液压控制阀.doc

第五章 液压控制阀
在液压系统中，液压阀是控制和调节液流的压力、流量和流向的元件。液压阀的种类繁多，结构复杂，新型阀不断涌现，分析和研究工程设备中常用液压阀的工作原理，工作特性及应用场合，对于分析液压设备的工作过程，工作性能，和系统设计十分重要。 在此着重介绍常用液压元件的典型结构，工作原理及特点。
第一节 概述
为了对液压阀有一总体了解，需要对液压阀的分类，特点及常用参数作概要介绍。
一、液压控制阀的分类
液压阀的品种已达到几百个品种上千个规格，从不同角度分析液压阀有不同分类方式：按用途可分为方向控制阀、压力控制阀、流量控制阀；按连接方式分为管式连接、板式连接、法兰式连接阀，目前还出现了叠加式联接、插装式连接阀；按工作原理可分为通断式、比例式和伺服式元件；按组合程度可分为单一阀和组合阀等。
二、液压阀的特点和要求
液压阀属于控制调节元件，本身有一定的能量消耗。液压阀的阀芯与阀体间的密封方式一般采取间隙密封（球芯阀除外），这种密封方式不可避免的存在内泄漏。为使阀芯能灵活运动而又减少泄漏，对液压阀性能的基本要求是：制造精度要高，阀芯动作要灵活，工作性能可靠，密封性要好，阀的结构要紧凑，工作效率高，通用性好。
三 、液压阀的基本参数
液压阀的工作能力由阀的性能参数决定，液压阀的基本参数与液压元件的种类有关，不同的液压元件，具有不同的性能参数，其共性的参数与压力和流量相关。
1．公称压力
公称压力是标志液压阀承载能力大小的参数。 液压阀的公称压力指液压阀在额定工作状态下的名义压力，液压阀的公称压力单位为MPa（106Pa）。
2．与流量有关的参数
流量是标志液压阀通流性能的参数，与流量有关的参数主要有公称流量和通径，对于流量阀还有最小稳定流量等。
（1）液压阀的公称流量 国产的中低压液压阀（≤6.3MPa）常用公称流量来表示元件的通流能力。公称流量是指 液压阀在额定工作状态下通过的名义流量。代号为qg，常用的计量单位为 L/min，GB 2193-77规定的液压阀公称流量标准有：2、3、6、10、25、40、50、63、80、100、125、160、200、320、400、500、630、800、1000、1250、1600 L/min。
公称流量参数对于液压阀无实际使用意义，仅供市场选购时便于与动力元件配套时参考。在实际情况下，液压元件厂商在样本上给出液压阀在各种流量值时的特性曲线，此曲线对于元件的选择，了解元件在各种工作参数下的工作状态具有更直接的实用价值。
（2）液压阀的公称通径 液压阀的公称通径是表征阀规格大小的性能参数，常用于中高压阀。阀的通径一旦确定之后，所配套的管道的规格也就选定了。需要说明的是：液压阀的通径仅表明该阀的通流能力和所配管道的尺寸规格，并不表示该阀的实际进出口尺寸。

第二节 方向控制阀
  方向控制阀是用以控制和改变液压系统中各油路之间液流方向的阀，方向控制阀可分为单向阀和换向阀两大类。
一、单向阀
单向阀是用以防止液流倒流的元件。按控制方式不同，单向阀可分为普通单向阀和液控单向阀两类。
1．普通单向阀
普通单向阀又称止回阀，其作用是使液体只能向一个方向流动，反向截止。单向阀按其阀芯的结构形式不同可分为球芯阀、柱芯阀、锥芯阀；按其流向与进出油口的位置关系，又分为直通式阀和直角式阀两类

　　　 图5-1锥形阀芯直通式单向阀
　　　 a)管式连接阀 b)板式连接阀 c）职能符号
　　　1-挡圈 2-弹簧 3-阀芯 4-阀体

图5-2锥形阀芯直角式单向阀
1-阀体 2-阀座 3-阀芯 4-弹簧 5-阀盖 6-密封圈
图5-1 a)、图5-1b)均为普通直通式单向阀只是连接方式不同。其工作原理为当液压油从p1口流入时，压力油推动阀芯，压缩弹簧，从p2口流出；当液压油从p2口 流入时，阀芯锥面紧压在阀体的结合面上，油液无法通过。当单向阀导通时，使阀芯开启的压力称开启压力。单向阀的开启压力一般为0.03~0.05MPa之间。若用作背压阀时可更换弹簧，开启压力可达0.2~0.6MPa之间。图5-1 c)为普通单向阀的职能符号。图5-2为直角式单向阀，其工作原理与直通式阀相似。
单向阀的应用如图5-3所示：图5-3a)为将单向阀串接于液压泵的出口，保护泵避免由于意外的外加冲击载荷而造成泵的损坏；图5-3b)为将单向阀串接在回油路上形成背压，以提高系统的速度刚性。

图5- 3 单向阀的应用
a）单向阀保护液压泵 b）单向阀作背压阀用
2．液控单向阀
液控单向阀又称为单向闭锁阀，其作用是使液流有控制的单向流动。液控单向阀分为普通型和卸荷型两类。

图5-4普通液控单向阀
a）结构剖面图 b) 职能符号
1-阀体 2--阀芯 3-弹簧4-上盖 5-控制活塞 6-活塞顶杆 7- 下盖
图5-4为普通液控单向阀，它是由单向阀和微型控制油缸组成。其工作原理为：当液控口K有控制油压时，压力油推动活塞5，推动锥阀芯2开启，使油口P1与P2及P2与P1均能接通；当液控油口K油压为零时，与普通单向阀功能一样，油口P1与P2导通，P2到P1不通，Ｌ为泄漏孔。５－４b）为液控单向阀的职能符号。

图5-5带卸荷阀芯的液控单向阀
1-单向阀芯 2-卸荷阀芯 3-微动活塞
图5-5为带卸荷阀芯的液控单向阀，其卸荷过程为：当阀反向导通时，活塞3首先顶起卸荷阀芯2，使的高压油通过卸荷阀芯卸荷，然后再打开单向阀芯1使油口P1与P2导通。

图5-6液控单向阀的应用
a）保压作用 b）支撑作用
如图5-6所示，在液压系统中液控单向阀主要应用有：
（1）保压作用 图5-6 a)示，当活塞向下运动完成工件的压制任务后，液压缸上腔仍需保持一定的高压，此时，液控单向阀靠其良好的单向密封性短时保持缸上腔的压力。
（2）支撑作用 图5-6b)所示，当活塞以及所驱动的部件向上抬起并停留时，由于重力作用，液压缸下腔承受了因重力形成的油压，使活塞有下降的趋势。此时，在油路串一液控单向阀，以防止油缸下腔回流，使油缸保持在停留位置，支撑重物不致于落下。
3．双向液压锁
双向液压锁又称双向闭锁阀。如图5-7ａ）所示，双向液压锁是由两个液控单向阀组成的。两个液控单向阀共用一个阀体1和一个活塞2，当压力油从油口A流入时，压力油推动左边阀芯，使左边单向阀芯推开，A到A1导通。同时压力油向右推动活塞2，使之向右运动，把右边单向阀顶开使B１到B接通。由此可见，当一个油口正向流动时（Ａ连通Ａ１ ），另一个油口反向导通（Ｂ１与Ｂ连通），反之亦然；当A、B口没有压力油时，反向不导通。利用单向阀良好的密封性，液压油反向受到封闭。图５－７ｂ）为双向液压锁的职能符号。

　　　图５－７双向液压锁
　 ａ）原理图　　 ｂ）职能符号
1-阀体 2-活塞 3-卸荷阀芯
二、换向阀
换向阀是利用阀芯与阀体间的相对运动来切换油路中液流的方向的液压元件。换向阀应用广泛，品种繁多。按阀芯运动的方式，可分为转阀和滑阀两类；按操纵方式可分为手动、机动、电动、液动、电液动等；按阀芯在阀体内占据的工作位置可分为二位、三位、多位等；按阀体上主油路的数量可分为二通、三通、四通、五通、多通等；按阀的安装方式可分为管式、板式、法兰式。在此重点介绍换向阀的工作原理，典型结构、性能特点、职能符号及主要应用。
1．换向阀的工作原理及有关的共性问题
（１）换向阀的工作原理 无论是滑阀式换向阀还是转阀式换向阀，其工作原理均是依靠阀芯与阀体的相对运动而切换液流的方向。
１）滑阀式换向阀的工作原理 图５－８为滑阀式换向阀工作原理图，阀体是具有若干个环槽的圆柱体，阀体孔内开有５个沉割槽，每个沉割槽都通过相应的孔道与主油路连通。其中Ｐ为进油口，T为回油口，Ａ和Ｂ分别与油缸的左右两腔连通。当阀芯处于图５－８ａ）位置时，Ｐ与B、A与T相通，活塞向左运动；当阀芯处于图５－８ｂ）位置时，Ｐ与A、B与T相通，活塞向右运动。

　　　 图５－８滑阀式换向阀工作原理图
　 ａ）阀芯处于左位时　　　ｂ）阀芯处于右位时
２）转阀式换向阀工作原理 图５－９为转阀式换向阀工作原理图，阀芯１上开有４个对称的圆缺，两两对应连通，阀体２上开有四个油口分别与油泵Ｐ、油箱T、油缸两腔Ａ、Ｂ连通。当阀芯处于图５－９ａ）所示位置时，Ｐ与Ａ连通、Ｂ与T连通，活塞向右运动；当阀芯处于图５－９ｂ）所示位置时，Ｐ、Ａ、Ｂ、T均不连通，活塞停止运动；当阀芯处于图５－９ｃ）所示位置时，Ｐ与Ｂ连通、Ａ与T连通，活塞向左运动。

　　　　图５－９转阀式换向阀工作原理图
　　 ａ）活塞向右运动　　ｂ）活塞停止运动
　　 ｃ）活塞向右运动　　ｄ）阀的职能符号
（２）换向阀的职能符号 换向阀的工作状态和连通方式可用其职能符号较形象的表示。由图５－９转阀式换向阀工作原理可知，当阀芯处于不同的工作位置时，阀体上的主油路就有不同的连通方式，其职能符号可分别用于５－９ｄ）表示。归纳其规律可知，换向阀的职能符号含义为：
1）方框表示换向阀的“位”，有几个方框表示该阀芯有几个工作位置。
2）“#”表示油路连通， “┬ “ “┴”表示油路被堵塞。
3）在一个方框内“#”的首、尾和“┬”与方框的交点数表示通路数。
4） 每一方框内所表示的内容，表示阀在该工作状态下主油路的连通方式。
（3）换向阀的机能 多位换向阀阀芯处于不同工作位置时，主油路的连通方式不同，其控制机能也不一样。通常把滑阀主油路的这种连通方式称之为滑阀机能。在三位滑阀中，把阀芯处于中间位置时主油路的连通方式称之为滑阀的中位机能，把阀芯处于左位（或右位）时主油路的连通方式，称之为滑阀的左位（右位）机能。
表5-1为常见三位四通和三位五通滑阀的中位机能、结构形式及职能符号。由表中可以看出，各种不同中位机能的滑阀其阀体的结构基本相同，只是阀芯的结构形式不同。
 表5-1 三位换向阀的中位机能

滑阀的中位机能不但影响液压系统工作状态，也影响执行元件换向时的工作性能。通常可根据液压系统保压或卸荷要求、执行元件停止时的浮动或锁紧要求和执行元件换向时的平稳或准确性要求，选择滑阀的中位机能。滑阀中为机能选择的一般原则为：
1）当系统有卸荷要求时：应选用中位时油口P与T相互连通的形式，如H、K、M型。
2）当系统有保压要求时：应选用中位时油口P口封闭的形式，如O、Y型等。
3）当对执行元件换向精度要求较高要求时：应选用中位时油口A与B被封闭的形式，如O、M型。
4）当对执行元件换向平稳性要求较高要求时：应选用中位时油口A、B与T口相互连通的形式，如H、Y、X型。
5）当对执行元件起动平稳型要求较高时：应选用中位时油口A与B均不与T连通的形式，如O、C、P型。
（4）滑阀的液压卡紧现象及消除措施 圆柱形滑阀式液压阀，若阀芯形状误差或位置误差较大时，特别是当阀芯与阀体间形成偏心环状间隙且轴向形成锥形间隙时，液压油经过此间隙后形成径向间隙内压力分布不均，从而产生径向不平衡力。此径向不平衡力会使阀芯靠向阀体，使两者相对移动时受到阻碍，有时甚至卡紧。
图5-10为阀芯存在不同的形状或位置误差时所产生的压力分布不均的现象。由图中的显示可知：当阀芯出现锥形偏心时，且锥度方向与压力降低方向一致时，所产生的因压力分布不均而形成的径向不平衡力会把阀芯压向阀体壁，经过一定时间作用后（约5min）会使阀芯卡紧。
减小阀芯卡紧的方法的措施之一（对国产阀而言）是：在阀芯上开设环型压力平衡槽，如图5-11所示，平衡槽的尺寸为宽0.3~0.5mm，深0.5~0.8mm， 槽距1~5mm。减小阀芯卡紧的另一措施是：严格控制阀芯和阀孔的制造精度和装配精度，一般阀芯的圆度允差为0.003~0.005mm，锥度控制为顺锥状态。

图5-10作用在阀芯上的径向不平衡力的产生
a)阀芯偏心 b)阀芯偏心且顺锥 c) 阀芯偏心且倒锥

图5-11在阀芯上开径向平衡槽的作用
2．滑阀式换向阀的操纵方式及典型结构
使换向阀芯移动的驱动力有多种方式，目前主要有手动、电动、液动、电液几种方式。下面介绍液压阀的典型结构。
（1）机动换向阀 机动换向阀又称为行程阀，它是靠安装在执行元件上的挡块５或凸轮推动阀芯移动，机动换向阀通常是两位阀。图5-12 a）为二位二通机动换向阀。在图示位置，阀芯2在弹簧1作用下处于上位，油口P与A连通；当运动部件挡块５压下滚轮４时，阀芯向下移动，油口P与T连通。图5-12 b）为二位三通机动换向阀的职能符号。

图5-12二位三通机动换向阀
a）换向阀结构图 b)换向阀职能符号
1-弹簧 2-阀芯 3-阀体 4-滚轮 5-挡块
机动换向阀结构简单，换向平稳可靠，但必须安装在运动部件附近，油管较长，压力损失较大。
（2）电磁换向阀 电磁换向阀是利用电磁铁的吸合力，控制阀芯运动实现油路换向。电磁换向阀控制方便，应用广泛，但由于液压油通过阀芯时所产生的液动力使阀芯移动受到阻碍，受到电磁铁吸合力的限制，电磁换向阀只能用于控制较小流量的回路。
1）电磁铁 电磁换向阀中的电磁铁是驱动阀芯运动的动力元件，按电源可分为直流电磁铁和交流电磁铁；按活动衔铁是否在液压油充润状态下运动，可分为干式电磁铁和湿式电磁铁。
交流电磁铁，可直接使用380V、220V、110V交流电源，具有电路简单，无需特殊电源，吸合力较大等优点，由于其铁心材料由矽钢片叠压而成体积大，电涡流造成的热损耗和噪音无法消除，因而具有发热大噪声大，且工作可靠性差、寿命短等缺点，用在设备换向精度要求不高的场合；
直流电磁铁需要一套变压与整流设备，所使用的直流电源为12V、24V、36V或110V，由于其铁心材料一般为整体工业纯铁制成，具有电涡流损耗小、无噪声、体积小、工作可靠性好、寿命长等优点。但直流电磁铁需特殊电源，造价较高，加工精度也较高，一般用在换向精度要求较高的场合。图5-13为干式电磁铁结构图。

图5-13干式电磁铁结构
1-阀体2-阀芯 3-密封圈4-推动杆5-外壳6-分磁环7-衔铁8-定铁心9-线圈10-密封圈
干式电磁铁结构简单，造价低，品种多，应用广泛。但为了保证电磁铁不进油，在阀芯推动杆4处设置了密封圈10，此密封圈所产生的摩擦力，消耗了部分电磁推力，同时也限制了电磁铁的使用寿命。
图5-14所示为湿式电磁铁结构图。由图可知，电磁阀推杆1上的密封圈被取消，换向阀端的压力油直接进入衔铁4与导磁导套缸3之间的空隙处，使衔铁在充分润滑的条件下工作，工作条件得到改善。油槽a的作用是使衔铁两端油室既互连通，又存在一定的阻尼，使衔铁运动更加平稳。线圈2安放在导磁导套缸3的外面不与液压油接触，其寿命大大提高。当然，湿式电磁铁存在造价高，换向频率受限等缺点。湿式电磁铁也各有直流和交流电磁铁之分。

图5-14湿式电磁铁结构图
1-推杆2-线圈3-导磁导套缸4-衔铁5-放气螺钉6-插头组件7-挡板
2）二位二通电磁换向阀 图5-15a）为二位二通电磁换向阀结构图，由图5-15a）可以看出，阀体上两个沉割槽分别与开在阀体上的油口相连（由箭头表示），阀体两腔由通道a-b-c相连，当电磁铁未通电时，阀芯2被弹簧3压向左端位置，顶在挡板5的端面上，此时油口P与A不通；当电磁铁通电时，衔铁8向右吸合，推杆7推动阀芯向右移动，弹簧3压缩，油口P与A接通。图5-15b)为二位二通电磁换向阀的职能符号。

图5-15二位二通电磁换向阀
a) 结构图 b)职能符号
1-阀体 2-阀芯 3-弹簧 4、5、6-挡板 7-推杆 8-电磁铁 9-螺钉
10-钢球 11-弹簧挡圈 12-密封圈
3）三位四通电磁换向阀 图5-16a）为三位四通电磁换向阀结构图，由图可知，阀芯2上有两个环槽，阀体上开有五个沉割槽，中间三个沉割槽分别与油口P、A、B相通（由箭头表示）两边两个沉割槽由内部通道a-b相连后与油口T相通（由箭头表示）。当两端电磁铁8、9均不通电时，阀芯在两端弹簧5的作用下处于中间位置，油口A、B、P、T均不导通；当电磁铁9通电时，推杆推动阀芯2向左移动，油口P与A接通，B与T接通；当电磁铁8通电时，推杆推动阀芯2向右移动，油口P与B接通，A与O接通。图5-16b）为三位四通电磁换向阀的职能符号。

图5-16三位四通电磁换向阀
a) 结构图 b)职能符号
1-阀体 2-阀芯 3-推杆弹簧 4-定位套 5-弹簧 6、7-挡板
8、9-电磁铁 10-封堵 11-螺塞
（3）液动换向阀 液动换向阀是利用液压系统中控制油路的压力油来推动阀芯移动实现油路的换向。由于控制油路的压力可以调节，可以形成较大的的推力，液动换向阀可以控制较大流量的回路。
图5-17a）为三位四通液动换向阀的结构图，阀芯2上开有两个环槽，阀体1孔开有五个沉割槽。阀体的沉割槽分别与油口P、A、B、T相通（左右两沉割槽在阀体内有内部通道相通），阀芯两端有两个控制油口K1、K2分别与控制油路连通。当控制油口K1与K2均无压力油时，阀芯2处于中间位置，油口P、A、B、T互不相通；当控制油口K1有压力油时，压力油推动阀芯2向右移动，使之处于右端位置，油口P与A联通，油口B与T联通；当控制油口K2有压力油时，压力油推动阀芯2向左移动，使之处于左端位置，油口P与B联通，油口A与T联通。图5-17b）为三位四通液动换向阀的职能符号。

图5-17三位四通液动换向阀
a）结构图 b）职能符号
1-阀体 2-阀芯 3-弹簧 4-弹簧套 5-阀端盖
（4）电液动换向阀 电液动换向阀简称电液换向阀，由电磁换向阀和液动换向阀组成，电磁换向阀为Y型中位机能的先导阀，用于控制液动换向阀换向；液动换向阀为O型中位机能的主换向阀，用于控制主油路换向。
电液动换向阀集中了电磁换向阀和液动换向阀的优点：即可方便的换向，也可控制较大的液流的流量。图5-18 a）为三位四通电液换向阀结构原理图，图5-18 b）为该阀的职能符号，图5-18c）为该阀的简化职能符号。

图5-18三位四通电液换向阀
a) 结构原理图 b) 职能符号 c)简化职能符号
1-液动阀阀芯 2、8-单向阀 3、7-节流阀 4、6-电磁铁5-电磁阀芯 9-阀体
由图5-18a）可知，电液换向阀的原理为：当电磁铁4、6均不通电时，电磁阀芯5处于中位，控制油进口P被关闭，主阀芯1两端均不通压力油，在弹簧作用下处于中位，控制油经主油路P、A、B、T互不导通；当电磁铁4通电时，电磁阀芯5处于右位，控制油P‘通过单向阀2到达液动阀芯1左腔；回油经节流阀7、先导阀芯1流回油池T，此时主阀芯向右移动，主油路P与A导通，B与T导通。同理，当电磁铁6通电、电磁铁4断电时，先导阀芯向左移，控制油压使主阀芯向左移动，主油路P与B导通，A与T导通。
电液换向阀内的节流阀可以调节主阀芯的移动速度，从而使主油路的换向平稳性得到控制。当然，有的电液换向阀无此调节装置。
（5）手动换向阀 手动换向阀是用控制手柄直接操纵阀芯的移动而实现油路切换的换向阀。
图5-19a）为弹簧自动复位的三位四通手动换向阀。由图可以看到：当向右推动手柄时，阀芯向左移动，油口P与A相通，油口B通过阀芯中间的孔与油口T连通；当松开手柄时，在弹簧作用下，阀芯处于中位，油口P、A、B、T全部封闭。当向左推动手柄时，阀芯处于右位，油口P与B相通，油口A与T相通。

图5-19三位四通手动换向阀
a）弹簧自动复位，b）钢球定位
图5-19b）为钢球定位的三位四通手动换向阀，他与弹簧自动复位的阀主要区别为：手柄可在三个位置上任意停止，不推动手柄，阀芯不会自动复位。
（6）多路换向阀 多路换向阀是一种集成化结构的手动控制复合式换向阀，通常由多个换向阀及单向阀、溢流阀、补油阀等组成，其换向阀的个数有多路集成控制的执行机构数目而定，溢流阀、补油阀、单向阀、过载阀可根据要求装设。多路换向阀以其多项的功能、集成的结构、和方便的操作性，在矿山机械、冶金机械、工程机械等行走液压设备中得到广泛的应用。
1）多路阀的结构型式 多路阀的结构型式常分为组合式多路阀和整体式多路阀两种。
组合式多路阀又叫做分片式多路阀。它由若干片阀体组成，一个换向阀称为一片，用螺栓将叠加的各片连接起来。它可以用很少几种单元阀体组合成多种不同功用的多路阀，能够适应多种机械的需要。它具有通用性较强，制造工艺性好等特点，但也存在阀体积大，片间需密封，阀体容易变形而卡阻阀芯，内泄漏较为严重等问题。
整体式多路阀是把具有固定数目的多个换向阀体铸造成一个整体，所有换向阀滑阀及各种阀类元件均装在这一阀体内。该阀体铸造成油道，利于设计安排，其拐弯处过渡圆滑，过流损失小，通流能力大。阀体刚性好，阀芯配合精度可得到较大的提高，机加工工作量减小，内外泄漏小，结构更加紧凑。这种阀的缺点是铸造及加工要求的工艺性高，清砂工作困难，制造时质量控制难度较大。
2）多路阀油路的连接方式 根据主机工作性能要求，各换向阀之间的油路连接，通常有并联、串联、混联三种方式。
图5-20 a）所示为并联油路的多路阀。这类多路阀，从系统来的压力油可直接通到各联滑阀的进油腔，各联滑阀的回油腔又都直接通到多路换向阀的总回油口。当采用这种油路连通方式的多路换向阀同时操作多个执行元件同时工作时，压力油总是先进入油压较低的执行元件，因此，只有执行元件进油腔的油压相等时，它们才能同时动作。并联油路的多路换向阀压力损失较小。
图5-20 b）所示为串联油路连接的多路阀。在这类阀中每一联滑阀的进油腔都和前一联滑阀的中位回油路相通，这样，可使串联油路内数个执行元件同时动作。实现上述动作的条件是，液压泵所能提供的油压要大于所有正在工作的执行元件两腔压差之和。串联油路的多路换向阀的压力损失较大。
图5-20 c）所示为串并联油路连接的多路阀。在此阀中，每一联滑阀的进油腔都与前一联滑阀的中位回油路相通，每一联滑阀的回油腔则直接与总回油路连接，即各滑阀的进油腔串联，回油腔并联。它的特点是，当某一联滑阀换向时，其后各联滑阀的进油路均被切断。因此，各滑阀之间具有互锁功能，可以防止误动作。

　　　　　　图5－20多路阀的油路连同方式及符号
a）并联连通 b）串联连通 c）串并联连通
A1—第一个执行元件的工作油口，B1—第一个执行元件的工作油口，
A2—第一个执行元件的工作油口，B2—第一个执行元件的工作油口
除上述三种基本型式外，当多路换向阀的联数较多时，还常常采用上述几种油路连接形式的组合，称为复合油路连接。
3）多路阀的中位卸荷方式 多路阀各换向阀芯处于中位时，回路的卸荷方式主要有专用直通油路卸荷和卸荷阀卸荷两种型式。
图5-21 a）所示的为直通油路卸荷方式。在此回路中，多路阀入口压力油经一条专用的直通油路回油池。该回油路由每联换向阀的两个腔组成，当各联阀的阀芯处于中间位置时，每联换向阀的这两个腔都是连通的，从而使整个中立位置回油路畅通，系统的压力油经此油路直接卸荷。当多路阀有一个换向阀换向时，系统的压力油就从这联阀进入所控的执行元件，同时应会把卸荷油路切断。另外在换向过程中，随着换向阀阀芯的移动，中位状态时的回油路是被逐渐关小的，执行元件的进油路也是逐渐打开的，所以，其换向过程平稳无冲击，而且有一定调速性能。这种回油方式的缺点是阀芯在中位时的压力损失较大，并且换向阀的联数越多，压力损失越大。
图5-21 b）所示为用卸荷阀卸荷的方式。此时多路阀入口压力油是经卸荷阀A卸荷的。当所有换向阀的阀芯均处于中位时，卸荷阀的控制油路B与回油路接通，压力油流经卸荷阀上的阻尼孔C时产生压力降，使卸荷阀弹簧腔的油压低于阀的进口油压，卸荷阀便在此两腔压力差的作用下克服的弹簧力向右移动而开启，压力油从油路D回油箱。这种卸荷方式的特点是，卸荷压力在换向阀的联数增加时变化不大，卸荷压力较低，但由于卸荷阀的控制通路B被切断的瞬时，卸荷阀是突然关闭的，所以卸荷时会产生液压冲击。
目前大部分多路阀采用中位回油路卸荷的方案，因为采用这种方式可以通过控制杆的移动距离实现调速，而阀的结构简单。

图5—21多路阀的卸荷方式
a）直通油路卸荷 b）卸荷阀卸荷
4）多路阀应用实例 图5-22为叉车中常采用的一种ZFS型多路换向阀。它是由进油阀体1回油阀体4和中间两片换向阀2、3组成，彼此间用螺栓5连接。在相邻阀体之间装“O”型密封圈。进油体1内装有安全阀（图中只表示出安全阀的进口K）。换向阀为三位六通阀，工作原理与一般手动换向阀相同。当换向阀2、3的阀芯均未被操纵时（图示位置），泵的来油由P口进入，经阀体内部通道直通回油阀体4并经回油口T返回油箱，泵处于卸荷状态，见图5-22 b）。当向左扳动换向阀3的阀芯时，阀内卸荷油路被截断，油口A、B分别接通压油口P和回油口T，柱塞缸活塞杆缩回，当反向扳动换向阀3阀芯时，则活塞杆伸出。

图5-22 ZFS型多路换向阀
a）结构图 b）结构原理图 c）职能符号
1-进油阀体 2-升降换向阀 3-倾斜换向阀 4-回油阀体 5-连接螺栓
第三节 压力控制阀
控制和调节液压系统中压力大小的阀通称压力控制阀。在液压系统中系统压力阀的作用是控制液压系统的压力或以液体压力的变化来控制油路的通断。
压力控制阀按其功能可分为溢流阀、减压阀、顺序阀和压力继电器等。在此我们主要介绍压力阀的工作原理、调压性能、典型结构及主要用途。
一、溢流阀
溢流阀的功用是当系统的压力达到其调定值时，开始溢流，将系统的压力基本稳定在某一调定的数值上。按调压性能和结构特征区分，溢流阀可分为直动式溢流阀和先导式溢流阀两大类。
1．溢流阀的工作原理及典型结构
（1）直动式溢流阀 图5-23a)为直动式低压溢流阀结构图 ，P为进油口，T为回油口。被控压力油由P进入溢流阀，经阀芯4的径向孔f、轴向孔g进入阀芯下端腔c。若阀芯的面积为A，则此时阀芯下端受到的液压力为pA。调压弹簧的预紧力为Fs, 当Fs=pA时，阀芯即将开启，这一状态时的压力称之直动式溢流阀的开启压力，用pK表示.即
pKA=Fs=Kxo (5-1)

或 pK=Kxo/A (5-2)
式中 K—弹簧的刚度
xo—弹簧的预压缩量。
当pA>Fs时，阀芯上移，，弹簧进一步受到压缩，溢流阀开始溢流。直到阀芯达到某一新的平衡位置时停止移动。此时进油口的压力为p。
p=K(x+xo )/A （5-4）
式中 x—由于阀芯的移动使弹簧的产生的附加压缩量
由于阀芯移动量不大，（即x变动很小）所以当阀芯处于平衡状态时，可认为阀进口压力p基本保持不变。
调节手柄1可改变弹簧的预压缩量从而调节溢流压力p。通道g为细长孔，当阀芯振动时时g孔起到阻尼作用；通道e为泄漏孔，达到弹簧腔的油液经此孔流回油箱。 5-20b)为直动式溢流阀的职能符号。
由于直动式溢流阀是直接利用阀芯上的弹簧力与液压力平衡的，所以弹簧刚度K较大，压力调节也较费力，溢流量发生变化时阀的进油口压力波动较大，因此只能适用于低压小流量或平稳性要求不高的液压系统。

图5-23直动式低压溢流阀
a)结构图 b)职能符号
1-调节手柄 2-弹簧 3-上阀体 4-阀芯 5-下阀芯
图5-24a)为具有阻尼活塞和偏流盘的直动式溢流阀的结构图，其工作原理为：压力油从油口P进入，当油压所产生液压力大于阀芯上的弹簧力时，阀芯抬起，液压油经过阀芯的锥型面2，与阀体间形成的环形通道，从油口T流出。图5-24b）为该阀的阀芯部分放大图。由此图可以分析直动式溢流阀的性能特点，主要有以下几点：
1）灵敏度高 由于控制开口的阀芯面2为锥形面，当阀芯轴向稍微一移动，就可以有较大的开口；阀芯体积较小，惯性小，移动灵活。
2）通流能力大 阀芯左端偏流盘1上开有环形凹槽，当油液流过此槽时流向发生改变，形成与弹簧力相反方向的液动力。当阀芯开大时，弹簧压缩量增加，而通过的流量也增加，由此所产生的液动力增大，从而抵消了弹簧力的增量，使得阀芯开启稳定性增加，通流能力增加。
3）调压范围广 由于上述两原因的存在，使阀芯所需的弹簧刚度大大降低，从而增大了阀的调压范围。
4）稳定性增加 阀芯下端的阻尼活塞3与阀体间设置了适当间隙，使阀芯在移动时受到液压油的阻尼，阻尼活塞与阀体不直接接触，减少了阀芯移动时摩擦力，同时压力的波动可以及时反馈到阀芯上，使之灵活而又平稳的移动，于是压力的平稳性大大增加。

图5-24直动溢流阀的结构
a）结构图 b）阀芯放大图
此类直动式溢流阀的通径从6~30mm不等，最高压力可达31.5~63MPa，最大流量可达300L/min，该阀在高压大流量下具有较平缓的压力—流量特性，其关键在于偏流盘上的射流力对液动力的补偿作用。采用阻尼活塞可提高法的稳定性。
（2）先导式溢流阀 先导式溢流阀是由先导阀和主阀组成。先导阀用以控制主阀芯两端的压差，主阀芯用于控制主油口的溢流。目前应用广泛的先导式溢流阀按阀芯结构形式，可分为三节同心式和二节同心式两种结构。
图5-25为三节同心先导式溢流阀。由图可知，主阀座4过盈安装在阀体1内，阀体上设有进出油口P和O，K为遥控油口，主阀芯2上部小圆柱与阀盖5相配合，中间大直径圆柱与阀体内孔相配合，下部锥体与阀座相配合。主阀芯尾部的菌状法兰起导流作用，使溢流阀开启时便于阀芯对中，关闭时稳定性增加。先导锥阀芯7由弹簧8紧压在先导阀座6上。手轮11通过调压螺栓10、调节杆9调整弹簧的预压缩量，从而调节溢流阀的调整压力。

图5-25三节同心先导式溢流阀
a) 结构剖视图 b）职能符号
1-阀体 2-主阀芯 3-主阀弹簧 4-主阀座 5-先导阀体 6-先导阀座
7-先导锥阀芯 8-调压弹簧 9-调节杆 10-调压螺栓 11-手轮
当系统压力油从进油口P进入主阀芯下腔a时，压力油经主阀芯大直径圆柱上的阻尼孔e进入上腔d，通道f进入先导阀下腔g，作用在先导阀芯7右端。由于先导阀关闭，此时主阀芯上腔a与下腔d间压力相等。主阀芯在弹簧3的作用下紧压在阀座4上。此时阀座4所承受的主阀芯的压力为F。
F=Fs+ p A' -pA= Fs+p(A' -A)
式中 Fs—弹簧3的预紧力
A' —主阀芯上腔的有效面积
A —主阀芯下腔的有效面积
P—系统的压力
当Fs> p(A' -A)时阀口关闭，主阀无溢流。
当系统压力升高，超过导阀7的开启压力时，压力油顶开先导锥阀芯7，进入i腔，通过孔j、b流入c腔，从出油口T流出。此时由于阻尼小孔e（0.8-1.2mm）的节流作用，使得主阀芯上腔d的压力p'（p'是由导阀7调整的的）小于下腔a的压力p，在两腔之间产生压力差Δp（Δp=p-p' ）。此时阀座4所受的主阀芯压紧力为F。
F=Fs+ p' A'-pA
当A=A' 时
F=Fs-ΔpA
随着系统的压力的增高，通过小孔e的流量不断增加，所产生的压力损失Δp也不断提高，压紧力F相继减小。当F变为负值时，主阀芯抬起，a、b两腔连通，溢流阀开始溢流，此时，溢流阀进口的压力维持在某调定值p上。主阀芯向上移动后，弹簧3进一步受到压缩，Fs相应增加，使之在新的位置上处于平衡状态。
遥控口K用以调节主阀芯前腔的压力p'，当在K孔连接遥控调压阀（结构与先导阀相似）时，可用遥控调压阀调节溢流阀的进口压力。
转动手轮11时，调压螺栓10轴向移动，调节杆9推动先导阀调压弹簧8使先导锥阀芯7上所受到的弹簧力发生变化，从而调整了主阀芯a腔的压力p' ，使Δp发生变化，主阀芯在新的位置上平衡，阀的溢流开口发生了变化，从而调整了溢流阀进口压力p。图5-23c）为先导式溢流阀的职能符号。

图5-26二节同心式先导式溢流阀
1-主阀芯 2-阻尼孔 3-阻尼器 4、5-控制油道 6-先导阀 7-先导阀体（阀盖）
8-调压弹簧9-弹簧腔 10、11-控制回油道 12-阀座13-外供油口
14-防震器15-调节螺栓
图5-26二节同心式先导溢流阀，该阀主阀芯1结构大为简化，只有阀芯外径与主阀体，和阀芯下端锥面与阀座有配合要求。当压力油经阻尼器2中的小孔、控制油道5、顶开先导阀6时，在阻尼器2两端形成压差Δp，此压差经阻尼孔5作用在主阀芯1上，当压差达到一定值时，主阀芯抬起，溢流阀开始溢流。外接供油孔13的作用，相当于普通先导式溢流阀的遥控口。
2．溢流阀的性能
溢流阀的性能主要有静态性能和动态性能两类。
（1）静态特性 溢流阀的静态性能是指阀在系统压力没有突变的稳态情况下，所控制流体的压力、流量的变化情况。溢流阀的静态特性主要指压力-流量特性、启闭特性、压力调节范围、流量许用范围、卸荷压力等。
1） 流阀的压力-流量特性 溢流阀的压力-流量特性是指溢流阀入口，压力与流量之间的变化关系。图5-27为溢流阀的静态特性曲线。其中pk1为直动式溢流阀的开启压力，当阀入口压力小于pk1 时，溢流阀处于关闭状态，通过阀的流量为零；当阀入口压力大于pk1时，溢流阀开始溢流。图中p 'k2为先导阀的开启压力，当阀进口压力小于p 'k2时，先导阀关闭，溢流量为零；当压力大于p 'k2时，先导阀开启，然后主阀芯打开，溢流阀开始溢流。在两种阀中，当阀入口压力达到调定压力pn时，通过阀的流量达到额定溢流量qn。
由溢流阀的特性分析可知：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。由图5-27溢流阀的静态特性曲线可见，先导式溢流阀性能优于直动式溢流阀。

图5-27溢流阀的静态特性曲线
2）溢流阀的启闭特性 启闭特性是表征溢流阀性能好坏的重要指标，一般用开启压力比率和闭合