方向阀的结构原理

控制液压系统中液流方向或通断的阀类是方向控制阀，有单向阀、换向阀两种。

1．普通单向阀

普通单向阀简称单向阀。普通单向阀是只允许液流一个方向流动，反向则被截止的方向阀。对单向阀的要求主要有以下几点：①通过液流时压力损失要小，而反向截止时密封性要好；②动作灵敏，工作时无撞击和噪声。

如图5－1所示，当液流从P1流入时，压力油作用在阀芯上，克服弹簧力将阀芯开启，流向P2。当液流反向流入时，在液压力和弹簧力同向作用下，将阀芯紧压在阀座孔上，阀口关闭，油液被截止不能通过。

常用的S形单向阀正向开启压力有0MPa、0．05MPa、0．15MPa、0．3MPa、0．5MPa五种，反向截止时为线密封，且密封力随压力增高而增大，密封性能良好。开启后进出口压差（压力损失）为0～0．5MPa。

单向阀主要用来分隔油路以防止高、低压干扰；与其他的阀组合；常被安装在泵的出口，一方面防止压力冲击影响泵的正常工作，另一方面防止泵不工作时系统油液倒流经泵回油箱；正向开启压力0．3MPa、0．5MPa可做背压阀用，弹簧刚度较大，安装在执行元件的回油路上，使回油具有一定背压（保持低压的背压回路），提高执行元件的运动平稳性。

图5－1 普通单向阀

2．液控单向阀

液控单向阀是依靠控制流体压力，可以使单向阀反向流通的阀。由单向阀和液控装置两部分组成。如图5－2（a）所示，当控制油口A无压力油（p A＝0）通过时，压力油只能从油口B流向油口C；当控制油口A接通控制油压p A时，此时可推动控制活塞1，顶开单向阀的主阀芯2，液体即可在两个方向自由通流。

液控单向阀按控制活塞的泄油方式不同，有内泄式和外泄式〔见图5－2（b）〕两种。内泄式的控制活塞的背压腔通过活塞杆上对称铣去两个缺口与油口B相通；外泄式的活塞背压腔直接通油箱。一般在出油口B压力较低时采用内泄式；高压系统采用外泄式，以减小控制压力。

液控单向阀按结构特点可分带先导阀和不带先导阀两类。带先导阀的液控单向阀工作时，如图5－2（b）所示，当控制活塞1向右移时，先顶开先导阀芯5，使弹簧腔先卸压（C1到B），然后再顶开主阀芯2，液流从油口C流向油口B。

图5－2 液控单向阀

1—控制活塞；2—主阀芯；3—弹簧；4—阀体；5—先导阀芯

液控单向阀可大大减小控制压力，使控制压力与工作压力之比降低到4．5％，因此，可用于压力较高的场合。液控单向阀用于保压回路和锁紧回路。

3．换向阀概述

换向阀是借助于阀芯与阀体之间的相对运动，使与阀体相连的各油路实现接通、切断或改变液流方向的阀类。阀芯与阀体孔配合处为台肩，阀体孔内连通油液的环形槽为沉割槽。阀体在沉割槽处有对外连接的油口。

1）对换向阀的基本要求

（1）液流通过阀时压力损失小（一般Δp＜0．1～0．3MPa）；

（2）互不相通的液流间的泄漏小；

（3）换向可靠、迅速、平稳且无冲击。

2）常用滑阀式换向阀主体结构形式和图形符号

常用滑阀式换向阀主体结构形式和图形符号如表5－1所示。

表5－1 常用滑阀式换向阀主体部分的结构形式和图形符号

（1）阀的工作位置数称位，用方格数表示，三格即三个工作位置。

（2）与一个方格的相交点数为油口通路数，简称通。箭头“↑”表示两油口相通，堵塞符号“”表示该油口不通流，中位箭头可省略。

（3）P表示通泵或压力油口，T表示通油箱的回油口，A和B表示连接两个工作油路的油口。

（4）控制方式和复位弹簧的符号画在方格的两侧（见图5－3）。

图5－3 三位四通手动换向阀

1—手柄；2—阀体；3—阀芯；4—弹簧；5—推杆

（5）三位阀的中位、二位阀靠有弹簧的位为常态位。二位二通阀有常开型和常闭型两种。在液压系统图中，换向阀与油路在常态位连接。

3）换向阀的分类

换向阀的分类如表5－2所示。

表5－2 换向阀的分类

4）滑阀机能

滑阀在中位时各油口的连通方式称为滑阀机能。三位四通和三位五通换向阀才具有滑阀机能。不同的滑阀机能可满足系统的不同要求。表5－3中列出了三位换向阀常用的五种滑阀机能，而其左位和右位各油口的连通方式均为直通或交叉相通，所以只用一个字母来表示中位的形式。不同机能的滑阀，其阀体是通用件，而区别仅在于阀芯台肩结构、轴向尺寸及阀芯上径向通孔的个数。

表5－3 三位换向阀的滑阀机能

4．手动换向阀（包括脚踏、按钮、推杆、拉杆、手轮、滚轮等机动换向阀）

图5－3所示为弹簧自动复位式三位四通手动换向阀。用手操纵杠杆推动阀芯相对阀体移动从而改变工作位置。要想将其维持在极端位置，必须用手扳住手柄不放。一旦松开了手柄，阀芯会在弹簧力的作用下，自动弹回中位。弹簧钢球定位式，可以在三个工作位置定位。

机动换向阀是利用行程挡铁或凸轮推动阀芯来实现换向。二位二通有常闭式和常开式，机动换向阀结构简单，动作可靠，换向精度高，可通过改变挡铁斜面角度来改变换向时阀芯的移动速度，以减少换向冲击。机动换向阀常用于机床的液压速度换接回路。

5．电磁换向阀

电磁换向阀是利用电磁铁吸力推动阀芯来改变阀的工作位置，简称电磁阀。由于它可借助于按钮开关、行程开关、限位开关、压力继电器等发出的信号进行控制，所以易于实现动作转换的自动化。

根据所用的电源不同，阀用电磁铁分为交流型（220V、110V、380V）、直流型（24V、12V、110V）和本整型（即交流本机整流型）三种。直流型工作可靠，换向冲击小，噪声小，但需有直流电源。

根据电磁铁的铁芯和线圈是否浸油而分为干式和湿式（油浸式）两种。湿式换向阻力小，工作可靠，但价格较高。

图5－4所示为三位四通电磁换向阀。两边电磁铁都不通电时，阀芯4在两边对中弹簧2的作用下处于中位，P、T、A、B口互不相通；当右边电插头9通电时，推杆10将阀芯4推向左端，P口通A口，B口通T口；当左边电磁铁通电时，推杆将阀芯推向右端，P口通B口，A口通T口。

由于电磁铁的吸力有限（≤120N），当通流量大于120（或100）L/min时，或要求换向性能好，则选用液动换向阀或电液换向阀。如将A口或B口堵塞，可作为三通阀使用。

6．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。按其换向时间的可调性，液动换向阀分为可调式和不可调式两种。对三位阀而言，按阀芯的对中形式，分为弹簧对中型和液压对中型两种。

图5－4 三位四通电磁换向阀

1—阀体；2—弹簧；3—挡圈；4—阀芯；5—线圈；6—衔铁；7—隔套；8—壳体；9—电插头；10—推杆

图5－5所示为不可调式三位四通液动换向阀（弹簧对中型）。当K1口接通控制压力油时，阀芯右移，P口与A口相通，B口与T口相通；当K2口接通控制压力油时，阀芯左移，P口与B口相通，A口与T口相通；当K1口和K2口都不通压力油时，阀芯在两端对中弹簧的作用下处于中位，P、B、A、T口互不相通。

图5－5 三位四通液动换向阀

K1、K2—液控口；1—阀体；2—控制盖；3—阀芯；4—复位弹簧

当对液压滑阀换向平稳性要求较高时，应采用可调式液动换向阀，即在滑阀两端K1、K2控制油路中加装阻尼调节器，阻尼调节器由一个单向阀和一个节流阀并联而成，单向阀用来保证回油节流，节流阀用于回油的节流，调节节流阀开口的大小即可调整动作时间。

7．电液动换向阀

电磁换向阀和液动换向阀的组合阀称为电液动换向阀，其中电磁换向阀起先导阀作用，液动换向阀起主阀作用。

图5－6所示为三位四通O形电液动换向阀的结构图、职能符号图和图形符号。

图5－6 三位四通电液动换向阀

1—主阀芯；2、6—单向阀；3、5—节流阀；4—先导阀芯；7—弹簧；8—阀体

当电磁铁1DT、2DT都不得电，先导阀芯4处于中位，都不通压力油时，在两边对中弹簧7的作用处于中位，各阀口关闭。当电磁铁1DT得电，压力油作用在主阀芯1左侧，推动主阀芯1右移，P口与A口相通，B口与T口相通；当电磁铁2DT得电，压力油作用在主阀芯1右侧，推动主阀芯1左移，P口与B口相通，A口与T口相通；实现了换向。

先导电磁换向阀必须是Y型，以使电磁铁1DT、2DT都不得电时，先导阀芯、主阀芯可靠停在中位。主阀芯的换向速度由节流阀3、5来调节，在灵敏和平稳性之间调整。

控制压力油P′若来自主油路P口，称为内控，也可以外接压力油，称为外控。采用内控又要使泵卸荷（用常态位M、H、K型电液换向阀）时，须在P口安装一个预压阀，即开启压力为0．45MPa的单向阀，以保证最低的控制压力。

要限制进入先导阀的流量，可选先导阀P′腔安装一个1mm左右的插入式阻尼器。

当压力高、流量大时可采用液压对中的电液换向阀。差动机构可准确地将主阀芯对中（它两端的弹簧很软，并不起主要的对中作用，仅仅在安装和不工作时能使阀芯和差动套筒等零件保持在初始位置）。液压对中的最大优点是回中位可靠性好，但其结构较复杂，轴向尺寸长。