《流体传动与控制》课件第5章

第5章流体传动与控制调节元件5.1概述5.2液压方向控制阀5.3液压压力控制阀5.4液压流量控制阀5.5其它控制阀5.6常用气动控制阀5.7新型调节控制元件 5.1概述

5.1.1控制阀的分类

流体传动控制系统中的控制阀有多种分类方式，每类控制阀又有不同的结构和应用。可按不同的特征对控制阀进行分类，如表5－1所示。表5－1控制阀的分类

尽管各类控制阀的结构形式不同、控制功能各异，但它们具有一些共同点:

(1)在结构上，所有的阀都由阀体、阀芯（转阀或滑阀）和驱使阀芯动作的零、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，阀进、出口间压差以及流过阀的流量之间的关系都符合孔口流量公式，只是各种阀的控制参数各不相同。5.1.2控制阀的性能参数

阀的规格用阀进、出油口的公称通径Dg表示（单位为mm）。Dg相同的阀，其阀口的实际尺寸不一定完全相同。控制阀的性能参数主要有额定压力、额定流量、额定压力损失、最小稳定流量等数值参数。近期生产的产品除对不同的阀规定一些不同的性能参数，如最大工作压力、开启压力、压力调整范围、允许背压、最大流量外，同时给出若干条特性曲线，如压力—流量曲线、压力损失—流量曲线等，这样就能更确切地表明阀的性能。控制阀性能的基本要求有:

（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。

因液压传动在工业传动中有传递动力大、使用范围广泛等显著优点，所以从5.2节至5.5节所介绍的控制阀都是液压控制阀；由于气动控制阀在工作原理和结构方面与液压控制阀具有很大的相似性，因此主要是在5.6节中集中讲述。 5.2液压方向控制阀

液压方向控制阀主要是用来接通、切断油路或改变液流流动方向，以操纵执行元件的启动、停止或改变其运动方向，如液压缸的前进、后退与停止，液压马达的正反转与停止等。它主要有单向阀和换向阀两大类，如表5－2表示。表5－2液压方向控制阀的分类5.2.1单向阀

1.普通单向阀

1)工作原理

图5－1（a）所示是一种管式普通单向阀的结构。压力油从阀体左端的通口P1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2上的径向孔a、轴向孔b从阀体右端的通口流出。但是压力油从阀体右端的通口P2流入时，它和弹簧力一起使阀芯锥面压紧在阀座上，使阀口关闭，油液无法通过。图5－1（b）所示是单向阀的图形符号。图5－1直通式单向阀常用的单向阀有两种结构形式，图5－1是直通式单向阀，图5－2是直角式单向阀。直通式单向阀中的油流方向和阀的轴线方向相同；直角式单向阀的进出油口P1、P2的轴线均和阀体轴线垂直，所以阀的阻力较大。也有用钢球替代锥形阀芯的单向阀，但钢珠易漏油，只能承受较低的反向压力，故多用在低压场合。锥阀阀芯虽然结构复杂，但能承受很高的反向压力，阀芯的导向性好，运动平稳。图5－2直角式单向阀管式连接阀的油口可通过管接头和油管相连，阀体的重量靠管路支承，因此阀的体积不能太大太重。图5－2所示的阀属于板式连接阀，阀体用螺钉固定在机体上，阀体平面和机体平面紧密贴合，阀体上各油孔分别和机体上相对应的孔对接，用“O”形密封圈使它们密封。也有在阀体和机体之间再另外附加一块连接板的结构。

2)对单向阀的工作要求

（1）开启压力小。

（2）能产生较高的反向压力，反向泄漏小。

（3）正向导通时，阀的阻力损失小。

（4）阀芯运动平稳，无振动、冲击或噪声产生。

单向阀中的弹簧主要是用来克服阀芯的摩擦阻力和惯性力的，为使单向阀工作灵敏可靠，普通单向阀的弹簧刚度一般都选得很小，以避免油液流动时产生较大的压降。一般单向阀的开启压力为0.035～0.05MPa，当通过其额定流量时的压力不应超过0.1～0.3MPa，若采用较大刚度的弹簧，使其开启压力达0.2～0.6MPa，可将其放在回油路中作背压阀使用。

单向阀的主要性能参数有: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。

3)主要用途

（1）安装在泵的出油口，防止压力冲击影响泵的正常工作，也可防止泵不工作时系统油液倒流回泵，如图5－3所示。

（2）分隔油路以防止高低压互扰。

如图5－4所示，1是低压大流量泵，2是高压小流量泵。低压时两个泵排出的油液共同流向主油路，给系统供油。高压时，单向阀的反向压力为高压，单向阀关闭，泵2排出的高压油经过虚线表示的控制油路将阀3打开，使泵1排出的油经阀3流回油箱，高压泵2单独向系统供油，系统压力由阀4确定。这样，单向阀将两个压力不同的泵隔断，不互相影响。图5－3单向阀安装于泵的出油口图5－4单向阀隔开高低压泵（3）产生背压。

如图5－5所示，高压油进入缸的无杆腔，活塞右行，有杆腔中的低压油经单向阀后流回油箱。单向阀有一定压力降低，故在单向阀上游总保持一定压力，此压力也就是有杆腔中的压力，叫做背压，其数值不高，一般约为0.5MPa，保证无杆腔中的压力不会为零。在缸的回油路上保持一定背压，可防止活塞的冲击，使活塞运动平稳。此种用途的单向阀也叫背压阀。（4）将执行机构和系统隔断。

如图5－6所示，由换向阀3和4分别控制两个缸的进退。在换向阀3、4和系统之间放置了两个单向阀1、2。当正常工作时，系统的压力油分别经过单向阀1、换向阀3以及单向阀2、换向阀4分别进入液压缸。若系统由于某种原因失压时，因为单向阀的作用，缸仍可维持一定压力，从而可防止因负载力或运动件的自重使缸的活塞反向运动。这样两个单向阀将缸和系统隔断，使两个缸互不影响。图5－5单向阀作背压阀图5－6执行机构和系统隔断

(5)用单向阀和其它阀组成复合阀。

在图5－7中，由单向阀和节流阀组成复合阀，叫单向节流阀。用单向阀组成的复合阀还有单向顺序阀、单向减压阀、单向换向阀等。图5－7单向阀和节流阀组成复合阀

2.液控单向阀

液控单向阀有内泄式和外泄式两种。图5－8(a)所示是液控单向阀的结构。当控制口K处无压力油通入时，它的工作机制和普通单向阀一样。压力油只能从通口P1流向通口P2，不能反向倒流。当控制口K有控制压力油时，因控制活塞1右侧a腔通泄油口，活塞1右移，推动顶杆2顶开阀芯3，使通口P1和P2接通，油液就可在两个方向自由通流。图5－8（b）所示是液控单向阀的图形符号。图5－8液控单向阀

1)工作原理

图5－8(a)为内泄式液控单向阀。此类液控单向阀无专门的泄油口，控制活塞的背压腔与P1相通。p1腔的压力p1作用在控制活塞的上端面上，形成控制压力pK的阻力。当p1=0时,pK=(0.4～0.5)p2。当p1≠0时所需的pk更大。P1腔和P2腔压力所形成的力，对控制活塞来说都是阻力。

图5－8(b)为液控单向阀的图形符号。这种结构较为简单，但是由于反向开启时所需的控制压力pK较高，所以仅适用于P1腔压力较低的场合。

2)用途举例

（1）做立式液压缸的支撑阀。

如图5－9所示，通过液控单向阀往立式缸的下腔供油，活塞上行。停止供油时，因有液控单向阀，活塞靠自重不能下行，于是可在任一位置悬浮。将液控单向阀的控制口加压后，活塞即可靠自重下行。若此立式缸下行是工作行程，可同时往缸的上腔和液控单向阀的控制口加压，则活塞下行，完成工作过程。图5－9做立式液压缸的支撑阀（2）对液压缸进行锁紧。

如图5－10所示，若A为高压进油管，B为低压排油管，对液控单向阀1而言，液控口通高压油，打开液压单向阀1，使回油路中油液顺利通过。此时将高压油管A中的压力作为加在液控单向阀2的正向进口上，液控单向阀2也构成通路，高压油自A管进入缸，活塞右行，低压油自B管排出，缸的工作和不加液控单向阀时相同。同理，若B管为高压，A管为低压，则活塞左行。若A、B管均不通压力油，则液控单向阀的控制口均无压力，阀1和阀2均闭锁。此时活塞不管是受到正向负载力还是反向负载力，因缸两腔的油均被封死，活塞不能运动，这样就形成了缸的双向闭锁。图5－10对液压缸进行锁紧5.2.2换向阀

换向阀是利用阀芯相对于阀体的相对运动，使油路接通、关断，或改变油流的方向，从而使液压执行元件启动、停止或变换运动方向，因而叫换向阀。

液压系统对换向阀性能的主要要求是:

（1）油液流经换向阀时的压力损失小；

（2）互不相通的油口间的泄露小；

（3）换向平稳、迅速且可靠。

1.换向阀的工作原理

图5－11所示为滑阀式二位四通换向阀的工作原理。当阀芯移到左端时，泵的流量流向B口，使活塞向左运动，活塞右腔的油液经A口和阀流回油箱；反之，当阀芯移到右端时，活塞便向右运动。因此，通过阀芯的移动可实现执行元件的正、反向运动。图5－11滑阀式换向阀

2.换向阀的结构形式

按阀芯相对于阀体的运动方式来分有滑阀式换向阀和转阀式换向阀两种，在液压系统中，滑阀式换向阀远比转阀式换向阀用得广泛。表5－3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。

换向阀的功能主要由其控制的通路数及工作位置所决定。

位是指阀芯的位置，例如阀芯有两种位置的换向阀简称二位换向阀。阀芯有三种位置的换向阀简称三位换向阀，阀的位置数大于三的叫多位换向阀。“位”在符号图中以方框表示，见图5－11和表5－3图形符号中的方框。表5－3滑阀式换向阀主体部分的结构原理、图形符号和使用场合

1）结构主体

阀体和滑动阀芯是滑阀式换向阀的结构主体。表5－3中所示结构是阀体最常见的结构形式。由表可见，阀体上开有多个通口，阀芯移动后可以停留在不同的工作位置上。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，阀芯有左、中、右三个工作位置。当阀芯处在图示中间位置时，五个通口都关闭；当阀芯移向左端时，通口T2

关闭，通口P和B相通，通口A和T1相通；当阀芯移向右端时，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。换向阀符号的含义如下:

（1）用方框表示阀的工作位置，有几个方框就表示几“位”。

（2）方框内的箭头表示在这一位置上油路处于接通状态，但并不一定表示油流的实际流向。

（3）方框内符号或表示此油路被阀芯封闭，即不通。

（4）一个方框的上边和下边与外部连接的接口数有几个，就表示几“通”。

（5）一般阀与系统供油路连接的进油口用字母P表示；阀与系统回油路连接的回油口用字母T(或O）表示；而阀与执行元件连接的工作油口则用字母A、B等表示。有时在图形符号上还标出泄漏油口，用字母L表示。

2)滑阀的操纵方式

表5－4中列举了常见的滑阀操纵方式。表中列举仅是举例，表中的被操纵阀和操纵方式无本质联系，即如果是机动操纵方式也可以操纵三位四通阀等。表5－4滑阀操纵方式图5－12（a）所示为转动式换向阀（简称转阀）的工作原理图。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。5－12（b）所示是它的图形符号。图5－12转阀

3.换向阀的性能和特点

1)中位机能

三位换向阀的阀芯在中间位置时，各通口间有不同的连通方式，可满足不同的使用要求。这种连通方式称为换向阀的中位机能。三位四通换向阀常见的中位机能、型号、符号及其特点示于表5－5中。三位五通换向阀的情况与此相似。不同的中位机能是通过改变阀芯的形状和尺寸得到的。表5－5三位四通换向阀的中位机能在分析和选择阀的中位机能时，通常考虑以下几点:

（1）系统保压。当P口被堵塞时，系统保压，液压泵能用于多缸系统。当P口不太通畅地与T口接通时(如X型)，系统能保持一定的压力供控制油路使用。

（2）系统卸荷。P口通畅地与T口接通时，系统卸荷。

（3）启动平稳性。阀在中位时，液压缸某腔如通油箱，则启动时该腔内因无油液起缓冲作用，启动不太平稳。

（4）液压缸“浮动”和在任意位置上的停止，阀在中位，当A、B两口互通时，卧式液压缸呈“浮动”状态，可利用其它机构移动工作台，调整其位置。当A、B两口堵塞或与P口连接(在非差动情况下)，则可使液压缸在任意位置停下来。

（5）换向平稳性与精度。当液压缸A、B两口都堵塞时，换向过程中易产生液压冲击，换向不稳，但换向精度高；反之，A、B两口都通T口时，换向过程中部件不易制动，换向精度低，但液压冲击小。

2)主要性能

换向阀的主要性能主要包括下面几项（以电磁阀为例）:

(1)工作可靠性。

工作可靠性指电磁铁通电后能否可靠地换向，而断电后能否可靠地复位。工作可靠性主要取决于设计和制造，和使用也有关系。液动力和液压卡紧力的大小对工作可靠性影响很大，而这两个力与通过阀的流量和压力有关。所以电磁阀也只有在一定的流量和压力范围内才能正常工作。

(2)压力损失。

由于电磁阀的开口很小，故液流流过阀口时会产生较大的压力损失。

(3)内泄漏量。

在不同的工作位置，在规定的工作压力下，从高压腔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，引起过热，而且会影响执行机构的正常工作。

（4）换向和复位时间。

换向时间指从电磁铁通电到阀芯换向终止的时间；复位时间指从电磁铁断电到阀芯回复到初始位置的时间。减小换向和复位时间可提高机构的工作效率，但会引起液压冲击。交流电磁阀的换向时间一般约为0.03～0.05s，换向冲击较大；而直流电磁阀的换向时间约为0.1～0.3s，换向冲击较小。通常复位时间比换向时间稍长。（5）换向频率。

换向频率是在单位时间内阀所允许的换向次数。目前单电磁铁的电磁阀的换向频率一般为60次/分钟。

（6）使用寿命。

使用寿命指使用到电磁阀某一零件损坏，不能进行正常的换向或复位动作，或使用到电磁阀的主要性能指标超过规定指标时所经历的换向次数。

电磁阀的使用寿命主要取决于电磁铁。湿式电磁铁的寿命比干式的长，直流电磁铁的寿命比交流的长。

3)滑阀的液压卡紧现象

一般滑阀的阀孔和阀芯之间有很小的间隙，当缝隙均匀且缝隙中有油液时，移动阀芯所需的力只需克服黏性摩擦力，数值是相当小的。但在实际使用中，特别是在中、高压系统中，当阀芯停止运动一段时间(一般约5min)后，这个阻力可以大到几百牛顿，使阀芯很难重新移动。这就是所谓的液压卡紧现象。

引起液压卡紧的原因，有的是由于脏物进入缝隙而使阀芯移动困难，有的是由于缝隙过小在油温升高时阀芯膨胀而卡死，但是主要原因是来自滑阀副几何形状误差和同心度变化所引起的径向不平衡液压力。滑阀的液压卡紧现象不仅在换向阀中有，其他的液压阀也普遍存在，在高压系统中更为突出，特别是滑阀的停留时间越长，液压卡紧力越大，以致造成移动滑阀的推力(如电磁铁推力)不能克服卡紧阻力，使滑阀不能复位。为了减小径向不平衡力，应严格控制阀芯和阀孔的制造精度，在装配时，尽可能使其成为顺锥形式；另一方面，在阀芯上开环形均压槽，也可以大大减小径向不平衡力。

4.换向阀的应用

换向阀可应用于以下方面:

（1）使执行机构或增压器换向。

（2）和溢流阀组成泵的卸荷回路。

（3）换向阀作为先导阀控制液动换向阀、液控单向阀和插装阀。

（4）和压力阀配合使系统具有几种不同的压力。

（5）使泵排出的流量通向系统或通向油箱。

（6）组成差动回路使缸增速。

（7）和节流阀配合构成速度换接回路。

（8）使阀的进出油口连通或断路。例如，在串联调速回路中,可使串联的两个节流阀中的一个失去效应。

（9）和比例电磁铁构成比例方向阀。

（10）利用换向阀的机能锁紧系统,或使执行机构高低压腔连通。5.3液压压力控制阀

压力控制阀是用来对液压系统中液流的压力进行控制与调节的阀,此类阀是利用作用在阀芯上的液体压力和弹簧力相平衡的原理来工作的。常见的压力控制阀有溢流阀、减压阀、顺序阀、压力继电器等。常见压力控制阀的类型如表5－6所示。表5－6压力控制阀的分类5.3.1溢流阀

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、调压或限压的作用。

液压系统对溢流阀的性能要求有:

（1）定压精度高。当流过溢流阀的流量发生变化时，系统中的压力变化要小，即静态压力超调要小。

（2）灵敏度要高。溢流阀的灵敏度越高，则动态压力超调越小。

（3）工作要平稳，且无振动和噪声。

（4）当阀关闭时，密封要好，泄漏要小。对于经常开启的溢流阀，主要要求（1）~（3）项性能；而对于安全阀，则主要要求（2）和（4）两项性能。其实，溢流阀和安全阀都是同一结构的阀，只不过是在不同要求时有不同的作用而已。

2.工作原理和结构形式

常用的溢流阀按其结构形式和基本动作方式可分为直动式和先导式两种。

1)直动式溢流阀

图5－13为直动式溢流阀的结构图和图形符号。它由阀体、阀芯、调压弹簧、弹簧座、调节螺母等组成。压力油从进油口P进入阀后，经孔f和阻尼孔g后作用在阀芯4的底面c上。当进口压力较低时，阀芯在弹簧2的预调力作用下处于最下端，由底端螺母限位。由阀芯与阀体5构成有重叠量l的节流口，将P与T口隔断，阀处于关闭状态。图5－13低压直动式溢流阀当进口P处油压力升高，在阀芯下端所产生的作用力超过弹簧的预调力时，阀芯开始上升。当阀芯上移重叠量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，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。阀芯上的阻尼孔g用来对阀芯的动作产生阻尼，以提高阀的动作平衡性，调整螺母1可以改变弹簧的压紧力，这样也就调整了溢流阀进口处的油液压力P。

图5－13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的背压作用在阀芯上端面，这时与弹簧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。当溢流阀稳定工作时，作用在阀芯上的油液压力、弹簧的压紧力Fs、稳态轴向液动力Fbs、阀芯的自重G和摩擦力Ff是平衡的，它们可用下式表示:（5－1）式中，p为进油口压力；A0为阀芯承受油液压力的面积。由式（5－1）可以看出，溢流阀是利用被控压力作为信号来改变弹簧的压缩量，从而改变阀口的通流面积和系统的溢流量来达到定压的目的。当系统压力升高时，阀芯上升，阀口通流面积增加，溢流量增大，进而使系统压力下降。溢流阀内部通过阀芯的平衡及运动构成的这种负反馈作用是也是所有定压阀的基本工作原理。若忽略液动力、阀芯自重的摩擦力，则式（5－1）可写成:（5－1）由式(5－2)可知，弹簧力的大小与控制压力成正比，如果提高被控压力，一方面可用减小阀芯的面积来达到，另一方面则需增大弹簧力。而溢流阀调节的压力值受到结构限制，必须采用大刚度的弹簧。这样，在阀芯相同位移的情况下，弹簧力变化较大，因而该阀的定压精度就低。所以，这种低压直动式溢流阀一般用于压力小于2.5MPa的小流量场合。直动式溢流阀采取适当的措施也可用于高压大流量。例如，德国Rexroth公司开发的通径为6～20mm的压力为40～63MPa；通径为25～30mm的压力为31.5MPa的直动式溢流阀，最大流量可达到330L/min，其中较为典型的锥阀式结构如图5－14所示。

图5－14为锥阀式结构的局部放大图，在锥阀的下部有一阻尼活塞3，活塞的侧面铣扁，以便将压力油引到活塞底部，该活塞除了能增加运动阻尼以提高阀的工作稳定性外，还可以使锥阀导向而在开启后不会倾斜。此外，锥阀上部有一个偏流盘1，盘上的环形槽用来改变液流方向，一方面以补偿锥阀2的液动力，另一方面由于液流方向的改变，产生一个与弹簧力相反方向的射流力。当通过溢流阀的流量增加时，虽然因锥阀阀口增大引起弹簧力增加，但由于与弹簧力方向相反的射流力也同时增加，抵消了弹簧力的增量，有利于提高阀的通流流量和工作压力。图5－14直动式锥阀式溢流阀

2)先导式溢流阀

图5－15所示为先导式溢流阀的工作原理图和图形符号，它由先导阀和主阀组成。压力油从P口进入，通过阻尼孔3后作用在先导阀4上，当进油口压力较低，先导阀上的液压作用力不足以克服导阀右边的弹簧5的作用力时，先导阀关闭，没有油液流过阻尼孔，所以主阀芯2两端压力相等，在较软的主阀弹簧1作用下主阀芯2处于最下端位置，溢流阀阀口P和T隔断，没有溢流。当进油口压力升高到作用在导阀上的液压力大于先导阀弹簧作用力时，先导阀打开，压力油就可通过阻尼孔、经先导阀流回油箱，由于阻尼孔的作用，使主阀芯上端的液压力p2小于下端压力p1，当这个压力差作用在面积为AB的主阀芯上的力等于或超过主阀弹簧力Fs、轴向稳态液动力Fbs、摩擦力Ff和主阀芯自重G时，主阀芯开启，油液从P口流入，经主阀阀口T流回箱，实现溢流，即有:(5－3)由式(5－3)可知，由于油液通过阻尼孔而产生的p1与p2之间的压差值不太大，所以主阀芯只需一个小刚度的软弹簧即可。而作用在先导阀4上的液压力p2与其导阀阀芯面积的乘积即为导阀弹簧5的调压弹簧力，由于导阀阀芯一般为锥阀，受压面积较小，所以用一个刚度不太大的弹簧即可调整较高的开启压力p2，用螺钉调节导阀弹簧的预紧力，就可调节溢流阀的溢流压力。图5－15先导式溢流阀先导式溢流阀有一个远程控制口K，如果将K口用油管接到另一个远程调压阀(远程调压阀的结构和溢流阀的先导控制部分一样)，调节远程调压阀的弹簧力，即可调节溢流阀主阀芯上端的液压力，从而对溢流阀的溢流压力实现远程控制。但是，远程调压阀所能调节的最高压力不得超过溢流阀本身先导阀的调整压力。当远程控制口K通过二位二通阀接通油箱时，主阀芯上端的压力接近于零，主阀芯上移到最高位置，阀口开得很大。由于主阀弹簧较软，这时溢流阀P口处压力很低，系统的油液在低压下通过溢流阀流回油箱，实现卸荷。

先导式溢流阀按其阀芯不同有三种典型结构形式:一级、二级和三级同心式。二级同心式先导式溢流阀如图5－16所示，该阀由先导阀和主阀两部分组成，先导阀为锥阀，主阀芯为带圆柱面的锥阀。其主阀芯导向面和锥面与阀套配合良好，两处同心度要求较高，二级同心由此得名。当系统压力低于调压弹簧调定值时，主阀芯向下压在阀座上，进油口和溢流口不通。当系统压力超过调压弹簧的调定值时，先导阀打开，油液回油腔。这样，主阀芯向上抬起，使P腔和O腔接通，压力油从P腔溢流至O腔。阻尼孔对阀芯的运动产生阻尼，以提高溢流阀工作的稳定性。这种阀的密封性好,通油能力大,压力损失小,结构紧凑。图5－16二级同心式先导式溢流阀

3.溢流阀的性能

溢流阀的性能包括溢流阀的静态性能和动态性能。

1)静态性能

(1)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，系统压力能平稳地上升或下降，且压力无突跳及迟滞现象时的最大和最小调定压力。溢流阀的最大允许流量为其额定流量，在额定流量下工作时，溢流阀应无噪声,溢流阀的最小稳定流量取决于它的压力平稳性要求，一般规定为额定流量的15%。（2）启闭特性。启闭特性是指溢流阀在稳态情况下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。它是衡量溢流阀定压精度的一个重要指标，一般用溢流阀处于额定流量、调定压力ps时，开始溢流的开启压力pk及停止溢流的闭合压力pB分别与ps的百分比来衡量，前者称为开启比pk，后者称为闭合比pB，即(5－4)(5－5)图5-17溢流阀的启闭特性曲线（3）卸荷压力。当溢流阀的远程控制口K与油箱相连时，额定流量下的压力损失称为卸荷压力。

2)动态性能当溢流阀在溢流量发生由零至额定流量的阶跃变化时，它的进口压力也就是它所控制的系统压力将如图5－18所示迅速升高并超过额定压力的调定值，然后逐步衰减到最终稳定压力，从而完成其动态过渡过程。图5－18流量阶跃变化时溢流阀的进口压力响应特性曲线定义最高瞬时压力峰值与额定压力调定值ps的差值为压力超调量Δp，则压力超调率Δp为(5－6)它是衡量溢流阀动态定压误差的一个性能指标。一个性能良好的溢流阀，其Δp≤10%～30%。图5－18中所示t1称为响应时间,t2称为过渡过程时间。显然，t1越小，溢流阀的响应越快；t2越小，溢流阀的动态过渡过程时间越短。

4.溢流阀的应用

1)与调速阀配合构成恒压能源

在图5－19中，1为液压泵，2为溢流阀，3为调速阀，这三种元件构成定压能源的典型组合。在泵出口处并联了溢流阀，它的作用是即便流过溢流阀的流量产生变化而流量产生变化而仍能保持溢流阀的进口压力不变。在泵出口为恒压的条件下，改变调速阀3的开度，就可改变通往系统的流量，多余的油经溢流阀流回油箱。当通往系统的流量变化时，流经溢流阀的流量也变化。因溢流阀的调节作用，可使泵出口压力基本维持不变。图5－19恒压能源

2)作安全阀

图5－20中管路3是高压、管路4是低压。高压管路中的压力取决于液压马达所带动的负载力矩。溢流阀5的调定压力应确定为:系统在正常工作压力下，溢流阀5不开启，当系统压力超过某一规定值时，溢流阀开启，高压油从管路3经溢流阀5到低压管路。此时，系统压力只维持溢流阀所调定的数值，而不能继续再增加。这样，就保护了系统免受高压的侵害。因此把起这种作用的溢流阀叫安全阀。图5－20溢流阀作安全阀

3)与二位二通阀配合使泵卸荷

在图5－21中，二位二通阀处于断路位置，即溢流阀的遥控口不能和油箱相通，此时溢流阀以调定的压力值正常工作。

当二位二通阀处于通路位置时，即溢流阀的遥控口和油箱相通。在图中，也就是弹簧腔K中无压力，主阀芯上移，溢流口的开口量达最大值，阻力很小，泵排出的油压力很小，全部经溢流阀流回油箱。定量泵虽排出了恒定流量但压力很小，输出功率很小，接近于零，从而可认为泵和拖动泵的原动机被卸荷。从阀的使用功能看，此时的溢流阀也可叫卸荷阀。图5－21溢流阀作卸荷阀

4)使一个主溢流阀具有多级调定压力

在图5－22中，1为主溢流阀，2、3、4为远程调压阀，也叫遥控调压阀。阀2、3、4均事先调整好各自的调定压力。当换向阀5处于中位时，系统的压力取决于调压阀2的调定压力。当换向阀5处于左位时，系统的压力取决于调压阀4。当换向阀5处于右位时，系统的压力取决于调压阀3的压力。系统有三种不同的压力调定值。阀3和阀4的调定压力应小于阀2的调定压力。图5－22多级调定压力5.3.2减压阀

1.功用和要求

在同一系统中，经常会遇到一个泵向几个执行元件同时供油的情况，而执行元件所需的工作压力不尽相同。若某执行元件所需的工作压力较泵的供油压力低，可在该分支油路中并联一减压阀。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。

减压阀又可分为定值减压阀、定比减压阀和定差减压阀三种。其中定值减压阀应用最广，简称为减压阀。减压阀也分为直动式和先导式两种。

对减压阀的性能要求是:出口压力维持恒定，不受进口压力、通过流量大小的影响。

2.工作原理和结构

原理和图形符号，当阀芯处在原始位置上时，它的阀口a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，出口压力未达到调定压力时阀口全开、阀芯不工作。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。如忽略其它阻力，仅考虑阀芯上的液压力和弹簧力相平衡的条件，则可认为出口压力基本上维持在某一调定值上。这时如出口压力减小，阀芯下移，阀口开大，阀口处阻力减小，压降下降，使出口压力回升到调定值上。反之，如出口压力增大，则阀芯上移，阀口关小，阀口处阻力加大，压降增大，使出口压力下降至调定值。

图5－24所示为先导式减压阀的工作原理和图形符号，其工作原理可仿照前述的先导式溢流阀来进行分析。图5－23直动式减压阀图5－24先导式减压阀先导式减压阀和先导式溢流阀之间有如下几点不同:

（1）减压阀保持出口压力基本不变，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、出油口互通，而溢流阀的进、出油口不通。

（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油口可通过阀体上的通道和出油口相通，不必单独外接油箱。

3.工作特性

理想的减压阀在进口压力、流量发生变化或出口负载增加时，其出口压力p2总是恒定不变。但实际上，p2是随进口压力p1、流量q的变化或负载的增大而有所变化的。由图5－23可知，若忽略阀芯的自重和摩擦力，当稳态液动力为Fbs时，阀芯上的力平衡方程为p2AR+Fbs=Ks(xc+xR)(5－7)式中:Ks为弹簧刚度；xc为当阀芯开口xR=0时弹簧的预压缩量，亦即(5－8)若忽略液动力Fbs，且xR≤xc时，则有:这就是减压阀出口压力可基本上保持定值的原因。减压阀的p2－q特性曲线如图5－25所示，当减压阀进油口压力p1基本恒定时，若通过的流量q增加，则阀口缝隙xR加大，出口压力p2略微下降。在图5－24所示的先导式减压阀中，出油口压力的压力调整值越低，它受流量变化的影响就越大。图5－25减压阀的p2－q特性曲线

4.其它减压阀

减压阀还有定差减压阀和定比减压阀。它们主要用来和其它阀组成组合阀，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并联连接组成调速阀。

(1)定差减压阀是使进、出油口之间的压力差恒定或近似于不变的减压阀，其工作原理如图5－26所示。高压油p1经节流口xR减压后以低压p2流出，同时，低压油经阀芯中心孔将压力传至阀芯上腔，则其进、出油液压力在阀芯有效作用面积上的压力差与弹簧力相平衡。图5－26定差减压阀压力差的公式为(5－10)式中:xc为当阀芯开口xR=0时弹簧(其弹簧刚度为Ks)的预压缩量。由式(5－10)可知，只要尽量减小弹簧刚度Ks和阀口开度xR，就可使压力差Δp近似地保持为定值。

(2)定比减压阀能使进、出油口压力的比值维持恒定。图5－27所示为其工作原理图，阀芯在稳态时忽略稳态液动力、阀芯的自重和摩擦力时可得到力平衡方程为p1A1+Ks(xc+xR)=p2A2

(5－11)式中:Ks为阀芯下端弹簧刚度；xc是阀口开度为xR=0时的弹簧的预压缩量；其它符号如图5－27所示。若忽略弹簧力(刚度较小)，则有(减压比):(5－12)由式(5－12)可见，选择阀芯的作用面积A1和A2，便可得到所要求的压力比，且比值近似恒定。图5－27定比减压阀

5.减压阀的应用

1)向支路提供较低压力

系统向一个执行机构提供高压时，利用减压阀可同时向另一执行机构提供较低的压力，且两个执行机构的负载不会相互影响缸的动作。

如图5－28所示,泵3同时向缸1和缸2供油，缸1的负载力为F1，缸2的负载力为F2，设F1>F2。若没有减压阀4和节流阀5，则哪个缸的负载较小，哪个缸就先动作，即只有缸2的活塞到位后压力继续上升，缸1才动作。不管对系统的要求如何都是如此，这样就必然产生矛盾。例如，要求两个缸同时动作则该系统无能为力。若加上减压阀4后则可解决这一矛盾，两个缸可分别动作而不会因负载的大小而互相干扰。图5－28减压阀向支路提供较低压力若不加节流阀5，尽管缸1有相当大的负载力，溢流阀有相当大的调定压力，若F2为零，则减压阀的二次压力即出口压力为零，阀芯处于最下端，减压口不起减压作用且将减压口的上下游无阻力地沟通，这时减压阀的一次压力即进口压力也为零，这种现象叫减压阀一次压力失压。有了节流阀5，可使减压阀出口总是有一定的压力，即可避免这一现象的出现，但增加了压力损失。

2)获得稳定的压力

因为减压阀出口压力稳定，所以在有些回路中，虽然不需要减压，但为了获得稳定的压力也要加上减压阀。例如，用压力控制的阀，如液控换向阀和液控顺序阀，在这些阀的控制油路中有时加上减压阀，目的不是为了减压而是使控制压力稳定，以免因压力波动使它们产生误动作。

3）限制执行机构的作用力

图5－29中的液压缸是个夹紧缸。当活塞杆通过夹紧机构工件时，活塞的运动速度为零，因减压阀的作用仍能使缸工作腔中的压力基本恒定，故可保持恒定的夹紧力，不使夹紧力过大。但应注意此时必须使用先导式减压阀才行。图5－29减压阀限制执行机构的作用力

4)高压油经减压后向蓄能器充油

有些液压系统在工作循环的某一阶段需要低压大流量，而在其它阶段需要高压小流量。解决此问题的方案之一是系统需要低压大流量时由蓄能器向系统供应低压流量。此种蓄能器的充油方式为:将主回路的高压油经减压阀后向蓄能器充油。5.3.3顺序阀

1.直动式顺序阀的工作原理

图5－30所示为直动式内控顺序阀的工作原理图及图形符号。当进油口压力p较低时，阀芯在弹簧作用下处下端位置，进油口和出油口不相通。当作用在阀芯下端的油液的液压力大于弹簧的预紧力时，阀芯向上移动，阀口打开，油液经阀口从出油口流出，从而操纵另一执行元件或其它元件动作。图5－30直动式内控顺序阀直动式外控顺序阀的工作原理图和图形符号如图5－31所示，和上述顺序阀的差别仅仅在于其下部有一控制油口K，阀芯的启闭是利用通入控制油口K的外部控制油来控制的。

内控式顺序阀在其进油路压力p达到阀的设定压力之前，阀口一直关闭，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。图5－31直动式外控顺序阀

2.先导式顺序阀的工作原理

图5－32所示为先导式顺序阀的工作原理图及图形符号，其工作原理可根据前面所述先导式溢流阀的工作原理进行推导演化，在此不再重复。图5－32先导式顺序阀

3.顺序阀的特点

顺序阀与溢流阀、减压阀在结构和工作原理方面基本相同，但是它们也具有以下不同点:

（1）溢流阀排出的油不做功直接回油箱；顺序阀排出的油通向另一液压回路，输出的油有一定压力，做功。

（2）溢流阀的泄油通过阀的内部通道以及排油口直接回油箱。顺序阀除出口压力p2很低时用内泄式顺序阀，多数情况采用外泄式顺序阀。

(3)溢流阀和减压阀的阀芯要不断浮动以保持进油口压力(溢流阀)和出油口压力(减压阀)基本为恒定。顺序阀的阀芯不需随时浮动，只有开或关两种位置。

(4)溢流阀和减压阀处于工作状态时，溢流口和减压口都是开启的。溢流口和减压口关闭时都不算工作状态（安全阀例外），有此特点的这类阀叫常通式阀，对它们的阀芯和阀体之间的密封性没有特殊或严格的要求。顺序阀则不然，它的开启位置是工作位置，它的关闭位置也是工作位置。由于在关闭位置顺序阀需维持一定的进口压力p2，以免影响其它回路的工作，因此对顺序阀的阀芯和阀体之间的密封性有一定要求。

(5)和溢流阀相同，顺序阀中有弹簧，所以也存在静态调压偏差，即阀到达最大开口时的压力和阀芯刚启动时的压力差。通常是两个压力的差值越小越好。

先导式顺序阀的调压偏差比直动式顺序阀的要小，但先导式顺序阀的泄漏也较大，除去压力很高的场合，以选择直动式顺序阀较好。

(6)溢流阀和减压阀在工作回路中，溢流口和减压口上的压降都比较大。通常要求流过顺序阀的液流在阀中形成的压力损失越小越好。一般情况下该损失为0.2～0.4MPa。

（7）在溢流口和减压口上形成的压力降是需要的，相应的开口量较小。需要顺序阀有较小的压降，故它的开口量也较大。

4.顺序阀的应用

1）控制多个执行元件的顺序动作

如图5－33所示，图中未画出溢流阀和其它次要元件。当液压泵提供的液压油压力小于顺序阀调定压力值时，油液进入液压缸1的左腔，推动液压缸1的活塞带动活塞杆向右伸出。液压缸1的活塞带动活塞杆向右运动到最右端以后，这时液压泵继续供油而油路容积不再增大，油压将增大直至达到顺序阀调定压力值，顺序阀打开，油液进入液压缸2左腔，实现液压缸2的活塞带动活塞杆向右伸出的运动过程。图5－33用于两个或两个以上液压缸的顺序工作

2）构成单向顺序阀

将单向阀和顺序阀做在一个阀体中叫做单向顺序阀。顺序阀既然有内控和外控之分，单向顺序阀也有内控和外控之分，如图5－34所示。图5－34构成单向顺序阀

3)把外控顺序阀用作卸荷阀

如图5－35所示，1为高压小流量泵，2为低压大流量泵。系统的压力较低时，泵2排出的油经单向阀4和泵1排出的油汇合后进入系统，此时作为卸荷阀的顺序阀3不开启。当系统压力达到阀3的调定压力时，阀3开启、泵2卸荷，单向阀4将泵1和泵2隔断，由泵1单独向系统供高压油。图5－35用作卸载阀

4）和减压阀并联可保证减压阀的一次压力不致为零

如图5－36所示，此时减压阀的二次压力(即出口压力)不能为零，即使顺序阀的二次压力(出口压力)为零，因顺序阀本身有一定压降，故顺序阀的一次压力(进口压力)仍能保持一定值。于是减压阀的一次压力(进口压力)也能维持某一数值，不致为零。图5－36和减压阀并联5.3.4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。当油液压力达到压力继电器的设定压力值时，发出电信号，控制电气元件进行动作，实现泵的加载或卸载、执行元件的顺序动作或系统的安全保护和连锁等功能。

图5－37所示为常用柱塞式压力继电器的结构和图形符号。当从压力继电器下端进油口通入的油液压力达到调定压力值时，推动柱塞1上移，此位移通过杠杆2放大后推动开关4动作。改变弹簧3的压缩量即可调节压力继电器的动作压力。图5－37压力继电器 5.4液压流量控制阀

5.4.1节流阀

1.流量控制原理

节流阀节流口通常有三种基本形式:薄壁小孔、细长小孔和厚壁小孔。但无论节流口采用何种形式,通过节流口的流量q及其前后压力差Δp的关系均可用式q=CAΔpm来表示，三种节流口的流量特性曲线如图5－38所示。图5－38节流阀特性曲线由图5－38可知:

(1)压差对流量的影响。

节流阀两端压差Δp变化时,通过它的流量要发生变化,三种结构形式的节流口中,通过薄壁小孔的流量受到压差改变的影响最小。

(2)温度对流量的影响。

油温影响到油液黏度,对于细长小孔,油温变化时,流量也会随之改变,对于薄壁小孔黏度对流量几乎没有影响,故油温变化时,流量基本不变。

(3)最小稳定流量和流量调节范围。

当阀口压差Δp一定，在阀口面积调小到一定值时，流量将出现时断时续的现象；进一步调小，则可能断流。这种现象称为节流阀的阻塞现象。每个节流阀都有一个能正常工作的最小稳定流量，其值一般约在0.05L/min。

节流口发生阻塞的主要原因是油液中的杂质、油液高温氧化后析出的胶质、沥青等附在节流阀口表面所致。当阀口开得很小，以上的附着物层达到一定厚度时，就会使油液时断时续，甚至断流。

为减小阻塞现象，可采用水力直径大的节流阀；另外，选择化学稳定性和抗氧化稳定性好的油液，精细过滤，定期换油等都将有助于防止阻塞，降低最小稳定流量。

流量调节范围是指通过阀的最大流量和最小流量之比，一般比值在50以上。高压流量阀则在10左右。

2.普通节流阀

图5－39所示为一种普通节流阀的结构和图形符号。这种节流阀的节流通道呈轴向三角槽式。压力油从进油口P1

流入孔道和阀芯下端的三角槽，再从出油口P2流出。调节手轮可通过推杆使阀芯作轴向移动，以改变节流口的通流截面积大小来调节流量。

节流阀在液压系统中主要与定量泵、溢流阀和执行元件等组成节流调速系统。调节其开口面积的大小，便可调节执行元件运动速度的快慢。节流阀也可以在试验系统中用作加载等。图5－39节流阀5.4.2调速阀

1.调速阀

1)工作原理

图5－40所示为调速阀的工作原理图、图形符号及特性曲线。调速阀是在节流阀2前面并联一个定差减压阀1而构成的。液压泵的出口（即调速阀的进口）压力p1由溢流阀调整基本不变，而调速阀的出口压力p3则由液压缸负载F决定。油液先经减压阀产生一次压降，将压力降到p2，p2经通道e、f作用到减压阀的d腔和c腔；节流阀的出口压力p3又经反馈通道a作用到减压阀的上腔b，当减压阀的阀芯在弹簧力Fs、油液压力p2和p3作用下处于某一平衡位置时（忽略摩擦力和液动力等），则有:图5－40调速阀（5－13）式中:A、A1和A2分别为b腔、c腔和d

腔内压力油作用于阀芯的有效面积，且A=A1+A2，故（5－14）因为弹簧刚度较低，且工作过程中减压阀阀芯位移很小，所以可认为Fs基本保持不变。故节流阀两端压力差p2-p3也基本保持不变，这就保证了通过节流阀的流量稳定。

2)温度补偿调速阀

油温的变化也将引起油黏度的变化，从而导致通过节流阀的流量发生变化，为此出现了温度补偿调速阀。

普通调速阀的流量虽然已能基本上不受外部负载变化的影响,但是当流量较小时,节流口的通流面积较小,这时节流口的长度与通流截面水力直径的比值相对增大,因而油液的黏度变化对流量的影响也增大,所以当油温升高后油的黏度变小时,流量仍会增大,为了减小温度对流量的影响,可以采用温度补偿调速阀。温度补偿调速阀的压力补偿原理部分与普通调速阀相同,由q=CAΔpm可知,当Δp不变时,由于黏度下降,K值(m≠0.5的孔口)上升,此时只有适当减小节流阀的开口面积，才能保证q不变。图5－41为温度补偿原理图,在节流阀阀芯和调节螺钉之间放置一个温度膨胀系数较大的聚氯乙烯推杆,当油温升高时,本来流量增加,这时温度补偿杆伸长使节流口变小,从而补偿了油温对流量的影响。在20～60℃的温度范围内，流量的变化率超过10%,最小稳定流量可达20mL/min(3.3×10-7m3/s)。图5－41温度补偿原理图

3)应用

调速阀在液压系统中的应用和节流阀相似，适用于执行元件负载变化大而运动速度要求稳定的系统中，也可用于容积—节流调速回路。

调速阀在连接时，可连接在执行元件的进油路上或回油路上，也可连接在执行元件的旁油路上。

2.旁通式调速阀

旁通式调速阀原称溢流节流阀，是一种压力补偿型节流阀,是由定差溢流阀和节流阀并联而成的。图5－42为其工作原理图及图形符号。

从液压泵输出的油液一部分从节流阀4进入液压缸左腔推动活塞向右运动,另一部分经溢流阀的溢流口流回油箱,溢流阀阀芯3的上腔a同节流阀4上腔相通,其压力为p2；上腔b和下腔c同溢流阀阀芯3前的油液相通,其压力值即为泵的压力p1,当液压缸活塞上的负载力F增大时,压力p2升高,a腔的压力也升高,使阀芯3下移,关小溢流口,就使液压泵的供油压力p1增加,从而使节流阀4的前、后压力差(p1-p2)基本保持不变。这种溢流阀一般附带一个安全阀2,以避免系统过载。图5－42旁通式调速阀溢流节流阀是通过p1随p2的变化来使流量基本上保持恒定的,它与调速阀虽都具有压力补偿的作用,但其组成调速系统时有区别,调速阀无论在执行元件的进油路上或回油路上,执行元件上负载变化时,泵出口处压力都由溢流阀保持不变,而溢流节流阀是通过p1随p2(负载的压力)的变化来使流量基本上保持恒定。因而溢流节流阀具有功率损耗低、发热量小的优点。但是,溢流节流阀中流过的流量比调速阀大(一般是系统的全部流量),阀芯运动时阻力较大,弹簧较硬,其结果使节流阀前后压差Δp加大(需达0.3～0.5MPa),因此它的稳定性稍差。5.4.3同步阀

1.分流阀的工作原理

图5－43（a）所示为等量分流阀的结构原理图，图5－43（b）所示为等量分流阀的图形符号。进口压力为p0，流量为q0，进入阀后分为两路分别通过两个面积相等的固定节流孔1、2，并且分别进入油室a、b腔，然后由可变节流口3、4经出口通往两个执行元件。这两个执行元件负载相等，则分流阀的出口压力p3=p4，因为阀中两支流道的尺寸完全对称，所以输出的流量亦对称，即q1＝q2＝q0/2，且p1＝p2。当由于负载小对称而出现p3、p4，且设p3＞p4时，阀芯来不及运动而处于中间位置，必定使q1＜q2，进而有p0-p1＜p0-p2，则使p1＞p2。此时阀芯在不对称压力的作用下左移，使可变节流口3增大，节流口4减小，从而使q1增大，q2减小，直至q1＝q2，p1＝p2，阀芯才在一个新的平衡位置上稳定下来，输往两个执行元件中的流量相等，速度保持同步。图5－43等量分流阀

2.集流阀的工作原理

集流阀是按固定比例将两股液流自动合成单一液流的流量控制阀。图5－43(c)所示为等量集流阀的图形符号。其工作原理类同于分流集流阀的集流工况，这里不再叙述。分流阀通常用于同步精度要求不太高的同步系统中，但需要注意执行元件的加工误差及泄漏对其同步精度有影响。

3.分流集流阀

分流集流阀可以实现分流阀和集流阀的功能。

图5－44(a)所示为分流集流阀的结构图，图5－44(b)所示为其图形符号。在集流工况时（如图5－44（d）所示)，

在分流工况时(如图5－44(c)所示)，由于p0大于p1和p2，所以阀芯5、6处于相互分离状态，互相勾住。若负载压力p3＜p4，如果阀芯仍留在中间位置，必然使p1＜p2。这时连成一体的阀芯将左移，可变节流口3减小，使p1上升，直至p1＝p2，阀芯停止运动，由于两个固定节流孔1和2的面积相等，所以通过两个固定节流孔的流量q1＝q2，而不受出口压力p3及p4变化的影响。阀芯5、6在各自弹簧力的作用下处于中间位置的平衡状态。若负载压力p3≠p4，如果阀芯仍留在中间位置，必然使p1≠p2，这时连成一体的阀芯将向压力小的一侧移动，相应地可变节流口减小，使压力上升，直至p1=p2，阀芯停止运动。由于两个固定节流孔1和2的面积相等，所以通过两个固定节流孔的流量q1=q2，而不受出口压力p3及p4变化的影响。图5－44分流集流阀 5.5其它控制阀

5.5.1限速切断阀

在液压举升系统中，为防止意外情况发生——由于负载自重而超速下落，常设置一种当管路中流量超过一定值时自动切断油路的安全保护阀，即限速切断阀。

图5－45所示为一种限速切断阀。图中锥阀2上有固定节流孔，其数量及孔径由所需的流量确定。锥阀在弹簧3作用下由挡圈4限位，锥阀口开至最大。当流量增大，固定节流孔两端压差作用在锥阀上的力超过弹簧预调力时，锥阀开始向右移动。当流量超过一定值时，锥阀会完全关闭，而使液流切断。反向作用时该阀无限流作用。图5－45限速切断阀5.5.2叠加阀

叠加式液压阀简称叠加阀,其实现各类控制功能的原理与普通液压阀相同。

叠加阀的最大特点是阀体本身除容纳阀芯外，还兼有通道体的作用，每个阀体上都制有公共油液通道，各阀芯相应油口在阀体内与公共油道相接。用阀体的上、下安装面进行叠加式无管连接，可组成集成化液压系统，如图5－46所示。图5－46叠加阀组成的系统叠加阀系统最下部一般为底板，其上有进、回油口及与执行元件的接口。一个叠加阀组一般控制一个执行元件。如果系统中集中控制几个执行元件，可将几个叠加阀组合竖立并排安装在底板块上。

叠加阀系统各单元叠加阀间不用管子和其它形式的连接体，因而结构紧凑，系统更改较方便。叠加阀是标准件，设计中仅需要按要求绘制液压系统原理图，即可进行组装，因此设计工作量小，目前广泛应用于冶金、机床、工程机械等各领域。5.5.3插装阀

1.插装阀的组成

本章介绍了方向、压力、流量三大类普通液压控制阀，可把它们笼统地称为普通液压阀。普通液压阀在流量小于200～300L/mm的系统中性能良好，但用于大流量系统时不一定具有良好的性能，特别是阀集成的难度较大。20世纪70年代初，插装阀的出现为此开辟了新途径。插装阀(见图5－47)也称为插装式锥阀，它是以插装单元为主阀，配以适当的盖板和不同的先导控制阀组合而成的具有一定控制功能的组件。它可以组成方向阀、压力阀和流量阀。图5－47插装阀的组成

2.插装阀(插装件)的结构和工作原理

插装阀单元的具体结构参看图5－47和图5－48。它由阀套、阀芯、弹簧、盖板和密封件等组成。主阀芯上腔作用着X口的液压力和弹簧力，A口和B口的液压力作用在阀芯的下锥面上，用X口的控制油压力控制主通道A和B间的通断，这是一个二通插装阀。盖板用来固定和密封插装阀单元，沟通控制油路和主阀控制腔之间的联系。在盖板内也可装联节流螺塞等微型控制元件(如单向阀、按阀、流量控制器和先导压力阀等)，还可安装位移传感器等电器附件，以便构成某种控制功能的组合阀，若干个不同控制功能的二通插装阀组装在一个或多个插装块体内，便组成液压回路。图5－48插装阀单元就工作原理而言，二通插装阀相当于一个液控单向阀。A和B为主油路的两个仅有的工作油口，所以称为二通阀，X为控制油口。通过控制油口压力大小的控制，即可控制主阀芯的启闭和油口A、B的流向和压力。

1)插装方向阀

（1）插装单向阀。

插装单向阀（如图5－49所示）将插装单元的控制口X与A或B连通，其控制盖板上接一个二位三通换向阀作先导阀，便可成为液控单向阀。图5－49插装单向阀

(2)插装换向阀。

每个插装单元都具有通、断两种状态，若将几个插装单元组合起来，用电磁换向阀作先导阀，便可组成m位n通换向阀。图5－50（a）所示为二位三通插装换向阀。在该阀中，当电磁铁断电时，A与O通，P封闭；当电磁铁通电时，A与P通，O封闭，相当于一个二位三通电液换向阀。图5－50（b）所示为三位三通插装换向阀，当电磁铁处于中位时，A、O与P均不通；当电磁铁lYA通电时，A与O通，P封闭；当电磁铁2YA通电时，A与P通，O封闭，相当于一个三位三通电液换向阀。图5－50（c）所示为四位三通插装换向阀。用多个先导阀(如上述各电磁阀)和多个主阀相配，可构成复杂的组合二通插装换向阀，这是普通换向阀做不到的。图5－50三通插装换向阀

2)插装压力阀

用直动式溢流阀作为先导阀来控制插装主阀，在不同的油路连接下便构成不同的压力阀。

图5－51(a)所示为插装溢流阀。当B口通油箱，A口的压力油经节流小孔进入控制腔X，并与溢流阀通，便成为先导式溢流阀；若B口不通油箱而接负载，便成为先导式顺序阀。

图5－51（b）所示为插装卸荷阀。在插装溢流阀的控制腔X再接一个二位二通电磁换向阀，当电磁铁断电时，具有溢流阀功能；当电磁铁通电时，即为卸荷阀。

图5－51（c）为插装减压阀。将插装单元作为常开式滑阀结构，B为一次压力进口，A为出口，A腔的压力油经节流小孔与控制腔X通，并与先导阀进口通，由于控制油取自A口，因而能得到恒定的二次压力，相当于定压输出减压阀。图5－51插装压力阀

3)插装流量阀

图5－52(a)所示为插装节流阀的结构图，单元的锥阀尾部带节流窗口，锥阀的开启高度由行程调节器(或螺杆)来控制，从而控制流量，成为插装节流阀。

在插装方向控制阀的盖板上增加阀芯行程调节器,以调节阀芯的开度，这个方向阀就兼具了可调节流阀的功能。阀芯上开有三角槽，以便于调节开口大小。若用比例电磁铁取代节流阀的手调装置，则可组成二通插装电液比例节流阀。若在二通插装节流阀前串联一个定差减压阀，就可组成二通插装调速阀，加图5－52（c）所示。图5－52插装节流阀

3.插装阀的应用

插装阀组合成相应功能的阀后，在高压大流量系统中的应用与前述相应液压阀相同。需注意的是，在系统中使用插装阀时，首先应根据单元的功能要求将插装阀组合单元内部的状况进行分析，准确掌握。锥阀与主油路之间以及先导阀与控制油路之间要正确连接。然后再分析系统油路与各组合单元的连接状况。插装阀目前广泛用于冶金、船舶、塑料机械等大流量系统中。

4.插装阀及其集成系统的特点

(1)插装阀结构简单，通流能力强，故用通径很小的先导阀与之配合便可构成通径很大的各种二通插装阀，最大流量可达10000L/mm。

(2)不同的阀有相同的插装主阀，一个阀具有多功能，便于实现标准化。

(3)泄漏小，便于无管连接，先导阀功率小，具有明显的节能效果。5.5.4电液比例阀

1.比例压力阀

液压比例压力阀按用途不同，有比例溢流阀、比例减压阀、比例顺序阀之分。按结构特点分有直动式和先导式比例压力阀。

图5－53所示为直动式比例溢流阀的结构图及图形符号。比例电磁铁1通电后产生吸力，经推杆2和传力弹簧3作用在锥阀上，当锥阀底面的液压力大于电磁吸力时，锥阀被顶开而通流。连续地改变控制电流的大小，即可连续地按比例控制锥阀的开启压力。图5－53直动锥式比例溢流阀图5－54所示为先导式比例溢流阀的结构图及图形符号。其下部主阀与普通溢流阀相同，上部为先导压力阀。该阀还附有一个手动调整的先导阀，用于限制比例溢流阀的最高压力，以避免因电子仪器发生故障使得控制电流过大，压力超过系统允许最大压力的可能性。

如将比例先导压力阀的回油及先导阀9的回油都与主阀回油分开，则可用作比例顺序阀。图5－54先导式比例溢流阀图5－55先导喷嘴挡板式比例减压阀

2.比例流量阀

比例流量阀是通过控制比例电磁铁线圈中的电流来改变阀芯的有效断面积，实现对输出流量的连续成比例控制的，其外观和结构与压力阀相似。所不同的是，压力阀的阀芯具有调压特性，靠先导压力与比例电磁力相平衡来调节先导压力的大小；而流量阀的阀芯具有节流特性，靠弹簧力与比例电磁力相平衡来调节流量的大小和流通方向。按通道数的不同，比例流量阀又有二通和三通之分。比例流量阀主要应用于气缸或马达的位置或速度控制。

比例流量阀有比例节流阀和比例调速阀两大类。它们由电—机械比例转换器与流量阀组合而成。比例节流阀是在普通节流阀的基础上，利用电—机械比例转换器对节流阀口进行控制而组成比例节流阀。

比例调速阀如图5－56所示。比例电磁铁1的输出力作用在节流阀芯2上，与弹簧力、液动力、摩擦力相平衡，一定的控制电流对应一定的节流开度。通过改变输入电流的大小，即可改变通过调速阀的流量。图5－56比例调速阀

3.比例方向控制阀

把插装方向阀的电磁铁换成比例电磁铁即构成比例方向控制阀。比例方向控制阀不仅用来改变液流方向，还可以控制流量的大小。它和普通换向阀的外形相似，但阀芯的结构有区别，它可以实现不同的中位机能。

在比例电磁铁的前端可附有位移传感器(或称差动变压器)，这种电磁铁称为行程控制比例电磁铁。位移传感器能准确地测定比例电磁铁的行程，并向电放大器发出电反馈信号。电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，这样便能消除干扰因素,保持准确的阀芯位置或节流口面积。由于采用各种更加完善的反馈装置和优化设计，比例阀的动态性能虽仍低于伺服阀，但静态性能已大致相同，而价格却低很多。图5－57所示为先导式比例方向控制阀的结构图。当比例电磁铁1接收到信号时，在先导阀的工作油口B产生一个恒定的压力，主阀体5中油腔的油液压力通过控制油道作用在主阀芯的右端，推动主阀芯左移直至与主阀芯的弹簧相平衡，主阀芯上的节流槽相对于主阀体上的控制台阶有一定的开口量，连续地给比例电磁铁1输入电信号，就会使主阀的P腔到A腔、B腔到O腔成比例地输出流量。图5－57先导式比例方向控制阀的结构图若给比例电磁铁2输入电信号，就会使主阀的P腔到B腔、A腔到O腔成比例地输出流量。比例阀是介于普通阀与伺服阀之间的控制阀，与普通阀相比，它能提高系统参数的控制水平，虽不如伺服阀的性能好，但成本低，对系统的污染要求比伺服系统低。因此，比例阀广泛应用于要求对液压参数进行连续远距控制或程序控制，但对控制精度和动态特性要求不高的系统。如系统的液压参数的设定值超过三个，使用比例阀对其进行控制是最恰当的。此外，利用斜波信号作用在比例方向阀上，可以对机构的加速到减速实现有效的控制；利用比例方向阀和压力补偿器实现负载补偿，便可精确地控制机构的运动速度而不受负载影响。 5.6常用气动控制阀

1.使用的能源不同

气动元件和装置可采用空压站集中供气的方法，根据使用要求和控制点的不同来调节各自减压阀的工作压力。液压阀都设有回油管路，便于油箱收集用过的液压油。气动控制阀可以通过排气口直接把压缩空气向大气排放。

2.对泄漏的要求不同

液压阀对向外的泄漏要求严格，而对元件内部的少量泄漏却是允许的。对气动控制阀来说，除间隙密封的阀外，原则上不允许内部泄漏。气动阀的内部泄漏有导致事故的危险。

对气动管道来说，允许有少许泄漏;而液压管道的泄漏将造成系统压力下降和对环境的污染。

3.对润滑的要求不同

液压系统的工作介质为液压油，液压阀不存在对润滑的要求；气动系统的工作介质为空气，空气无润滑性，因此许多气动阀需要油雾润滑。阀的零件应选择不易受水腐蚀的材料，或者采取必要的防锈措施。

4.压力范围不同

气动阀的工作压力范围比液压阀低。气动阀的工作压力通常为10bar以内，少数可达到40bar以内；而液压阀的工作压力都很高(通常在50MPa以内)。若气动阀在超过最高容许压力下使用，往往会发生严重事故。

5.使用特点不同

一般气动阀比液压阀结构紧凑、重量轻，易于集成安装，阀的工作频率高、