换向阀的结构

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1、(3)换向阀的结构。 在液压传动系统中广泛采用的是滑阀式换向阀，在这里主要介绍这种换向阀的几种典型结构。 手动换向阀。图5-5(b)为自动复位式手动换向阀，放开手柄1、阀芯2在弹簧3的作用下自 动回复中位，该阀适用于动作频繁、工作持续时间短的场合，操作比较完全，常用于工程机械的液 压传动系统中。如果将该阀阀芯右端弹簧3的部位改为可自动定位的结构形式，即成为可在三个位置定位的手 动换向阀。图5-5(a)为职能符号图。(b)图5-5(a)职能符号图(b)1手柄2阀芯3弹簧JZ 机动换向阀。机动换向阀又称行程阀，它主要用来控制机械运动部件的行程，它是借助于安 装在工作台上的挡铁或凸轮来迫使阀芯移动，

2、从而控制油液的流动方向，机动换向阀通常是二位的， 有二通、三通、四通和五通几种，其中二位二通机动阀又分常闭和常开两种。圏-6(a)为滚轮式二 位三通常闭式机动换向阀，在图示位置阀芯2被弹簧1P和A通，B 口关闭。当挡铁或凸轮压住滚轮4,使阀芯2移动到下端时，就使油腔P和A断开，P和B接通，A 口关闭。图 5-6(b )所(a)(b)图5-6机动换向阀 方向的。它是电气系统与液压系统之件发出，从间的信号转换元件，它的电气信号由液压设备结构 图(b)职能符号图中的按钮开关、限位开关、行程开关等电气元1滚轮2阀芯3弹簧而可以使 液压系统方便地实现各种操作及自动顺序动作。电磁铁按使用电源的不同，可分为

3、交流和直流两种。按衔铁工作腔是否有油液又可分为“干式” 和“湿式”交流电磁铁起动力较大，不需要专门的电源，吸合、释放快，动作时间约为0.010.03s, 其缺点是若电源电压下降15%以上，则电磁铁吸力明显减小，若衔铁不动作，干式电磁铁会在10 15min后烧坏线圈(湿式电磁铁为11.5h),且冲击及噪声较大，寿命低，因而在实际使用中交流 电磁铁允许的切换频率一般为10次/min，不得超过30次/min。直流电磁铁工作较可靠，吸合、释 放动作时间约为0.050.08s，允许使用的切换频率较高，一般可达120次/min，最高可达300次 /min，且冲击小、体积小、寿命长。但需有专门的直流电源，成

4、本较高。此外，还有一种整体电磁 铁，其电磁铁是直流的，但电磁铁本身带有整流器，通入的交流电经整流后再供给直流电磁铁。目 前，国外新发展了一种油浸式电磁铁，不但衔铁，而且激磁线圈也都浸在油液中工作，它具有寿命 更长，工作更平稳可靠等特点，但由于造价较高，应用面不广。图5-7(a)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。而当磁铁断 电释放时，弹簧35-7(b)(a)图5-7二位三通电磁换向阀(a)结构图(b)职能符号图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。二位电磁阀有一个电磁铁，靠弹簧复位；三位电磁阀

5、有两个电磁铁，如图5-8 所示为一种三位五通电磁换向阀的结构和职能符号。 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，图5-9为三位 四通液动换向阀的结构和职能符号。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2 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。(b)图 59 三位四通液动换向阀(a)结构图(b)职能符号图 电液换向阀。在大中型液压设备中，当通过

6、阀的流量较大时，作用在滑阀上的摩擦力和液动 力较大，此时电磁换向阀的电磁铁推力相对地太小，需要用电液换向阀来代替电磁换向阀。电液换 向阀是由电磁滑阀和液动滑阀组合而成。电磁滑阀起先导作用，它可以改变控制液流的方向，从而 改变液动滑阀阀芯的位置。由于操纵液动滑阀的液压推力可以很大，所以主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。P T (b)(c)图5-10电液换向阀(a)结构图(b)职能符号(c)1, 6-节流阀2, 7-单向阀3, 5-电磁铁4-电磁阀阀芯8-主阀阀芯图 5-10 所示为弹簧对中型三位四通电液换向阀的结构和职能符号，当先导电磁阀

7、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，由先导电磁阀右 边的电磁铁通电，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带电时，先导 电磁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 阀芯的左、右两容腔，主阀芯左右两腔

8、的油液通过先导电磁阀中间位置的A、B两油口与先导电 磁阀T 口相通(如图5-10b所示)，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 簧的预压力的推动下，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。(4)换向阀的中位机能分析。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

9、号及其特点，示于表5-4 中。三位五通换向阀的情况与此相仿。不同的中位机能是通过改 变阀芯的形状和尺寸得到的。在分析和选择阀的中位机能时，通常考虑以下几点： 系统保压。当P 口被堵塞，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), 系统卸荷。P 口通畅地与T匚 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。 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，可利用其他机构移动工作台，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）， 工作可靠性。工作可

10、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，且和使用也有关系。液动力和液压卡紧力的大小对工作可靠性影响 很大，而这两个力是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。这个工作范围的极限称为换向界限，如图5-11 所示。 压力损失。由于电磁阀的开口很小，故液流流过阀口时产生较大的压力损失。图5-12所示为某电磁阀的压力损失曲线。一般阀体铸造流道中的压力损失比机械加工流道中的损失小。滑阀机能符号中位油口状况、特点及应用-J.0型1 1T TPsA.B.T四油口全封团;液压泵不卸荷，液压缸闭锁;可用于多个换向阀的

11、并联工作/ 一.H型-,-Xj四袖口全串通;活塞处于浮动状态，在外力作用下可移动;泵卸荷Y型IP 口封闭,A、B、T三油口相通宇活塞浮动，在外力作用下可移动;泵不轡K型 Xp、a、t三油口相通,b口封闭扌活塞处于闭锁状态;泵卸荷何型1nX*xXXXmIXF、T 口相通，A与B 口均封闭;活塞不动;泵卸荷，也可用多个M型换向碑 并联工柞四油口处于半开启状态;泵基本上卸荷,但仍保持一定压力P、A、B三油口相通,T 口封闭泵与缸两腔相通，可组成差动回路P与A 口封闭,B与T 口相通;活塞停止,外力作用下可向一边移动;泵不卸 荷P与A 口相通,B与T 口皆封闭;活塞处于停止位置P和B 口皆封闭,A与T

12、 口相通;与J型换向洌机能相似，只是A与曲互 换了，功能也类似内泄漏量。在各个不同的工作位置，在规定的工作压力下，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，引起过热，而且还会影响执行机构的正常工作。P和T 口都封闭,A与B 口相通;活塞浮动,在外力作用下可移动;泵不卸御图 5-11 电磁阀的换向界限 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0.030.05 s,换向冲击较大；而直流电磁阀的换向时间约为 0

13、.1 0.3s, 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/min 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决定于电磁铁。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。 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粘性摩擦力,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后（一般约 5min 以后），这个阻力可

14、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。如图5-13（a）所示，当阀芯和阀体孔之间无几何形状误差，且轴心线平行但不重合时， 阀芯周围间隙内的压力分布是线性的（图中A和A线所示），且各向相等，阀芯上不会出现不平衡的 径向力；当阀芯因加工误差而带有倒锥（锥部大端朝向高压腔）且轴心线平行而不重合时，阀芯周围 间隙内的压力分布如图5-13（b）中曲线片和A2所示，这时阀芯将受到径向不平衡力（图中阴

15、影部分） 的作用而使偏心距越来越大，直到两者表面接触为止，这时径向不平衡力达到最大值；但是，如阀 芯带有顺锥（锥部大端朝向低压腔）时，产生的径向不平衡力将使阀芯和阀孔间的偏心距减小；图 5-13（c）所示为阀芯表面有局部凸起（相当于阀芯碰伤、残留毛刺或缝隙中楔入脏物时，阀芯受到的 径向不平衡力将使阀芯的凸起部分推向孔壁。图5-13滑阀上的径向力当阀芯受到径向不平衡力作用而和阀孔相接触后，缝隙中存留液体被挤出，阀芯和阀孔间的摩 擦变成半干摩擦乃至干摩擦，因而使阀芯重新移动时所需的力增大了许多。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。