几种常见换向阀的工作原理

几种常见换向阀的工作原理

1．换向阀的分类

换向阀按结构类型及运动方式可分为滑阀式、转阀式和锥阀式；按阀的安装方式可分为管式、板式、法兰式等；按阀体连通的主油路数可分为二通、三通、四通等；按阀芯在阀体内的工作位置可分为二位、三位、四位等；按操纵阀芯运动的方式可分为手动、机动、电磁动、液动、电液动等；按阀芯的定位方式可分为钢球定位和弹簧复位两种。其中，滑阀式换向阀在液压系统应用广泛，因此本节主要介绍滑阀式换向阀。

2．换向阀的工作原理

换向阀的工作是利用阀芯与阀体的相对工作位置改变，使油路连通、断开或变换油流的方向，从而控制执行元件的启动、停止或换向。换向阀的工作原理如图17所示。当液压缸两腔不通液压油，活塞处于停机状态。若使换向阀的阀芯左移，阀体上的油口P和A连通、B和T连通。这时，液压油经P、A进入液压缸左腔，右腔油液经B、T回油箱，活塞向右运动。反之，若使阀芯右移，则P和B连通，A和T连通，活塞便向左运动。

3．几种常见的换向阀

(1)机动换向阀。机动换向阀叉称行程阀。它必须安装在液压缸附近，由运动部件上安装的挡块或凸轮压下阀芯使阀换位。图18所示为二位四通机动换向阀的结构原理及符号。机动换向阀通常是弹簧复位式的二位阀。其结构简单，动作可靠，换向位置精度高，通过改变挡块的迎角a和凸轮外形，可使阀芯获得合适的换位速度，以减少换向冲击。

机动换向阀的规格型号参见有关产品样本。

(2)电磁换向阀。电磁换向阀是利用电磁铁吸力操纵阀芯换位的换向阀。图19所示为三位四通电磁换向阀的结构原理图及其符号。阀的两端各有一个电磁铁和一个对中弹簧，阀芯在常态时处于中位。当右端电磁铁通电吸合时，衔铁通过推杆将阀芯推至左端，换向阀就在右位工作；反之，左端电磁铁通电吸合时，换向阀就在左位工作。

图20所示的是两位四通电磁换向阀的符号，图20 (a)所示的是弹簧复位式，图20 (h)所示的是双电磁铁钢球定位式，该阀在电磁铁断电时仍能保持通电时的状态，具有“记忆”功能。因此不但节约了能源，延长了电磁铁的使用寿命，而且不会因为电源因故中断引起系统失灵或出现事故，常用于自动化机械及自动线上。

电磁铁按使用电源的不同，可分为交流和直流两种。交流电磁铁使用方便，启动力大，但换向时间短，需0.01～0.07s，换向冲击大，噪声大，换向频率低（每分钟约30次），而且当阀芯被卡住或电压低等原因吸合不上时，易烧坏线圈。直流电磁铁换向时间长，需0.1～0.15s，换向冲击小，换向频率高达每分钟240次，工作可靠性高，但需有直流电源，成本较高。此外，还有一种本整型（本机整流型）电磁铁，其上附有二极管整流线路和冲击电压吸收装置，能把接人的交流电整流后自用，因而兼有前述两者的优点。

电磁换向阀产品技术参数如下表所示。

电磁换向阀产品技术参数

(3)液动换向阀。液动换向阀是利用压力油来推动阀芯移动的换向阀。液动换向阀的结构原理及符号如图21所示。当控制压力油从控制口K输入后，阀芯在压力油的作用下，压缩弹簧产生移动，使阀换位。其工作原理与电磁阀相似。

(4)电液换向阀。电磁换向阀布置灵活，易于实现自动化，但电磁铁吸力有限，难以切换大的流量；而液动换向阀一般较少单独使用，需用一个小换向阀来改变控制油的流向，故标准元件通常将电磁阀与液动阀组合在一起组成电液换向阀。电磁阀（称先导阀）用于改变控制油的流动方向，从而导致液动阀（称主阀）换向，改变主油路的通路状态。

图22所示为电液换向阀的结构原理及符号。其中，图22 (a)所示为两端带主阀芯行程调节机构的结构图。工作原理可结合图22(b)带双点画线方框的组合阀图形符号加以说明。常态时，先导阀和主阀都处于中位，控制油路和主油路均不进油。当左端电磁铁通电时，先导阀处于左位工作，控制油自P经先导阀作用在主阀左腔K．，使主阀换向处于左位工作，主阀右端油腔K经先导阀回油至油箱，此时，主油路P与B、A与T相通。反之，当先导阀左电磁铁断电，右电磁铁通电时，则主油路油口换接，此时，P与A、B与T相通，实现了换向。图22 (d)所示为电液换向阀的简化符号。在回路中常以简化符号表示。

下面介绍电液换向阀控制油的进油和回油方式及阀的附加装置。

1)控制油的进油和回油方式。若进入先导阀的压力油（即控制油）来自主阀的P腔，这种控制油的进油方式称内部控制，即电磁阀的进油口与主阀的P腔是沟通的。其优点是油路简单，但因泵的工作压力通常较高，故控制部分能耗大，只适用于电液换向阀较少的系统。若进入先导电磁阀的压力油引自主阀P腔以外的油路，如专用的低压泵或系统的某一部分，这种控制油的进油方式称为外部控制。若先导电磁阀的回油口单独接油箱，这种控制油的回油方式称为外部回油。若先导阀的回油口与主阀的T腔相通，则称为内部回油。内回式的优点是无须单设回油管路，但先导阀允许背压较小，主回油路的背压必须小于它才能采用，而外回式不受此限制。由此可见，先导阀的进油和回油可以有外控外回、外控内回、内控外回、内控内回4种方式。图22所示为外控外回式。

2)电液换向阀供选用的附加装置主要如下。

①换向时间调节器。又称阻尼调节器，是一叠加式单向节流阀，可叠放在先导阀与主阀之间。图22 (c)所示为装有双阻尼调节器的电液换向阀的符号。左电磁铁通电后，控制油经左单向阀抵主阀芯左控制腔，右控制腔回油需经右节流阀才能通过先导阀回油箱。调节节流阀开口，即可调节主阀换向时间，从而消除执行元件的换向冲击。

②主阀芯行程调节机构。图22 (a)中，调节主阀阀盖两端的螺钉，则主阀芯换位移动的行程和各阀口的开度便可调节，通过主阀的流量也随之变化，因而对执行元件有粗略的速度调节作用。

③预压阀。以内控方式供油的电液换向阀，若在常态位使泵卸荷，为克服阀在通电后因无控制油压而使主阀不能动作的缺陷，在主阀进油口中插装一个预压阀（即具有较硬弹簧的单向阀），使其在卸荷状态下仍有一定的控制油压，足以使主阀芯换向。图23所示为一具有M型中位机能、装有预压阀f的内控外回式电液换向阀的符号。

④插入式阻尼器。即一固定小孔节流器，必要时插人先导阀的进油口，以限制进入先导阀的流量，从而控制主阀的换向速度。

电液换向阀技术参数如下表所示。

电液换向阀技术参数

(5)手动换向阀。手动换向阀是用手动杠杆操纵阀芯换位的换向阀。图24所示的是手动换向阀的符号。按换向定位方式的不同，分为钢球定位式和弹簧复位式两种。当操纵手柄的外力取消后，前者因钢球卡在定位沟槽中，可保持阀芯处于换向位置，后者则在弹簧力作用下使阀芯自动回复到初始位置。

手动换向阀结构简单，动作可靠，有的还可以人为地控制阀口的大小，从而控制执行元件的运动速度。但由于需要人工操纵，故只适用于间歇动作而且要求人工控制的场合。在使用时必须将定位装置或弹簧腔的泄漏油排除，否则会由于漏油的积聚而产生阻力影响阀的操作，甚至不能实现换向动作。如推土机、汽车起重机、叉车等油路的控制都是手动换向的。

(6)转阀式换向阀。通过手动或机动使阀芯旋转换位，实现改变油路状态的换向阀。图25 (a)所示的是三位四通O形转阀的结构及符号。在图示位置时，P通过环槽c和阀芯上的轴向槽b与A相通，B通过阀芯上的轴向槽e和环槽a与T相通。若将手柄2顺时针方向转动90°，则P通过槽c和d与B相通，A通过槽e和a与T相通。如果将手柄转动45°至中位，则4个油口全部关闭。通过挡块拨杆3、4可使转阀机动换向。由于转阀密封性差，径向力不易平衡及结构尺寸受到限制，一般多用于压力较低、流量较小的场合。转阀式换向阀的图形符号如图25 (b)和(c)所示。