幾種常見換向閥的工作原理

1．換向閥的分類

換向閥按結(jié)構(gòu)類型及運(yùn)動(dòng)方式可分為滑閥式、轉(zhuǎn)閥式和錐閥式；按閥的安裝方式可分為管式、板式、法蘭式等；按閥體連通的主油路數(shù)可分為二通、三通、四通等；按閥芯在閥體內(nèi)的工作位置可分為二位、三位、四位等；按操縱閥芯運(yùn)動(dòng)的方式可分為手動(dòng)、機(jī)動(dòng)、電磁動(dòng)、液動(dòng)、電液動(dòng)等；按閥芯的定位方式可分為鋼球定位和彈簧復(fù)位兩種。其中，滑閥式換向閥在液壓系統(tǒng)應(yīng)用廣泛，因此本節(jié)主要介紹滑閥式換向閥。

2．換向閥的工作原理

換向閥的工作是利用閥芯與閥體的相對(duì)工作位置改變，使油路連通、斷開或變換油流的方向，從而控制執(zhí)行元件的啟動(dòng)、停止或換向。換向閥的工作原理如圖17所示。當(dāng)液壓缸兩腔不通液壓油，活塞處于停機(jī)狀態(tài)。若使換向閥的閥芯左移，閥體上的油口P和A連通、B和T連通。這時(shí)，液壓油經(jīng)P、A進(jìn)入液壓缸左腔，右腔油液經(jīng)B、T回油箱，活塞向右運(yùn)動(dòng)。反之，若使閥芯右移，則P和B連通，A和T連通，活塞便向左運(yùn)動(dòng)。

3．幾種常見的換向閥

(1)機(jī)動(dòng)換向閥。機(jī)動(dòng)換向閥叉稱行程閥。它必須安裝在液壓缸附近，由運(yùn)動(dòng)部件上安裝的擋塊或凸輪壓下閥芯使閥換位。圖18所示為二位四通機(jī)動(dòng)換向閥的結(jié)構(gòu)原理及符號(hào)。機(jī)動(dòng)換向閥通常是彈簧復(fù)位式的二位閥。其結(jié)構(gòu)簡單，動(dòng)作可靠，換向位置精度高，通過改變擋塊的迎角a和凸輪外形，可使閥芯獲得合適的換位速度，以減少換向沖擊。

機(jī)動(dòng)換向閥的規(guī)格型號(hào)參見有關(guān)產(chǎn)品樣本。

(2)電磁換向閥。電磁換向閥是利用電磁鐵吸力操縱閥芯換位的換向閥。圖19所示為三位四通電磁換向閥的結(jié)構(gòu)原理圖及其符號(hào)。閥的兩端各有一個(gè)電磁鐵和一個(gè)對(duì)中彈簧，閥芯在常態(tài)時(shí)處于中位。當(dāng)右端電磁鐵通電吸合時(shí)，銜鐵通過推桿將閥芯推至左端，換向閥就在右位工作；反之，左端電磁鐵通電吸合時(shí)，換向閥就在左位工作。

圖20所示的是兩位四通電磁換向閥的符號(hào)，圖20 (a)所示的是彈簧復(fù)位式，圖20 (h)所示的是雙電磁鐵鋼球定位式，該閥在電磁鐵斷電時(shí)仍能保持通電時(shí)的狀態(tài)，具有“記憶”功能。因此不但節(jié)約了能源，延長了電磁鐵的使用壽命，而且不會(huì)因?yàn)殡娫匆蚬手袛嘁鹣到y(tǒng)失靈或出現(xiàn)事故，常用于自動(dòng)化機(jī)械及自動(dòng)線上。

 

電磁鐵按使用電源的不同，可分為交流和直流兩種。交流電磁鐵使用方便，啟動(dòng)力大，但換向時(shí)間短，需0.01～0.07s，換向沖擊大，噪聲大，換向頻率低（每分鐘約30次），而且當(dāng)閥芯被卡住或電壓低等原因吸合不上時(shí)，易燒壞線圈。直流電磁鐵換向時(shí)間長，需0.1～0.15s，換向沖擊小，換向頻率高達(dá)每分鐘240次，工作可靠性高，但需有直流電源，成本較高。此外，還有一種本整型（本機(jī)整流型）電磁鐵，其上附有二極管整流線路和沖擊電壓吸收裝置，能把接人的交流電整流后自用，因而兼有前述兩者的優(yōu)點(diǎn)。

電磁換向閥產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)如下表所示。

電磁換向閥產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)

型號(hào)	通徑(mm)	壓力(MPa)	流量(L/min)	生產(chǎn)單位
聯(lián)合設(shè)計(jì) H 系列	6 10	31.5	10～40	油研
聯(lián)合設(shè)計(jì) H 系列	6 10	21.14	7～30
WE	5 6 10	21～31.5	16～100	力士樂

 

(3)液動(dòng)換向閥。液動(dòng)換向閥是利用壓力油來推動(dòng)閥芯移動(dòng)的換向閥。液動(dòng)換向閥的結(jié)構(gòu)原理及符號(hào)如圖21所示。當(dāng)控制壓力油從控制口K輸入后，閥芯在壓力油的作用下，壓縮彈簧產(chǎn)生移動(dòng)，使閥換位。其工作原理與電磁閥相似。

 

(4)電液換向閥。電磁換向閥布置靈活，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，但電磁鐵吸力有限，難以切換大的流量；而液動(dòng)換向閥一般較少單獨(dú)使用，需用一個(gè)小換向閥來改變控制油的流向，故標(biāo)準(zhǔn)元件通常將電磁閥與液動(dòng)閥組合在一起組成電液換向閥。電磁閥（稱先導(dǎo)閥）用于改變控制油的流動(dòng)方向，從而導(dǎo)致液動(dòng)閥（稱主閥）換向，改變主油路的通路狀態(tài)。

圖22所示為電液換向閥的結(jié)構(gòu)原理及符號(hào)。其中，圖22 (a)所示為兩端帶主閥芯行程調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖。工作原理可結(jié)合圖22(b)帶雙點(diǎn)畫線方框的組合閥圖形符號(hào)加以說明。常態(tài)時(shí)，先導(dǎo)閥和主閥都處于中位，控制油路和主油路均不進(jìn)油。當(dāng)左端電磁鐵通電時(shí)，先導(dǎo)閥處于左位工作，控制油自P經(jīng)先導(dǎo)閥作用在主閥左腔K．，使主閥換向處于左位工作，主閥右端油腔K經(jīng)先導(dǎo)閥回油至油箱，此時(shí)，主油路P與B、A與T相通。反之，當(dāng)先導(dǎo)閥左電磁鐵斷電，右電磁鐵通電時(shí)，則主油路油口換接，此時(shí)，P與A、B與T相通，實(shí)現(xiàn)了換向。圖22 (d)所示為電液換向閥的簡化符號(hào)。在回路中常以簡化符號(hào)表示。

 

下面介紹電液換向閥控制油的進(jìn)油和回油方式及閥的附加裝置。

1)控制油的進(jìn)油和回油方式。若進(jìn)入先導(dǎo)閥的壓力油（即控制油）來自主閥的P腔，這種控制油的進(jìn)油方式稱內(nèi)部控制，即電磁閥的進(jìn)油口與主閥的P腔是溝通的。其優(yōu)點(diǎn)是油路簡單，但因泵的工作壓力通常較高，故控制部分能耗大，只適用于電液換向閥較少的系統(tǒng)。若進(jìn)入先導(dǎo)電磁閥的壓力油引自主閥P腔以外的油路，如專用的低壓泵或系統(tǒng)的某一部分，這種控制油的進(jìn)油方式稱為外部控制。若先導(dǎo)電磁閥的回油口單獨(dú)接油箱，這種控制油的回油方式稱為外部回油。若先導(dǎo)閥的回油口與主閥的T腔相通，則稱為內(nèi)部回油。內(nèi)回式的優(yōu)點(diǎn)是無須單設(shè)回油管路，但先導(dǎo)閥允許背壓較小，主回油路的背壓必須小于它才能采用，而外回式不受此限制。由此可見，先導(dǎo)閥的進(jìn)油和回油可以有外控外回、外控內(nèi)回、內(nèi)控外回、內(nèi)控內(nèi)回4種方式。圖22所示為外控外回式。

2)電液換向閥供選用的附加裝置主要如下。

①換向時(shí)間調(diào)節(jié)器。又稱阻尼調(diào)節(jié)器，是一疊加式單向節(jié)流閥，可疊放在先導(dǎo)閥與主閥之間。圖22 (c)所示為裝有雙阻尼調(diào)節(jié)器的電液換向閥的符號(hào)。左電磁鐵通電后，控制油經(jīng)左單向閥抵主閥芯左控制腔，右控制腔回油需經(jīng)右節(jié)流閥才能通過先導(dǎo)閥回油箱。調(diào)節(jié)節(jié)流閥開口，即可調(diào)節(jié)主閥換向時(shí)間，從而消除執(zhí)行元件的換向沖擊。

②主閥芯行程調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。圖22 (a)中，調(diào)節(jié)主閥閥蓋兩端的螺釘，則主閥芯換位移動(dòng)的行程和各閥口的開度便可調(diào)節(jié)，通過主閥的流量也隨之變化，因而對(duì)執(zhí)行元件有粗略的速度調(diào)節(jié)作用。

③預(yù)壓閥。以內(nèi)控方式供油的電液換向閥，若在常態(tài)位使泵卸荷，為克服閥在通電后因無控制油壓而使主閥不能動(dòng)作的缺陷，在主閥進(jìn)油口中插裝一個(gè)預(yù)壓閥（即具有較硬彈簧的單向閥），使其在卸荷狀態(tài)下仍有一定的控制油壓，足以使主閥芯換向。圖23所示為一具有M型中位機(jī)能、裝有預(yù)壓閥f的內(nèi)控外回式電液換向閥的符號(hào)。

④插入式阻尼器。即一固定小孔節(jié)流器，必要時(shí)插人先導(dǎo)閥的進(jìn)油口，以限制進(jìn)入先導(dǎo)閥的流量，從而控制主閥的換向速度。

電液換向閥技術(shù)參數(shù)如下表所示。

電液換向閥技術(shù)參數(shù)

型號(hào)	通徑(mm)	壓力(MPa)	流量(L/min)	生產(chǎn)單位
聯(lián)合設(shè)計(jì) E Y D	16 20 32 50 65 80	21 31.5	75～1250
WEH	16 25 32	31.5	170～1100	力士樂

 

(5)手動(dòng)換向閥。手動(dòng)換向閥是用手動(dòng)杠桿操縱閥芯換位的換向閥。圖24所示的是手動(dòng)換向閥的符號(hào)。按換向定位方式的不同，分為鋼球定位式和彈簧復(fù)位式兩種。當(dāng)操縱手柄的外力取消后，前者因鋼球卡在定位溝槽中，可保持閥芯處于換向位置，后者則在彈簧力作用下使閥芯自動(dòng)回復(fù)到初始位置。

手動(dòng)換向閥結(jié)構(gòu)簡單，動(dòng)作可靠，有的還可以人為地控制閥口的大小，從而控制執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)速度。但由于需要人工操縱，故只適用于間歇?jiǎng)幼鞫乙笕斯た刂频膱龊?。在使用時(shí)必須將定位裝置或彈簧腔的泄漏油排除，否則會(huì)由于漏油的積聚而產(chǎn)生阻力影響閥的操作，甚至不能實(shí)現(xiàn)換向動(dòng)作。如推土機(jī)、汽車起重機(jī)、叉車等油路的控制都是手動(dòng)換向的。

 

(6)轉(zhuǎn)閥式換向閥。通過手動(dòng)或機(jī)動(dòng)使閥芯旋轉(zhuǎn)換位，實(shí)現(xiàn)改變油路狀態(tài)的換向閥。圖25 (a)所示的是三位四通O形轉(zhuǎn)閥的結(jié)構(gòu)及符號(hào)。在圖示位置時(shí)，P通過環(huán)槽c和閥芯上的軸向槽b與A相通，B通過閥芯上的軸向槽e和環(huán)槽a與T相通。若將手柄2順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)90°，則P通過槽c和d與B相通，A通過槽e和a與T相通。如果將手柄轉(zhuǎn)動(dòng)45°至中位，則4個(gè)油口全部關(guān)閉。通過擋塊撥桿3、4可使轉(zhuǎn)閥機(jī)動(dòng)換向。由于轉(zhuǎn)閥密封性差，徑向力不易平衡及結(jié)構(gòu)尺寸受到限制，一般多用于壓力較低、流量較小的場合。轉(zhuǎn)閥式換向閥的圖形符號(hào)如圖25 (b)和(c)所示。