阀心由出口处的压力控制，出口压力未达到调定压力时阀口全开，阀心不动。当出口压力达到调定压力时，阀心上移，阀口开度x R 关小。如忽略其他阻力，仅考虑阀心上的也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定值（调定值）上。这时如出口压力减小，阀心下移，阀口开度x R 开大，

阀口处阻力减小，压降减小，使出口压力回升，达到调定值。反之，如出口压力增大，则阀心上移，阀口开度x R 关小，阀口处阻力加大，压降增大，使出口压力下降，达到调定值。

图所示为直动式三通减压阀（带单向阀）的结构和图形符号。图中P 1口为一次压力油口，P 2口为二次压力油口，T 为回油口，弹簧腔泄漏油口Y 和T 口相通（内泄）。

三通与二通减压阀的工作原理基本相似，其主要区别是：前者有两个可变节流阀口，因此在工作腔P 2中无任何负载流量时能正常工作，而后者的负载腔内必须有流量时才能正常工作；此外，三通减压阀的二次压力油口流入反向流量时也可起恒压作用，此时的功能相当于溢流阀，因此三通减压阀又称溢流减压阀。

图所示为先导式减压阀，它的工作原理可仿照图 以及先导式溢流阀

来进行分析。

先导式减压阀和先导式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，它的先导阀弹簧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，所以它的先导阀弹簧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（当然也可外泄）。

2.3应用

减压阀主要用在系统的夹紧、电液换向阀的控制压力油、润滑等回路中。而三通减压阀还可用在有反向冲击流量的场合。必须指出，应用减压阀必须有压力损失，这将增加功耗和使油液发热。当分支油路压力比主油路压力低很多，且流量又很大时，常采用高、低压泵分别供油，而不易采用减压阀。

定差减压阀和定比减压阀。主要用来和其他阀组成组合阀，如定差减压阀可保证节流阀进出口间的压差维持恒定，这种减压阀和节流阀串联连接组成的调速阀，图 所示为定比减压阀的结构原理图。定比减压阀的进口压力和出口压力之比维持恒定。

3. 顺序阀

3.1功用

顺序阀用来控制多个执行元件的顺序动作。通过改变控制方式、泄油方式和二次油路的接法，顺序阀还可具有其他功能，如作背压阀、平衡阀或卸荷阀用。

3.2工作原理和结构

顺序阀也有直动式和先导式之分，根据控制压力来源的不同，它有内控式和外控式之分；根据泄油方式，它有内泄式和外泄式两种。

图3-1-1所示为直动式内控外泄顺序阀的工作原理。泵启动后，油源压力p 1客服负载使液压缸I 运动。当p 1口压力升高至作用在柱塞A 下端面积上的液压力超过弹簧预调力时，阀心便向上运动，使p 1口和p 2口接通。油源压力经顺序阀口后客服液压缸II 的负载使活塞运动。这样利用顺序阀实现了液压缸I 和II 的顺序动作。

顺序阀的结构与溢流阀相似。两者主要差别是：顺序阀的出口通常与负载油路相通，而溢流阀的出口则与回油相通，因此顺序阀调压弹簧中的泄漏油和先导控制油必须外泄，如内泄阀将无法开启；而溢流阀的泄漏油和先导控制油可内泄也可外泄，此外，溢流阀的进口压力调定后是不变的，而顺序阀的进口压力在阀开启后将随出口负载压力而改变。

若将图3-1-1a 的下部阀盖转动180°，并将外控口K 的螺堵卸去，便成为外控式。为减小弹簧刚度以使阀开启后进、出口压力尽可能接近，该阀采用截面积较大的柱塞A 。阀心中空以使阀心下端的泄漏油经弹簧腔外泄。

内控式顺序阀在其进油路压力p 1达到阀的设定压力之前，阀口一直是

关闭的，达到设定压力后阀口才开启，使压力油进入二次油路，驱动另一个执行元件工作。

外控式顺序阀阀口的开启与否和一次油路处来的进口压力没有关系，仅决定于控制压力的大小。

直动式顺序阀结构简单，动作灵敏，但由于弹簧和结构设计的限制，虽可采用小直径柱塞，弹簧刚度仍较大，因此调压偏差大且限制了压力的提高，调压范围一般小于8MPa ，较高压力时宜采用先导式顺序阀。

图3-1-2所示为先导式顺序阀，图示为内控式，也可变成外控式。其先导控制油必须经L 口外泄。采用先导控制后，主阀弹簧刚度可大为减小，主阀心面积则可增大，故启闭特性显著改善，工作压力也可大大提高。先导式顺序阀的缺点是当阀的进口压力因负载压力增加而增大时，将使通过先导阀的流量随之增大，引起功率损失和油液发热。

3.3性能

顺序阀的主要性能和溢流阀相仿。此外，顺序阀为使执行元件准确地实现顺序动作，要求阀的调压偏差小，因而调压弹簧的刚度小一些好。另外，阀关闭时，在进口压力作用下各密封部位的内泄漏因尽可能小，否则可能引起误动作。

3.4应用

顺序阀在液压系统中的应用主要有：

1）控制多个执行元件的顺序动作。

2）与单向阀组成平衡阀，保持垂直放置的液压缸不因自重而下落。

3）用外控顺序阀可在双泵供油系统中，当系统所需流量较小时，使大流量泵卸荷。卸荷阀便是由先导式外控顺序阀与单向阀组成的。

4) 用内控顺序阀接在液压缸回油路上，产生背压，以使活塞的运动速度稳定。

4. 平衡阀

图4-1-1所示为在工程机械领域得到广泛应用的一种平衡阀结构。重物下降时的油流方向为B →A ，X 为控制油口。当没有输入控制油时，由重物形成的压力油作用在锥阀2上，B 口与A 口不通，重物被锁定。当输入控制油时，推动活塞4右移，先顶开锥阀2内部的先导锥阀3。由于阀3右移，切断了弹簧8所在容腔与B 口高压腔的通路，该腔快速卸压。此时，B 口还未与A 口沟通。当活塞4右移至其右端面与锥阀2端面接触时，其左端圆盘正好与活塞附件5接触形成一个组件。该组件在控制油作用下压缩弹簧9继续右移，打开锥阀2，与活塞附件5接触形成一个组件。该组件在控制油作用下压缩弹簧9继续右移，打开锥阀2，B 口与A 口相通，其通流截面依靠阀套7上几排小孔来逐渐增大，从而起到了很好的平衡阻尼作用。活塞4左端中心部分还配备了一套阻尼组件6。这样平衡阀在反向通油时就比较平稳。

5. 压力继电器

压力继电器是利用液体压力信号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功

能。国内现通常将之归入压力阀类，而国外则通常称之为压力开关而将之归入液压附件类。

图5-1-1所示为柱塞式压力继电器的结构。当油液压力达到压力继电器的设定压力时，作用在柱塞2上的力通过顶杠2合上微动开关4，发出电信号。

压力继电器的主要性能包括：

（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之间的范围。

（2）灵敏度和通断调节区别 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的差值，称为通断调节区。

(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（或闭合压力）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，微动开关触点闭合发出到指定位置碰到挡铁或负载过大时的自动退刀；润滑系统发生故障时的工作电信号的时间，称为升压动作时间，反之称为降压动作时间。

压力继电器在液压系统中的应用很广，如刀具移机械自动停车；系统工作程序的自动换接等，都是典型例子。