液压与气压传动技术 第四版 课件 任务二 方向控制阀

任务二

方向控制阀方向控制阀是用来控制和改变液压系统中油路通、断或油液流通方向，控制液压执行元件的起动和停止、改变其运动方向和工作顺序的阀类。方向控制阀的工作原理是利用阀芯相对阀体的移动来改变液压油的通路。阀芯阀体方向控制阀阀按其用途不同，可分为单向阀和换向阀两种。单向阀主要用于控制油液的单方向流动，换向阀主要用于改变油液的流动方向或接通、切断油路。单向阀换向阀任务二

方向控制阀1.普通单向阀（简称单向阀）普通单向阀又叫止回阀或逆止阀。其作用是允许油液单方向流动，反方向则截至。要求正向流动时阻力损失小，反向截至时密封性能要好，动作灵敏。普通单向阀主要由阀体1、阀芯2、弹簧3等零件组成。一、单向阀：主要用于控制油液的单方向流动，有普通单向阀和液控单向阀两种。任务二

方向控制阀一、单向阀：主要用于控制油液的单方向流动，有普通单向阀和液控单向阀两种。1.普通单向阀（简称单向阀）阀芯有锥阀式和钢球式之分。锥阀密封性好，应用广泛，钢球式一般用于小流量场合。锥阀芯球锥阀芯观察结构任务二

方向控制阀任务二

方向控制阀1.普通单向阀（简称单向阀）单向阀根据连接方式不同有直通式（管式）和直角式（板式）两种，不管哪种形式，其工作原理都相同。压力油从阀体油口P1处流入，克服弹簧3作用在阀芯2上的作用力及阀芯与阀体之间的摩擦力，使阀芯2向右移动，打开阀口，通过阀体油口P2流出。当压力油从油口P2流入时，作用在阀芯上的液压力与弹簧力一起使阀芯压紧在阀座上，使阀口关闭，油液不能流过，单向阀的图形符号如图所示。观察原理任务二

方向控制阀1.普通单向阀（简称单向阀）普通单向阀中的弹簧主要用来克服阀芯的摩擦阻力和惯性力，使阀芯复位。为使普通单向阀工作灵敏可靠，阀的弹簧刚度较小，以免油液流动时产生较大的压差，一般普通单向阀的开启压力为0.035~0.05MPa左右。若将普通单向阀中的弹簧换成较大刚度的弹簧时，可将其置于回油路中作背压阀使用，此时阀的开启压力为0.2~0.6MPa。弹簧任务二

方向控制阀2.液控单向阀普通单向阀使液流只能正向流动而不能反向流动，液控单向阀是可根据需要实现反向流动。主要由活塞1、顶杆2、阀芯3等组成。观察结构任务二

方向控制阀2.液控单向阀当控制油口K不通压力油时，压力油只能从油口P1流向油口P2，不能反向流动。当控制口K接通压力油时，活塞l右移，通过顶杆2顶开阀芯3，使油口P1和P2接通，油液可在两个方向自由流动。液控单向阀K油口的最小控制压力约为主油路压力的30％～50％左右。观察原理任务二

方向控制阀2.液控单向阀在高压系统中，液控单向阀反向开启前油腔压力P2很高，顶开锥阀芯所需的控制压力也较高。为减小控制油口K的开启压力，在锥阀芯内部可增加一个卸荷阀芯3，结构如图所示。观察结构1-控制活塞2-锥阀芯3-卸荷阀芯任务二

方向控制阀2.液控单向阀：带卸荷阀芯的液控单向阀工作原理：在控制活塞1顶起锥阀芯2之前，先顶起卸荷阀芯3，使上下腔油液经卸荷阀芯上的缺口沟通，锥阀芯上腔的压力油泄到下腔，压力降低。此时控制活塞可以较小的力将锥阀芯顶起，使P1和P2两腔完全连通。采用带卸荷阀芯的液控单向阀，其最小控制油压力约为主油路的5％。观察原理任务二

方向控制阀二、换向阀：换向阀利用阀芯对阀体的相对移动，使阀所控制的各个油口接通或断开，改变液压系统中油液的流动方向。从而实现对液压执行元件及其驱动机构的启动、停止或变换运动方向的控制。阀芯阀体任务二

方向控制阀

液压系统对换向阀的主要要求是：1）油液流经阀时的压力损失要小。2）互不相通的油口间的泄漏要小。3）换向要平稳，迅速且可靠。任务二

方向控制阀换向阀的分类根据换向阀阀芯运动方式、结构特点和控制方式等可对换向阀进行如下分类。1）按换向阀阀芯运动方式可分为：滑阀、锥阀和转阀。任务二

方向控制阀换向阀的分类根据换向阀阀芯运动方式、结构特点和控制方式等可对换向阀进行如下分类。1）按换向阀阀芯运动方式可分为：滑阀、锥阀和转阀。任务二

方向控制阀换向阀的分类根据换向阀阀芯运动方式、结构特点和控制方式等可对换向阀进行如下分类。2）按换向阀的操纵方式可分为：手动式、机动式、电磁式、液动式、电液动式。任务二

方向控制阀换向阀的分类根据换向阀阀芯运动方式、结构特点和控制方式等可对换向阀进行如下分类。2）按换向阀的操纵方式可分为：手动式、机动式、电磁式、液动式、电液动式。任务二

方向控制阀换向阀的分类根据换向阀阀芯运动方式、结构特点和控制方式等可对换向阀进行如下分类。2）按换向阀的操纵方式可分为：手动式、机动式、电磁式、液动式、电液动式。任务二

方向控制阀换向阀的分类根据换向阀阀芯运动方式、结构特点和控制方式等可对换向阀进行如下分类。3）按换向阀阀芯工作位置和进出口通路数可分为：二位二通阀、二位三通阀、二位四通阀、三位四通阀和三位五通阀。详细观察任务二

方向控制阀换向阀的分类4）按换向阀的安装方式可分为：管式、板式和法兰式。任务二

方向控制阀1.换向阀的工作原理滑阀式换向阀的结构：阀芯和阀体是滑动式换向阀的结构主体，下图为常见滑阀结构形式，阀体上开有多个油口，阀芯相对阀体移动后可以停留在任何工作位置，实现各油口之间的通与断。阀的位数和油口数是由阀体上的沉割槽和阀芯上台肩的不同组合形成的。观察结构沉割槽台肩阀体阀芯任务二

方向控制阀1.换向阀的工作原理滑阀式换向阀的结构：三位五通阀的阀体上有P、A、B、T1和T2五个油口。任务二方向控制阀结构分析1.换向阀的工作原理滑阀式换向阀的结构：三位五通阀的阀芯有左、中、右三个工作位置，当阀芯处于图示中间位置时，五个通口互不相通。AB观察结构任务二

方向控制阀1.换向阀的工作原理滑阀式换向阀的结构：当阀芯移向左端时，通口T2关闭，油口P

和B相通，油口A和T1相通。AB观察结构任务二

方向控制阀1.换向阀的工作原理滑阀式换向阀的结构：当阀芯移向右端时，通口T1关闭，油口P

和A相通，油口B和T2相通。AB观察结构任务二

方向控制阀1.换向阀的工作原理滑阀式换向阀的结构：这种结构形式由于具有使五个通口都关闭的工作状态，故可使受控执行元件在任意位置停止运动，且有两个回油口，可得到不同的回油方式。观察结构任务二

方向控制阀1.换向阀的工作原理当阀芯处于图示位置时，油口P、A、B

和T互不相通，液压缸的活塞处于停止状态。当阀芯向左移动一定距离时，由液压泵输出的压力油从阀的P口经A口输向液压缸的左腔，液压缸活塞向右运动，液压缸右腔的油液经B

口流回油箱；反之，若阀芯向右移动一定距离时，油液反向，活塞向左运动。观察原理任务二

方向控制阀滑阀式换向阀主体部分的结构型式详细观察1.换向阀的工作原理换向阀的“位”和“通”：“位”和“通”是换向阀的重要概念。不同的“位”和“通”构成了不同类型的换向阀。所谓“二位阀”、“三位阀”是指换向阀的阀芯相对阀体有两个或三个不同的工作位置。所谓“二通阀”、“三通阀”、“四通阀”是指换向阀的阀体上有两个、三个、四个可与系统中不同油口相连通的油路接口。任务二

方向控制阀观察原理任务二

方向控制阀1.换向阀的工作原理换向阀的图形符号含义：换向阀图形符号中用方(或长方)框表示阀的工作位置（状态），有几个方框就表示有几“位”。取阀中任一个方框，在方框的上边和下边与外部连接的接口(油口)数是几个，就表示几“通”。方框内符号“┳”或“┻”表示此通路被阀芯封闭，即该通路不通。方框内的箭头表示在这一位置上油路处于接通状态，但箭头方向并不一定表示油流的实际流向。任务二

方向控制阀1.换向阀的工作原理换向阀的图形符号含义：三位阀的中间位置和两位阀侧面画有弹簧的方格为常态位，即阀芯在初始状态下的油路状况，其余方格为经控制操纵后达到的工作位置。任务二

方向控制阀1.换向阀的工作原理换向阀的图形符号含义：绘制系统图时，液压油路应连接在换向阀的常态位置上。通常，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。两位阀的常态位有常开式和常闭式两种，常开式的常态位置两油口相连通，常闭式的常态位置两油口互不连通。任务二

方向控制阀1.换向阀的工作原理换向阀的图形符号含义：任务二

方向控制阀1.换向阀的工作原理换向阀控制方式的图形符号：人力控制手柄式踏板式带定位装置拉动手柄改变阀芯工作位置通过踩动踏板改变阀芯工作位置具有定位装置的推或拉控制机构任务二

方向控制阀1.换向阀的工作原理换向阀控制方式的图形符号：机械控制滚轮式具有定位装置的推或拉控制机构滚轮杠杆式弹簧控制式用作单方向行程操纵的滚轮杠杆用弹簧的作用力改变阀芯工作位置任务二

方向控制阀1.换向阀的工作原理换向阀控制方式的图形符号：电气控制通过电磁铁通断改变阀芯工作位置，间断控制不连续控制连续控制通过电磁铁通断改变阀芯工作位置，连续控制换向阀控制方式的图形符号：电气控制液动控制用直接液压力改变阀芯工作位置任务二

方向控制阀1.换向阀的工作原理换向阀控制方式的图形符号:液压先导控制内部压力控制外部压力控制用液压先导控制方法改变阀芯工作位置，内部压力控制用液压先导控制方法改变阀芯工作位置，外部压力控制图示三位四通转阀，主要由阀芯、阀体、阀盖、操作杆以及拨动轴等组成。任务二方向控制阀结构分析方向控制阀和方向控制基本回路转动式换向阀（简称转阀）：转阀是通过阀芯的旋转运动实现油路启闭和换向的方向控制阀。转阀的操纵方式常用的有手动和机动两种。观察结构阀芯阀体阀盖拨动轴操作杆三位四通转阀的工作原理：当阀芯处于图a位置时，油口A、B、P、T互不相通；当阀芯顺时针方向转过一个角度而处于图b的位置时，油口P通B、A通T

；当阀芯逆时针方向转过一个角度而处于图c的位置时，油口P通A、B通T

。转阀密封性较差，径向力不易平衡，一般用于压力较低和流量较小的场合。任务二方向控制阀结构分析方向控制阀和方向控制基本回路观察原理任务二

方向控制阀2.换向阀的中位机能三位阀在常态位置上，各油口的连通方式称为滑阀的中位机能。当三位换向阀的阀芯处于中间位置(即常态位置)时，各油口间可采用不同的连通方式，以满足执行元件处于非运动状态时系统的不同要求。滑阀中位机能不仅在阀芯处于中位时对系统性能有影响，而且在换向过程中对系统的性能也有影响。三位四通换向阀常见的中位机能、符号及其特点等如图所示。任务二

方向控制阀在分析和选择三位换向阀的中位机能时，通常考虑以下几点：（1）系统保压。当P口被堵住时，系统保压，液压泵能用于多缸系统。（2）系统卸荷。当P口通畅地与T口相通时，系统卸荷。（3）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，换向不平稳，但换向精度高；反之，A、B两口都通T口时，换向过程中工作部件不易制动，换向精度低，但液压冲击小。（4）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足够的油液起缓冲作用，启动不平稳。（5）液压缸“浮动”和在任意位置上的停止。阀在中位时，当油液能从A、B两口流出，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两口堵塞或油液无法从A、B两口流出，则可以使液压缸在任意位置处停下来。任务二

方向控制阀常见中位机能的典型应用1）H型中位机能。当换向阀处于中位时，液压泵卸荷，液压缸处于浮动状态。2）Y型中位机能。当换向阀处于中位时，液压泵保压，液压缸处于浮动状态。3）P型中位机能。当换向阀处于中位时，单杆活塞缸，液压缸差动连接。任务二

方向控制阀常见中位机能的典型应用4）K型中位机能。当换向阀处于中位时，液压缸单向锁紧，液压泵卸荷。5）M型中位机能。当换向阀处于中位时，液压缸双向锁紧，液压泵卸荷。任务二

方向控制阀3.滑阀式换向阀的结构滑阀式换向阀由主体部分和控制阀芯运动的操纵定位机构组成。滑阀的阀体上开有多个通口，通过阀芯在阀体内轴向移动实现油路启闭和换向的方向控制。(1)手动换向阀手动换向阀是用手动杠杆或脚踏板来推动阀芯在阀体内作相对运动实现换向的换向阀。图示为三位四通手动换向阀的结构图和图形符号，用手操纵杠杆即可使阀芯相对阀体移动，改变工作位置。观察结构任务二

方向控制阀(1)手动换向阀当向左拉动手柄时，阀芯右移，P通B、A通T；当向右拉动手柄时，阀芯左移，P通A、B通T。观察原理任务二

方向控制阀(1)手动换向阀定位方式有弹簧钢球定位式（左图），它可使阀芯在三个位置定位；有弹簧自动复位式（右图）。手动换向阀适用于动作频繁、工作持续时间短的场合，其操作比较安全，常用在工程机械的液压传动系统中。任务二

方向控制阀(2)机动换向阀机动换向阀也叫行程换向阀，它是利用安装在液压设备运动部件上的撞块或凸轮推动阀芯移动来控制液流的方向。机动换向阀通常是二位的，有二通、三通、四通、五通几种。对于二位二通阀，又有常闭和常开两种形式。观察结构观察原理任务二

方向控制阀（3）电磁换向阀电磁换向阀依靠电磁铁吸力推动阀芯在阀体内作相对运动来变换液流方向或实现液流的通与断的。这种换向阀的操纵方式常借助于按钮开关、行程开关、限位开关、压力继电器、电接点压力表等所发出的电信号进行控制，因此操纵方便，易于实现自动化。任务二

方向控制阀（3）电磁换向阀电磁换向阀主要由阀体、阀芯、电磁盒、磁芯、主弹簧、控制弹簧、检查按钮、橡胶环、连接器等组成。观察结构阀体连接器阀芯电磁盒磁芯主弹簧控制弹簧检查按钮橡胶环任务二

方向控制阀（3）电磁换向阀电磁换向阀按使用电源的不同，有交流和直流两种；按衔铁工作腔是否有油，又可分成干式型和湿式型两种。交流电磁铁启动力大，吸合、释放快，换向时间约为0.01～0.03s，但换向冲击大、噪声大、易发热，因而换向频率不能太高（不能超过30次/min）；若阀芯被卡住或电压降较大时，电磁吸力明显减小，若阀芯未动作，其线圈很容易烧坏。故常用于换向平稳性要求不高、换向频率不高的液压系统中。直流电磁铁工作可靠，噪声小、发热小、换向冲击小，换向频率可达120次/min，若衔铁因某种原因未正常吸合时，线圈一般不会被烧坏，但它起动力小，换向时间较长（约为0.05～0.08s），还需配直流电源。故常用于换向性能较高的液压系统中。任务二

方向控制阀（3）电磁换向阀当电磁铁不通电时（常态位），其油口P、A、B、T互不相通；当电磁铁通电时，衔铁左右移动，通过推杆使阀芯左右移动，改变油路的连通状态。当电磁铁断电释放时，弹簧推动阀芯复位。观察原理任务二

方向控制阀（3）电磁换向阀任务二

方向控制阀(4）液动换向阀液动换向阀是利用控制油路的油压推动阀芯移动的方向控制阀，图示为换向时间不可调的液动换向阀的结构图。当控制油口K1通入压力油时，油口P与A相通，B与T通；当控制油口K2通入压力油时，油口P与B相通，A与T通；当两控制油口K1、K2均不通入压力油时，则P、A、

B、

T四油口互不相通。当换向性能要求较高时，可在阀的两端各装—只单向节流阀，可以调节阀芯的移动速度，控制换向时间，减小液压冲击。任务二

方向控制阀(5)电液换向阀电液换向阀由电磁换向阀和液动换向阀组合而成，其中电磁阀用来控制通到液动换向阀两端控制油路的方向，以改变液动换向阀阀芯的工作位置，称为先导阀；液动换向阀用来切换主油路的方向，称为主阀。电液换向阀综合了电磁阀和液动阀的优点，可用较小的电磁铁控制大流量的液流，控制方便、流量大，还能实现换向缓冲。适用于高压、大流量的场合。观察结构先导阀：电磁阀主阀：液动换向阀先导阀：电磁阀主阀：液动换向阀任务二

方向控制阀(5)电液换向阀图示为弹簧对中型三位四通电液动换向阀的结构和图形符号图，上方为电磁阀(先导阀)，下方为液动阀(主阀)。任务二

方向控制阀(5)电液换向阀(不带阻尼)当先导阀左右两端电磁铁不通电时，电磁阀阀芯处于中位，液动主阀阀芯因其两端控制腔都接通油箱，在两端对中弹簧的作用下亦处于中位，此时，油口A、B、P、T

互不相通。当左边电磁铁通电时，电磁阀阀芯移向右位，控制压力油经先导阀进入主阀阀芯的左控制腔，而主阀阀芯右控制腔液压油经先导阀回油箱，于是主阀阀芯右移，此时主油路的P通A

,B通T。同理，当右边电磁铁通电时，电磁阀芯左移，主阀阀芯左移实现换向，此时主油路的P通B

,A通T。电液换向阀（不带阻尼）工作原理任务二

方向控制阀(5)电液换向阀(带调速)当先导阀左右两端电磁铁不通电时，电磁阀阀芯处于中位，液动主阀阀芯因其两端控制腔都接通油箱，在两端对中弹簧的作用下亦处于中位，此时，油口A、B、P、T

互不相通。当左边电磁铁通电时，电磁阀阀芯移向右位，控制压力油经先导阀和左侧单向阀进入主阀阀芯的左控制腔，而主阀阀芯右控制腔液压油经右侧节流阀和先导阀回油箱，于是主阀阀芯右移，右移速度由右侧节流阀的开口大小决定，此时主油路的P通A

,B通T。同理，当右边电磁铁通电时，电磁阀芯左移，主阀阀芯左移实现换向，其移动速度由左侧节流阀的开口大小决定，此时主油路的P通B

,A通T。液动主阀的换向时间可由两端节流阀调节，因而可使换向平稳、无冲击。电液换向阀（带调速）工作原理任务二

方向控制阀(5)电液换向阀三位四通电液动换向阀主阀芯的对中方式有弹簧对中和液压对中两种。当采用弹簧对中时，先导阀应采用Y型三位四通电磁阀，这样，当先导阀处于中位时，主阀两端控制腔的液压油始终与油箱接通，处于零压状态，以保证主阀芯在弹簧力作用下，能很好的对中。当采用液压对中方式时，先导阀应采用P型三位四通电磁阀，这样，当先导阀处于中位时，主阀两端控制腔的始终有控制压力油，以保证主阀芯在控制油压力作用下，能很好的对中。多路换向阀的分类：1）根据阀体的结构，主要分为整体式和分体式。2）按照油路形式分为并联、串联、串并联和复合油路。3）根据每个换向阀的工作位置和所控制的油路不同，有三位四通、三位六通、四位六通等形式。任务二

方向控制阀三、多路换向阀：多路换向阀是由两个及以上换向阀为主体的组合阀。根据不同的工作要求，还可以组合安全溢流阀、单向阀和补油阀等附属阀。和其他类型的阀相比，多路换向阀具有结构紧凑、压力损失小，滑阀移动阻力不大，有多位功能、寿命长，制造简单等优点。多路换向阀广泛应用在工程机械、起重运输机械和其他要求操纵多个执行元件运动的行走机械中。并联式多路换向阀：并联式的工作特点是从进油口来的压力油可直接进入各联换向阀的进油口；接法是将多个换向阀按照流体流动方向并列连接起来。每联换向阀都有一个进口和两个出口，其中一个出口与油箱相连，另一个出口则与下一个换向阀的进口相连。每联换向阀可独立操纵，也可以几个换向阀同时操纵。由于每个换向阀都需要一个出口与油箱相连，因此在系统布局上仍然存在一定的复杂性。此外，在需要实现复杂的流体控制功能时，并行连接多个换向阀可能会导致系统性能下降。任务二方向控制阀结构分析方向控制阀和方向控制基本回路多联多路换向阀均处于中位时，可实现液压泵卸荷。每一联的进油单向阀是为阻止在换向过程中因执行元件中的压力油可能产生倒流而设置的。串联式多路换向阀：串联式的工作特点是后一联换向阀的进油口和前一联换向阀的回油口相连，可实现两个以上的执行元件同时动作。各个工作机构的工作压力是叠加的，即液压泵的出口压力是各个工作机构工作压力的总和。串联式接法可以实现复杂的流体控制功能，并且可以根据需要随时增加或减少换向阀数量。此外，在使用过程中只需调节最后一个换向阀即可实现整个系统的控制。由于每个换向阀都会带来一定的压力损失和能量损失，因此在使用过程中需要考虑系统的压力和能量损失问题。任务二方向控制阀结构分析方向控制阀和方向控制基本回路多联多路换向阀均处于中位时，可实现液压泵卸荷。每一联的进油单向阀是为阻止在换向过程中因执行元件中的压力油可能产生倒流而设置的。串并联式多路换向阀：串并联式的工作特点是后联换向阀的进油口和前一联换向阀的中位通道相连，而各联换向阀的回油口则直接与总回油口相连，操纵前一联换向阀，后一联换向阀不能工作，它保证前一联换向阀优先动作，所以又称为顺序单动式多路换向阀。任务二方向控制阀结构分析方向控制阀和方向控制基本回路多联多路换向阀均处于中位时，可实现液压泵卸荷。每一联的进油单向阀是为阻止在换向过程中因执行元件中的压力油可能产生倒流而设置的。任务二

方向控制阀例5-2：分析示的换向回路的工作原理。任务二

方向控制阀例5-2：分析示的换向回路的工作原理。解：图5-13a回路中，当手动换向阀1左位接通时，液压泵输出的压力油进入液压缸左腔，驱动活塞相对缸体右移；当换向阀右位接通时，压力油进入液压缸右腔，驱动活塞左移，实现换向，由于采用手动换向阀，这种回路适用于换向不频繁且无须自动换向的场合。任务二

方向控制阀例5-2：分析示的换向回路的工作原理。解：图5-13b回路中采用了三位四通换向阀2，当换向阀2处于中位时，O型中位机能使泵卸荷，液压缸两腔油路封闭，活塞停止；当1YA通电时，换向阀切换至左位，液压缸左腔进油，活塞向右移动；当滑块触动行程开关1St时，2YA通电，换向阀切换至右位，液压缸右腔进油，活塞向左移动。当滑块触动行程开关2ST时，1YA又通电，开始下一轮工作循环。由于两个行程开关的作用，此回路可以使执行元件完成连续的自动往复运动。任务二

方向控制阀液压控制阀任务二

方向控制阀液压控制阀任务二

方向控制阀液压控制阀任务二

方向控制阀液压控制阀任务二

方向控制阀2.液控单向阀：液控单向阀的主要用途有：1）可用两个液控单向阀组成“液压锁”，对液压执行元件进行锁闭，使液压执行元件可停止在任何位置。观察原理液压控制阀任务二

方向控制阀2.液控单向阀：液控单向阀的主要用途有：2）作保压阀用，使系统在规定时间内维持一定的压力（b）。3）可防止立式液压缸的活塞和滑块等活动部件因滑阀泄漏而下滑（c）。4）作充液阀用，立式液