液压控制元件的基本认识

在液压系统中，液压控制元件的作用是控制油液的压力、流量和流动方向，从而控制液压执行元件的启动、停止、运动方向、速度和作用力等，以满足液压设备对各工况的要求。其性能的好坏直接影响液压系统的工作过程和工作特性，是液压系统的重要组成部分。

1.液压控制阀原理分析及参数的认识

（1）液压控制阀的工作原理

所有液压阀都是由阀体、阀芯和驱动阀芯动作的元件组成的。阀体上除有与阀芯相配合的阀体孔或阀座孔外，还有外接油管的进、出油口；阀芯的主要形式有滑阀、锥阀和球阀；驱动装置可以是手调机构，也可以是弹簧、电磁或液动力。液压阀正是利用阀芯在阀体内的相对运动来控制阀口的通断及开口大小，从而实现压力、流量和方向控制的。阀口的开口大小、进出油口间的压力差以及通过阀的流量之间的关系都符合孔口流量公式，只是各种阀控制的参数不同。

（2）液压控制阀的分类

液压控制阀按照不同的特征有不同的分类，如表2－2所示。

（3）液压控制阀的基本要求

对液压控制阀的基本要求主要有以下几点：

①动作灵敏，使用可靠，工作时冲击和振动小。

②油液流过的压力损失小。

③密封性能好。

④结构紧凑，安装、调整、使用、维护方便，通用性强。

表2－2　液压控制阀分类

（4）液压控制阀的性能参数

控制阀的性能参数是对阀进行评价和选用的依据，它反映了阀的规格大小和工作特性。控制阀的规格大小用通径表示，主要性能参数有额定压力和额定流量。

阀的尺寸规格用公称通径表来表示，单位为mm。公称通径表征阀通流能力的大小，应与阀进、出油管的规格一致。公称通径对应于阀的额定流量，阀工作时的实际流量应小于或等于它的额定流量，最大不得超过额定流量的1.1倍。

液压阀连续工作所允许的最高压力称为额定压力。压力控制阀的实际最高压力有时与阀的调压范围有关。只要系统的工作压力和工作流量小于或等于额定压力和额定流量，控制阀即可正常工作。此外还有一些和具体控制阀有关的参数，如通过额定流量时的额定压力损失、最小稳定流量、开启压力，等等。

2.方向控制阀结构原理分析

方向控制阀是用于控制液压系统中油路的接通、切断或改变液流方向的液压阀，主要用以实现对执行元件的启动、停止或运动方向的控制。

常用的方向控制阀有单向阀和换向阀两种。单向阀主要用于控制油液的单向流动；换向阀主要用于改变油液的流动方向或接通、切断油路。

动画20　单向阀

动画21　液控单向阀

动画22　直通单向阀

（1）单向阀

①普通单向阀。

普通单向阀只允许液流沿一个方向通过，即由P1口流向P2口而反向截止，即不允许液流由P2口流向P1口，如图2－34所示。根据单向阀的使用特点，要求油液正向通过时阻力要小，液流有反向流动趋势时关闭动作要灵敏，关闭后密封性要好。因此弹簧通常很软，主要用于克服摩擦力。单向阀的开启压力一般为0.03～0.05 MPa。

单向阀的阀芯分为钢球式［见图2－34（a）］和锥式［见图2－34（b）、（c）］两种。

图2－34　单向阀

1—阀体；2—阀芯；3—弹簧

钢球式阀芯结构简单、价格低，但密封性较差，一般仅用在低压、小流量的液压系统中。

锥式阀芯阻力小、密封性好、使用寿命长，所以应用较广，多用于高压、大流量的液压系统中。

普通单向阀的应用：

a.分隔油路以防止干扰；

b.作背压阀用（采用硬弹簧使其开启压力达到0.3～0.6 MPa）。

②液控单向阀。

液控单向阀是一种通入控制液压油后即允许油液双向流动的单向阀，它由单向阀和液控装置两部分组成，如图2－35所示。当控制口K无压力时，其功能与普通单向阀相同。当控制口K通压力油时，单向阀阀芯被小活塞顶开，阀口开启，油口P1和P2接通，液流可正、反向流通。在控制液压油口不工作时，应使其通回油箱，否则控制活塞难以复位。控制用的最小油压为液压系统主油路油液压力的0.3～0.4倍。

图2－35　液控单向阀

1—控制活塞；2—顶杆；3—阀芯

液控单向阀也可以做成常开式结构，即平时油路畅通，需要时通过液控闭锁一个方向的油液流动，使油液只能单方向流动。

应用：液控单向阀既具有普通单向阀的特点，又在一定条件下允许正反向液流自由通过，因此通常用于液压系统的保压、锁紧和平衡回路。

单向阀与液控单向阀的图形符号如表2－3所示。

表2－3　单向阀和液控单向阀的图形符号

（2）换向阀

动画23　换向阀－手动

换向阀一般是利用阀芯在阀体中相对位置的变化，使各流体通路之间（与该阀体相连接的流体通路）实现接通或断开以改变流动方向，从而控制执行机构的运动。

①换向阀工作原理。

图2－36（a）所示为滑阀式换向阀的工作原理，当阀芯向右移动一定的距离时，由液压泵输出的压力油从阀的P口经A口流向液压缸左腔，液压缸右腔的油经B口流回油箱，液压缸活塞向右运动；反之，若阀芯向左移动某一距离，则液流反向，活塞向左运动。图2－36（b）所示为换向阀的图形符号。

图2－36　换向阀工作原理

（a）工作原理图；（b）图形符号

动画24　换向阀－液动

动画25　换向阀－机动

②换向阀的分类。

根据换向阀阀芯的运动方式、结构特点和控制特点的不同可分成不同的类型，如表2－4所示。换向阀的图形符号见附录。

表2－4　换向阀分类

换向阀工作位置的个数称为位，与液压系统中油路相连通的油口个数称为通。如图2－36（b）所示，阀芯在阀体中有左、中、右三个停留位置，即为三位阀，与外部液压系统有A、B、T1、T2、P共5个油口相通，即为五通。常用的换向阀种类有二位二通、二位三通、二位四通、二位五通、三位三通、三位四通、三位五通和三位六通等。常用换向阀的主体结构及图形符号如表2－5所示，它表明了换向阀的工作位置数、油口数和在各工作位置上油口的连通关系、控制方法以及复位、定位方法。换向阀的操纵方式如表2－6所示。

表2－5　常用换向阀的主体结构及图形符号

表2－6　换向阀的操纵方式

续表

换向阀图形符号的规定和含义：

a.用方框表示阀的工作位置数，有几个方框就是几位阀。

b.在一个方框内，箭头“↑”或堵塞符号“┬”或“⊥”与方框相交的点数就是通路数，有几个交点就是几通阀。箭头“↑”表示阀芯处在这一位置时两油口相通，但不一定是油液的实际流向；“┬”或“⊥”表示此油口被阀芯封闭（堵塞）不通流。

c.三位阀中间的方框、两位阀画有复位弹簧的那个方框为常态位置（即未施加控制号以前的原始位置）。在液压系统原理图中，换向阀的图形符号与油路的连接一般应画在常态位置上。工作位置时，左位状态画在常态位的左边，右位状态画在常态位的右边，同时在常态位上应标出油口的代号。

d.控制方式和复位弹簧的符号画在方框的两侧。

③常用换向阀。

a.手动换向阀：手动换向阀是用人力控制方法改变阀芯工作位置的换向阀，有二位二通、二位四通和三位四通等多种形式。图2－37所示为一种三位四通手动换向阀。

图2－37　三位四通手动换向阀

当手柄上端向左扳时，阀芯2向右移动，进油口P和油口A接通，油口B和回油口O接通。当手柄上端向右扳时，阀芯左移，这时进油口P和油口B接通，油口A通过环形槽、阀芯中心通孔与回油口O接通，实现换向。松开手柄时，右端的弹簧使阀芯恢复到中间位置，断开油路。这种换向阀不能自动定位在左、右两端位置上，工作时必须用手扳住手柄不放，一旦松开手柄，阀芯会在弹簧力的作用下自动弹回中位。如需滑阀在左、中、右三个位置上均可定位，可将弹簧换成定位装置，利用手动杠杆来改变阀芯位置以实现换向。

b.机动换向阀：机动换向阀又称行程换向阀，是用机械控制方法改变阀芯工作位置的换向阀，常用的有二位二通（常闭和常通）、二位三通、二位四通和二位五通等多种。图2－38所示为二位二通常闭式行程换向阀。阀芯的移动通过挡铁1（或凸轮）推压阀杆顶部的滚轮，使阀杆推动阀芯2下移实现。挡铁移开时，阀芯靠其底部的弹簧3复位。

图2－38　二位二通机动换向阀

1—挡铁；2—阀芯；3—弹簧

c.电磁换向阀：电磁换向阀简称电磁阀，是用电气控制方法改变阀芯工作位置的换向阀。图2－39所示为二位三通电磁换向阀。当电磁铁通电时，衔铁通过推杆1将阀芯2推向右端，进油口P与油口B接通，油口A被关闭。当电磁铁断电时，弹簧3将阀芯推向左端，油口B被关闭，进油口P与油口A接通。

动画26　换向阀二位二通

动画27　换向阀－二位四通

图2－39　二位三通电磁换向阀

1—推杆；2—阀芯；3—弹簧

图2－40所示为三位四通电磁换向阀的结构原理。

当右侧的电磁线圈4通电时，吸合衔铁5将阀芯2推向左位，这时进油口P和油口B接通，油口A与回油口O相通；当左侧的电磁铁通电（右侧电磁铁断电）时，阀芯被推向右位，这时进油口P和油口A接通，油口B经阀体内部管路与回油口O相通，实现执行元件的换向；当两侧电磁铁都不通电时，阀芯在两侧弹簧3的作用下处于中间位置，这时4个油口均不相通。

动画28　换向阀三位四通

图2－40　三位四通电磁换向阀结构原理

1—阀体；2—阀芯；3—弹簧；4—电磁线圈；5—衔铁

电磁换向阀的电磁铁可用按钮开关、行程开关、压力继电器等电气元件控制，无论位置远近，控制均很方便，且易于实现动作转换的自动化，因而得到广泛的应用。根据使用电源的不同，电磁换向阀分为交流和直流两种。电磁换向阀用交流电磁铁的使用电压一般为交流220 V，电气线路配置简单。交流电磁铁启动力较大，换向时间短（0.01～0.03 s），换向冲击大，工作时温升高，当阀芯卡住时，电磁铁因电流过大易烧坏，可靠性较差，所以切换频率一般不允许超过30次／min，寿命较短。直流电磁铁一般使用24 V直流电压，因此需要专用直流电源。其优点是不会因阀芯卡住而烧坏、体积小、工作可靠、允许切换频率为120次／min、换向冲击小、使用寿命较长，但启动力比交流电磁铁小。由于电磁铁吸力有限，因此电磁换向阀常用于流量不超过1.05×10－4 m3／s的液压系统中。

电磁铁按衔铁工作腔是否有油液又可分为干式和湿式两种。干式电磁铁处于空气中，不和油液接触，电磁铁和滑阀之间有密封装置，由于回油有可能渗入到弹簧腔中，因此阀的回油压力较小。而湿式电磁铁浸在油液中，运动阻力小，且油还能起到冷却和吸振作用，换向的可靠性和使用寿命较高。

d.液动换向阀：液动换向阀是利用控制油路的压力油来改变阀芯位置的换向阀，阀芯是由其两端密封腔中油液的压差来移动的。

图2－41所示为三位四通液动换向阀的工作原理图。当控制油路的压力油从阀右边控制油口K2进入右控制油腔时，推动阀芯左移，使进油口P与油口B接通，油口A与回油口O接通；当压力油从阀左边控制油口K1进入左控制油腔时，推动阀芯右移，使进油口P与油口A接通，油口B与回油口O接通，实现换向；当两控制油口K1和K2均不通控制压力油时，阀芯在两端弹簧的作用下居中，恢复到中间位置。

图2－41　三位四通液动换向阀工作原理

液动换向阀是用直接压力控制方法改变阀芯工作位置的换向阀，由于压力油液可以产生很大的推力，所以液动换向阀可用于高压大流量的液压系统中。

e.电液换向阀：电液换向阀是由电磁换向阀和液动换向阀组成的复合阀。电磁换向阀起先导作用，用来改变液流方向；液动换向阀为主阀，用来改变主油路的方向，从而改变液动滑阀阀芯的位置。电液换向阀的优点是可用反应灵敏的小规格电磁阀方便地控制大流量的液动阀换向。

图2－42所示为三位四通电液换向阀的结构和图形符号。当电磁换向阀的两个电磁铁均不带电时，电磁换向阀阀芯在对中弹簧的作用下处于中位，此时来自液动换向阀P口或外接油口的控制压力均不进入主阀芯的左、右两油腔，液动换向阀阀芯左、右两油腔的油液通过左、右节流阀流回油箱，液动换向阀的阀芯在对中弹簧的作用下依靠阀体定位，准确地回到中位，此时主阀的P、A、B和T油口均不通。当先导阀右端电磁铁通电时，阀芯左移，控制油路的压力油进入主阀右控制油腔，主阀阀芯左移（左控制油腔油液经先导阀泄回油箱），使进油口P与油口A相通、油口B与回油口O相通；当先导阀左端电磁铁通电时，阀芯右移，控制油路的压力油进入主阀左控制油腔，推动主阀阀芯右移（主阀右控制油腔的油液经先导阀泄回油箱），使进油口P与油口B相通、油口A与回油口O相通，实现换向。

图2－42　三位四通电液换向阀结构及图形符号

（a）结构图；（b）图形符号；（c）简化图形符号
1—单向阀节流阀；2，4—电磁铁；3—电磁阀阀芯；5—节流阀；6—单向阀；7—液动阀阀芯

f.转阀：前面介绍的均为滑阀式换向阀，图2－43（a）所示为转动式换向阀（简称转阀）的结构图。该阀由阀体1、阀芯2和使阀芯转动的操作手柄3组成，在图示位置，通口P和A相通、B和T相通；当操作手柄转换到止位置时，通口P、A、B和T均不相通；当操作手柄转换到另一位置时，则通口P和B相通、A和T相通。图2－43（b）所示为它的图形符号。

图2－43　转阀结构及图形符号

（a）结构图；（b）图形符号
1—阀体；2—阀芯；3—操作手柄

由于转阀密封性差、径向力不易平衡及结构尺寸受到限制，故一般多用于压力较低、流量较小的场合。

g.电磁球式换向阀：电磁球式换向阀与滑阀式换向阀相比，其优点是：动作可靠性高，密封性好，对油液污染不敏感，切换时间短，工作压力高（可达63 MPa），主要用于要求密封性很好的场合。

图2－44所示为常开式二位三通电磁球式换向阀的结构和图形符号图。这种阀主要由左、右球阀座4和6、球阀5、弹簧7、操纵杆2和杠杆3等组成。图2－44（a）所示为电磁铁断电状态，即常态位置，P口的压力油一方面作用在球阀5的右侧，另一方面经右球阀座6上的通道进入操纵杆2的空腔，作用在球阀5的左侧，以保证球阀5两侧承受的液压力平衡，球阀5在弹簧7的作用下压在左球阀座4上，P口与A口相通，A口与T口隔断；当电磁铁8通电时，衔铁推动杠杆3，以1为支点推动操纵杆2，克服弹簧力，使球阀5压在右球阀座6上，实现换向，P口与A口隔断、A口与T口相通。

图2－44　常开式二位三通电磁球式换向阀的结构和图形符号

（a）结构图；（b）图形符号
1—销轴；2—操纵杆；3—杠杆；4—左球阀座；5—球阀；6—右球阀座；7—弹簧；8—电磁铁

④三位四通换向阀的中位机能。

三位四通换向阀的中位机能是指阀处于中位时各油口的连通方式，常见三位四通换向阀的中位机能见表2－7。

表2－7　常见三位四通换向阀的中位机能

分析和选择三位换向阀的中位机能时，通常考虑以下几个方面：

a.系统保压。P口堵塞时，系统保压，液压泵用于多缸系统。

b.系统卸荷。P口通畅地与T口相通。

c.换向平稳与精度。A、B两口堵塞，换向过程中易产生冲击，换向不平稳，但精度高；A、B口都通T口，换向平稳，但精度低。

d.启动平稳性。阀在中位时，液压缸某腔通油箱，启动时无足够的油液起缓冲，启动不平稳。

e.液压缸浮动，并可在任意位置停止。

⑤常用阀体拆装训练。

a.单向阀的拆卸：拆卸螺钉，取出弹簧，分离阀芯和阀体，了解阀的结构、工作原理及应用。

b.液控单向阀的拆卸：拆卸控制端的螺钉，取出控制活塞和顶杆，拆卸阀芯端螺钉，取出弹簧，分离阀芯和阀体，了解阀的结构、工作原理及应用。

c.方向阀的拆卸：拆卸提供外部力的控制部分，取下卡簧，取出弹簧，分离阀芯和阀体，了解阀的结构、工作原理及应用。

d.方向阀的装配：装配前清洗各零件，给配合面涂润滑油，按照拆卸的反向顺序装配。

e.方向阀的功能验证：独立设计简单回路，验证各个阀的功能。

3.压力控制阀结构原理分析

压力控制阀是用于控制液压系统中系统压力或利用压力变化来实现某种动作的阀，简称压力阀。这类阀均是利用作用在阀芯上的液压力和弹簧力相平衡的原理来工作的。按用途不同，可分为溢流阀、减压阀、顺序阀和压力继电器等。

动画30　溢流阀

动画31　低压溢流阀

动画32　先导溢流阀

动画33　直动溢流阀

（1）溢流阀

①溢流阀功用和分类。

溢流阀在液压系统中的功用主要有两点：一是保持系统或回路的压力恒定，起溢流和稳压作用。如在定量泵节流调速系统中作为溢流恒压阀，用以保持泵的出口压力恒定；二是在系统中作为安全阀使用，在系统正常工作时，溢流阀处于关闭状态，而当系统压力大于或等于其调定压力时，溢流阀才开启溢流，对系统起过载保护作用。此外，溢流阀还可作为背压阀、卸荷阀、制动阀和平衡阀等来使用。溢流阀通常接在液压泵出口处的油路上。

根据结构和工作原理不同，溢流阀可分为直动型溢流阀和先导型溢流阀两类。其中直动型溢流阀结构简单，一般用于低压、小流量系统，先导型溢流阀多用于中、高压及大流量系统中。

②直动型溢流阀的工作原理。

直动型溢流阀的结构原理和图形符号如图2－45所示，阀体上开有进、出油口P和T，锥阀阀芯在弹簧的作用下压在阀座上，油液压力从进油口P作用在阀芯上。当进油压力较小时，阀芯在弹簧的作用下处于下端位置，将P和T两油口隔开，溢流口无液体溢出。当油压力升高，在阀芯下端所产生的作用力超过弹簧的压紧力时，阀芯上升，阀口被打开，液体从溢流口流回油箱。弹簧力随着开口量的增大而增大，直至与液压作用力相平衡。调压手轮可以改变弹簧的压紧力，即可调整溢流阀的溢流压力。

图2－45　直动式溢流阀的结构原理和图形符号

直动型溢流阀结构简单、制造容易、成本低，但油液压力直接靠弹簧平衡，所以压力稳定性较差，动作时有振动和噪声。此外，系统压力较高时，要求弹簧刚度大，使阀的开启性能变坏，所以直动型溢流阀只用于低压系统中。

③先导型溢流阀的工作原理。

先导型溢流阀的结构原理和图形符号如图2－46所示。先导型溢流阀由先导阀和主阀两部分组成。先导阀实际上是一个小流量的直动型溢流阀，阀芯是锥阀，用来控制压力；主阀阀芯是滑阀，用来控制溢流流量。

图2－46　先导型溢流阀的结构原理和图形符号

（a）结构原理图；（b）图形符号
1—阻尼孔（R）；2—主阀；3—先导阀；4—远程控制口（K）

油液从进油口P进入，经阻尼孔（R）到达主阀弹簧腔，并作用在先导阀锥阀阀芯上（一般情况下，外控口K是堵塞的）。当进油压力不高时，液压力不能克服先导阀的弹簧阻力，先导阀口关闭，阀内无油液流动。此时，主阀芯因上下腔油压相同，故被主阀弹簧压在阀座上，主阀口亦关闭。当进油压力升高到先导阀弹簧的预调压力时，先导阀口打开，主阀弹簧腔的油液流过先导阀口并经阀体上的通道和回油口T流回油箱。这时，油液流过阻尼小孔（R）产生压力损失，使主阀芯两端形成了压力差，主阀芯在此压差的作用下克服弹簧阻力向上移动，使进、回油口连通，达到溢流稳压的目的。调节先导阀的调压螺钉便能调整溢流压力，更换不同刚度的调压弹簧便能得到不同的调压范围。

先导型溢流阀的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，主阀芯上端的弹簧腔压力接近于零，主阀芯在很小的压力下便可移动到上端，阀口开至最大，这时系统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先导阀的调定压力，则主阀芯上端的压力就由远程调压阀来决定，即使用远程调压阀后便可对系统的溢流压力实行远程调节。

先导阀的作用是控制和调节溢流压力，主阀的功能则在于溢流。先导阀阀口直径较小，即使在较高压力的情况下作用在锥阀芯上的液压推力也不是很大，因此调压弹簧的刚度不必很大，压力调整也比较轻便。主阀芯因两端均受油压作用，主阀弹簧只需很小的刚度，当溢流量变化引起弹簧压缩量变化时，进油口的压力变化不大，故先导型溢流阀恒定压力的性能优于直动型溢流阀，所以先导型溢流阀可被广泛地用于高压、大流量场合。但先导型溢流阀是两级阀，其反应不如直动型溢流阀灵敏。

④溢流阀的主要性能。

溢流阀是液压系统中的重要控制元件，其特性对系统的工作性能影响很大。溢流阀的静态特性主要是指压力调节范围、压力—流量特性和启闭特性。

a.压力调节范围：压力调节范围是指调压弹簧在规定的范围内调节时最小调定压力的差值。

b.压力—流量特性（p—q特性）：压力—流量持性又称溢流特性，它体现溢流量变化时溢流阀进口压力的变化情况，即稳压性能。当阀溢流量发生变化时，阀进口压力波动越小，阀的性能越好。理想的溢流特性曲线应是一条几乎平行于流量坐标的直线，即进口压力达到调压弹簧所确定的压力后立即溢流，且不管溢流量为多少，压力始终保持恒定。但溢流量的变化会引起阀口开度的变化，从而导致压力发生变化。溢流阀的静态特性曲线如图2－47所示。先导型溢流阀性能优于直动型溢流阀。

c.启闭特性：启闭特性是指溢流阀从开启到闭合的过程中，被控压力与通过溢流阀的溢流量之间的关系。由于摩擦力的存在，溢流阀开启和闭合的p—q曲线将不重合。溢流阀的启闭特性曲线如图2－48所示，实线1为先导型溢流阀的开启特性曲线，实线2为先导型溢流阀的闭合特性曲线，虚线为直动型溢流阀的启闭特性曲线。由于溢流阀阀芯开启时所受摩擦力和进口压力方向相反，而闭合时相同，因此，在相同的溢流量下，开启压力大于闭合压力。当溢流阀从关闭状态逐渐开启，其溢流量达到额定流量的1%时，所对应的压力定义为开启压力pk，其与调定压力ps之比的百分率称为开启压力比率。当溢流阀从全开启状态逐渐关闭，其溢流量为其额定流量的1%时，所对应的压力定义为闭合压力p′k，其与调定压力ps之比的百分率称为闭合压力比率。开启压力比率与闭合压力比率越高，阀的性能越好。为保证溢流阀具有良好的静态特性，一般规定开启压力比率应不小于90%，闭合压力比率应不小于85%。

图2－47　溢流阀的静态特性曲线

图2－48　溢流阀的启闭特性曲线

⑤溢流阀的应用。

溢流阀在每一个液压系统中都有使用。其主要应用如下：

a.作为溢流阀用：在图2－49所示用定量泵供油的节流调速回路中，当泵的流量大于节流阀允许通过的流量时，溢流阀使多余的油液流回油箱，此时泵的出口压力保持恒定。

b.作为安全阀用：在图2－50所示由变量泵组成的液压系统中，用溢流阀限制系统的最高压力，防止系统过载。系统在正常工作状态下，溢流阀关闭；当系统过载时，溢流阀打开，使压力油经阀流回油箱。此时溢流阀为安全阀。

图2－49　溢流阀起溢流定压的作用

图2－50　溢流阀作为安全阀用

c.作为背压阀用：在图2－51所示的液压回路中，溢流阀串联在回油路上，溢流产生背压，使运动部件的运动平稳性增加。

d.作为卸荷阀用：在图2－52所示的液压回路中，溢流阀的遥控口串接一个小流量的电磁阀，当电磁铁通电时，溢流阀的遥控口通油箱，液压泵卸荷。此时溢流阀作为卸荷阀使用。

图2－51　溢流阀作为背压阀用

图2－52　溢流阀作为卸荷阀用

（2）减压阀

①减压阀的作用与分类。

减压阀是利用油液通过缝隙时产生压力损失的原理，使其出口压力低于进口压力的压力控制阀。在液压系统中，减压阀常用于降低或调节系统中某一支路的压力，以满足某些执行元件的需要。减压阀按其工作原理亦有直动型和先导型之分。按其调节性能又可分为保证出口压力为定值的定值减压阀、保证进出口压力差不变的定差减压阀及保证进出口压力成比例的定比减压阀。其中定值减压阀应用最广，简称减压阀。这里只介绍定值减压阀。

②直动型减压阀的工作原理。

图2－53所示为直动型减压阀的结构原理及图形符号。当阀芯处在原始位置上时，它的阀口是打开的，阀的进、出口相通。这个阀的阀芯由出口处的压力控制，当出口压力未达到调定压力时阀口全开，不起减压作用；当出口压力达到调定压力时，阀芯上移，阀口关小，整个阀处于工作状态。如忽略其他阻力，仅考虑阀芯上的液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固定的调定值上。这时，若出口压力减小，则阀芯下移，阀口开大，阀口处阻力减小，压降减小，使出口压力回升到调定值上；反之，若出口压力增大，则阀芯上移，阀口关小，阀口处阻力加大，压降增大，使出口压力下降到调定值上。调整手轮可以改变弹簧的压紧力，即可调整减压阀的出口设定压力。

动画34　减压阀

图2－53　直动型减压阀的结构原理及图形符号

（a）结构原理；（b）图形符号

③先导型减压阀的工作原理。

先导型减压阀的结构原理及图形符号如图2－54所示。与先导型溢流阀的结构相似，先导型减压阀也是由先导阀和主阀两部分组成的。其主要区别是：减压阀的先导阀控制出口油液的压力，而溢流阀的先导阀控制进口油液的压力。由于减压阀的进、出口油液均有压力，所以先导阀的泄油不能像溢流阀一样流入回油口，而必须设有单独的泄油口。在正常情况下，减压阀阀口开得很大（常开），而溢流阀阀口则关闭（常闭）。

图2－54　先导型减压阀的结构原理及图形符号

（a）结构原理；（b）图形符号1—先导阀；2—主阀；3—阻尼孔

先导型减压阀的结构原理如图2－54（a）所示，液压系统主油路的高压油液从进油口P1进入减压阀，经减压口减压后，低压油液从出油口P2输出，同时低压油液从主阀芯下端油腔又经节流小孔进入主阀芯上端油腔及先导阀锥阀左端油腔，给锥阀一个向右的液压力。该液压力与先导阀调压弹簧的弹簧力相平衡，从而控制低压油基本保持调定压力。当出油口的低压油压力低于调定压力时，锥阀关闭，主阀芯上下腔油液压力相等，主阀弹簧的弹簧力将主阀芯推向下端，减压口增大，减压阀处于不工作状态。当低压油压力升高至超过调定压力时，锥阀打开，少量油液经锥阀口由泄油口L流回油箱。由于此时有油液流过节流小孔，故产生压力降，使主阀芯上腔压力低于下腔压力，当此压力差所产生的向上的作用力大于主阀芯重力、摩擦力、主阀弹簧的弹簧力之和时，主阀芯向上移动，使减压口减小，压力损失加剧，低压油压力随之下降，直到作用在主阀芯上的所有力相平衡，主阀芯便处于新的平衡位置，减压口保持一定的开启量。调整手轮可以改变先导阀弹簧的压紧力，即可调整减压阀的出口设定压力。

④减压阀的应用。

a.减压回路：图2－55所示为减压回路，在主系统的支路上串联一个减压阀，用以降低和调节支路液压缸的最大推力。

b.稳压回路：如图2－56所示，当系统压力波动较大，液压缸2需要有较稳定的输入压力时，在液压缸2进油路上串联一减压阀，在减压阀处于工作状态下可使液压缸2的压力不受溢流阀压力波动的影响。

c.单向减压回路

当需要执行元件正、反向压力不同时，可采用如图2－57所示的单向减压回路，图中用双点画线框起的单向减压阀是具有单向阀功能的组合阀。

图2－55　减压回路

图2－56　稳压回路

图2－57　单向减压回路

（3）顺序阀

①顺序阀的作用与分类。

顺序阀是以压力作为控制信号，自动接通或切断某一油路的压力控制阀。由于它经常被用来控制执行元件动作的先后顺序，故称顺序阀。顺序阀按其控制方式不同，可分为内控式顺序阀和外控式顺序阀。内控式顺序阀直接利用阀的进口压力油控制阀的启闭，一般称为顺序阀；外控式顺序阀则利用外来的压力油控制阀的启闭，称为液控顺序阀。按顺序阀的结构不同，又可分为直动型顺序阀和先导型顺序阀。(www.xing528.com)

②顺序阀的工作原理。

顺序阀的工作原理及结构与溢流阀相似，这里仅介绍直动型顺序阀。如图2－58所示，压力油自进油口P1进入阀体，经阀芯中间小孔流入阀芯底部油腔，对阀芯产生一个向上的液压作用力。当油液的压力较低时，液压作用力小于阀芯上部的弹簧力，在弹簧力的作用下，阀芯处于下端位置，P1和P2两油口被隔开。当油液的压力升高到作用于阀芯底端的液压作用力大于调定的弹簧力时，在液压作用力的作用下，阀芯上移，使进油口P1和出油口P2相通，油液便经阀口流出，从而操纵另一执行元件或其他元件动作。

动画35　顺序阀

图2－58　顺序阀的结构原理及图形符号

（a）结构原理；（b）内控外泄式／外控内泄式职能符号
1—调压螺钉；2—弹簧；3—阀盖；4—阀体；5—阀芯；6—控制活塞；7—下盖

从工作原理上来看，顺序阀与溢流阀的主要区别在于：第一，溢流阀出油口连通油箱，顺序阀的出油口通常连接另一工作油路，因此顺序阀进、出口处的油液都是压力油；第二，溢流阀打开时，进油口的油液压力基本上是保持在调定压力值附近，而顺序阀打开后，进油口的油液压力可以继续升高；第三，溢流阀出油口连通油箱，其内部泄油可通过出油口流回油箱，而顺序阀出油口油液为压力油，且通往另一工作油路，故顺序阀的内部要有单独设置的泄油口。

③顺序阀的应用。

a.实现执行元件的顺序动作：图2－59所示为实现定位夹紧顺序动作的液压回路。缸A为定位缸，缸B为夹紧缸，要求进程时（活塞向下运动），A缸先动作，B缸后动作；B缸进油路上串联一单向顺序阀，将顺序阀的压力值调定到高于A缸活塞移动时的最高压力；当电磁阀的电磁铁断电时，A缸活塞先动作，定位完成后，油路压力提高，打开顺序阀，B缸活塞动作。回程时，两缸同时供油，B缸的回油路经单向阀回油箱，A、B缸的活塞同时动作。

b.与单向阀组合成单向顺序阀：如图2－60所示，在平衡回路上，用以防止垂直或倾斜放置的执行元件和与之相连的工作部件因自重而自行下落。

图2－59　定位夹紧顺序动作的液压回路

图2－60　用单向顺序阀的平衡回路

1—泵；2—溢流阀；3—电磁换向阀；4—单向顺序阀；5—液压缸

c.作为卸荷阀用：图2－61所示为实现双泵供油系统的大流量泵卸荷的回路。大量供油时泵1和泵2同时供油，此时供油压力小于顺序阀3的控制压力；少量供油时，供油压力大于顺序阀3的控制压力，顺序阀3打开，单向阀4关闭，泵2卸荷，只有泵1继续供油。溢流阀起安全阀作用。

d.作为背压阀用：如图2－62所示，用于液压缸回油路上，增大背压可使活塞的运动速度稳定。

（4）压力继电器

①压力继电器的工作原理。

动画36压力保护阀

压力继电器是利用液体压力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其他功能。任何压力继电器都是由压力—位移转换装置和微动开关两部分组成的。压力继电器按结构分，有柱塞式、弹簧管式、膜片式和波纹管式四类，其中以柱塞式最为常用。

图2－61　双泵供油系统回路

1，2—泵；3—顺序阀；4，6—单向阀；5—溢流阀

图2－62　顺序阀卸荷回路

图2－63（a）所示为柱塞式压力继电器的结构原理。压力油从油口P通入，作用在柱塞的底部，若其压力达到弹簧的调定值，便克服弹簧阻力和柱塞表面摩擦力推动柱塞上升，通过顶杆触动微动开关发出电信号。图2－63（b）所示为压力继电器的图形符号。

图2－63　柱塞式压力继电器结构原理及图形符号

（a）结构原理；（b）图形符号
1—柱塞；2—顶杆；3—调节螺钉；4—微动开关

②压力继电器的性能参数。

压力继电器的性能参数主要有：

a.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的范围。

b.灵敏度和通断调节区间：压力升高继电器接通电信号的压力（称开启压力）与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节的差值范围，称为通断调节区间。

c.重复精度：在一定的设定压力下，多次升压（或降压）过程中开启压力和闭合压力本身的差值称为重复精度。

d.升压或降压动作时间：压力由卸荷压力升到设定压力时，微动开关触角闭合发出电信号的时间称为升压动作时间，反之称为降压动作时间。

③压力继电器的应用。

a.安全控制：压力继电器可实现安全控制。当系统压力达到压力继电器事先调定的压力值时，压力继电器即发出电信号，使由其控制的系统停止工作，对系统起安全保护作用。

b.执行元件的顺序动作：压力继电器可实现执行元件的顺序动作。当系统压力达到压力继电器事先调定的压力值时，压力继电器即发出电信号，使由其控制的执行元件开始动作。

（5）直动型压力阀的拆装训练

①直动型压力阀的拆卸：拆下调压螺母，取出弹簧，分离阀芯、阀体，了解阀的结构、特点、工作原理及应用。

②先导型压力阀的拆卸：拆卸先导阀调压螺母，取出弹簧，分离先导阀阀芯和阀体；拆卸主阀螺钉，取出弹簧，分离主阀阀芯和阀体，了解阀的结构、工作原理及应用。

③压力继电器的拆卸：拆卸控制端螺钉，取出弹簧、杠杆和阀芯，拆卸微动开关，了解压力继电器的结构、工作原理及应用。

④压力控制阀的装配：装配前清洗各零件，给配合面涂润滑油，按照拆卸的反向顺序装配。

⑤压力控制阀的功能验证：独立设计简单回路，验证各个阀的功能。

4.流量控制阀结构原理分析

（1）流量控制阀

流量控制阀简称流量阀，它通过改变节流口通流面积或通流通道的长短来改变局部阻力的大小，从而实现对流量的控制，进而改变执行机构的运动速度。常用的流量控制阀有节流阀和调速阀两种。对流量控制阀的主要要求是：具有足够的调节范围；能保证稳定的最小流量；温度和压力变化对流量的影响要小；调节方便，泄漏小等。

（2）节流口流量特性及形式

①节流口的流量特性。

节流口的流量特性是指液体流经节流口时，通过节流口的流量所受到的影响因素，以及这些因素与流量之间的关系。分析节流特性的理论依据是节流口的流量特性方程：

式中：q——流经节流口的流量；

　　　C——由节流口形状、流动状态、油液性质等因素决定的系数；

　　　AT——节流口通流截面面积；

　　　Δp——节流口前后压力差；

　　　m——节流指数，对于薄壁小孔m＝0.5，对于细长小孔m＝1。

由上式可知：当压力差Δp一定时，改变通流面积A可改变通过节流口的流量。流经节流口的流量稳定性与节流口前后压力差、油温及节流口形状有关：

a.压力差Δp发生变化时，流量也发生变化，且m越大，Δp的影响就越大，因此节流口宜制成薄壁孔（m＝0.5）。

b.油温变化会引起工作油液黏度发生变化，从而对流量产生影响，这在细长孔式节流口上是十分明显的。对薄壁孔式节流口来说，薄壁孔受温度的影响较小。

c.当节流口的通流截面面积小到一定程度时，在保持所有因素都不变的情况下，通过节流口的流量会出现周期性的脉动，甚至造成断流，这就是节流口的阻塞现象，节流口的阻塞会使液压系统中执行元件的速度不均匀。每个节流阀都有一个能正常工作的最小流量限制，称为节流阀的最小稳定流量。为减小阻塞现象，可采用水力半径大的节流口，选择化学稳定性和抗氧化性好的油液并保持油液的清洁，这样可提高流量稳定性。

②节流口的形式。

节流阀的结构主要取决于节流口的形式，常见节流口的形式主要有如图2－64所示的几种。

如图2－64（a）所示，其节流口的截面形式为环形缝隙。当改变阀芯轴向位置时，通流面积发生改变。此节流口的特点是：结构简单，易于制造，但水力半径小，流量稳定性差，适用于对节流性能要求不高的系统。

如图2－64（b）所示，在阀芯上开有周向偏心槽，其截面为三角槽，转动阀芯可改变通流截面面积。这种节流口水力半径较针阀式节流口大，流量稳定性较好，但在阀芯上有径向不平衡力，使阀芯转动费力，一般用于低压系统。

如图2－64（c）所示，在阀芯截面轴向开有两个轴向三角槽，当轴向移动阀芯时，三角槽与阀体间形成的节流口面积发生变化。这种节流口的工艺性好，径向力平衡，水力半径较大，调节方便，广泛应用于各种流量阀中。

如图2－64（d）所示，为得到薄壁孔的效果，在阀芯内孔局部铣出一薄壁区域，然后在薄壁区开出一周向缝隙。此节流口形状近似矩形，通流性能较好，由于接近于薄壁孔，故其流量稳定特性也较好。

如图2－64（e）所示，此节流口的形式为在阀套外壁铣削出一薄壁区域，然后在其中间开一个近似梯形窗口（如图中A向放大图所示）。圆柱形阀芯在阀套光滑圆孔内轴向移动时，阀芯前沿与阀套所开的梯形窗口之间形成由矩形到三角形变化的节流口，由于更接近于薄壁孔，故通流性能较好，这种节流口为目前最好的节流口之一，用于要求较高的节流阀上。

图2－64　常见节流口形式

（a）针阀节流口；（b）偏心槽式节流口；（c）三角槽式节流口；（d）旋转槽式节流口；（e）缝隙式节流口

（3）节流阀

①节流阀工作原理。

图2－65所示为一种普通节流阀的结构原理及图形符号。这种节流阀的节流通道呈轴向三角槽式。油液从进油口P1流入，经孔道a和阀芯左端的三角槽进入孔道b，再从出油口P2流出。调节手柄就能通过推杆使阀芯做轴向移动，通常通过改变节流口的通流截面面积来调节流量，阀芯在弹簧的作用下始终紧贴在推杆上。

②节流阀的应用。

a.进油口节流调速：将普通节流阀安置在液压缸工进时的进油管路上，和定量泵、溢流阀共同组成节流阀进口节流调速回路，如图2－66所示。

b.出油口节流调速：将普通节流阀安置在液压缸工进时的回油管路上，与定量泵、溢流阀共同组成节流阀出口节流调速回路，如图2－67所示。

在上述两种调速回路中，节流阀的开口调大，液压缸的速度便提高；反之则降低，即调节节流阀通流截面（开口）的大小即可调整液压缸的运动速度。

c.旁路节流调速：将普通节流阀安置在与液压缸工进时并联的管路上，与定量泵和溢流阀便构成了节流阀旁路节流调速回路，如图2－68所示。调节节流阀的开口大小便可调整液压缸的运动速度。与进口、出口调速不同的是，节流阀的开口调大，液压缸的速度降低；反之亦然。这里的溢流阀作为安全阀用，即系统正常工作时，溢流阀关闭；系统过载并达到事先设定的危险压力时，溢流阀开启、溢流，使系统压力不再升高，起到安全保护作用。

动画37　节流阀

动画38　节流阀2

图2－65　节流阀的结构原理及图形符号

（a）结构原理；（b）图形符号
1—弹簧；2—孔道（b）；3—阀芯；4—推杆；5—调节手柄；6—孔道（a）

图2－66　普通节流阀的进口节流调速回路

图2－67　普通节流阀的出口节流调速回路

d.作为背压阀用：将普通节流阀安置在液压缸工进时回油管路上，可使液压缸的回油建立起压力p2，即形成背压，作为背压阀用，如图2－69所示。

图2－68　普通节流阀的旁路节流调速回路

图2－69　普通节流阀作为背压阀用

e.组成容积节流调速回路：普通节流阀和差压式变量泵等组合在一起可构成容积节流调速回路。通常通过调节节流口的开口面积来调节液压缸的工作速度，进而调节节流阀的流量，节流阀流量的稳定性受压力和温度的影响较大。

（4）调速阀和溢流节流阀

通过节流口的流量特性方程可知，通过节流阀的流量受其进、出口两端压差变化的影响。在液压系统中，执行元件的负载变化时引起系统压力变化，进而使节流阀两端的压差也发生变化，而执行元件的运动速度与通过节流阀的流量有关。因此负载变化，其运动速度也相应发生变化。为了使流经节流阀的流量不受负载变化的影响，必须对节流阀前后的压差进行压力补偿，使其保持在一个稳定值上，这种带压力补偿的流量阀称为调速阀。

目前，在调速阀中所采取的保持节流阀前、后压差恒定的压力补偿的方式主要有两种：其一是将定差减压阀与节流阀串联，称为调速阀；其二是将溢流阀与节流阀并联，称为溢流节流阀。在此着重介绍这两种阀。

①调速阀。

a.调速阀的工作原理：调速阀由定差减压阀和节流阀两部分组成。定差减压阀可以串联在节流阀之前，也可串联在节流阀之后。图2－70所示为调速阀的结构原理及图形符号，图中1为定差减压阀阀芯，2为节流阀阀芯，压力为p1的油液流经减压阀阀口XR后，压力降为p2，然后经节流阀节流口流出，其压力降为p3。进入节流阀前的压力为p2的油液，经通道e和f进入定差减压阀的b和c腔；而流经节流口压力为p3的油液，经通道g被引入减压阀a腔。当减压阀的阀芯在弹簧力Fs、液动力Fy、液压力A3p3和（A1＋A2）p2的作用下处于平衡位置时，调速阀处于工作状态。此时，若调速阀出口压力p3因负载增大而增加，则作用在减压阀阀芯左端的压力增加，阀芯失去平衡向右移动，减压阀开口XR增大，减压作用减小，p2增加，而节流口两端压差Δp＝p2－p3基本保持不变。同理，当p3减小时，减压阀阀芯左移，p2也减小，节流口两端压差同样基本不变。这样，通过节流口的流量基本不会因负载的变化而改变。

动画39　调速阀

图2－70　调速阀结构原理及符号

（a）结构原理；（b）图形符号；（c）简化图形符号
1—定差减压阀阀芯；2—节流阀阀芯

b.调速阀的应用：调速阀的应用与节流阀相似，凡是节流阀能应用的场合，调速阀均可应用。与普通节流阀不同的是，调速阀应用于对速度稳定性要求较高的液压系统中。

②溢流节流阀。

a.溢流节流阀的工作原理：溢流节流阀是溢流阀与节流阀并联而成的组合阀，它也能补偿因负载变化而引起的流量变化。图2－71所示为溢流节流阀结构原理及图形符号。与调速阀不同，用于实现压力补偿的差压式溢流阀1的进口与节流阀2的进口并联，节流阀的出口接执行元件，差压式溢流阀的出口接回油箱。节流阀的前、后压力p1和p2经阀体内部通道反馈作用于差压式溢流阀的阀芯两端，在溢流阀阀芯受力平衡时，压力差p1－p2被弹簧力确定，基本不变，因此流经节流阀的流量基本稳定。

图2－71　溢流节流阀结构原理及图形符号

（a）结构原理；（b）图形符号；（c）简化图形符号
1—差压式溢流阀；2—节流阀

b.溢流节流阀的应用：溢流节流阀和调速阀都能使速度基本稳定，但其性能和使用范围不完全相同。主要差别如下：

•溢流节流阀的入口压力即泵的供油压力p随负载的大小而变化。负载大，供油压力大；反之亦然。因此泵的功率输出合理、损失较小，效率比采用调速阀的调速回路高。

•溢流节流阀的流量稳定性较调速阀差，在小流量时尤其如此。因此，在有较低稳定流量要求的场合不宜采用溢流节流阀，而对速度稳定性要求不高、功率又较大的节流调速系统中，如插床、拉床、刨床中应用较多。

•在使用中，溢流节流阀只能安装在节流调速回路的进油路上，而调速阀在节流调速回路的进油路、回油路和旁油路上都可以应用。因此，调速阀比溢流节流阀应用广泛。溢流节流阀由定差减压阀和一个可调节流阀串联组合而成，用定差减压阀来保证可调节流阀前后的压力差Δp不受负载变化的影响，从而使通过节流阀的流量保持稳定。

（5）节流阀的拆装训练

a.节流阀的拆卸：拆下流量调压螺母，取出推杆、阀芯、弹簧，了解阀的结构、特点、工作原理及应用。

b.调速阀的拆卸：拆卸下调速阀中的节流阀，拆下减压阀的螺钉，取出减压阀的弹簧和阀芯，了解阀的结构、工作原理及应用。

c.流量控制阀的装配：装配前清洗各零件，给配合面涂润滑油，按照拆卸的反向顺序装配。

d.流量控制阀的功能验证：独立设计简单回路，验证各个阀的功能。

5.插装阀与叠加阀结构原理分析

（1）插装阀

①插装阀的工作原理。

插装阀的结构原理及图形符号如图2－72所示，它由控制盖板、插装单元（包括阀套、弹簧、阀芯及密封件）、插装块体和先导型控制阀组成。由于这种阀的插装单元在回路中主要起通、断作用，故又称二通插装阀。二通插装阀的工作原理相当于一个液控单向阀。图中A和B为主油路仅有的两个工作油口，K为控制油口（与先导阀相接）。当K口无液压力作用时，阀芯受到的向上的油液压力大于弹簧力，阀芯开启，A与B相通，至于液流的方向，视A、B口的压力大小而定。反之，当K口有油液压力作用，且K口的油液压力大于A和B口的油液压力时，才能保证A与B之间关闭。

图2－72　插装阀的结构原理及图形符号

（a）结构原理；（b）图形符号
1—控制盖板；2—阀套；3—弹簧；4—阀芯；5—插装块体

插装阀通过与各种先导阀组合，便可组成方向控制阀、压力控制阀和流量控制阀，其结构如图2－73所示。

图2－73　插装阀的组成

1—先导型控制阀；2—控制盖板；3—逻辑单元（主阀）；4—阀块体

②方向控制插装阀。

插装阀可以组成各种方向控制阀，如图2－74所示。图2－74（a）所示为单向阀，当pA＞pB时，阀芯关闭，A与B不通；而当pB＞pA时，阀芯开启，油液从B流向A。图2－74（b）所示为二位二通阀，当电磁阀断电时，阀芯开启，A与B接通；当电磁阀通电时，阀芯关闭，A与B不通。图2－74（c）所示为二位三通阀，当电磁阀断电时，A与T接通；当电磁阀通电时，A与P接通。图2－74（d）所示为二位四通阀，当电磁阀断电时，P与B接通，A与T接通；当电磁阀通电时，P与A接通，B与T接通。

图2－74　插装阀作为方向控制阀

（a）单向阀；（b）二位二通阀；（c）二位三通阀；（d）二位四通阀

③压力控制插装阀。

插装阀可以组成压力控制阀，如图2－75所示。在图2－75（a）中，如B接油箱，则插装阀用作溢流阀，其原理与先导型溢流阀相同；如B接负载，则插装阀起顺序阀的作用。图2－75（b）所示为电磁溢流阀，当二位二通电磁阀通电时起卸荷作用。

图2－75　插装阀作为压力控制阀

（a）溢流阀；（b）电磁溢流阀

④流量控制插装阀。

二通插装节流阀的结构原理及图形符号如图2－76所示。在插装阀的控制盖板上有阀芯限位器，用来调节阀芯开度，从而起到流量控制阀的作用。若在二通插装阀前串联一个定差减压阀，则可组成二通插装调速阀。

图2－76　二通插装节流阀的结构原理及图形符号

（a）结构原理图；（b）图形符号

（2）叠加阀

①叠加式液压阀的工作原理。

叠加式液压阀简称叠加阀，它是在板式阀集成化的基础上发展起来的集成式液压元件。叠加阀的结构特点是阀体本身除容纳阀芯外，还兼有通道体的作用，即每个阀体上都加工出公共油液通道，各阀芯相应油口在阀体内与公共油道相接，从而能用其阀体的上、下安装面进行叠加式无管连接，组成集成化液压系统。使用叠加阀可实现液压元件间的无管化集成连接，并使液压系统连接方式大为简化、系统紧凑、功耗减少、设计安装周期缩短。

在叠加式液压系统中一个主换向阀及相关的其他控制阀所组成的子系统可以叠加成一阀组，阀组与阀组之间可以用底板或油管连接形成总液压回路，其外观如图2－77所示。

目前，叠加阀的生产已形成系列，每一种通径系列叠加阀的主油路通道的位置、直径以及安装螺钉的大小、位置和数量都与相应通径的主换向阀相同。因此，每一通径系列的叠加阀都可叠加起来组成相应的液压系统。

叠加阀根据工作性能可分为单功能叠加阀和复合功能叠加阀两类。

②单功能叠加阀。

单功能叠加阀与普通板式液压阀一样，也有压力控制阀（溢流阀、减压阀、顺序阀等）、流量控制阀（节流阀、调速阀等）和方向控制阀（只有单向阀，主换向阀不属于叠加阀）等。为便于连接形成系统，每个阀体上都具备P、T、A、B四条贯通的通道，阀内油口根据阀的功能分别与自身相应的通道相连接。为便于叠加，在阀体的接合面上，上述各通道的位置相同。由于结构的限制，这些通道多数为精密铸造成型的异形孔。

单功能叠加阀的控制原理、内部结构均与普通同类板式液压阀相似，在此仅以溢流阀为例，说明叠加阀的结构特点。

图2－78所示为先导型叠加式溢流阀的结构原理及图形符号。图中先导阀为锥阀，主阀芯前端为锥面的圆柱形。压力油从阀口P进入主阀芯右端e腔，作用于主阀芯6右端，同时通过小孔d进入主阀芯左腔b，再通过小孔a作用于锥阀芯3上。当进油口压力小于阀的调整压力时，锥阀芯关闭，主阀芯无溢流，当进油口压力升高，达到阀的调整压力后，锥阀芯打开，液流经小孔d、a到达出油口T1，液流流经阻尼孔d时产生压力降，使主阀芯两端产生压力差，此压力差克服弹簧力使主阀芯6向左移动，主阀芯开始溢流。调节推杆1可压缩弹簧2，从而调节阀的调定压力。图2－78（b）所示为先导型叠加式溢流阀的图形符号。

③复合功能叠加阀。

复合功能叠加阀又称为多机能叠加阀，它是在一个控制阀芯单元中实现两种以上控制机能的叠加阀。在此以顺序背压阀为例，介绍复合叠加阀的结构特点。

图2－77　叠加式液压系统外观

图2－79所示为顺序背压叠加阀的结构原理和图形符号，其作用是在差动系统中，当执行元件快速运动时，保证液压缸回油畅通；当执行元件进入工进工作过程后，顺序阀自动关闭，背压阀工作，在油缸回油腔建立起所需的背压。该阀的工作原理为：当执行元件快进时，A口的压力低于顺序阀的调定压力值，主阀芯在调压弹簧的作用下处于左端，油口B液流畅通，顺序阀处于常通状态。执行元件进入工进后，由于流量阀的作用，使系统的压力提高，当进油口A的压力超过顺序阀的调定值时，控制活塞推动主阀芯右移，油路B被截断，顺序阀关闭，此时B腔回油阻力升高，压力油作用在主阀芯上开有轴向三角槽的台阶左端面上对阀芯产生向右的推力，主阀芯1在A、B两腔油压的作用下继续向右移动使节流阀口打开，B腔的油液经节流口回油，使B腔回油保持一定的压力。

图2－78　先导型叠加式溢流阀的结构原理及图形符号

（a）结构原理；（b）图形符号
1—推杆；2，5—弹簧；3—锥阀芯；4—锥阀座；6—主阀芯

图2－79　顺序背压叠加阀的结构原理及图形符号

（a）结构原理；（b）图形符号
1—控制活塞；2—主阀芯；3—减压弹簧

6.电液比例阀、伺服阀与电液数字阀结构原理分析

（1）电液比例阀

前述各种阀大多是手动调节和开关式控制的阀，其输出参数在处于工作状态时是不可调节的，而电液比例阀是一种可以按输入的电气信号连续或按比例地对油液的压力、流量或方向进行远距离控制的阀，广泛应用于要求对液压参数进行连续控制或程序控制，但对控制精度和动态特性要求不太高的液压系统中。

现在的比例阀，一类是由电液伺服阀简化结构、降低精度发展起来的；另一类是用比例电磁铁取代普通液压阀的手调装置或电磁铁发展起来的。这里介绍的均指后者，它是当今比例阀的主流。

电液比例阀的构成，从原理上讲相当于在普通液压阀上装上一个比例电磁铁以代替原有的控制（驱动）部分。比例电磁铁是一种直流电磁铁，与普通换向阀用电磁铁的不同主要在于，比例电磁铁的输出推力与输入的线圈电流基本成比例。这一特性使比例电磁铁可作为液压阀中的信号给定元件。

普通电磁换向阀所用的电磁铁只要求有吸合和断开两个位置，并且为了增加吸力，在吸合时磁路中几乎没有气隙。而比例电磁铁则要求吸力（或位移）和输入电流成比例，并在衔铁的全部工作位置上，磁路中保持一定的气隙。图2－80所示为比例电磁铁的结构原理。

图2－80　比例电磁铁的结构原理

1—轭铁；2—线圈；3—限位环；4—隔磁环；5—壳体；6—内盖；7—盖；8—调节螺钉；9—弹簧；10—衔铁；11—（隔磁）支承环；12—导向套

根据用途和工作特点的不同，电液比例阀可以分为电液比例压力阀、电液比例方向阀和电液比例流量阀三大类。

下面对三类比例阀的工作原理进行简单介绍。

①电液比例压力阀。

用比例电磁铁取代先导型溢流阀的手调装置（调压手柄），便可组成先导型比例溢流阀，如图2－81所示。该阀下部与普通溢流阀的主阀相同，上部则为先导型比例压力阀。该阀还附有一个手动调整的安全阀（先导阀）9，用以限制比例溢流阀的最高压力，以避免因电子仪器发生故障而使得控制电流过大，压力超过系统允许最大压力的可能性。比例电磁铁的推杆向先导阀阀芯施加推力，该推力作为先导级压力负反馈的指令信号。随着输入电信号强度的变化，比例电磁铁的电磁力将随之发生变化，从而改变指令力P指的大小，使锥阀的开启压力随输入信号的变化而变化。若输入信号连续地、按比例地或按一定程序变化，则比例溢流阀所调节的系统压力也连续地、按比例地或按一定的程序进行变化。因此，比例溢流阀多用于系统的多级调压或实现连续的压力控制。

图2－81　先导型比例溢流阀的结构原理及图形符号

（a）结构原理；（b）图形符号
1—阀座；2—先导锥阀；3—轭铁；4—衔铁；5，8—弹簧；6—推杆；7—线圈；9—先导阀

直动型压力阀作为先导阀与其他普通的压力阀的主阀相配，便可组成先导型比例溢流阀、比例顺序阀和比例减压阀。

②电液比例方向阀。

用比例电磁铁取代电磁换向阀中的普通电磁铁，便构成直动型比例方向节流阀。由于使用了比例电磁铁，故阀芯不仅可以换位，而且换位的行程可以连续或按比例地变化，进而连通油口间的通流截面面积也可以连续或按比例地变化，所以比例方向节流阀不仅能控制执行元件的运动方向，而且能控制其速度。

部分比例电磁铁前端还附有位移传感器，能准确地测定电磁铁的行程，并向电子放大器发出电反馈信号。电子放大器将输入信号和反馈信号加以比较后，再向电磁铁发出纠正信号以补偿误差，因此阀芯位置的控制更加精确。

③电液比例流量阀。

用比例电磁铁取代节流阀或调速阀的手调装置，以输入电信号控制节流口开度，便可连续或按比例地远程控制其输出流量，实现执行部件的速度调节。节流阀芯由比例电磁铁的推杆操纵，输入的电信号不同，则电磁力不同，推杆受力不同，与阀芯左端弹簧力平衡后，便有不同的节流口开度。由于定差减压阀已经保证了节流口前后压差为定值，所以一定的输入电流就对应一定的输出流量，不同的输入信号变化就对应着不同的输出流量变化。

（2）电液伺服阀

电液伺服阀是20世纪40年代为满足航空、军工应用的需要而出现的一种液压控制阀，比电液比例阀的精度更高、响应更快，其输出流量或压力受输入的电气信号控制，伺服阀价格较高，对过滤精度的要求也较高。电液伺服阀目前广泛应用于要求高精度控制的自动控制设备中，用以实现位置控制、速度控制和力的控制等。电液伺服阀和电液伺服系统的动态过程非常复杂，这里仅对电液伺服阀的工作原理进行简单介绍。

电液伺服阀由伺服放大器进行控制。伺服放大器的输入电压信号来自电位器、信号发生器、同步机组和计算机的D／A数模转换器输出的电压信号等，其输出参数即电—机械转换器（力矩马达）的电流与输入电压信号成正比。伺服放大器是具有深度电流负反馈的电子放大器，一般主要包括比较元件（即加法器或误差检测器）、电压放大器和功率放大器等三部分。电液伺服阀在系统中一般不用做开环控制，系统的输出参数必须进行反馈，形成闭环控制。有的电液伺服阀还有内部状态参数的反馈。

图2－82所示为一典型的电液伺服阀，由电—机械转换器、液压控制阀和反馈机构三部分组成。

电液控制阀的电—机械转换器的直接作用是将伺服放大器输入的电流转换为力矩或力（前者称为力矩马达、后者称为力马达），进而转换为在弹簧支撑下阀的运动部件的角位移（力矩马达）或直线位移（力马达），以控制阀口的通流截面面积大小。

图2－82（a）的上部及图2－82（b）表示力矩马达的结构。衔铁7和挡板2为一整体，由固定在阀座上的弹簧管3支撑。挡板下端的球头插入滑阀10的凹槽，前后两块永久磁铁5与导磁体6、8形成一固定磁场。当线圈4内无控制电流时，导磁体6、8和衔铁间四个间隙中的磁通相等，且方向相同，衔铁受力平衡处于中位。当线圈中有控制电流时，一组对角方向气隙中的磁通增加，另一组对角方向气隙中的磁通减小，于是衔铁在磁力的作用下克服弹簧管的弹力偏移一个角度，挡板随衔铁偏转而改变其与两个喷嘴1与挡板间的间隙，一个间隙减小，另一个间隙相应增加。该电液伺服阀的液压阀部分为双喷嘴挡板先导阀控制的功率级滑阀式主阀，压力油经P口直接为主阀供油，但进喷嘴挡板的油则需经过滤器12进一步过滤。

图2－82　电液伺服阀

（a）电液伺服阀结构；（b）力矩马达结构
1—喷油器；2—挡板；3—弹簧管；4—线圈；5—永久磁铁；6，8—导磁体；7—衔铁；9—阀体；10—滑阀；11—节流孔；12—过滤器

当挡板偏转使其与两个喷嘴间隙不等时，间隙小的一侧的喷嘴腔压力升高，反之间隙大的一侧喷嘴腔压力降低。这两腔压差作用在滑阀的两端面上，使滑阀产生位移，阀口开启。这时压力油经P口和滑阀的一个阀口并经通口A或B流向液压缸（或马达），液压缸（或马达）的排油则经通口B或A和另一阀口并经通口T与回油相通。

滑阀移动时带动挡板下端球头一起移动，从而在衔铁挡板组件上产生力矩，形成力反馈，因此这种阀又称力反馈伺服阀。稳态时衔铁挡板组件在驱动电磁力矩、弹簧管的弹性反力矩、喷嘴液动力产生的力矩、阀芯位移产生的反馈力矩的作用下保持平衡。输入电流越大，电磁力矩越大，阀芯位移即阀口通流面积也越大，在一定阀口压差（如7 MPa）下，通过阀的流量也越大，即在一定阀口压差下，阀的流量近似与输入电流成正比。当输入电流极性反向时，输出流量也反向。

电液伺服阀的反馈方式除上述力反馈外还有阀芯位置直接反馈、阀芯位移电反馈、流量反馈、压力反馈（压力伺服阀）等多种形式。电液伺服阀内的某些反馈主要用于改善其动态特性，如动压反馈等。

上述电液伺服阀液压部分为二级阀，伺服阀也有单级的和三级的，三级伺服阀主要用于大流量场合。电液伺服阀的电—机械转换器除力矩马达等动铁式外，还有动圈式和压电陶瓷式等。

（3）数字阀

电液数字阀，简称数字阀，是用数字信息直接控制阀口的开启和关闭，从而实现液流压力、流量、方向控制的一种液压控制阀。数字阀可直接与计算机接口相连，不需要D／A转换器。与伺服阀及比例阀相比，数字阀结构简单、工艺性好、价格低廉、抗污染能力强、工作稳定可靠和功耗小。在计算机实时控制的电液系统中，已部分取代比例阀或伺服阀，为计算机在液压领域的应用开辟了一条新的途径。这里仅介绍数字阀的工作原理。

对计算机而言，最普通的信号是量化为两个量级的信号，即开和关。用数字量来控制阀的方法有很多，常用的是由脉数调制演变而来的增量控制法以及脉宽调制控制法。

增量控制数字阀采用步进电动机—机械转换器，通过步进电动机，在脉数信号的基础上，使每个采样周期的步数在前一个采样周期的步数上增加或减少步数，以达到需要的幅值，由机械转换器输出位移控制液压阀阀口的开启和关闭。图2－83所示为增量式数字阀控制系统的框图。

图2－83　增量式数字阀控制系统框图

脉宽调制式数字阀通过脉宽调制放大器将连续信号调制为脉冲信号并放大，然后输送给高速开关数字阀，以开启时间的长短来控制阀的开口大小。在需要做两个方向运动的系统中，要用两个数字阀分别控制不同方向的运动，其控制系统框图如图2－84所示。

图2－84　脉宽调制式数字阀控制系统框图

图2－85所示为步进电动机直接驱动的数字式流量控制阀的结构。当计算机给出脉冲信号后，步进电动机1转过一个角度Δθ，作为机械转换装置的滚珠丝杠2将旋转角度Δθ转换为轴向位移Δx直接驱动节流阀阀芯3，开启阀口。开在阀套上的节流口有两个，其中右节流口为非圆周通流，左节流口为全圆周通流。阀芯向左移时先开启右节流口，阀开口较小，移动一段距离后左节流口打开，两节流口同时通油，阀的开口增大。这种节流开口大小分两段调节的形式，可改善小流量时的调节性能。步进电动机转过一定步数，即可控制阀口的一定开度，从而实现流量控制。

该阀没有反馈功能，但装有零位移传感器6，在每个控制周期结束时，阀芯都可在它的控制下回到零位，使阀具有较高的重复精度。

图2－85　数字式流量控制阀

1—步进电动机；2—滚珠丝杠；3—阀芯；4—阀套；5—连杆；6—零位移传感器