浅谈换向阀在液压系统中的合理使用

作者：李华

来源：《职业·下旬刊》 2010年第6期

文/李?华

换向阀在液压系统中是一种控制调节元件，其主要功用是改变油流方向进而控制执行元件的运动方向。

一、换向阀的选用

选择换向阀时应根据系统的动作循环和性能要求，结合不同元件的具体特点、适用场合来选取。

（1）根据系统的性能要求，选择滑阀的中位机能及位数和通数。

（2）考虑换向阀的操纵要求。如人工操纵的用手动式、脚踏式；自动操纵的用电动式、液动式、电液动式；远距离操纵的用电动式、电液式；要求操纵平稳的用机动式或主阀芯移动速度可调的电液式；可靠性要求较高的用机动式。

（3）根据通过该阀的最大流量和最高工作压力来选取。最大工作压力和流量一般应在所选定阀的范围之内，最高流量不得超过所选阀额定流量的120%，否则压力损失过大，引起发热和噪声。

（4）除注意最高工作压力外，还要注意最小控制压力是否满足要求（对于液动阀和电液动换向阀）。

（5）选择元件的连接方式——管式（螺纹联接）、板式和法兰式，要根据流量、压力及元件安装机构的形式来确定。

（6）流量超过63L/min时，不能选用电磁阀，否则电磁力太小，推不动阀芯。此时可选用其他控制形式的换向阀，如液动、电液动换向阀。

二、换向阀在回路中的合理使用

1.锁紧回路

锁紧回路的功用是使执行元件在任意位置上停留，并且停留后不会因为外力作用而移动位置。图1为使用液控单向阀的锁紧回路(双向液压锁)。液控单向阀阀心一般是锥阀式结构，内泄很少，锁紧精度比较高。为了保证液压锁的锁紧性能，在回路中应该选择H型或者Y型机能的换向阀。当换向阀处于中位时，执行元件处于预定停留位置，液控单向阀控制油口经过换向阀中位直接和油箱相通，控制压力充分卸荷，液控单向阀反方向截止，液压缸因两腔油液被封闭而锁紧。实际应用中有换向阀中位机能选择不当的情况，如某电厂翻滚车机，其液压系统中锁紧回路换向阀的机能是M型的，有时锁紧效果不好，经过更换Y型机能换向阀后，锁紧性能大为改善。研究其原因，是原系统换向阀的中位机能选择不当，M型机能的换向阀在中位时，液控单向阀控制油口的油压不能尽快消失，液压锁不能立即关闭，所以锁紧效果不好。

2.夹紧油路

在一些数控车床和半自动车床上，广泛应用着由液压传动装置控制工件夹紧与松开的液压卡盘。液压卡盘一般由液压系统中减压回路（夹紧油路）控制，通过卡盘机械装置实施对工件的夹紧与松开。因此，关于夹紧油路的设计除应考虑提供稳定的、满足需求的夹紧力外，一个十分重要的问题是要保证工件夹紧的安全可靠。

图2为某半自动车床液压系统中的夹紧油路，夹紧油路中减压阀的作用是调整所需要的夹紧力，满足液压卡盘夹紧需求；单向阀阻止液体反向流动，起到短时保压作用，同时单向阀的反向截流作用阻止了反向液压冲击，对液压泵起到了保护作用；换向阀在该回路中的作用是控制卡盘夹紧或者松开工件。因此，换向阀的选择对于设备安全运行显得十分重要。换向阀的选择原则应该是即使设备工作时突然断电，仍然能够保证卡盘可靠地夹紧工件。因此常常选用断电夹紧的二位四通电磁换向阀。如果选择通电夹紧的二位四通电磁换向阀，在意外情况突然断电时，卡盘松开，工件还在转动，后果不堪设想。

另外为了避免通电夹紧等问题，可以选择具有记忆功能（不自动复位）的二位电磁换向阀，断电时换向阀阀芯位置不变，油路不变，可以实现保压夹紧。其次选择0型或者M型中位机能的三位换向阀也是一种值得考虑的方法。

3.多级调压回路

(a)

(b)

图3 二级调压回路

图3(a)(b)所示为一种采用两个溢流阀的二级调压回路。溢流阀2的调整压力是P1，溢流阀3的调整压力是P2，图3(a)所示情况系统压力为P1，在二位二通阀切换后，阀3为远程调压阀，且阀3的出油口与油箱接通，这时系统的最大压力就决定于阀3的调整压力P2了，其中P1＞P2。在这种回路中，二位二通阀分别置于图3(a)(b)两个位置，都能实现上述功能，但从系统压力转换时的压力稳定性考虑，图3（a）布置应该比图3（b）布置合理。这是因为图3（a）回路中的二位二通阀4接在阀3的出油口处，这样，从阀2的远程控制口到二位二通阀4的油路里经常充满压力油，阀4切换时系统压力从P1降到P2，不会产生很大的压力冲击。而图3（b）回路中，阀3与阀5间的油路内没有压力，阀5切换时溢流阀2远程控制口处的瞬间压力由P1下降到几乎为零后再回升到P2，系统将产生较大的液压冲击，产生噪声。

4.电液换向阀

电液换向阀由液动换向阀（主阀）和电磁换向阀（导阀）组合而成。电磁阀起先导作用，用来控制油液的方向，使液动阀换向，液动阀来控制执行元件的运动。由于电液换向阀阀芯的移动速度可调，因而就调节了执行元件液压缸换向停留时间，并可使换向无冲击。它的换向性能好，使用于高压大流量场合。如中、大型液压机液压系统的回路，YT4543型动力滑台液压系统都是应用电液换向阀的实例。而在这些液压系统中，电液换向阀的电磁阀（先导阀）都采用的是Y型中位机能，这是因为在中位时进油口被封住，可保持控制油液的压力；二是它的两个工作油口此时与主阀芯两端控制腔相同，且和油箱相通，在主阀两端弹簧力的作用下，使主阀芯能从左位（或右位）回到中位。若采用O型或M型中位机能，当先导阀回复到中位后，主阀芯两端的控制油路立刻处于切断状态，从而使主阀芯无法从左位（或右位）回到中位。

图4所示设计的回路中，当电磁铁1YA或2YA带电时，液压缸不动作。究其原因是图4回路中电液换向阀的导阀（电磁阀），其中位机能是M型的，液压泵启动后经阀的中位卸荷，其

输出油压为零或很低，尽管1YA或2YA通电，但由该泵所提供的控制油压却推不动主阀——液动阀的阀芯，故电液换向阀不能移动、切换，因此液压缸不动。

改进方法：将电液换向阀的导阀（电磁阀）中位机能换成Y型或O型的。

5.复杂换向回路

专用液压设备换向回路如图5所示，设计上不仅要实现液压缸的前进、后退，而且还要求液压缸活塞能在其行程中的任意位置上停止。

图5 专机液压系统换向回路

如图5所示，图5（a）存在的问题是：在调试过程中发现，在液压缸活塞向左运动的过程中（即1YA通电，阀2处于右位，阀3处于左位时)，如果lYA断电，按设计要求，阀2本应处于中位，阀3处于右位，液压缸活塞停止运动。但实际上，液压缸活塞却继续向左运动，直至走完全行程才停下。

问题原因分析：经分析、检测的知，这是由于液动二位三通换向阀3的左端控制油路，与具有一定背压的液压缸有杆腔回相通的缘故。这样，尽管三位四通电磁换向阀2由右位换到中位，即由控制液压缸前进(活塞向左运动)位置，变换到液压缸停止位置，但由于回的背压，使液控阀3不能复位至右位，致使液压缸无杆腔仍通压力油；因而液压缸继续不停地向前运行，直至行程终点。

改进措施：图5(b)为改进后的回路，它克服了原回路的毛病，达到了设计要求。同时液控换向阀在设计使用中，应该注意其控制油路与主回油路的干扰问题。

（作者单位：昌吉职业技术学院）