多功能换向阀及其工作性能汽车流体传动与控制

换向阀利用阀芯对阀体的相对运动，使油路接通、关断从而变换液流的方向，以实现液压工作元件及其驱动机构的起动、停止或变换运动方向的功能。

液压传动系统对换向阀性能的主要要求是：

1）油液流经换向阀时压力损失要小。

2）互不相通的油口间的泄漏要小。

3）换向要平稳、迅速、可靠。

换向阀的种类很多，其分类方式有多种。一般来说按操作方式不同来分有：手动、机动、电动、液动和电-液动等多种；按阀芯工作时在阀体中所处的位置数来分有二位和三位等；按换向阀所控制的通路数不同来分有二通、三通、四通和五通等；按阀芯相对于阀体的运动方式不同来分有滑阀、转阀和球阀等。系列化和规格化了的标准换向阀，有专门的工厂生产。下面主要介绍滑阀式换向阀。

1.换向阀的工作原理

图5-13 滑阀式换向阀

a）工作原理图 b）图形符号

任何换向阀都是由阀体和阀芯两个主要部件组成的，通过外力（机械力、电磁力、液压力等）使阀芯在阀体内作相对运动来达到使油路切换的目的。图5-13所示为滑阀式换向阀。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，液流反向，活塞向左运动。换向阀的图形符号通常用一个粗实线方框符号代表一个工作位置，称为“位”，由于图5-13a所示换向阀的阀芯相对于阀体有三个工作位置，因而有三个方框。而该换向阀共有P、A、B、T₁和T₂5个油口，所以每一个方框中表示油的通路与方框共有5个交点，称为“通”，在中间位置，由于各油口之间互不相通，用“⊥”或“⊥”来表示。当阀芯向左移动时，表示该换向阀左位工作，即P与A、B与T₂相通；反之，则P与B、A与T₁相通。因此该换向阀被称为三位五通换向阀。图5-14所示为常用的二位和三位换向阀及其图形符号。换向阀中阀芯相对于阀体的运动需要有外力操纵来实现，常用的操纵方式有：手动、机动（行程）、电磁动、液动和电-液动，其符号如图5-15所示。不同的操纵方式与图5-14所示的换向阀符号组合就可以得到不同的换向阀，如三位四通电磁换向阀、三位五通液动换向阀等。

图5-14 常用的二位和三位换向阀

a）二位二通 b）二位三通 c）二位四通 d）二位五通 e）三位五通

图5-15 换向阀的操纵方式

2.换向阀的中位机能

滑阀的机能是指阀芯在初始位置时所控制的各油口之间的连接关系。三位阀的中位为初始位置，其机能称为中位机能，它有多种形式，见表5-1。不同的中位机能是通过改变阀芯的形状和尺寸实现的，它可以实现不同的控制和满足不同的使用要求。

表5-1 三位四通阀常用的滑阀机能

3.换向阀的主要性能

换向阀的主要性能要求：

1）工作可靠性。工作可靠性是指阀能否可靠地换向，它主要取决于换向阀的设计和制造，并且和使用也有关系。液动力和液压卡紧力的大小对换向阀的工作可靠性影响很大，而换向阀通过的流量和工作压力决定着这两个力的大小。对于操纵力较小的电磁换向阀只有在一定压力和流量范围内才能正常工作。

2）压力损失。当油液通过换向阀的阀口时，会产生压力损失。一般来说，铸造阀体流道中的压力损失比机械加工阀体的压力损失要小。

3）换向和复位时间。换向时间指从阀芯开始换向到换向终止的时间，复位时间指阀芯复位到初始位置所需的时间。减小换向和复位的时间可以提高工作效率，但会引起换向时的液压冲击。

4）内泄漏量。因为阀芯和阀体之间有间隙，在各个不同的工作位置，从高压腔漏到低压腔的泄漏量为内泄漏量。过大的内泄漏量不仅会降低系统的效率，引起油液过热，而且会影响工作机构的正常工作。(www.xing528.com)

4.换向阀的结构

1）手动换向阀。手动换向阀是利用手动杠杆机构推动滑阀的阀芯移动，来改变阀芯和阀体的相对工作位置，控制液体流动的方向的。图5-16所示为三位四通手动换向阀，该阀采用弹簧复位式，左端为操纵手柄，右端为弹簧自动复位机构。放开手柄，阀芯在弹簧力的作用下自动回到中间位置，左、右换向位置需靠手柄上的操纵力克服阀芯上的弹簧力来保持。这种阀的一个特点是：可通过操纵手柄控制阀芯的行程在一定范围内（中间位置到换向终止位置之间）变动，即各油口的开度可以根据需要进行调节，使其在换向的过程中兼有节流的功能。

图5-16 三位四通手动换向阀

1—手柄 2—销轴 3—右阀盖 4—右弹簧座 5—弹簧 6—右端小轴 7—左弹簧座 8—阀芯 9—阀体 10—左阀盖 11—销子

2）机动换向阀。机动换向阀是借助于运动部件上的挡铁或凸轮推动滚轮使阀芯移动。当挡铁或凸轮脱离滚轮后，阀芯靠弹簧恢复到原始位置，如图5-17所示。由于是借助于运动部件的运动推动机动换向阀变位的，故又称为行程阀。机动换向阀通常是二位的，可以是二通、三通、四通等形式。

图5-17 机动换向阀

1—滚轮 2—阀芯 3—弹簧

3）电磁换向阀。电磁换向阀是利用电磁铁通电吸合时产生的力推动阀芯变位来控制液流方向的。电磁换向阀是电气系统与液压系统之间的信号转换元件，由于它可以借助于按钮开关、行程开关、限位开关、压力继电器等发出的电信号进行控制，故操纵方便，自动化程度较高，在换向阀中应用最为广泛。但由于受到电磁铁的尺寸和推力的限制，电磁换向阀允许通过的流量较小，其通径不大于10mm。图5-18所示为二位三通电磁换向阀。在图示位置，油口P和A相通，油口B断开；当电磁铁通电吸合时，推杆1将阀芯2推向右端，这时油口P和A断开，而与B相通。当电磁铁断电释放时，弹簧3推动阀芯复位。

图5-18 二位三通电磁换向阀

1—推杆 2—阀芯 3—弹簧

如前所述，电磁换向阀就其工作位置来说，有二位和三位等。二位电磁换向阀有一个电磁铁，靠弹簧复位；三位电磁换向阀有两个电磁铁。图5-19所示为一种三位五通电磁换向阀。

图5-19 三位五通电磁换向阀

4）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，如图5-20所示为三位四通液动换向阀。阀芯是由其两端密封腔中油液的压差来移动的，当控制油路的压力油从阀右边的控制油口K₂进入滑阀右腔时，K₁接通回油，阀芯向左移动，使压力油口P与B相通，A与T相通；当K₁接通压力油，K₂接通回油时，阀芯向右移动，使得P与A相通，B与T相通；当K₁、K₂都通回油时，阀芯在两端弹簧和定位套作用下回到中间位置。

5）电-液换向阀。电-液换向阀是由电磁阀和液动换向阀组合而成的。电磁阀起先导作用，它可以改变控制液流的方向，继而改变液动换向阀阀芯的位置。由于操纵液动换向阀的液压推力可以很大，所以主阀阀芯的尺寸可以做得很大，允许有较大的油液流量通过，这样用较小的电磁铁就能控制较大的液流。

图5-20 三位四通液动换向阀

图5-21 电-液换向阀

a）结构 b）详细图形符号 c）简化图形符号

图5-21a所示为弹簧对中型三位四通电-液换向阀的结构图，当先导电磁阀左边的电磁铁通电后使其阀芯向右边位置移动，来自主阀P口或外接油口的控制压力油可经先导电磁阀的A口和左单向阀进入主阀左端容腔，并推动主阀阀芯向右移动，这时主阀阀芯右端容腔中的控制油液可通过右边的节流阀经先导电磁阀的B口和T口，再从主阀的T口或外接油口流回油箱（主阀阀芯的移动速度可由右边的节流阀调节），使主阀P与A、B和T的油路相通；反之，当先导电磁阀右边的电磁铁通电时，可使P与B、A与T的油路相通；当先导电磁阀的两个电磁铁均不通电时，先导阀阀芯在其对中弹簧作用下回到中位，此时来自主阀P口或外接油口的控制压力油不再进入主阀阀芯的左、右两容腔，主阀阀芯左、右两腔的油液通过先导阀中间位置的A、B两油口与先导阀T口相通，再从主阀的T口或外接油口流回油箱。主阀阀芯在两端对中弹簧的预紧力的推动下，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。电-液换向阀除了上述的弹簧对中型以外还有液压对中的，在液压对中的电-液换向阀中，先导式电磁阀在中位时，A、B两油口均与控制压力油口P连通，而T则封闭，其他方面与弹簧对中的电-液换向阀基本相似。图5-21b、c所示分别为电-液换向阀的详细与简化图形符号。