压机液压基础知识：常用液压元件简介（二）

二、换向阀

   换向阀是利用阀芯相对于阀体的相对运动，实现油路换接，或者是接通、关断，从而实现液压执行元件的启动、停止或改变运动方向。
     对换向阀的基本要求是，液流通过阀的压力损失要小，泄漏要小，换向要求平稳可靠。
     换向阀的种类很多，按阀芯的结构分，有滑阀式和转阀式两种。滑阀式换向阀用的多，有如下优点:较为简单的结构，有高度的换效能，阀芯径向力均衡，操作力低，摩擦小，易于实现多种控制功能。按操作方式分有手动、机动、电动、液动、电液动等多种。按阀芯工
     作在阀体内所处的位置区分有二位和三位阀。按换向阀的接口分有二通、三通、四通和五通四种。
     1、滑阀式换向阀的工作原理和机能
     我们以力士乐公司WE型三位四通电磁换向阀为例来说明。图10是结构图，主要由阀体(1)、电磁铁(2)、滑阀(3)及复位弹簧(4)等组成。电磁铁不通电时，滑阀即阀芯由复位弹簧保持在中间位置或初始位置(对于二位阀)。在此位置，所有油口 P. T. A. B靠阀芯上的肩和阀体上的环形槽的结构关系都是相互隔开的。

     当左电磁通电时，靠电磁铁推力通过推杆(5)，使滑阀(3)右移到上作位置上(终端位置)，由此改变了液流的接通关系为P、T、A、B。如果右电磁通电，滑阀左移则形成P->A. B->T的接通关系。阀芯有二个工作位置：中位、右位、左位，称为三位。具有四个连接油口称为四通。阀芯在不同工作位置时油路的接通关系不同，称之为阀的机能。图11是前述阀的机能符号。对这种机能符号应很好地理解和熟记。三个方块表示滑阀的三个工作位置，字母P. A. B. T表示四个油口。

    图中之中间位置P、A.、B、T油口都画了一个《T》，表示各油口封住互不相通，左位和右位画的交叉箭头和平行箭头表示在相应位置时油路的接通关系。左右两侧的弹簧表示阀芯靠弹簧复位对中，弹簧下面的符号表示电磁铁。可见该符号只表示功能而不表示结构，即实现上述功能阀的结构可以有几种。靠改变滑阀的结构，可以构成不同的控制功能，一般有50种之多，这在液压手册中都有说明，下面图12所列几种是最常用的。这里要特别注意三位换向阀的阀芯在中间位置时各种油口的接通关系不同、这可满足不同的使用要求，这称之为三位阀的中位机能。在分析和选择换向阀的中位机能时，通常可从以下几点进行分析确定：
     (1)系统保压：当P口被封住，系统用于多缸系统。当P口不太通畅地与T接通时(如V型)系统保持一定的压力供控制油路使用。
     (2)系统卸荷：P口通畅地与T口接通时，系统卸荷。
     (3)换向平稳性和精度：当通液压缸的A. B两口都封住时，换向过程易产生液压冲击，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油液引起前冲现象，启动不太平稳。
     (5)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，可利用其它机构移动工作台，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)，则可使液压缸在任意位置处停下来。

     此外在考虑阀的机能时，还应很好地考虑阀芯在由一个位置向另一个工作位置移动时过渡位置的情况对系统带来的影响。由于滑阀的结构不同，过渡状态的机能也不同，图13中所画虚线方块表示过渡位置时油路的接通关系。
     2、滑阀式换向阀的操作方式
     1)电磁阀：是依靠电磁铁的推力来使阀芯移动的换向阀。电磁阀按使用的电源不同有交流和直流两种。交流电磁铁起动力很大，约在0.01-0.075S内可换向一次，不用专门的电源。其缺点是启动电流大，当电压为额定电压85%时,则电磁铁推力太小，铁芯可能不动作，或者当阀芯被卡住时，电磁铁线圈会在10-15min后烧毁。换向阀频率不能太高，冲击和噪声都较大。直流电磁铁不论吸合与否，其电流基本不变，因此不会因阀芯被卡住而烧坏线圈，工作可靠，冲击小，换向频率较高(允许120次/min,高的可达240次/min以上)。接照电磁铁的衔铁是否浸在油里，电磁铁又有干式和湿式之分。干式电磁铁不允许油液进入电磁铁内部，因此推动阀芯的推杆处要有可靠的密封，密封处较大，影响了可靠性，也易产生泄漏。图14为湿式电磁铁情况，左侧为直流，右侧为交流。从图中看出湿式电磁铁具有一个用非磁材料制成的导套，油液被封在导套内。在线圈磁场的作用下，街铁在导套内运动，所以电磁阀的相对运动件之间就不需要设置密封装置，减少了阀芯的运动阻力，提高了滑阀换向的可靠性，并且没有外泄漏。另外，套内的油液对衔铁的运动产生阻尼作用，有利于减小换向冲击和噪声，循环油液还可带走线圈产生的部分热量，延长了电磁铁的工作寿命。干式电磁铁一般只能工作50-60万次，而湿式电磁铁则可工1000万次以上，一般压砖机都采用湿式电磁阀。

     受电磁铁推力限制，电磁阀的通径{zd0}到10mm,采用先导式控制。表4为士乐公司电磁阀的主要技术规格。
     2)液动式换向阀:依靠液体压力推动阀芯运动实现油路换向的阀，因此它适合于大通径大流量的阀。
     图15是液动阀的机能符号，它表示液压操纵换向，弹簧复位，阀的机能图中未有画出，可根据情况选用。表6是力士乐公司的液动阀的主要技术规格。

表 4

表5

     3)电液动换向阀:是将小通径电磁阀和大通径的液动阀组合在一起，以前者作为先导阀控制后者的换向。这种阀具有电磁阀控制方便的优点，又具有液动阀适合大流量的优点。
     图16是力士乐弹簧对中三位四通电液换向阀的结构图。换向阀是由主阀体(1)、主阀芯(2)、一个(对于2位阀)或二个复位弹簧(3)和一个或二个电磁铁的小通径先导阀组成。

     主阀芯(2)是靠两个弹簧(3)保持在中间位置，两弹簧腔与先导阀T腔相通(无背压)。控制油从通道(7)引入供给先导阀(4)，当先导阀换向后控制油作用在主阀芯(2)两端中的一端上，推动主阀芯换向，从而使各油口按滑阀机能接通。当电磁铁断电时，导阀阀芯回到初始位置，两弹簧腔(6)通过导阀T腔与油箱接通，在弹簧力的作用下，主阀芯回到中间位置。弹簧腔内的控制油经先导阀T腔或外排口Y排出。

     图17是机能符号， a)是详细符号，b)是简化符号。对于弹簧对中式电液换向阀的先导阀一定要采用中位机能a. b口都同时回油箱的阀（J型阀)，只有这样才能保证先导阀两个电磁铁断电时主阀芯复位。先导阀的控制油的输入与输出根据情况可选用内控或外控方式。简化符号表示的是主阀的机能，图中未有画出，可自行选用。

     图18是压力对中的三位四通电液换向阀的结构图。在这种结构中是通过压力油作用在主阀芯(2)的两侧端面上，由阀体内的定位套（9)使主阀芯保持在中间位置上。如果通过先导电磁阀(4)的换向使主阀芯一端卸荷，一端通压力油，则主阀芯移动换向。使相应的油口接通。此卸荷端的油经先导阀由Y口排出。为了减少主阀芯与定位套之间的空间压力，需要单独开一个泄漏油单独回油箱的L口。
     图19是这种阀的机能符号，a)是详细符号，b)是简化符号，对于液压对中的电液换向阀的先导阀一定要采用中位机能为P、a、b都接通的关系(M型阀)。这样才能保证当先导阀处于中位时，主阀芯两侧同时通压力油，由于左右两侧的有效面积不等，在压差的作用下，主阀芯复由定位套(9)定位。先导阀的控制油的输入与输出根据情况可选内控或外控方式。简化符号表示的是主阀的机能、图中未画出，可自行选用。表6是电液换向阀的主要技术规格(含液动阀)

     4)手动换向阀：是靠人手操杠杆使阀芯换向。图20是其一种符号。     5)机动式换向阀:别称行程阀。它是利用行程挡块或凸轮使阀芯移动换向。机动阀换向可靠。利用改变挡块斜面的角度便可控制阀芯的移动速度，因而可调节换向过程的快慢，减少冲击。图21是力士乐公司的WMR(U)10型机动换向阀的结构图，阀的组成包括阀体(1)，滚子/推杆(2)，控制阀芯(3)和复位弹簧(4) 。
     滚子没有被压时，控制阀芯(3)由复位弹簧(4)保持在起始位置。当滚子被压时控制阀芯(3)由滚子/推杆(2)操纵，径小杆(5)直接控制阀芯，阀芯便移动到所要求的位置。
     当作用在滚子/推杆(2)上的力减小时，控制阀芯(3)被复位弹簧(4)推回到起始位置。
     表6是力士乐机动阀的技术参数。

     3、座阀式换向阀
     图22为座阀式换向阀的结构图，它是以钢球(1)作为阀芯，与阀座(3)间采用接触式密封，避免了滑阀式换向阀中阀孔与阀芯配合面间隙的内泄漏。用电磁铁操纵的座阀式换向阀称钢球式电磁换向阀(简称球阀)。电磁铁未通电时，弹簧与油压力将钢球压在左阀座上，这时P口通A口，T口关闭。当电磁铁通电时，通过杠杆作用将钢球压在右阀座上，这时P口封闭，A口通T口。其机能符号表示在图23中。

     座阀式换向阀的优点是不易卡死，动作可靠，无泄漏可在较高的压力下工作。又因阀芯无密封长度，动作灵敏，允许的换向频率较高。
     一般都作为先导控制阀使用，尤其适用于二通插装阀系统中使用，以实现无泄漏的先导控制。在小流量的系统中，也可直接作为控制元件使用。图24是另外一种座阀式换向阀的机能符号。 这种阀由于采用了钢球作为阀芯，阀芯在切换时，从一个阀口打开到另一个阀口关闭过程中，有一个全部油口沟通的瞬间，这可能引起系统失压，虽然时间很短，在设计油路时也应考虑其影响。