第六章 液压控制阀

第六章 液压控制阀 第一节概述 为了控制执行元件（油缸、油马达）的输出力或力矩，运动速度和运动方向，在液压系统中要有操纵控制元件，这就是下面介绍的控制阀。控制阀是液压系统中的一类重要且结构复杂的元件，对其各方面的要求都很高，根据阀在液压系统中的作用不同，一般可分为如下三类阀。

一、控制阀的分类： 1 方向控制阀：控制系统液压油的方向（如单向阀、换向阀） 2 压力控制阀：控制系统压力（如溢流阀（安全阀）、顺序阀、减压阀） 3 流量控制阀：控制系统流量（如简单节流阀、调速阀）

二、液压系统对控制的要求 1 动作灵敏，工作平稳可靠，冲击、振动和噪音小。 2 油液流经阀时阻力损失要小（不必要的水力损失） 3 密封性要好，泄漏要少（不必要的泄漏） 4 结构要简单、紧凑，体积小，通用性，寿命长。 5 与管路的连接形式：管式、板式、法兰。

第二节、方向控制阀（方向阀） 方向阀是用来控制系统中液压油方向的，有单向阀和换向阀两种。 一、单向阀 （一）、普通单向阀 要求：正向通油阻力小，反向密封要好，且动作灵敏。 作用：控制系统中液压油方向，只允许有单向流动。

1、结构 结构形式：直通式，直角式 与管路连接方式：管式、板式、法兰式、快速接头式 阀芯：球形------适用于流量较小的场合，制造工艺简单。 锥形------制造工艺较复杂。

2 工作原理：液流由入口进入阀体，顶开阀芯（克服弹簧力），流向出油口，反向时，阀芯与阀座紧密接触。 3 职能符号： 4 应用：1）作单向阀用（开启压力较小），预先确定，是不可调的。

锁紧油缸，避免向油泵倒灌。 平衡重物

2）作背压阀（开启压力较大），目的使在执行元件的回油腔建立压力，使其工作平稳，因此，它往往被装在回油路上。

（二） 液控单向阀（图) 当需反向流动时，可用液控单向阀 1结构

2作用原理 当控制油口K不通压力油时，油只可以从P1进入，顶开单向阀，从P2流出；若油从P2进入，单向阀关闭，油路不通。当控制油口通压力油时，由于活塞腔的右腔与油箱相通，所以，在压力油作用下，活塞右行，推动顶杆，将单向阀推开，使反向P2与P1相通，这样，油在两个方向上可自由相通。

3 职能符号

4 应用 组成液压锁，如图这样在任何一个位置都可以将油缸锁住，无论多大的外力均不能使油缸动作。 液压修井机起升系统中，若用此系统，则无论在什么高度，我们都可以将钻柱锁停住。

（三）、梭阀

（四）充液阀 充液阀用于油缸快速行程中，由于形成真空，需要从油箱中补油，或直接向油箱排出大量油液的回路中，以节省功率。

二、换向阀 （一）分类及结构 当液压系统中的执行元件需换向时，需要使用换向阀。 1 对换向阀的要求：换向平稳，灵敏可靠，无冲击，压力损失小，内部泄漏要少。 2 换向阀的分类 1）按换向阀阀芯运动形式可分为：滑阀和转阀两大类。工程上应用较多的还是滑阀。 2）按阀芯工作位置可分为：两位，三位和多位阀。 3）按通路情况可分为：二通，三通，四通和多通。 4）按对滑阀阀芯的控制方式不同又可分为：手动（S）、机动（C）（即行程控制换向） 、电动（D-交流、E-直流）、液动（Y）、电液动（DY和EY）等。

所以，一般在给换向阀命名时，都按这四个特性来进行，如三位四通，电磁换向阀，二位三通手动换向阀等。 了解了这些特征后，根据其命名便可以判断结构特点和功能。 （二）滑阀式换向阀 1、结构和工作原理 所有换向阀结构上基本都有主阀体和阀芯两部分（主体结构）组成。

主体结构 滑阀的阀体上开有多个通口，每个通口在阀体上有相应的沉割槽，阀芯上的台肩可与两沉割槽之间形成柱面密封，各通口之间是断开还是接通，取决于阀芯的不同位置，阀芯通过外力（机械力、电磁力、液压力等）在阀体内相对移动，可以停在不同的工作位置上，从而改变阀体内的通路，来达到使油路换向的目的。

P A

P A B

P A B O

P A B O1 O2

P A B O1 O2

举例：

A B P o

（三）职能符号的意义 1、每个方格表示阀的一个工作位置（一个位），有几个方格就有几个位，对三位阀来说，中间位为常态位，对二位阀来说，靠近弹簧的方格为常态工况。所谓常态位就是不用外部的手段使阀芯移动，而靠弹簧将阀芯定位的初始状态。 2、在常态位方格外的每一条线表示一个通路，有几条线便是几通，写A/B/P/O。 3、方格内各带箭头的线段表示阀内部通路情况及油流动的方向。 “┴”、“┬”表示油路不通。 4、左右两边（方格外）表示控制方式，弹簧表示由弹簧来复位。 5、靠近电磁铁等控制方式的方格，表示该电磁铁等通电或动作时的通路情况。

（四）三位阀的滑阀机能 当三位阀的阀芯处于中间位置时（常态位），阀的通路情况称为三位阀的滑阀机能（只有三位阀有这样的概念）。 滑阀的机能共有以下几种： O型：P、O、A、B均不通，执行元件双向自锁。泵不卸荷，执行元件起动平稳，因为执行元件回油腔中中充满了油。

M型：P、O相通，A、B关闭，执行元件双向自锁。油泵卸荷，起动平稳。

P型：P、A、B通，O关闭，可联成差动回路。油泵不卸荷，起动平稳。

Y型：A、B、O通，P关闭，执行元件呈浮动状态。泵不卸荷，起动有冲击。

此外还有H型，K型、X型、J型等

换向阀小结 职能符号: 位: 阀芯的工作位置; 通: 阀体上油路的通道数; 机能: 中位时油路的连通方式。 控制方式: O型 H型 P型 Y型 K型 手动 机动 电磁 液动 电液

（五）三位四通手动换向阀 1）自动弹簧复位式 推位、拉位，放开手柄后，阀芯在弹簧作用下，自动回到中间位置。 2）弹簧钢球定位式 能在左、中、右三个位置定位。 A B P o A B P o

(六)三位四通电磁阀 A B P o A B P o

中高压电磁阀的代号： 3 4 D O----B 10 H---T 3--位数 4--通路数 D--交流电磁铁 O--O型滑阀机能 B--板式连接（管式略，板式B，法兰F） 10--公称通径10mm H--压力等级（C，H)

（七）三位四通液动换向阀

A B P o A B P o （ 与电动和手动换向阀相对比，其阀芯的改变是油压力油来控制的。 用于大流量控制。 1）结构和作用原理：将电磁铁换为通控制油路的K1,K2口，即电动改为液动，由K1，K2口进入的控制油来控制滑阀的移动，仍有弹簧控制复位。 为了控制滑阀的移动（换向）的时间，在控制油路上接入一单向节流阀，进油不节流，回油节流，称带阻尼器的液动换向阀。

（八）电液动换向阀 为使液动阀换向，在其控制的油路必须接入一换向装置。由于控制油路流量、压力均不大，因此选用电磁换向阀，这样将两种阀结合在一起，便组成了电、液动换向阀，在这里，电磁阀起先导作用，改变控制液流方向，以改变液动阀的位置。 先导阀：不与执行机构发生直接联系，起到控制那个控制执行元件的阀的作用。

（八）电液动换向阀 为使液动阀换向，在其控制的油路必须接入一换向装置。由于控制油路流量、压力均不大，因此选用电磁换向阀，这样将两种阀结合在一起，便组成了电、液动换向阀，在这里，电磁阀起先导作用，改变控制液流方向，以改变液动阀的位置。 先导阀：不与执行机构发生直接联系，起到控制那个控制执行元件的阀的作用。

应注意：这两个阀放在一起有一个配合问题。为了使液动阀在需要时，能在弹簧的作用下可靠复位。电磁先导阀的滑阀应具有这样的机能，即保证电磁阀在中间位时，液动阀两端控制油路卸荷（互通并通油箱），即也应处于中位。因此，一般电磁阀选用的滑阀机能为“Y” 。 C型

液动换向阀的滑阀机能也有O、P、Y、M、H…等型。当用M、K、H型时也要特别注意阀的机能特点。

三、转阀

第三节、压力控制阀 压力控制阀控制系统的压力，实现执行元件所要求的力或扭矩的要求。包括溢流阀、减压阀和顺序阀等。它们的共同点是利用油液压力和弹簧力相平衡的原理来进行工作。 p Q

分类 按用途： 溢流阀 减压阀 顺序阀 平衡阀 卸荷阀 按阀芯结构：滑阀 球阀 锥阀 按工作原理：直动式 先导式

一、溢流阀(直动式、先导式）

1 作用：调节稳定液压系统的最高压力，并溢出多余的油液，防止系统过载，保证安全。使用中一般并联于主油路，出口接油箱，一般液压系统少不了有溢流阀 结构：由两部分组成，控制部分和调节部分。 控制部分：阀芯、阀体、弹簧等。 调节部分：调节手轮、丝杆、弹簧、锥阀、遥控口等。

2 直动式溢流阀的作用原理 pA=kx

3.先导式溢流阀的作用原理 pA锥=k锥x锥

阻尼孔 主阀 先导阀 平衡弹簧 调压弹簧

特点： 内部回油 内部控制 不工作时，阀芯常闭 溢流阀 工作时，阀芯常开 并联于系统回路中

4职能符号 方框表示溢流阀的阀体；实线表示各油路；箭头表示内部通路及方向；虚线表示控制油路；连在进油路表示由进油控制；弹簧表示与液压力相平衡来控制阀芯；U表示下部回油箱。 中高压溢流阀的代号： YF-------L10B YF---溢流阀 L----连接方式（L--螺纹连接，B---板式连接，F---法兰连接） 10---公称直径10mm通径 B----工作压力范围

5应用 1）溢流稳压作用，作溢流阀用 在定量泵节流调速系统中，如图所示，叶压泵输出的压力油只有一部分进入油缸，多余的经溢流阀流回油箱，溢流阀是常开的，这样使系统压力保持恒定。

2）保障系统的安全 液压系统都要装置安全用的溢流阀，以限制系统油液的最高压力，超过时，安全溢流阀打开溢流。 安全用溢流阀在系统正常工作的情况下是关闭的，仅在油压高于正常的工作压力时才打开。因为溢流阀的开启压力低于调定压力，故溢流阀的调整值应比系统的最高工作压力高10-20%，以免溢流阀打开溢流影响系统正常工作。 3）调压（背压） 在需要调压的油路上装溢流阀，即可实现该油路工作压力的调节。调压溢流阀在工作时是处于溢流的状态，此时油路的压力由溢流阀的调压弹簧力决定。

4）实现系统的远程调压 先导式溢流阀与直动式远程调压溢流阀配合使用，从而实现液压系统的远程调压。 5）使泵和系统卸荷 将先导式溢流阀的遥控口与二位二通电磁换向阀连接，则当二位二通阀的PO口处于相通的状态时，系统中的油液在压力很小的情况下即可顶起溢流阀的主阀芯流向油箱，系统便处于卸荷状态，泵进行空负荷运转。

6）多级调压

2如图1中为各阀的调定压力，问Y阀的调定压力分别为2Mpa及4Mpa时，A点所达到的最大工作压力分别为多少？ 1.何为先导阀？为什么会有电液动换向阀？ 2如图1中为各阀的调定压力，问Y阀的调定压力分别为2Mpa及4Mpa时，A点所达到的最大工作压力分别为多少？ 3图3示系统中，已知两溢流阀的调定压力分别为Py1=5，Py2=2，试问活塞向左和向右运动时，油泵可能达到的最大工作压力分别是多少？ DT Py1 Py2 Y A 5Mpa 1Mpa 3Mpa 图1 图3

二、顺序阀 1、作用 当一主油路同时向几个执行元件供油，并要求顺序动作时，就使用顺序阀，顺序阀串联于系统之中，当进油口压力达到或超过顺序阀预调压力时，阀口开启，油液通过，因此，顺序阀相当于压力开关，它是利用系统本身的压力来控制执行元件的先后顺序动作。顺序阀的结构及工作原理与溢流阀基本相同，唯一不同的是顺序阀的出口不是接油箱，而是接到系统中继续用油的地方，除非作卸荷阀用。不工作时，阀芯常闭，工作时，阀芯常开，串联或并联于系统。

2结构 顺序阀按结构有直动式和先导式两种，根据控制方式的不同，又有(直）内控顺序阀、外（远）控顺序阀和卸荷阀三种。

3 顺序发的工作原理 内部控制，外部回油 外部控制，外部回油 外部控制，内部回油 溢流阀

4先导式顺序阀 先导式顺序阀与先导式溢流阀结构与原理基本相似，所不同的是先导式顺序阀有专门的泄油口。这是因为顺序阀的出油口要接到工作回路上，泄油口接到工作回路上因为有一定的工作压力（作用在滑阀的上部）而不能工作。

5单向顺序阀 a内控单向顺序阀（内部控制，外部泄油） b外控单向顺序阀（外部控制，外部泄油） c内控单向平衡阀（内部控制，内部泄油） d外控单向平衡阀（外部控制，内部泄油）

6顺序阀的应用 1）实现执行机构顺序动作

2)作卸荷阀用

3）用于产生平衡力

4）用于产生背压

三、减压阀 1作用：减压阀用于系统上有压力高低不同的两条或两条以上的油路同时工作的场合，或要求稳定的压力时。串连于系统。 减压阀有定值减压阀和定差减压阀两种。 定值减压阀串联于系统中，减低油压后输出，并使出口压力为恒定值。此阀用的较多。 定差减压阀则保证阀的进口和出口两侧的油压为恒定的差值，这种阀通常与节流阀组合构成调速阀。

2直动式定值减压阀的结构与工作原理

3先导式减压阀的结构与工作原理

特点： 减压阀出口压力不受进口压力波动的影响。这是因为如进口压力增加或减少时，出口压力企图随之增加或减小，但主阀能及时关小或开大阀口，使出口压力保持不变，在工作状态下，减压阀的主阀是常开的，所以减压阀是常开阀。 由于出口压力由锥阀弹簧的调定压力所决定，所以改变弹簧的压缩量，就可调节减压阀的出口压力。 使用减压阀时，它的泄油口必须单独回油（外部泄油），不能有背压，否则影响阀的灵敏度。

4符号 定值减压阀的职能符号如图所示，与溢流阀职能符号不同之处是：控制油路与阀的出口相连；泄油单独回油滑阀通道处于常开状态。 减压阀也有遥控口，接入控制油路可外（远）控出口的压力。

5单向减压阀 在某些液压系统中，当油液向一个方向流动时，要求减压阀起减压作用，而反向流动时减压阀不起作用。因此常把一个定值减压阀和一个单向阀并联起来，组合在一起，称为单向减压阀。职能符号如图所示。

6 减压阀的应用 1）使不同的油路或执行元件得到不同的压力

2）稳定油路工作压力 使工作油路的压力不受系统压力的变化影响。 3）保证流量稳定 减压阀与节流阀连接，可保证流量稳定。

4）单向减压阀

四、压力继电器 1结构与工作原理 压力继电器是将液压信号转换为电信号控制的液压传感元件。当系统的压力达到继电器预先调定的压力时，它发出控制电信号的动作，操纵电器元件，使油路换向、卸压 、实现顺序动作、或关闭电机起安全保护作用。 柱塞式 薄膜式

p > ps ,微动开关闭合，发出电信号。 p < ps ,微动开关断开，电信号撤销。 调节螺钉 顶杆 柱塞 p > ps ,微动开关闭合，发出电信号。 p < ps ,微动开关断开，电信号撤销。

薄膜式

压力阀小结 作用：控制液压系统中的压力。 共性：利用液压力和弹簧力比较，控制阀口的 开与关；或控制开口大小。 溢流阀：控制进口压力 减压阀：控制出口压力 顺序阀：控制阀口通与不通，进而控制执行元件的 动作顺序。 平衡阀：装在执行元件的回油路上，平衡重物。 卸荷阀：使油泵卸荷。 要求：掌握各种阀的工作原理及应用场合。

第四节、流量控制阀 用于控制液压系统的流量，以满足执行元件所提出的速度要求。控制油液流量的阀统称为节流阀，它一般用在定量泵系统中，利用改变阀孔过流面积来调节流量。 对节流阀的要求 1节流阀阀孔不易堵塞， 2节流前后的压力差和温度变化对流量影响要小， 3节流后的压力损失要小。 流量控制阀可分为节流阀，调速阀和溢流节流阀等。

一、节流口的基本形式

二、节流阀的结构及工作原理 1 简式节流阀

2单向节流阀 阀芯带有轴向三角槽，通过改变阀芯与阀体的相对位置,可以改变阀孔的过流面积, 即改变了通过阀的流量。此种阀只能单向节流,反向畅通,为单向节流阀。

3单向行程节流阀 通过行程控制，用于减少通过阀的流量，实现执行机构的减速或逐渐停止，以避免出现冲击现象和精确定位的目的

举例：

三.节流阀的流量特性及影响因素 流过节流阀阀口的流量与阀口截面积,两端压差,流体性质等有关,用式表达: C：有节流口、液体流态、液体性质决定 A节:节流口的通流截面积  ：节流口形状决定的指数，0.5——1之间。

几点结论： 1.Q A节,当A节一定时,则Q与P和油液性质有关； 2.若P发生变化,则Q也随着改变； 3.若油温T发生变化,则系数C发生改变，从而引起Q的变化。 但有些工作机要求速度稳定，即在A节调定后,要求Q不随外载P和油温T的变化的影响，这样便出现了所谓调速阀。 根据补偿的要求不同, 分为压力补偿调速阀和温度补偿调速阀。

四.调速阀

1.结构:压力补偿调速阀是由定差减压阀和简单节流阀串联组成的. 2.工作原理 减压阀阀芯的力平衡方程: F弹+p3A=p2A P=p2-p3=F弹/A A一定，弹簧较软，F弹受位移的变化影响小，也可认为是一常数，因而P是一个常数，从而Q一定，意味着Q使不受外载和进口压力的影响.

具体分析如下: 若外载p3F弹+p3>p2A滑阀下移,开度增加，p2P=p2-p3不变. 外载p3F弹+p3<p2A滑阀上移p2P不变. 若p1p2F弹+p3<p2A滑阀上移p2P不变 若p1p2F弹+p3>p2A滑阀下移p2P不变

五、溢流节流阀 六、分流集流阀 在一个系统中，两个执行元件完全一样，分流阀可以使两个执行元件在不同的负载时以相同的速度运动或以比例速度运动。 Q1 Q2 Q 分流：Q1=Q2=Q/2

Q1 Q2 Q 集流：Q1＝Q2=Q/2

根据分流量分为等量分（集）流和比例分（集）流 根据油液的流动方向分为出口分流阀；进口分流阀；双向分流阀 原理：等量分（集）流就是保证两个节流阀口两端的压力降都相同。

第五节 比例控制阀 随着工业自动化水平的提高，许多液压系统要求油流的压力和流量能连续地或按比例地跟随控制信号而变化。 若仅用普通的控制阀很难实现这种控制。 若用电液伺服阀组成伺服系统当然能实现这种控制，但伺服系统的控制精度和动态性能大大超过了这些液压系统的要求，使得系统复杂、成本高、制造和维护困难。 为了满足生产中这类液压系统的要求，近几年来发展了比例控制阀，以它组成开环比例控制或闭环比例控制系统。

比例阀的结构特点是由比例电磁铁与液压控制阀两部分组成。 相当于在普通液压控制阀上装上比例电磁铁以代替原有的手调控制部分。电磁铁接收输入的电信号，连续地或按比例地转换成力或位移。液压控制阀受电磁铁输出的力或位移控制，连续地或按比例地控制油流的压力和流量。 由于比例阀实现了用电信号控制液压系统的压力和流量，因此它兼有液压机械传递功率大，反应快，电气设备易操纵控制，电信号易放大、传递和检测的优点，适用于遥控、自动化和程序控制。

根据被控制的参数不同，比例阀可分为比例压力阀、比例流量阀、比例方向阀和比例复合阀。下面对这几种阀作简单介绍。 一、电液比例压力阀 1工作原理 直动式

先导阀与先导式溢流阀、顺序阀、减压阀的主阀组合成各式电液比例压力阀。 先导式比例溢流阀

V/I p

PLC

二、电液比例流量阀 普通的比例流量阀 电液比例流量阀是输入相应的电讯号去调节系统的流量。它是由比例电磁铁与流量阀组成。根据流量阀结构的不同，电液比例流量阀又可分为比例节流阀、比例调速阀和比例单向、双向调速阀。

V/I Q

三、电液比例换向阀 电液比例换向阀有比例减压阀、液动换向阀和比例电磁铁组成。 靠改变输入电信号的大小和方向来控制换向阀的开度改变流量和方向。不仅可以改变液流的方向，而且还可以控制流量的大小。 原理是当一边的比例电磁铁输入的电信号增大，减压阀的开口量也增大，液动换向阀的位移也增大，其流量也增大；另一边输入时，则换向，并按输入的电信号的大小调节。 这种阀流量会受负载的影响。所以又有双向比例调速阀 。

一、1何为换向阀的常态位？何为换向阀的滑阀机能？两位换向阀有无滑阀机能？举出一种滑阀机能的性能特点？ 2.现有两铭牌不清的阀，在不拆开阀的情况下，根据它们的特点如何判断哪个是先导式溢流阀，哪个是先导式减压阀？ 3.何为先导阀？为什么会有电液动换向阀？其先导阀的滑阀应具有什么样的机能，为什么？ 4.何为比例控制阀，其结构特点是什么？ 5.直动式溢流阀的弹簧腔如不和回油腔接通，将会出现什么现象？ 6.节流阀最小流量有何实际意义？其主要影响因素是什么？

二、如图所示，1．说明A、B、C元件在回路中所起的作用； 2．若要求油缸活塞在其行程的任何位置上锁紧，能实现活塞左右运动速度相等，请补上图中所缺少的部分； 3．系统完成后，试分析系统能否正常工作，若不能，请加以改正（不改动现有的阀件，用两种以上的方法），说明改正的理由。 C A B D=2d 图5

三、完成下表 阀 条目 溢流阀 减压阀 顺序阀 职能符号   连接方式 控制油方式 泄漏回油方式 阀芯状态（原始和工作时） 作用