幾種常見換向閥的工作原理

1．換向閥的分類

換向閥按結構類型及運動方式可分為滑閥式、轉閥式和錐閥式；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；按閥芯在閥體內的工作位置可分為二位、三位、四位等；按操縱閥芯運動的方式可分為手動、機動、電磁動、液動、電液動等；按閥芯的定位方式可分為鋼球定位和彈簧復位兩種。其中，滑閥式換向閥在液壓系統(tǒng)應用廣泛，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、停止或換向。換向閥的工作原理如圖17所示。當液壓缸兩腔不通液壓油，活塞處于停機狀態(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，液壓油經P、A進入液壓缸左腔，右腔油液經B、T回油箱，活塞向右運動。反之，若使閥芯右移，則P和B連通，A和T連通，活塞便向左運動。

3．幾種常見的換向閥

(1)機動換向閥。機動換向閥叉稱行程閥。它必須安裝在液壓缸附近，由運動部件上安裝的擋塊或凸輪壓下閥芯使閥換位。圖18所示為二位四通機動換向閥的結構原理及符號。機動換向閥通常是彈簧復位式的二位閥。其結構簡單，動作可靠，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。

機動換向閥的規(guī)格型號參見有關產品樣本。

(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構原理圖及其符號。閥的兩端各有一個電磁鐵和一個對中彈簧，閥芯在常態(tài)時處于中位。當右端電磁鐵通電吸合時，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，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，圖20 (a)所示的是彈簧復位式，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仍能保持通電時的狀態(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，而且不會因為電源因故中斷引起系統(tǒng)失靈或出現(xiàn)事故，常用于自動化機械及自動線上。

 

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，啟動力大，但換向時間短，需0.01～0.07s，換向沖擊大，噪聲大，換向頻率低（每分鐘約30次），而且當閥芯被卡住或電壓低等原因吸合不上時，易燒壞線圈。直流電磁鐵換向時間長，需0.1～0.15s，換向沖擊小，換向頻率高達每分鐘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。

電磁換向閥產品技術參數(shù)如下表所示。

電磁換向閥產品技術參數(shù)

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

 

(3)液動換向閥。液動換向閥是利用壓力油來推動閥芯移動的換向閥。液動換向閥的結構原理及符號如圖21所示。當控制壓力油從控制口K輸入后，閥芯在壓力油的作用下，壓縮彈簧產生移動，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，易于實現(xiàn)自動化，但電磁鐵吸力有限，難以切換大的流量；而液動換向閥一般較少單獨使用，需用一個小換向閥來改變控制油的流向，故標準元件通常將電磁閥與液動閥組合在一起組成電液換向閥。電磁閥（稱先導閥）用于改變控制油的流動方向，從而導致液動閥（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構原理及符號。其中，圖22 (a)所示為兩端帶主閥芯行程調節(jié)機構的結構圖。工作原理可結合圖22(b)帶雙點畫線方框的組合閥圖形符號加以說明。常態(tài)時，先導閥和主閥都處于中位，控制油路和主油路均不進油。當左端電磁鐵通電時，先導閥處于左位工作，控制油自P經先導閥作用在主閥左腔K．，使主閥換向處于左位工作，主閥右端油腔K經先導閥回油至油箱，此時，主油路P與B、A與T相通。反之，當先導閥左電磁鐵斷電，右電磁鐵通電時，則主油路油口換接，此時，P與A、B與T相通，實現(xiàn)了換向。圖22 (d)所示為電液換向閥的簡化符號。在回路中常以簡化符號表示。

 

下面介紹電液換向閥控制油的進油和回油方式及閥的附加裝置。

1)控制油的進油和回油方式。若進入先導閥的壓力油（即控制油）來自主閥的P腔，這種控制油的進油方式稱內部控制，即電磁閥的進油口與主閥的P腔是溝通的。其優(yōu)點是油路簡單，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)。若進入先導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，這種控制油的進油方式稱為外部控制。若先導電磁閥的回油口單獨接油箱，這種控制油的回油方式稱為外部回油。若先導閥的回油口與主閥的T腔相通，則稱為內部回油。內回式的優(yōu)點是無須單設回油管路，但先導閥允許背壓較小，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，先導閥的進油和回油可以有外控外回、外控內回、內控外回、內控內回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換向時間調節(jié)器。又稱阻尼調節(jié)器，是一疊加式單向節(jié)流閥，可疊放在先導閥與主閥之間。圖22 (c)所示為裝有雙阻尼調節(jié)器的電液換向閥的符號。左電磁鐵通電后，控制油經左單向閥抵主閥芯左控制腔，右控制腔回油需經右節(jié)流閥才能通過先導閥回油箱。調節(jié)節(jié)流閥開口，即可調節(jié)主閥換向時間，從而消除執(zhí)行元件的換向沖擊。

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

③預壓閥。以內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作的缺陷，在主閥進油口中插裝一個預壓閥（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型中位機能、裝有預壓閥f的內控外回式電液換向閥的符號。

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

電液換向閥技術參數(shù)如下表所示。

電液換向閥技術參數(shù)

型號	通徑(mm)	壓力(MPa)	流量(L/min)	生產單位
聯(lián)合設計 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)手動換向閥。手動換向閥是用手動杠桿操縱閥芯換位的換向閥。圖24所示的是手動換向閥的符號。按換向定位方式的不同，分為鋼球定位式和彈簧復位式兩種。當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回復到初始位置。

手動換向閥結構簡單，動作可靠，有的還可以人為地控制閥口的大小，從而控制執(zhí)行元件的運動速度。但由于需要人工操縱，故只適用于間歇動作而且要求人工控制的場合。在使用時必須將定位裝置或彈簧腔的泄漏油排除，否則會由于漏油的積聚而產生阻力影響閥的操作，甚至不能實現(xiàn)換向動作。如推土機、汽車起重機、叉車等油路的控制都是手動換向的。

 

(6)轉閥式換向閥。通過手動或機動使閥芯旋轉換位，實現(xiàn)改變油路狀態(tài)的換向閥。圖25 (a)所示的是三位四通O形轉閥的結構及符號。在圖示位置時，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順時針方向轉動90°，則P通過槽c和d與B相通，A通過槽e和a與T相通。如果將手柄轉動45°至中位，則4個油口全部關閉。通過擋塊撥桿3、4可使轉閥機動換向。由于轉閥密封性差，徑向力不易平衡及結構尺寸受到限制，一般多用于壓力較低、流量較小的場合。轉閥式換向閥的圖形符號如圖25 (b)和(c)所示。