第五章 液压控制阀
第一讲
1、授课日期、班级
2、课题
5-1 阀内流动的的基本规律；5-4 方向控制阀
3、教学目的要求
了解阀内流动的的基本规律；掌握方向控制阀的位、通、机能概念；掌握常用换向阀工作原理性能特点及使用场合。
4、教学内容要点
阀内流动的的基本规律；方向控制阀的位、通、机能概念；常用换向阀工作原理性能特点；在回路中的应用。
5、重点、难点
方向控制阀的工作原理、性能、在液压系统中的作用、职能符号 6、教学方法和手段
课堂教学为主，充分利用多媒体动画来表示抽象概念。
7．主要参考书目和资料
8、课堂教学
8.1 复习提问
回想液压系统的四大组成部分，要执行所需要的动作，需要对液压系统进行控制。
8.2 讲授新课
5-1阀内流动的的基本规律
一、液压控制阀的分类(hydraulic control valve)
在液压系统中，用于控制或调节液体的流动方向、压力高低、流量大小的元件统称为液压控制阀。液压阀性能的优、劣、工作是否可靠，对整个液压系统能否正常工作将产生直接影响。本章将重点介绍常用液压阀的典型结构、工作原理、性能特点及应用范围。
在液压系统中，用于控制系统中液流压力、流量和液流方向的元件总称为液压控制阀。液压控制阀的种类繁多，除了不同品种、规格的通用阀外，还有许多专用阀和复合阀。就液压阀的基本类型来说，通常按以下方式进行分类。
1、按按用途分
(1)、压力控制阀(pressure control valve)
用来控制和调节液压系统中液流的压力或利用压力控制的阀类称为压力控制阀。如溢流阀、减压阀、顺序阀、电液比例溢流阀、电液比例减压阀等。
(2)、流量控制阀(flow control valve)
用来控制和调节液压系统中液流流量的阀类称为流量控制阀，如节流阀、调速阀、分流阀、电液比例流量阀等。
(3)、方向控制阀(directional control valve)
用来控制和改变液压系统中液流方向的阀类称为方向控制阀，如单向阀、换向阀等。
这三类可互相组合，成为复合阀，以减少管路连接，使结构更为紧凑，提高系统效率，如单向行程调速阀等。
2、按控制方式
(1)、开关或定值控制阀(switch valve)
这是最常见的一类液压阀，又称为普通液压阀。此类阀采用手动、机动、电磁铁和控制压力油等控制方式启闭液流通路、定值控制液流的压力和流量。
(2)、伺服控制阀(pilot valve)
这是一种根据输入信号(电气、机械、气动等)及反馈量成比例地连续控制液压系统中液流的压力、流量的阀类，又称为随动阀。伺服控制阀具有很高的动态响应和静态性能，但价格昂贵、抗污染能力差，主要用于控制精度要求很高的场合。
(3)、电液比例控制阀(electro-hydraulic proportional valve)
电液比例控制阀的性能介于上面两类阀之间，它可以根据输入信号的大小连续地成比例地控制液压系统中液流的参量，满足一般工业生产对控制性能的要求。与伺服控制阀相比具有结构简单、价格较低、抗污染能力强等优点，因而在工业生产中得到广泛应用。但电液比例控制阀存在中位死区，工作频宽较伺服控制阀低。电液比例阀又分为两种，一种是直接将开关定值控制阀的控制方式改为比例电磁铁控制的普通电液比例阀，另一种是带内反馈的新型电液比例阀。
(4)、数字控制阀(digital control valve)
用计算机数字信息直接控制的液压阀称为电液数字阀。数字控制阀可直接与计算机连接，不需要数／模转换器。与比例阀、伺服阀相比，数字阀具有结构简单、工艺性好、价廉、抗污染能力强、重复性好、工作稳定可靠、放大器功耗小等优点。在数字阀中，最常用的控制方法有增量控制型和脉宽调制(PWM)型。数字阀的出现至今已有二十多年，但它的发展速度不快，应用范围也不广。主要原因是，增量控制型存在分辨率限制，而PWM型主要受两个方面的制约：一是控制流量小且只能单通道控制，在流量较大或要求方向控制时难以实现；二是有较大的振动和噪声，影响可靠性和使用环境。此外，数字阀由于按照载频原理工作，故控制信号频宽较模拟器件低。
3、根据结构形式分类
液压控制阀一般由阀心、阀体、操纵控制机构等主要零件组成。根据阀心结构形式的不同，迪压控制阀又可以分为以下几类。
(1)、滑阀类(slide valves)
滑阀类的阀心为圆柱形，通过阀心在阀体孔内的滑动来改变液流通路开口的大小，以实现液流压力、流量及方向的控制。
(2)、提升阀类(poppet valves)
提升阀类有锥阀、球阀、平板阀等，利用阀心相对阀座孔的移动来改变液流通路开口的大小，以实现液流压力、流量及方向的控制。
(3)、喷嘴挡板阀类(nozzle-flapper valves)
喷嘴挡板阀是利用喷嘴和挡板之间的相对位移来改变液流通路开口大小，以实现控制的阀类。该类阀主要用于伺服控制和比例控制元件。
4、根据连接和安装方式分类
(1)、管式阀(tube valve)
管式阀阀体上的进出油口通过管接头或法兰与管路直接连接。其连接方式简单，重量轻，在移动式设备或流量较小的液压元件中应用较广。其缺点是阀只能沿管路分散布置，装拆维修不方便。
(2)、板式阀(plate valve)
板式阀由安装螺钉固定在过渡板上，阀的进出油口通过过渡板与管路连接。过渡板上可以安装一个或多个阀。当过渡板安装有多个阀时，又称为集成块，安装在集成块上的阀与阀之间的油路通过块内的流道沟通，可减少连接管路。板式阀由于集中布置且装拆时不会影响系统管路，因而操纵、维修方便，应用十分广泛。
(3)、插装阀(plug-in valve)
插装阀主要有二通插装阀、三通插装阀和螺纹插装阀。二通插装阀是将其基本组件插入特定设计加工的阀体内，配以盖板、先导阀组成的一种多功能复合阀。因插装阀基本组件只有两个油口，因此被称为二通插装阀，简称插装阀。该阀具有通流能力大、密封性好、自动化和标准化程度高等特点。三通插装阀具有压力油口、负载油口和回油箱油口，起到两个二通插装阀的作用，可以独立控制一个负载腔。但由于通用化、模块化程度远不及二通插装阀，因此，未能得到广泛应用。螺纹式插装阀是二通插装阀在连接方式上的变革，由于采用螺纹连接，使安装简捷方便，整个体积也相对减小。
(4)、叠加阀(stack valve)
叠加阀是在板式阀基础上发展起来的、结构更为紧凑的一种形式。阀的上下两面为安装面，并开有进出油口。同一规格、不同功能的阀的油口和安装连接孔的位置、尺寸相同。使用时根据液压回路的需要，将所需的阀叠加并用长螺栓固定在底板上，系统管路与底板上的油口相连。
按操纵方法分类，液压阀有手动式、机动式、电动式、液动式和电液动式等多种。
按安装方式分类，液压阀有管式(螺纹式)和板式两种。
对液压阀的基本要求：各种液压阀，由于不是对外作功的元件，而是用来实现执行元件(机构)所提出的力(力矩)、速度、变向的要求的，因此对液压控制阀的共同要求是：
(1)、动作灵敏、性能好，工作可靠且冲击振动小；
(2)、油液通过阀时的液压损失要小；
(3)、密封性能好；
(4)、结构简单紧凑、体积小，安装、调整、维护、保养方便，成本低廉，通用性大，寿命长。
二、阀口流量公式及流量系数
对于各种滑阀、锥阀、球阀、节流孔口，通过阀口的流量均可用下式表示：
式中，为流量系数；为阀口通流面积；为阀口前、后压差；为液体密度。
1、滑阀的流量系数
设滑阀[图(a)]开口长度为X，阀芯与阀体(或阀套)内孔的径向间隙为，阀芯直径为d，则阀口通流面积为
式中，W为面积梯度，它表示阀口过流面积随阀芯位移的变化率。对于孔口为全周边的圆柱滑阀，。若为理想滑阀(即Δ＝0)，则有,对于孔口为部分周长时(如：孔口形状为圆形、方形、弓形、阶梯形、三角形、曲线形等)，为了避免阀芯受侧向作用力，都是沿圆周均布几个尺寸相同的阀口，此时只需将相应的过流面积A0的计算式代入式，即可相应地算出通过阀口的流量。
式中的流量系数 Cq与雷诺数Re有关。当Re＞260时，Cq为常数；若阀口为锐边，则Cq＝0.6～0.65；若阀口有不大的圆角或很小的倒角，则 Cq＝0.8～0.9。
滑阀与锥阀阀口
（a）滑阀；（b）锥阀
2、锥阀(cone valve)的流量系数
如图 (b)所示，具有半锥角α且倒角宽度为s的锥阀阀口，其阀座平均直径为dm=(d1+d2)/2，当阀口开度为x时，阀芯与阀座间过流间隙高度为h=xsinα。在平均直径dm处，阀口的过流面积为
一般，,则
锥阀阀口流量系数约为Cq＝0.77～0.82。?
三、液动力
驱动阀芯的方式有手动、机动、电磁驱动、液压驱动等多种。其中手动最简单，电磁驱动易于实现自动控制，但高压、大流量时手动和电磁驱方式常常无法克服巨大的阀芯阻力，这时人们不得不采用液压驱动方式。稳态时，阀芯运动的主要阻力为：液压不平衡力，稳态液动力，摩擦力（含液压卡紧力）；动态时还有瞬态液动力，惯性力等。若阀芯设计时静压力不平衡，高压下阀芯可能无法移动，因此阀芯设计时尽可采取静压力平衡措施，如在阀芯上设置平衡活塞。阀芯静压力平衡后，阀芯的稳态液动力和液压卡紧力又成为主要矛盾，高压、大流量时阀芯稳态液动力和液压卡紧力可达数百至数千牛，手动时感到十分吃力。
1、作用在圆柱滑阀上的稳态液动力
液流经过阀口时，由于流动方向和流速的改变，阀芯上会受到附加的作用力。
在阀口开度一定的稳定流动情况下，液动力为稳态液动力。当阀口开度发生变化时，还有瞬态液动力作用。限于篇幅，这里仅研究稳态液动力。
稳态液动力可分解为轴向分力和径向分力。由于一般将阀体的油腔对称地设置在阀芯的周围，因此沿阀芯的径向分力互相抵消了，只剩下沿阀芯轴线方向的稳态液动力。
作用在带平衡活塞的滑阀上的稳态液动力
(a)流出式； (b)流入式
对于某一固定的阀口开度x来说，根据动量定理(参考图5.7中虚线所示的控制体积)可求得流出阀口时[见图 (a)]的稳态液动力为
可见，液动力指向阀口关闭的方向。
流入阀口时[见图5.7(b)]的稳态液动力为
可见，液动力仍指向阀口关闭的方向。
考虑到 ，所以上式又可写成
考虑到阀口的流速较高，雷诺数较大，流量系数 Cq可取为常数，且令液动力系数,则上式又可写成
当压差ΔP一定时，由式可知，稳态液动力与阀口开度 x成正比。此时液动力相当于刚度为KSΔp的液压弹簧的作用。因此，KSΔp被称为液动力刚度。
液动力的方向这样判定：对带平衡活塞的完整阀腔而言，无论液流方向如何，其方向总是力图使阀口趋于关闭。
2、作用在锥阀上的稳态液动力
(1)、外流式锥阀[见图 (a)]上作用的稳态轴向液动力
作用在锥阀上的稳态液动力
(a)外流式； (b)内流式
假定锥阀入口处的流速为v1、压力为PS，锥阀出口处的流速为v2、压力为大气压(P2＝0)，锥阀口的开口量为x，半锥角为α，阀口处的过流面积为。考虑到锥阀开度不大，则可认为液流射流角θ＝α;一般倒角宽度s取得很小，故有。在稳定流动时，不计液体的静压力PSA，利用动量定理可得出作用在锥阀上的轴向稳态液动力为
此力的方向使阀芯趋于关闭。
(2)、内流式锥阀[见图 (b)]上作用的稳态轴向液动力
设P2＝0，按上述相同方法导出其稳态轴向推力为
此力的方向使阀芯进一步开启，是一个不稳定因素。故在先导型溢流阀的主阀芯上，常用在锥阀下端加尾碟(防振尾)的办法来保证使作用其上的液动力指向阀口关闭的方向，以增加主阀芯工作的稳定性。
3、作用在滑阀上的液压卡紧力
如果阀芯与阀孔都是完全精确的圆柱形，而且径向间隙中不存在任何杂质、径向间隙处处相等，就不会存在因泄漏而产生的径向不平衡力。但事实上，阀芯或阀孔的几何形状及相对位置均有误差，使液体在流过阀芯与阀孔间隙时产生了径向不平衡力，称之为侧向力。由于这个侧向力的存在，从而引起阀芯移动时的轴向摩擦阻力，称之为卡紧力。如果阀芯的驱动力不足以克服这个阻力，就会发生所谓的卡紧现象。
滑阀上的侧向力
(a)倒锥；(b)顺锥；(c)倾斜
阀芯上的侧向力如图所示。图中P1和P2分别为高、低压腔的压力。图(a)表示阀芯因加工误差而带有倒锥(锥部大端在高压腔)，同时阀芯与阀孔轴心线平行但不重合而向上有一个偏心距e。如果阀芯不带锥度，在缝隙中压力呈三角形分布(图中点划线所示)。现因阀芯有倒锥，高压端的缝隙小，压力下降较快，故压力分布呈凹形，如图(a)中实线所示；而阀芯下部间隙较大，缝隙两端的相对差值较小，所以b比a凹得较小。这样，阀芯上就受到一个不平衡的侧向力，且指向偏心一侧，直到二者接触为止。图(b)所示为阀芯带有顺锥(锥部大端在低压腔)，这时阀芯如有偏心，也会产生侧向力，但此力恰好是使阀芯恢复到中心位置，从而避免了液压卡紧。图(c)所示为阀芯(或阀体)因弯曲等原因而倾斜时的情况，由图可见，该情况的侧向力较大。
根据流体力学对偏心渐扩环形间隙流动的分析，可计算出侧向力的大小。当阀芯完全偏向一边时，阀芯出现卡紧现象，此时的侧向力最大。最大液压侧向力值为
则移动滑阀需要克服的液压卡紧力为
式中，f为摩擦系数，介质为液压油时，取f=0.04～0.08。
为了减小液压卡紧力，可采取以下措施：
(1)?、在倒锥时，尽可能地减小，即严格控制阀芯或阀孔的锥度，但这将给加工带来困难。
(2)、在阀芯凸肩上开均压槽。均压槽可使同一圆周上各处的压力油互相沟通，并使阀芯在中心定位。开了均压槽后，引入液压卡紧力修正系数为K，可将式修正为
开一条均压槽时，K＝0.4；开三条等距槽时，K＝0.063；开七条槽时，K＝0.027。槽的深度和宽度至少为间隙的10倍，通常取宽度为0.3～0.5mm，深度为0.8～1mm。槽的边缘应与孔垂直，并呈锐缘，以防脏物挤入间隙。槽的位置尽可能靠近高压腔； 如果没有明显的高压腔，则可均匀地开在阀芯表面上。开均压槽虽会减小封油长度，但因减小了偏心环形缝隙的泄漏，所以开均压槽反而使泄漏量减少。
(3)、采用顺锥。
(4)、在阀芯的轴向加适当频率和振幅的颤振。
(5)、精密过滤油液。
4、滑阀的液压卡紧现象
换向阀在停止使用一段时问后(一般约五分钟以后)重新起动时，为使阀芯移动，理论 上只需要很小的力来克服粘性摩擦阻力就可以了。但实际上，特别在中、高压系统中却十分费力，需要克服很大的阻力才能使阀芯移动，把这种现象称为滑阀的液压卡紧现象。
液压卡紧现象是由于阀芯和阀体的几何形状误差和中心线的不重合而造成的。因为在这种情况下，进入阀芯与阀体配合间隙中的压力油将对阀芯产生不平衡的径向力，该力在一定条件下使阀芯紧贴在孔壁上，产生相当大的摩擦力(扣紧力)，使得操纵滑阀运动发生困难，严重时甚至被卡住。为减小径向不平衡液压力，一般在阀芯在台肩上开有宽0.3~0.5mm、深0.5~1mm、间距1~5 mm的环形均压槽。这样可以显著地减小液压卡紧力。
滑阀的液压卡紧现象是个共性问题，不仅换向阀有，其它液压阀(如溢流阀、减压阀等)上也存在。为减小液压卡紧力．必须对滑阀的几何精度从配合间隙予以严格探控制，可参考有关液压设计手册。
5-4方向控制阀(directional control valve)
方向控制阀有单向阀、换向阀等。
一、单向阀(one-way valve)
单向阀有普通单向阀和液控单向阀两种。
1、普通单向阀(check valve)
单向阀又称止回阀，它使液体只能沿一个方向通过，反向流通时则不通。 单向阀可用于液压泵的出口。防止系统油液倒流；用于隔开油路之间的联系，防止油路相互干扰；也可用作旁通阀，与其它类型的液压阀相并联，从而构成组合阀。对单向阀的主要性能要求是：油液向一个方向通过时压力损失要小；反向不通时密封性要好；动作灵敏，工作时无撞击和噪声。
(1)、单向阀的工作原理图和图形符号
图为单向阀的工作原理图和图形符号。当液流由A腔流入时，克服弹簧力将阀芯顶开，于是液流由A流向B；当液流反向流入时，阀芯在液压力和弹簧力的作用下关闭阀口，使液流截止，液流无法流向A腔。单向阀实质上是利用流向所形成的压力差使阀芯开启或关闭。
单向阀的工作原理图和图形符号
（a）工作原理图；（b）详细符号；（c）简化符号
(2)、典型结构与主要用途
单向阀的结构如图所示。按进出口流道的布置形式，单向阀可分为直通式和直角式两种。直通式单向阀进口和出口流道在同一轴线上；而直角式单向阀进出口流道则成直角布置。 图（b）、(c)为管式连接的直通式单向阀，它可直接装在管路上，比较简单，但液流阻力损失较大，而且维修装拆及更换弹簧不便。图（a）为板式连接的直角式单向阀，在该阀中，液流顶开阀芯后，直接从阀体内部的铸造通道流出，压力损失小，而且只要打开端部螺塞即可对内部进行维修，十分方便。
按阀芯的结构型式，单向阀又可分为钢球式和锥阀式两种。图（b）是阀芯为球阀的单向阀，其结构简单，但密封容易失效，工作时容易产生振动和噪声，一般用于流量较小的场合。图(c)是阀芯为锥阀的单向阀，这种单向阀的结构较复杂，但其导向性和密封性较好，工作比较平稳。
单向阀开启压力一般为0.035～0. 05MPa，所以单向阀中的弹簧3很软。单向阀也可以用作背压阀。将软弹簧更换成合适的硬弹簧，就成为背压阀。这种阀常安装在液压系统的回油路上，用以产生0.2～0.6MPa的背压力。
单向阀的主要用途如下：
(1)、安装在液压泵或双向液压泵出口，防止系统压力突然升高而损坏液压泵。防止系统中的油液在泵停机时倒流回油箱。
(2)、安装在回油路中作为背压阀。
(3)、与其它阀组合成单向控制阀。
2、液控单向阀(pilot-controlled check valve)
普通单身阀是通过调节弹簧的松紧来控制，而液控单向阀则是通过液压来实现。
液控单向阀是允许液流向一个方向流动，反向开启则必须通过液压控制来实现的单向阀。液控单向阀可用作二通开关阀，也可用作保压阀，用两个液控单向阀还可以组成液压锁。
(1)、液控单向阀的工作原理图和图形符号
图为液控单向阀的工作原理图和图形符号。当控制油口无压力油（Pk=0）通入时，它和普通单向阀一样，压力油只能从由A腔流向B腔，不能反向倒流。若从控制油口K通入控制油Pk时，即可推动控制活塞，将推阀芯顶开，从而实现液控单向阀的反向开启，此时液流可从B腔流向A腔。
(2)、典型结构与主要用途
液控单向阀有带卸荷阀芯的卸载式液控单向阀(见图)和不带卸荷阀芯的简式液控单向阀(见上图)两种结构形式。卸载式阀中，当控制活塞上移时先顶开卸载阀的小阀芯，使主油路卸压，然后再顶开单向阀芯。这样可大大减小控制压力，使控制压力与工作压力之比降低到4.5％，因此可用于压力较高的场合，同时可以避免简式阀中当控制活塞推开单向阀芯时，高压封闭回路内油液的压力将突然释放，产生巨大冲击和响声的现象。
带卸荷阀芯的液控单向阀
（a）带卸荷阀芯的内泄式液控单向阀；（c）带卸荷阀芯的外泄式液控单向阀
上述两种结构形式按其控制活塞处的泄油方式，又均有内泄式和外泄式之分。图（a）为内泄式，其控制活塞的背压腔与进油口P1相通。外泄式[见上图和 (b)]的活塞背压腔直接通油箱，这样反向开启时就可减小P1腔压力对控制压力的影响，从而减小控制压力PK。故一般在反向出油口压力P1较低时采用内泄式，高压系统采用外泄式。
液控单向阀具有良好的单向密封性能，在液压系统中应用很广，常用于执行元件需要较长时间保压、锁紧等情况下，也用于防止立式液压缸停止时自动下滑及速度换接等回路中。图所示，为采用液控单向的锁紧回路。
在垂直放置液压缸的下腔管路上安装液控单向阀，就可将液压缸(负载)较长时间保持(锁定)在任意位置上，并可防止由于换向阀的内部泄漏引起带有负载的活塞杆下落。
3、双向液压锁(biliateral pilot-controlled valve)
双向液压锁，又称双向液控单向阀、双向闭锁阀。其结构原理从职能符号如图所示。它是由两个液控单向阀共用—个阀体1和控制活塞2组成。
当压力油从A腔进入叫，依靠油压自动将左边的阀芯顶开，使油液从A向A1小腔流动。 同时，通过控制活塞2把右阀顶开，使B腔与B1腔沟通，将原来封闭在B腔通路上的油液，通过B腔排出，这就是说，当一个油腔正向进油时，另一个油腔就反向出油。反之亦然。当A、B两腔都没有压力油时，A1腔与B1腔的反向油液依靠顶杆3(即卸荷阀芯)的锥面与阀座的严密接触而封闭。这时执行元件被双向锁住(如汽车起重机的液压支腿油路)。
二、换向阀(change valve)
单向阀是一对一，换向阀是多对多。
换向阀是利用阀芯和阀体间相对位置的不同来变换不同管路间的通断关系，实现接通、切断，或改变液流的方向的阀类。它的用途很广，种类也很多。
对换向阀性能的主要要求是：
(1)、油液流经换向阀时的压力损失要小(一般0.3MPa)；
(2)、互不相通的油口间的泄漏小；
(3)、换向可靠、迅速且平稳无冲击。
换向阀按阀的结构形式、操纵方式、工作位置数和控制的通道数的不同，可分为各种不同的类型。
按阀的结构形式有：滑阀式、转阀式、球阀式、锥阀式。
按阀的操纵方式有：手动式、机动式、电磁式、液动式、电液动式、气动式。
按阀的工作位置数和控制的通道数有：二位二通阀、二位三通阀、二位四通阀、三位四通阀、三位五通阀等。
1、换向阀的“通”和“位”换向机能及滑阀机能
(1)、换向阀的“通”和“位”换向机能
“通”和“位”是换向阀的重要概念。不同的“通”和“位”构成了不同类型的换向阀。
“位”----阀芯的工作位置。通常所说的“二位阀”、“三位阀”是指换向阀的阀芯有两个或三个不同的工作位置。一个方格就代表一个工作位置，二格即二位，三格即三位。
“通”---指换向阀的通油口数目。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、四个各不相通且可与系统中不同油管相连的油道接口，不同油道之间只能通过阀芯移位时阀口的开关来沟通。
几种不同“通”和“位”的滑阀式换向阀主体部分的结构形式和图形符号如表所示。
不同的“通”和“位”的滑阀式换向阀主体部分的结构形式和图形符号
?名称
结构原理图
图形符号
二位二通
二位三通
二位四通
三位四通
表中图形符号的含义如下：
①用方框表示阀的工作位置，有几个方框就表示有几“位”；
②、方框内的箭头表示油路处于接通状态，但箭头方向不一定表示液流的实际方向，也有可能是反应流动；
③方框内符号“┻”或“┳”表示该通路不通；
④方框外部（全部）连接的接口数有几个，就表示几“通”；
⑤一般，阀与系统供油路连接的进油口用字母P表示；阀与系统回油路连通的回油口用T(有时用O)表示；而阀与执行元件连接的油口用A、B等表示。有时在图形符号上用 L 表示泄漏油口；
⑥换向阀都有两个或两个以上的工作位置，其中一个为常态位，即阀芯未受到操纵力时所处的位置。图形符号中的中位是三位阀的常态位。利用弹簧复位的二位阀则以靠近弹簧的方框内的通路状态为其常态位。绘制系统图时，油路一般应连接在换向阀的常态位上。
(2)、滑阀机能
滑阀式换向阀处于中间位置或原始位置时，阀中各油口的连通方式称为换向阀的滑阀机能。滑阀机能直接影响执行元件的工作状态，不同的滑阀机能可满足系统的不同要求。正确选择滑阀机能是十分重要的。这里介绍二位二通和三位四通换向阀的滑阀机能。
①、二位二通换向阀
二位二通换向阀其两个油口之间的状态只有两种；通或断[见图5.15(a)]。自动复位式（如弹簧复位）的二位二通换向阀的滑阀机能有常闭式（O型）和常开式（H型）两种[见图（c）] 。
二位二通换向阀的滑阀机能
? ②、三位四通换向阀
三位四通换向阀的滑阀机能有很多种，常见的有表5.1中所列的几种。中间一个方框表示其原始位置，左右方框表示两个换向位，其左位和右位各油口的连通方式均为直通或交叉相通，所以只用一个字母来表示中位的型式。
滑阀机能是指阀芯处于常态或中位位置时，换向阀各油口的通断情况。
三位阀的机能指阀芯处于中位，阀的各油口的通断情况。中间位置的调节机能不同就有不同的用途。以下介绍常用的几种机能。
(a)、O型机能 如图所示，阀芯处于中位时，P、A、B、T四个油口均被封闭，油液不流动。这时，液压泵不能卸荷，液压泵排出的压力油只能从溢流阀排回油箱。液压缸的两腔被封闭。活赛在任一位置均可停住，但因换向阀的内泄漏使其他其锁紧精度不高。由于液压缸内充满着油液，从静止到启动较平稳，但换向过程中由于运动部件惯性引起换问时冲击较大。
(b)、M型机能 如图所示，阀芯处于中位时，压力油口与回油口相通，液压泵辅出的油液直接回油箱，使泵处于卸荷状态。AB油口封闭。液压缸两腔不能进油也不能回油而锁紧不动，但锁紧精度不高。启动平稳，换向时有冲击现象，不宜用于多个换向阀并联的系统中。
(c)、H型机能 如图所示．P、A、D、T四油口互通，液压泵卸荷，液压缸处于浮动状态，可用于手动机构。由于油口全通，换向时比O型阀平稳，但冲击较大，换向精度低。
(d)、P型机能 如图所示，P、A、B互通，压力油从P口同时进人A、B口。由于液压缸左右两面的有效作用面积不等，使液压缸有杆腔油经滑阀通道流入无杆腔．加快了活塞同向运动速度而形成差动连接。但在中位和活塞到死点时液压阀不卸荷，始终在调定高压下工作易使油温升高。田液压缸两胶通高压仙，换向平稳。
(e)、Y型机能 如图所示．阀芯处于中位时．A、B、T相通．P口封闭．即液压缸两腔均通油箱，活塞处于浮动状态，可用手动机构．液压泵不卸荷。启动时因液压缸两腔油液通油箱有冲击。
三位四通阀常用的滑阀机能
型式
符号
中位油口状况、特点及应用
O型
P、A、B、T四口全封闭，液压缸闭锁，可用于多个换向阀并联工作。
H型
P、A、B、T口全通；活塞浮动，在外力作用下可移动，泵卸荷。
Y型
P封闭，A、B、T口相通；活塞浮动，在外力作用下可移动，泵不卸荷。
K型
P、A、T口相通，B口封闭；活塞处于闭锁状态，泵卸荷。
M型
P、T口相通，A与B口均封闭；活塞闭锁不动，泵卸荷，也可用多个M型换向阀并联工作
X型
四油口处于半开启状态，泵基本上卸荷，但仍保持一定压力。
P型
P、A、B口相通，T封闭；泵与缸两腔相通，可组成差动回路。
J型
P与A封闭，B与T相通；活塞停止，但在外力作用下可向一边移动，泵不卸荷。
C型
P与A相通；B与T封闭；活塞处于停止位置。
U型
P和T封闭，A与B相通；活塞浮动，在外力作用下可移动，泵不卸荷。
中位机能的选用原则是：
(a)、当系统有保压要求时：1宜选用油口P是封闭式的中位机能，如O、Y、J、U、N型，这时一个油泵可用于多缸的液压系统。②选用油门P和油口O接通但不畅通的形式，如X型中位机能。这时系统能保持一定压力，可供压力要求不高的控制油路使用。
(b)、当系统有卸荷要求时，应选用油口P与O畅通的形式，如H、K、M型。这时液压泵可卸荷。
(c)、当系统对换向精度要求较高时，应选用工作油口A、B都封闭的形式，如O、M型，这时液压缸的换向精度高，但换向过程中易产生液压冲击，换向平稳性差。
(d)、当系统对换向平稳性要求较高时．应选用A口、B口都接通O口的形式，如Y型。这时换向平稳性好，冲击小，但换向过程中执行元件不易迅速制动，换向精度低。
(e)、若系统对起动平稳性要求较高时，应选用油口A、B都不通O口的形式，如O、C、P、M型。这时液压缸某一腔的油液在起动时能起到缓冲作用，因而可保证起动的平稳性。
(f)、当系统要求执行元件能浮动时，应选用油A、B相连通的形式，如U型。这时可通过某些机械装置按需要改变执行元件的位置(立式液压缸除外)；当要求执行元件能在任意位置上停留时，应选用A、B油口都与P口相通的形式(差动液压缸除外)，如P型。这时液压缸左右两腔作用力相等，液压缸不动。
三位换向阀除了有各种中位机能外，有时也把阀的左位或右位设计成特殊的机能。这时就分别用两个字母来表示阀的中位和左(或右)位机能。图所示为常见的OP型[图(b)]和MP型[(a)]三位阀的职能符号。这两种阀主要用于差动连接回路，以得到快速行程。
2、电磁换向阀(electromagnetic change valve)
电磁换向阀是利用电磁铁吸力推动阀芯来改变阀的工作位置。由于它可借助于按钮开关、行程开关、限位开关、压力继电器等发出的信号进行控制，所以操作轻便，易于实现自动化，因此应用十分广泛。
追朔电磁阀的发展史，到目前为止，国内外的电磁阀从原理上分为三大类(即：直动式、分步先导式)，而从阀瓣结构和材料上的不同与原理上的区别又分为六个分支小类(直动膜片结构、分步重片结构、先导膜式结构、直动活塞结构、分步直动活塞结构、先导活塞结构)。 ? (1)、工作原理
电磁换向阀的品种规格很多，但其工作原理是基本相同的。现以图所示三位四通O型滑阀机能的电磁换向阀为例来说明。
在图中，阀体1内有三个环形沉割槽，中间为进油腔P，与其相邻的是工作油腔A和B。两端还有两个互相连通的回油腔T。阀芯两端分别装有弹簧座3、复位弹簧4和推杆5，阀体两端各装一个电磁铁。
当两端电磁铁都断电时［见（a）］，阀芯处于中间位置。此时P、A、B、T各油腔互不相通；当左端电磁铁通电时［见图（b）］，该电磁铁吸合，并推动阀芯向右移动，使P和B连通，A和T连通。当其断电后，右端复位弹簧的作用力可使阀芯回到中间位置，恢复原来四个油腔相互封闭的状态；当右端电磁铁通电时［见图（c）］，其衔铁将通过推杆推动阀芯向左移动，P和A相通、B和T相通。电磁铁断电，阀芯则在左弹簧的作用下回到中间位置。
(2)、直流电磁铁和交流电磁铁
阀用电磁铁根据所用电源的不同，有以下三种：
①交流电磁铁。阀用交流电磁铁的使用电压一般为交流220V，电气线路配置简单。交流电磁铁启动力较大，换向时间短。但换向冲击大，工作时温升高(故其外壳设有散热筋)；当阀芯卡住时，电磁铁因电流过大易烧坏，可靠性较差，所以切换频率不许超过30次／分；寿命较短。
②直流电磁铁。直流电磁铁一般使用24V直流电压，因此需要专用直流电源。其优点是不会因铁芯卡住而烧坏(故其圆筒形外壳上没有散热筋)，体积小，工作可靠，允许切换频率为120次／分，换向冲击小，使用寿命较长。但起动力比交流电磁铁小。
③本整型电磁铁。本整型指交流本机整流型。这种电磁铁本身带有半波整流器，可以在直接使用交流电源的同时，具有直流电磁铁的结构和特性。
(3)、干式、油浸式、湿式电磁铁
不管是直流电磁铁还是交流电磁，都可做成干式的、油浸式的和湿式的。
① 干式电磁铁。干式电磁铁的的线圈、铁芯与扼铁处于空气中不和油接触，电磁铁与阀联结时，在推杆的外周有密封圈。由于回油有可能渗入对中弹簧腔中，所以阀的回油压力不能太高。此类电磁铁附有手动推杆，一旦电磁铁发生故障时可使阀芯手动换位。此类电磁铁是简单液压系统常用的一种形式。
②油浸式电磁铁。油浸式电磁铁的线圈和铁芯都浸在无压油液中。推杆和衔铁端部都装有密封圈。油可帮助线圈散热，且可改善推杆的润滑条件，所以寿命远比干式电磁铁为长。因有多处密封，此种电磁铁的灵敏性较差，造价较高。
③湿式电磁铁。湿式电磁铁也叫耐压式电磁铁，它和油浸式电磁铁不同处是推杆处无密封圈。线圈和衔铁都浸在有压油液中，故散热好，摩擦小。还因油液的阻尼作用而减小了切换时的冲击和噪声。所以湿式电磁铁具有吸着声小、寿命长、温升低等优点。是目前应用最广的一种电磁铁。也有人将油浸式电磁铁和耐压式电磁铁都叫做湿式电磁铁。
(4)、电磁换向阀的典型结构
电磁换向阀按使用电源的不同可分为交流电磁阀和直流电磁阀。直流电磁铁在工作或过载情况下，其电流基本不变，因此不会因阀芯被卡住而烧毁电磁铁线圈，工作可靠，换向冲击、噪声小，换向频率较高(允许120次／min，最高可达240次／min以上)。但需要直流电源，并且起动力小，反应速度较慢，换向时间长。交流电磁铁电源简单，起动力大，反应速度较快，换向时间短，但其起动电流大，在阀芯被卡住时会使电磁铁线圈烧毁。换向冲击大，换向频率不能太高(30次／min左右)，工作可靠性差。在是低压电磁换向阀的型号中，交流电磁铁用字母D表示，直流用E。例如23D—25B表示流量为25L／min的板式二位三通交流电磁换向阀；34E—25B表示流量为25L／min的板式三位四通直流电磁换向阀，
电磁换向阀由电气信号操纵，控制方便，布局灵活，在实现机械自动化方面得到广泛的应用。但电磁换向阀由于受到磁铁吸力较小的限制，其流量一般在63L／min 以下。故对于要求流量较大、行程较长、移动阀芯阻力较大或要求换向时间能够调节的场合，宜采用液动或电液式换向阀。
3、液动换向阀(hydrodynamic change valve)
液动换向阀是利用控制压力油来改变阀芯位置的换向阀。对三位阀而言，按阀芯的对中形式，分为弹簧对中型和液压对中型两种。图(a)所示为弹簧对中型三位四通液动换向阀，阀芯两端分别接通控制油口K1和K2。当K1通压力油时，阀芯右移，P与A通，B与T通；当K2通压力油时，阀芯左移，P与B通，A与T通；当K1和K2都不通压力油时，阀芯在两端对中弹簧的作用下处于中位。当对液动滑阀换向平稳性要求较高时，还应在滑阀两端K1、K2控制油路中加装阻尼调节器[见图(c)]。阻尼调节器由一个单向阀和一个节流阀并联组成，单向阀用来保证滑阀端面进油畅通，而节流阀用于滑阀端面回油的节流，调节节流阀开口大小即可调整阀芯的动作时间。
弹簧对中型三位四通液动换向阀
4、电液换向阀(electro-hydraulic change valve)
电液换向阀是电磁换向阀和液动换向阀的组合，用在大流量、高压的液压系统中。其中，电磁换向阀起先导作用，控制液动换向阀的动作，改变液动换向阀的工作位置；液动换向阀作为主阀，用于控制液压系统中的执行元件。由于控制油液的流量不必很大，因而可以实现以小容量的电磁阀来控制大通径的液动换向阀，从而实现自动化控制。
由于液压力的驱动，主阀芯的尺寸可以做得很大，允许大流量通过。因此，电液换向阀主要用在流量超过电磁换向阀额定流量的液压系统中，从而用较小的电磁铁就能控制较大的流量。电液换向阀的使用方法与电磁换向阀相同。
电液换向阀有弹簧对中和液压对中两种型式。若按控制压力油及其回油方式进行分类则有：外部控制、外部回油；外部控制、内部回油；内部控制、外部回油；内部控制、内部回油等四种类型。
电磁阀用来接受控制电路中输出的电信号，使电磁铁推动阀芯移动输出控制压力油，以推动下面的液动换向阀阀芯，由液动阀的阀芯来变换主油路的流向。因此，直接控制油路方向的是液动阀，而电磁阀只起个先导作用，不直接与主油路联系，但能够用较小的电磁铁来控制较大的流量。当两个电磁铁线圈都不通电时，电磁阀阀芯2处于中间位置，其滑阀机能选用Y型，这样主阀的阀芯两端的油腔均通过电磁阀与油箱连通，使这两腔的压力接近于零，便于主阀芯回复到中间位置。当左边电磁铁线圈通电时，把电磁阀芯推向右端，控制油液顶开单向阀7进入液动阀左腔，将液动阀芯推向右端，阀芯右腔的控制油液经节流阀4和电磁阀流回油箱。这时，主阀进油口P和A相通，油口B和T相通。同理，右边电磁铁通电时，控制油路的压力油将主阀阀芯推向左端，使主油路换向。主阀阀芯向左或向右的运动速度可分别用两端的节流阀来调节，这样就调节了执行元件的换向时间，使换向平稳而无冲击，所以电液阀的换向性能较好。
电液换向阀的控制油源有内控和外控两种方式。内控油源是将控制油和主油源连通在一起，压力油均由P腔进入阀内，即先导阀和主阀共用一个油源，这种供油方式是在主油路压力较低的情况下使用。当主油路压力较高时，采用外控方式，将控制油孔与外部油路直接接通即可。
若采用内控方式的电液换向阀，当主阀的滑阀机能为H、M、K型时，为了使此阀能正常工作，必须在回油路上装上背压阀，使控制油的压力提高到(0.3~0.5MPa)，这样主阀才能换向，如下图。
5、手动换向阀(hand-operated change valve)
手动换向阀主要有弹簧复位和钢珠定位两种型式。图(a)所示为钢球定位式三位四通手动换向阀，用手操纵手柄推动阀芯相对阀体移动后，可以通过钢球使阀芯稳定在三个不同的工作位置上。图(b)则为弹簧自动复位式三位四通手动换向阀。通过手柄推动阀芯后，要想维持在极端位置，必须用手扳住手柄不放，一旦松开了手柄，阀芯会在弹簧力的作用下，自动弹回中位。图 (c)所示为旋转移动式手动换向阀，旋转手柄可通过螺杆推动阀芯改变工作位置。这种结构具有体积小、调节方便等优点。由于这种阀的手柄带有锁，不打开锁不能调节，因此使用安全。
下图为多路换向阀原理图。它是由多个手动换向阀、中向阀和溢流阀组合而成。主要用于多个执行元件的集中控制。如液压挖掘机、汽车起重机等都用了多路换向阀。压力油进入多路阀进油口后分成三条支路，左支路通溢流阀，右支路通单向阀，中间支路通回油口。当三个手动换向阀靠弹簧自动定位在中位时．压力油自中间支路穿过换向阀经回油口回油箱，液压泵卸荷。当扳动上面操纵手柄使阀芯左移时．阀芯凸肩堵住中间支路进油口，回油口不通，液压泵来的压力油一部分流向左支路，经溢流阀溢去(此时系统压力即为溢流阀调定压力)，另一部分油液体顶开单向阀进入换向阀。由于此时阀芯已左移，故通向液压缸一腔的A口进人压力油，而与液压缸另一腔相通的B口就与回油压口相通。当阀芯右移时．B口通压力油，A口通回油口。扳动另两支手柄时，工作状态相同，其图形符号如图示。
6、机动换向阀(mechanically-operated change valve)
机动换向阀又称行程换向阀，它是用安装在执行机构上的挡块或凸轮推动阀芯实现换向。机动换向阀多为图所示二位阀。（动态演示）
二位二通机动换向阀
1-挡铁；2-滚轮；3-阀芯；4-弹簧
下图是二位二通机动换向阀的结构图。它由1-挡铁、滚轮2、阀芯3、弹簧4等主要件组成。在图示位置上，阀芯3在弹簧4的推力作用下，处在最上端位置，把进油口P与出油口A切断。当行程挡块将滚轮压下时，P与A口接通；当行程挡块脱开滚轮时，阀芯在其底部弹簧的作用下又恢复初始位置。改变挡块斜面的角度 (或凸轮外廓的形状)，便可改变阀芯移动的速度，因而可以调节换向过程的时间。图(b)是该阀的职能符号。
机动换向阀要放在它的操纵件旁，因此这种换向阀常用于要求换向性能好、布置方便 的场合。机动换向阀基本都是二位的，除上述二位二通的，述有二位三通、四通等型式。
7、电磁球式换向阀(ball type electromagnetic change valve)
球式换向阀与滑阀式换向阀相比，具有以下优点：①不会产生液压卡紧现象，动作可靠性高；②密封性好；③对油液污染不敏感；④切换时间短；⑤使用介质粘度范围大，介质可以是水、乳化液和矿物油；⑥工作压力可高达63MPa；⑦球阀芯可直接从轴承厂获得，精度很高，价格便宜。
图为常开型二位三通电磁球式换向阀。它主要由左、右阀座4和6、球阀5、弹簧7、操纵杆2和杠杆3等零件组成。图示为电磁铁断电状态，即常态位。P口的压力油一方面作用在球阀5的右侧，另一方面经通道6进入操纵杆2的空腔而作用在球阀5的左侧，以保证球阀5两侧承受的液压力平衡。球阀5在弹簧7的作用下压在左阀座4上，P与A通，A与T切断。当电磁铁8通电时，衔铁推动杠杆3，以1为支点推动操纵杆2，克服弹簧力，使球阀5压在右阀座6上，实现换向，P与A切断，A与T通。
电磁球式换向阀主要用在要求密封性很好的场合。
二位三通电磁球式换向阀
8、换向阀的选择
换向阀的选择上就应考虑它们在系统中的作用，所通过的最高压力和最大流量、操纵方式、工作性能要求及安装方式等因索，尤其应注虑：单杆活塞液压缸由于面积差形成的不同，回油量对换向阀正常工作的影响。
如图听示，当换向阀在左位工作时，
因>，故>；
当换向阀在右位工作时：
因>，故>；当时，。
换向阀的流量如果选得过小，会增加其压力损失，降低系统效率。一般只有在必要时才允许阀的实际流量比额定流量大，但不能大于20%．如果阀的流量选得过大．又会增加整个系统装置的体积，使成本增加。
同是一种换向阀，其滑阀机能是各种各样的，应根据系统的性能要求选取适当的滑阀机能。例如，当系统要求液压泵能卸荷而执行元件又必须在任意位置停止时，可选择M型机能的换向阀。
对一些工作性能要求较高、流量较大的系统．一般尽可能选用直流电磁阀。但它需要直流电源，其余流量较小的系统．则可选用交流电磁换向阀，使成本降低，使用方便。
三、方向阀的应用
在液压系统中，工作机构的启动、停止或变换运动方向等是利用控制进入执行元件油流的通、断及改变流动方向来实现的。实现这些功能的回路称为方向控制回路。方向阀主要用于通断控制、换向控制、锁紧、保压等方面。
1、简单换向回路
简单换向回路，只需在泵与执行元件之间采用标准的普通换向阀即可。
图所示为二位三通电磁换向阀用于控制差动液压缸的示意图。电磁换向阀处于左位时，构成差动连接同路，活塞快速左行。电磁铁通电时，换向阀在右位工作，液压缸活塞右行。
下图所示为一种用电磁换向阀和行程开关控制的多缸并联顺序动作回路。当按下启动按钮时，电磁铁IYV通电．压力油进入液压缸l的左腔，I缸有腔的油液经阀A回油箱，活塞在压力油作用下按箭头1所示方向右行。达到要求位置时压下行程开关6，电磁铁IYV断电，I缸的活塞停止运动。行程开关6同时使3YV通电，压力油进入II缸的左腔，II缸右腔的油经阀B回油箱，活塞在压力油作用下按箭头2所示方向向右运动。达到要求位置时，压下行程开关8，使3YV断电，II缸的活塞停止运动。同理，行程开关8使2YV通电，I缸活塞按箭头3方向左移。而行程开关5使4YV通电，II缸活塞按箭头4方向左移，到位后行程开关7使4YV断电，活塞停止运动，完成一个工作循环。如果需要重复4动作的后续循环，可令行程开关7发讯使4YV断电的同时使IYV通电即可实现。后续循环未完成以及循环过和中停止回路动作的命令．可由停止按钮实现。
用电磁阀控制的并联顺序动作回路，工作行程的调整比较方便，动作顺序改变也很容易，具有调整灵活的优点，因此得到广泛应用。
2、复杂换向回路
当需要频繁、连续自动作往复运动且对换向过程有很多附加要求时，则需采用复杂换向回路。
对于换向要求高的主机（如各类磨床），若用手动换向阀就不能实现自动往复运动。采用机动换向阀，利用工作台上的行程块推动（联接在换向阀杆上的）拨杆来实现自动换向，但工作台慢速运动时，当换向阀移至中间位置时，工作台会因失去动力而停止运动（称“换向死点”），不能实现自动换向；当工作台高速运动时，又会因换向阀芯移动过快而引起换向冲击。若采用电磁换向阀由行程挡块推动行程开关发出换向信号，使电磁阀动作推动换向，可避免“死点”，但电磁阀动作一般较快，存在换向冲击，而且电磁阀还有换向频率不高、寿命低、易出故障等缺陷。
为解决上述两个矛盾，采用特殊设计的机液换向阀，以行程挡块推动机动先导阀，由它控制一个可调式液动换向阀来实现工作台的换向，既可避免“换向死点”，又可消除换向冲击。这种换向回路，按换向要求不同可分为时间控制制动式和行程控制制动式两种。
(1)、时间控制制动式换向回路
时间控制制动式换向回路
l-节流阀；2-先导阀；3-换向阀；4-溢流阀
如图所示，这种回路中的主油路只受换向阀3控制。在换向过程中，例如，当先导阀2在左端位置时，控制油路中的压力油经单向阀人通向换向阀3右端，换向阀左端的油经节流阀J1流回油箱，换向阀芯向左移动，阀芯上的制动锥面逐渐关小回油通道，活塞速度逐渐减慢，并在换向阀3的阀芯移过l距离后将通道闭死，使活塞停止运动。换向阀阀芯上的制动锥半锥角一般为 1.5°～3.5°，在换向要求不高的地方还可以取大一些。制动锥长度可根据试验确定，一般取 l＝ 3～12mm。当节流阀J1和J2的开口大小调定之后，换向阀阀芯移过距离l所需的时间（即活塞制动所经历的时间）就确定不变（不考虑油液粘度变化的影响）。因此，这种制动方式被称为时间控制制动式。这种换向回路的主要优点是：其制动时间可根据主机部件运动速度的快慢、惯性的大小通过节流阀J1和J2的开口量得到调节，以便控制换向冲击，提高工作效率；此外，换向阀中位机能采用H型，对减小冲击量和提高换向平稳性都有利。其主要缺点是：换向过程中的冲出量受运动部件的速度和其它一些因素的影响，换向精度不高。这种换向回路主要用于工作部件运动速度较高，要求换向平稳，无冲击，但换向精度要求不高的场合，如用于平面磨床和插、拉、刨床液压系统中。
(2)、行程控制制动式换向回路
如图所示，这种回路中的主油路除受换向阀3控制外，还受先导阀2控制。当先导阀2在换向过程中向左移动时，先导阀阀芯的右制动锥将液压缸右腔的回油通道逐渐关小，使活塞速度逐渐减慢，对活塞进行预制动。当回油通道被关得很小（轴向开口量尚留约0.2～0.5mm）、活塞速度变得很慢时。换向阀3的控制油路才开始切换，换向阀芯向左移动。切断主油路通道，使活塞停止运动，并随即使它在相反的方向起动。这里，不论运动部件原来的速度快慢如何，先导阀总是要先移动一段固定的行程l，将工作部件先进行预制动后，再由换向阀来使它换向。所以这种制动方式被称为行程控制制动式。先导阀制动锥一般取长度l＝ 5～ 12mm，合理选择制动锥度能使制动平稳（而换向阀上就没有必要采用较长的制动锥，一般制动锥长度只有2mm，半锥角也较大。
行程控制制动式换向回路
l-节流阀；2-先导阀；3-换向阀；4-溢流阀
行程控制制动式换向回路的换向精度较高，冲出量较小；但由于先导阀的制动行程恒定不变，制动时间的长短和换向冲击的大小就将受运动部件速度快慢的影响。所以这种换向回路宜用在主机工作部件运动速度不大，但换向精度要求较高的场合，如磨床液压系统中。
3、锁紧回路
锁紧回路可使液压缸活塞在任一位置停止，并可防止其停止后窜动。使执行元件锁紧的最简单的方法是利用三位换向阀的 M型或 O型中位机能封闭液压缸两腔，使执行元件在其行程的任意位置上锁紧。但由于滑阀式换向阀不可避免地存在泄漏，这种锁紧方法不够可靠，只适用于锁紧时间短且要求不高的回路中。
最常用的方法是采用液控单向阀，其锁紧回路如图所示。由于液控单向阀有良好的密封性能，即使在外力作用下，也能使执行元件长期锁紧。为了保证在三位换向阀中位时锁紧，换向阀应采用H型或Y型机能。这种回路常用于汽车起重机的支腿油路中，也用于矿山采掘机械的液压支架的锁紧回路中。
锁紧回路
?
8.3 课堂小结
单向阀和换向阀是液压系统中控制液流方向的元件。
单向阀分成两类：即普通单向阀（简称单向阀）和液控单向阀，单向阀只允许液流向一个方向通过；液控单向阀具有普通单向阀的功能，并且只要在控制口通以一定压力的控制油液，油流反向也能通过。单向阀和液控单向阀用于回路需要单向导通的场合，也用于各种锁紧回路。
换向阀既可用来使执行元件换向，也可用来切换油路。换向阀的各种结构形式中，滑阀式用得较多。而各种操纵形式的换向阀中，则以电磁和电液换向阀用得较多，因为它易于实现自动化。换向阀的图形符号明确地表示了阀的作用原理、工作位置数、通路数、通断状态以及操纵方式等，应予以足够的重视，并能熟练掌握。
8.4 布置作业或思考题
多看书，了解不同的换向阀，其控制液流方向原理，换用在不同的场合。可以通过对阀的结构，画出相应的图形符号。
8.5 课后分析
学习时应把结构（或结构原理）与图形符号联系起来，才能深入地理解其换向原理和滑阀机能。
第二讲
1、授课日期、班级
2、课题 5-2 压力控制阀
3、教学目的要求
掌握压力阀--溢流阀、减压阀、顺序阀和压力继电器的结构和工作原理；了解压力阀在调压与减压回路中的应用。
4、教学内容要点
压力阀--溢流阀、减压阀、顺序阀和压力继电器的结构和工作原理；压力阀在调压与减压回路中的应用。
5、重点、难点
溢流阀、减压阀、顺序阀的原理与结构及区别 6、教学方法和手段
课堂教学为主，充分利用多媒体动画来表示抽象概念。
7．主要参考书目和资料
8、课堂教学
8.1 复习提问
回想液压控制元件的分类，要执行所需要的动作，不仅需要对液压油路液流方向进行控制，还要对压力进行控制。
8.2 讲授新课
5-2压力控制阀(pressure control valve)
?压力控制阀简称压力阀。它包括用来控制液压系统的压力或利用压力变化作为信号来控制其它元件动作的阀类。按其功能和用途不同可分为溢流阀、减压阀、顺序阀和压力继电器等。它们的共同特点是：利用受控液流的压力对阀心的作用力与其他作用力的平衡条件，来调节阀的开口量以改变液阻的大小，从而达到控制压力的目的。
一、溢流阀(relief valve)
溢流阀的主要用途有以下两点：1）调压和稳压。如用在由定量泵构成的液压源中，用以调节泵的出口压力，保持该压力恒定。2）限压。如用作安全阀，当系统正常工作时，溢流阀处于关闭状态，仅在系统压力大于其调定压力时才开启溢流，对系统起过载保护作用。
溢流阀的特征是：阀与负载相并联，溢流口接回油箱，采用进口压力负反馈。
根据结构不同，溢流阀可分为直动型和先导型两类。
1、直动型溢流阀
直动式溢流阀是依靠系统中的压力油（作用在阀芯上的主油路液压油）直接作用在阀心上的力与弹簧力相平衡，以控制阀心的启闭动作。直动式溢流阀的结构主要有滑阀、锥阀、球阀和喷嘴挡板等形式，其基本工作基本相同。
如图所示，直动型溢流阀因阀口和测压面结构型式不同，形成了三种基本结构：图(a)所示阀采用滑阀式溢流口，端面测压方式；图(b)所示阀采用锥阀式溢流口，同样采用端面测压方式；图(c)所示阀采用锥阀式溢流口，锥面测压方式，测压面和阀口的节流边均用锥面充当。但无论何种结构，直动型溢流阀均是由调压弹簧和调压手柄、溢流阀口、测压面等三个部分构成。
直动型溢流阀结构原理图
(a)滑阀节流口，端面测压；(b)锥阀节流口，端面测压；(c)锥阀节流口，锥面测压
图所示为滑阀型直动式溢流阀的结构。
该阀由滑阀阀心7、阀体6、调压弹簧3、上盖5、调节杆l、调节螺母2等零件组成。图示位置，阀心在调压弹簧力Ft的作用下处于最下端位置，阀心台肩的封油长度S将进、出油口隔断，压力油从进口P进入阀后，经孔f和阻尼孔g后作用在阀心7的底面c上，阀心7的底面c上受到油压的作用形成一个向上的液压力F。当进口压力p较低，液压力9小于弹簧力Ft时，阀心在调压弹簧的预压力作用下处于最下端，由底端螺塞8限位(可调节封油长度S)，阀处于关闭状态。当液压力F等于或大于调压弹簧力Ft时，阀心向上运动，上移行程S后阀口开启，进口压力油经阀口溢流回油箱，此时阀心处于受力平衡状态。（动态演示）
图中L为泄漏油口。图中回油口 T与泄漏油流经的弹簧腔相通，L口堵塞，这种连接方式称为内泄式。内泄时回油口T的背压将作用在阀心L端面，这时与弹簧相平衡的将是进出口压差。若将上盖5旋转180度，卸掉L口螺塞，直接将泄漏油引回油箱，这种连接方式称为外泄式。
阀口开启时的的进口压力称为开启压力，若忽略阀心自重和阀心与阀体之间的摩擦力，则有
由上式可见，调节弹簧的顶压缩量可以改变阀的开启压力，由于作用在滑阀上端的弹簧力直接与滑阀底部的液压力相平衡，同时滑阀直径由溢流阀的公称流量确定，因此溢流阀的开启压力取决于调压弹簧的刚度。若阀的工作压力较高，必然要加粗弹簧，以增大弹簧刚度，这样在相同的滑阀位移下，弹簧力的变化较大。这将意味着，只有溢流阀进口压力变化量较大时阀心才能移动，即阀控制的压力灵敏度较低。溢流压力随溢流流量的变化情况如图所示。
直动型溢流阀结构简单，灵敏度高，但因压力直接与调压弹簧力平衡，不适于在高压、大流量下工作。在高压、大流量条件下，直动型溢流阀的阀芯摩擦力和液动力很大，不能忽略，故定压精度低，恒压特性不好。因而，这种滑阀型直动式溢流阀主要用于低压小流量场合。
2、先导型溢流阀
先导型溢流阀有多种结构，都由先导阀和主阀两部分组成。
(1)、Y1型先导型溢流阀
图所示为先导式溢流阀，其结构分为上下两部分。上部的先导部分由锥阀芯l、调压弹簧2和调压螺帽3等组成。下部的主阀部分由主阀芯5和主阀弹簧4等组成。这种阀的特点是利用主阀芯上下两端液体的压力差来使主阀阀芯移动的。其工作原理如图所示。油腔b和进油口相通，油腔d和回油口相通。压力油从油腔b进入，作用在主阀芯大直径台肩下部的圆环形面积上，并通过主阀芯中的小孔c流到下端面油腔中，作用于主阀芯的下端；同时，又经过阻尼小孔e进入主阀芯的上腔a，还经小孔f、g作用于先导调压阀的锥阀上。
当进油压力较低，还不能打开先导调压阀时，锥阀关闭，此时，没有油液流过阻尼小孔e。由于主阀芯大直径台肩下部的圆环形面积和阀芯下部小直径端面面积之和与大直径台肩上部面积基本相等，其上下两端的液压力也相等，所以，阀芯在上端弹簧的作用下，使主阀芯处于最下端位置，将溢流口关闭。因为主阀弹簧的力量只需克服主阀芯的摩擦力，所以做得较软。当进油压力升高到能够打开先导调压阀时，锥阀就压缩调压弹簧并将油口打开，压力油通过阻尼小孔e经锥阀流回油箱。由于阻尼小孔的作用产生压力降，所以主阀芯上部的液压力小于下部的液压力。当主阀芯上下两端压力差所产生的作用力超过主阀弹簧的作用力时，主阀芯被抬起，油腔b和油腔d接通，油液流回油箱，实现溢流。
用调节螺帽来调节调压弹簧的压紧力，就可以调整溢流阀溢流时进油口的液压力，从而调定了液压系统的压力。K为远程控制口，用于远程调压用。如果将K口用油管接到另一个远程调压阀(图中未画出)，则主阀芯上部的油压就受这个远程调压阀控制，从而就可以对这个溢流阀实行远程调压。这时，溢流阀上部的先导调压阀应不起作用，所以，它的调整压力应高于远程调压阀所可能调节的最高压力，一般情况下这个口封闭不用。
当溢流阀稳定工作时，作用在主阀芯上的力(不计阀芯自重和摩擦力)是平衡的，其力的平衡方程为：
或
式中：---进油腔液压力；---主阀芯上腔的液压力；A---主阀芯的截面积；---主阀芯弹簧的刚度；
---主阀弹簧的预压缩量；---主阀弹簧附加压缩量；---主阀弹簧的作用力。
从上式可以看出，对于先导式溢流阀，即使进油口的液压力较大，由于阀芯上腔有液压力存在，主阀弹簧也可以做得较软。因此，当溢流流量变化而引起阀芯位置改变时，弹簧力的变化也较小（与直动式溢流阀相反）。此外，当调压弹簧调整好之后，在溢流时阀芯上腔的液压力基本上是个定值，所以，进油口液压力的数值在溢流量变化时变动较小。同时，因为调压锥阀的阀孔的尺寸较小，调压弹簧的刚度也不大，所以调压比较轻便。
这种阀振动小、噪音低、压力较稳定，但先导式溢流阀在先导阀和主阀都动作后才能起控制压力的作用，因此动态响应较慢。
(2)、先导型高压溢流阀
下图所示为先导式高压溢流阀结构图，它的工作原理和Y1型溢流阀基本相同，但高压溢流阀在强度和密封等方面比Yl型要求更高。其主阀芯采用了锥面阀座式结构，没有搭合量。当油压升高，阀芯开始抬起时马上就能打开阀口，使进油口和回油口接通，故灵敏度高，响应迅速。主阀芯还加了尾锥即防振摆，提高了阀的稳定性，不会因阀芯的高频振动产生尖叫声，但此种阀的结构和制造工艺都比较复杂，其最高调整压力可达35MPa。
图中所示是一种典型的三节同心结构先导型溢流阀(先导式高压溢流阀)，锥式先导阀1、主阀芯上的阻尼孔（固定节流孔）5及调压弹簧9一起构成先导级半桥分压式压力负反馈控制，负责向主阀芯6的上腔提供经过先导阀稳压后的主级指令压力P2。主阀芯是主控回路的比较器，上端面作用有主阀芯的指令力P2A2，下端面作为主回路的测压面，作用有反馈力P1A1，其合力可驱动阀芯，调节溢流口的大小，最后达到对进口压力P1进行调压和稳压的目的。
YF型三节同心先导型溢流阀结构图(管式)
1-锥阀(先导阀)；2-锥阀座；3-阀盖；4-阀体；5-阻尼孔；6-主阀芯；7-主阀座；8-主阀弹簧；9-调压(先导阀)弹簧
工作时，液压力同时作用于主阀芯及先导阀芯的测压面上。当先导阀1未打开时，阀腔中油液没有流动，作用在主阀芯6上下两个方向的压力相等，但因上端面的有效受压面积A2大于下端面的有效受压面积A1，(一般来说A2/ A1=1.03~1.05)主阀芯在合力的作用下处于最下端位置，阀口关闭。当进油压力增大到使先导阀打开时，液流通过主阀芯上的阻尼孔5、先导阀1流回油箱。由于阻尼孔的阻尼作用，使主阀芯6所受到的上下两个方向的液压力不相等，主阀芯在压差的作用下上移，打开阀口，实现溢流，并维持压力基本稳定。调节先导阀的调压弹簧9，便可调整溢流压力。
根据先导型溢流阀的原理图。
三节同心先导型溢流阀原理图
当阀芯重力、摩擦力和液动力忽略不计，令导阀的指令力F指=KSxS0 时，导阀芯在稳态状况下的力平衡方程为
ΔFS=F指-P2AS= KSxS
即 P2=KS(xS0+xS)/AS
因导阀的流量极小，仅为主阀流量的1﹪左右，导阀开口量XS很小，因此有
P2≈KSxS0/AS（常数）
式中 P2-—先导级的输出压力，即主级的指令压力（Pa）；
F指——先导级的指令信号，即导阀的弹簧预压力（N）；
ΔFS——先导级的控制误差，即导阀芯上的合力（N）；
AS——导阀芯的有效承压面积（m2）；
KS——导阀调压弹簧刚度（N／m）；
XS0——导阀弹簧预压缩量（m）；
XS——导阀阀开口量（m）。
由式P2≈KSxS0/AS可以看出，只要在设计时保证XS<<XS0，即可使先导级向主级输出的压力P2=KS(xS0+xS)/AS≈KSxS0/AS =常数。因此，先导级可以对主级的指令压力P2进行调压和稳压。
在主阀中，当主阀芯重力、摩擦力和液动力忽略不计，令主阀的指令力F调=P2A2，主阀芯在稳态状况下的力平衡方程为
ΔF=F调-P1A1=P2A2-P1A1=K(x0+x)
因主阀芯弹簧不起调压弹簧作用，因此弹簧极软，弹簧力基本为零，即ΔF=K(x0+x)≈0
故有 P1≈F调/A1=P2A2/A1
代入式P2≈KSxS0/AS后，得
式中 P1-—进口压力即系统压力（Pa）；
A1-—主阀芯下端面的有效承压面积（m2）；
A2-—主阀芯上端面的有效承压面积（m2）；
K——主阀弹簧刚度（N／m）；
x0——主阀弹簧预压缩量（m）；
x——主阀阀开口量（m）。
F调——主级的指令信号，即主阀芯上端面有效承压面积上所承受的液压力（N）；
ΔF——主级的控制误差，即主阀芯上的合力（N）；
由式可以看出，只要在设计时保证主阀弹簧很软，且主阀芯的测压面积A1、A2较大，摩擦力和液动力相对于液压驱动力可以忽略不计，即可使系统压力P1≈（KSxS0/AS）A2/A1 =常数。先导型溢流阀在溢流量发生大幅度变化时，被控压力P1只有很小的变化，即定压精度高。此外，由于先导阀的溢流量仅为主阀额定流量的1％左右，因此先导阀阀座孔的面积和开口量、调压弹簧刚度都不必很大。所以，先导型溢流阀广泛用于高压、大流量场合。
从图可以看出，导阀体上有一个远程控制口K，当K口通过二位二通阀接油箱时，先导级的控制压力P2≈0；主阀芯在很小的液压力（基本为零）作用下便可向上移动，打开阀口，实现溢流，这时系统称为卸荷。若K口接另一个远离主阀的先导压力阀(此阀的调节压力应小于主阀中先导阀的调节压力)的入口连接，可实现远程调压。
先导型溢流阀的导阀部分结构尺寸较小，调压弹簧不必很强，因此压力调整比较轻便。但因先导型溢流阀要在先导阀和主阀都动作后才能起控制作用，因此反应不如直动型溢流阀灵敏。
3、溢流阀的应用
溢流阀在不同的场合有不同的用途，如在定量泵节流调速系统中，溢流阀用来保持液压系统的压力(即液压泵出口压力)恒定，并将液压泵多余的流量溢流回油箱，这时溢流阀作减压阀用；在容积节流调速系统中，溢流阀在液压系统正常工作时处于关闭状态，只是系统压力大于或等于溢流阀调定压力时才开启溢流，对系统起过载保护作用，这时溢流阀作安全阀用；在需要卸荷回路的液压系统中，溢流阀还可以作卸荷阀用，这时只需通过电磁换向阀将溢流阀的遥控口与油箱接通，液压泵即可卸荷，从而降低液压系统的功率损耗和发热量；溢流阀有时串联于执行元件出口的主油路上，使执行元件的出口侧产生较为恒定的背压。
在图所示的定量泵节流调速液压系统中，溢流阀与泵并联，起溢流作用，其调定压力等于系统的最大工作压力。系统工作时，溢流阀常开。调节节流阀的开口度大小来控制进入液压缸的流量，多余的油液从溢流阀溢流回油箱。随着执行元件所需流量(运动速度)的不同，阀的溢流量也不同，但液压泵的工作压力则基本保持恒定。调节溢流阀的调压弹簧，即可调节系统的供油压力。
在图中，若去掉流量-阀，泵改为普通变量泵，则溢流阀起安全保护作用，用于限定系统的最高压力，其调定压力等于系统的最大工作压力的1.05～1.1倍。当系统正常工作时，溢流阀常闭；只有当系统出现误操作，使得压力达到调定压力时，溢流阀才开启。
图所示为溢流阀用于远程调压的多级调压回路。图中3为远程调压阀，接主溢流阀2的远控口。当二位二通电磁换向阀4关闭时，液压泵的出口压力由溢流阀2调定为》1。当二位二通电磁阀通电切换后，其油路接通，这时泵的出口压力由远程调压阀调定为户：。在采用这种回路时，应注意使远程调压阀的调定压力小于主溢流阀本身的调定压力，否则，远程调压阀将不起作用。
如果将二位二通电磁阀安装在主溢流阀与远程调压阀之间，则当压力切换时，可能产生较大的压力波动与冲击。
图所示为先导式溢流阀的卸荷回路。将二位二通电磁换向阀安装在溢流阀的远控口(两者做成一体的又称电磁溢流阀)油路上，卸荷时，电磁阀通电，将远控口与油箱接通。此时，溢流阀的进口尽力只需克服主阀芯弹簧力便可溢流，液压泵的输出流量在很小的压力下通过溢流阀流回油箱。而通过电磁阀的流量很小，只是溢流阀控制腔的流量(即通过主阀芯上阻尼小孔的流量)，故只需选用小规格的电磁阀。卸荷时，溢流阀处于全开状态，当停止卸荷系统重新工作时，不会产生压力冲击现象，故适用于高压大流量系统中。
二、 减压阀(reducing valve)
在液压系统中，常由一个液压泵向几个执行元件供油，当某一执行元件需要比泵的供油压力低的稳定压力时，在该执行元件所在的支路上就需要使用减压阀。
减压阀是一种利用液流流过缝隙产生压力损失，使其出口压力低于进口压力控制阀。按调节的要求不同，减压阀可分为定压减压阀、定比减压阀和定差减压阀。定压减压阀用于控制出口压力为定值，使液压系统中某一部分得到较供油压力低的稳定压力；定比减压阀用来控制它的进出口压力保持调定不变的比例；定差减压阀则用来控制进出口压力差为定值。本节主要讨论定压减压阀。
1、 定压减压阀
按阀的结构的不同，减压阀也有直动型和先导型之分，直动型减压阀的工作原理如图所示，但直动型减压阀较少单独使用。
直动型串联减压式压力负反馈控制（用于直动式减压阀）
在先导型减压阀中，根据先导级供油的引入方式不同，有“先导级由减压出口供油式”和“先导级由减压进口供油式”两种结构形式。
(1)、先导级由减压出口供油的减压阀
先导级由减压出口供油的减压阀如图所示，由先导阀和主阀两部分组成。该阀的原理如图所示。
先导级由减压出口供油的先导式减压阀
图中，压力油由阀的进油口P1流入，经主阀减压口 f减压后由出口P2流出。锥式先导阀、主阀芯上的阻尼孔（固定节流孔e）及先导阀的调压弹簧一起构成先导级半桥分压式压力负反馈控制，负责向滑阀式主阀芯的上腔提供经过先导阀稳压后的主级指令压力P3。主阀芯是主控回路的比较器，端面有效面积为A，上端面作用有主阀芯的指令力（即液压力P3A与主阀弹簧力预压力K y0之和），下端面作为主回路的测压面，作用有反馈力P2A，其合力可驱动阀芯，并调节减压口f的大小，最后达到对出口压力P2进行减压和稳压的目的。
由图可见，出口压力油经阀体与下端盖的通道流至主阀芯的下腔，再经主阀芯上的阻尼孔e流到主阀芯的上腔，最后经导阀阀口及泄油口L流回油箱。因此先导级的进口（即阻尼孔e的进口）压力油引自减压阀的出口P2，故称为先导级由减压出口供油的减压阀。
工作时，若出口压力P2低于先导阀的调定压力，先导阀芯关闭，主阀芯上、下两腔压力相等，主阀芯在弹簧作用下处于最下端，减压口开度f为最大，阀不起减压作用，P2≈P1。当出口压力达到先导阀调定压力时，先导阀阀口打开，主阀弹簧腔的油液便由外泄口L流回油箱，由于油液在主阀芯阻尼孔内流动，使主阀芯两端产生压力差，主阀芯在压差作用下，克服弹簧力抬起，减压阀口f减小，压降增大，使出口压力下降到调定的压力值。此时，如果忽略液动力、摩擦力，则先导阀和主阀的力平衡方程式为
ΔF=（P3A+Ky0）-P2A=Ky
P3AS=KS（x0+x）≈KSx0（常数）
式中，A、AS分别为主阀和先导阀有效作用面积；K、KS分别为主阀和先导阀弹簧刚度；x0、x分别为先导阀弹簧预压缩量和先导阀开口量；y0、y分别为主阀弹簧预压缩量、主阀调节位移。
联立上两式后，P2可写成
P2≈(KSx0/AS+K(y0-y))/A≈(KSx0/AS+Ky0)/A
由上式可以看出，只要在设计时保证主阀弹簧较软，Ky可以忽略，且主阀芯的测压面积A较大，摩擦力和液动力相对于液压驱动力可以忽略不计，即可使减压阀出口压力基本恒定。
应当指出，当减压阀出口处的油液不流动时，此时仍有少量油液通过减压阀口经先导阀和外泄口L流回油箱，阀处于工作状态，阀出口压力基本上保持在调定值上。
(2)、先导级由减压进口供油的减压阀
先导级供油既可从减压阀口的出口P2引入，也可从减压阀口的进口P1引入，各有其特点。
先导级供油从减压阀的出口引入时，该供油压力P2是经减压阀稳压后的压力，波动不大，有利于提高先导级的控制精度，但导致先导级的输出压力（主阀上腔压力）P3始终低于主阀下腔压力P2，若减压阀主阀芯上下有效面积相等，为使主阀芯平衡，不得不加大主阀芯的弹簧刚度，这又会使得主级的控制精度降低。
先导级供油从减压阀的进口P1引入时(见图)，其优点是先导级的供油压力较高，先导级的输出压力（主阀上腔压力）P3也可以较高，故不需要加大主阀芯的弹簧刚度即可使主阀芯平衡，主级的控制精度可能较高。但减压阀进口压力P1未经稳压，压力波动可能较大，又不利于先导级的控制。为了减小P1波动可能带来的不利影响，保证先导级的控制精度，可以在先导级进口处用一个小型“恒流器”代替原固定节流孔，通过“恒流器”的调节作用使先导级的流量及导阀开口度近似恒定，结果使有利于提高主阀上腔压力P3的稳压精度。
先导级由减压进口供油的先导式减压阀原理图
图所示就是一种先导级由减压进口供油的减压阀。该阀先导级进口处设有“控制油流量恒定器”6，它由一个固定节流孔I和一个可变节流口Ⅱ串联而成。可变节流口借助于一个可以轴向移动的小活塞来改变通油孔N的过流面积，从而改变液阻。小活塞左端的固定节流孔，使小活塞两端出现压力差。小活塞在此压力差和右端弹簧的共同作用下而处于某一平衡位置。
如果由减压阀进口引来的压力油的压力P1达到调压弹簧8的调定值时，先导阀7开启，液流经先导阀口流向油箱。这时，小活塞前的压力为减压阀进口压力P1，其后的压力为先导阀的控制压力 (即主阀上腔压力)P3，P3由调压弹簧8调定。由于P3<P1，主阀芯在上、下腔压力差的作用下克服主阀弹簧5的力向上抬起，减小主阀开口，起减压作用，使主阀出口压力降低为P2。因为主阀采用了对称设置许多小孔的结构作为主阀阀口，因此液动力为零。
显然，若先导级阀流量恒定，先导级的输出压力P3就不会波动，这有利于提高减压阀的稳压精度。如何使通过先导阀的流量恒定呢?其工作原理如图6.18所示。它的先导级以固定节流孔I作为流量传感器，将流量转化为I上的压力差后与弹簧力平衡，压差恒定时流量自然恒定。通过可变节流口Ⅱ，可以自动调节流量。流量大时，流量传感器（固定节流孔I）的压差则大，该压差作用在活塞6上，压缩弹簧，关小可变节流口Ⅱ，将先导级的流量向减小的方向调节；反之则增大可变节流口Ⅱ，将先导级的流量向增大的方向调节。总之自动维持先导级流量稳定。因此这种阀的出口压力P2，与阀的进口压力P1 ，以及流经主阀的流量无关。
如果阀的出口压力出现冲击，主阀芯上的单向阀4将迅速开启卸压，使阀的出口压力很快降低。在出口压力恢复到调定值后，单向阀重新关闭。故单向阀在这里起压力缓冲作用。
2、定差减压阀
定差减压阀可使进出口差保持高定值。如图：
高压油经节流口x减压后以低压输出，同时低压油经阀心中心孔将压力引至阀心上腔，其进出口油压在阀心上、下端有效作用面积上产生的液压力之差与弹簧力相平衡，阀心受力平衡方程式为：
式中 D、d---阀心大端外径和小端外径；k---弹簧刚度；x。、x——弹簧预压缩量和阀心开口量。
由上式可求出定差减压阀进、出口压差：
由上式可知，只要尽量减小弹簧刚度K，并使<<，就可使压力差近似保持为定值。
定差减压阀主要用来和其他阀组成组合阀，减压阀和节流阀串联组成调速阀。
3、定比减压阀
定比减压阀可使进出口压力的比值保持恒定。如图所示。
在稳态时，忽略阀心所受到的稳态液动力、阀心的自重和摩擦力时可得到阀心受力平衡方程
式中： ---弹簧刚度；x。、x---弹簧预压缩量及阀口开度
弹簧刚度较小，则有
由式可见，只要适当选择阀心的作用面积、，便可得到所要求的压力比，且比值近似恒定。
4、减压阀的组合阀—单向减压阀(one-way reducing valve)
将单向阀和减压阀组合在一起即成为单向减压阀，如图。当压力油从油口流向油口时，单向阀关闭，减压阀正常工作。如油液反向从油口进入，则减压阀不起作用，可通过单向阀进入油口，图中L是泄油口。
5、减压阀的主要静态性能指标
减压阀的主要静态性能指标有：调压范围、压力稳定性、压力偏移、进口压力变化引起的出口压力变化量、外泄漏量、反向压力损失和动作可靠性等。
(1)、调压范围
减压阀的调压范围是指将减压阀的调压手轮从全松到全闭时，阀出口压力的可调范围。减压阀的出口压力应随调压手轮的调节而平稳地上升和下降，不应有突跳和迟滞现象。
(2)、压力稳定性
压力稳定性是指出口压力的振摆。对公称压力为16MPa以上的减压阀，一般要求压力振摆值不超过±0.5MPa；对公称压力为16MPa以下的减压阀，压力振摆值不超过±0.3MPa。
(3)、压力偏移
压力偏移是指出油口的调定压力在规定时间内的偏移量。一般按1min计算。对采用、、、，四根不同调压弹簧的减压阀，其压力偏移值一般对应要求为0.2MPa、0.4MPa、0.6MPa和1.0MPa。
(4)、进口压力变化引起的出口压力变化量
当减压阀进口压力变化时，必然对出口压力产生影响，出口压力的波动值越小，减压阀的静特性越好。测试时，一般使被试减压阀的进口压力在比调压范围的最低值高2MPa至公称压力的范围内变化时，测量出口压力的变化量。对采用、、、四根不同调压弹簧的先导式减压阀，一般规定，其压力偏移值分别不超过0.2MPa、0.4MPa、0.6MPa和0.8MPa。
(5)、流量变化引起的出口压力变化量
当减压阀的进口压力恒定时，通过阀的流量变化往往引起出口压力的变化，使出口压力不能保持调定值。测试时，使被试减压阀的进口压力调为公称压力，出口压力为调压范围的最低值，当通过减压阀的流量从零至公称流量范围内变化时，减压阀出口的压力变化量。
(6)、外泄漏量
外泄漏量是指当减压阀起减压作用时，每分钟从泄油口流出的先导流量。其数值一般应小于1.5～2.0 L／min。测试时，使被试减压阀的进口压力调为公称压力，出口压力为调压范围的最低值，测得的泄油口流量即为外泄漏量。
(7)、反向压力损失
对单向减压阀，当反向通过公称流量时，减压阀的压力损失即为反向压力损失。一般规定反向压力损失应小于0.4MPa。
6、减压阀的应用
在液压系统中，一个油源供应多个支路工作时，由于各支路要求的压力值大小不同，这就需要减压阀去调节，利用减压阀可以组成不同压力级别的液压回路。
如图所示，液压泵3同时向液压缸1和液压缸2供油，缸l的负载力为Fl，缸2的负载力为F2（但在实际工程中Fl与F2不是恒定不变的）。设Fl>F2，若没有减压阀4和节流阀5，哪个缸的负载较小，则哪个缸先动，即只有缸2的活塞到位后压力继续上升，缸l才动作。加上减压阀后就解决了这一矛盾，两个缸可分别动作而不会因负载的大小而互相干扰。
若不加节流阀，尽管缸l有相当的负载力，溢流阀有相当的调定压力，若F2为零，则减压阀的二次压力(即出口压力)为零，阀芯处于最下端，减压口不起减压作用，并且将减压口的上下游无阻力地沟通，这时，减压阀的一次压力(即进口压力)也为零，这种现象称为减压阀一次压力失压。有了节流阀，可使减压阀出口总是有相当的压力，即可避免这一现象的出现。
图所示的液压缸是一个夹紧缸。当活塞杆通过夹紧机构夹紧工件时，活塞的运动速度为零，因减压阀的作用仍能使液压缸工作腔中的压力基本恒定，故可保持恒定的夹紧力，不致因夹紧力过大而将工件夹坏。
因为减压阀出口压力稳定，所以在有些回路中，虽然不需要减压，但为了获得稳定的压力也加上减压阀。例如，用压力控制的液动换向阀、液控顺序阀，在这些阀的控制油路中，有时加上减压阀，目的不是减压而是使控制压力稳定，以免因压力波动使它们产生误动作。
三、顺序阀(sequence valve)
顺序阀的作用是利用油液压力作为控制信号控制油路通断，因用于控制两个或两个以上执行元件的液压系统中，使各执行元件按预先确定的先后动作顺序工作。
顺序阀也有直动型和先导型之分，一般先导顺序阀用于压力较高的液压系统中。根据控制压力来源不同，它还有内控式和外控式之分。通过改变控制方式、泄油方式以及二次油路的连接方式，顺序阀还可用作背压阀、卸荷阀和平衡阀等。根据泄油方式，有内泄式和外泄式两种。通过改变控制压力的来源、泄油方式以及二次油路的连接形式，顺序阀可作多种用途，如内控内泄式顺序阀在系统中可用作背压阀；外控内泄式顺序阀可用作卸荷阀等。
1、直动型顺序阀
直动型顺序阀如图所示，图（a）为实际结构图，图（C）为原理图。直动式顺序阀通常为滑阀结构，其工作原理与直动式溢流阀相似，均为进油口测压，但顺序阀为减小调压弹簧刚度，还设置了断面积比阀芯小的控制活塞A。顺序阀与溢流阀的区别还有：其一，出口不是溢流口，因此出口P2不接回油箱，而是与某一执行元件相连，弹簧腔泄漏油口L必须单独接回油箱；其二，顺序阀不是稳压阀，而是开关阀，它是一种利用压力的高低控制油路通断的“压控开关”，严格地说，顺序阀是一个二位二通液动换向阀。
工作时，压力油从进油口P1（两个）进入，经阀体上的孔道a和端盖上的阻尼孔b流到控制活塞（测压力面积为A）的底部，当作用在控制活塞上的液压力能克服阀芯上的弹簧力时，阀芯上移，油液便从P2流出。该阀称为内控式顺序阀，其图形符号如图(b)所示。
必须指出，当进油口一次油路压力P1低于调定压力时，顺序阀一直处于关闭状态；一旦超过调定压力，阀口便全开（溢流阀口则是微开），压力油进入二次油路（出口P2），驱动另一个执行元件。
若将图（a）中的端盖旋转90°安装，切断进油口通向控制活塞下腔的通道，并打开螺堵K，引入控制压力油，便成为外控式顺序阀，外控顺序阀阀口开启与否，与阀的进口压力P1的大小没有关系，仅取决于控制压力的大小。图中控制油直接由进油口引入，外泄油口L单独接回油箱，这种控制形式即为内控外泄式。若将端盖或底盖在装配时转过一定位置，还可得到内控内泄、外控外泄、外控内泄三种控制形式。
由上述分析可知，顺序阀的动作原理与溢流阀相似，其主要区别在于：
（1）、顺序阀的出口与负载油路相通，而溢流阀的出口要接回油箱。
（2）、溢流阀的弹簧腔可以与出油口沟通，而出口与负载油路相通的的顺序阀的泄油口应单独接回油箱，以免使弹簧腔有油压。
（3）、溢流阀的进口最高压力由调压弹簧来限定，并且，由于液流溢回油箱，所以损失了液体的全部能量。而顺序阀的进口压力由液压系统工况来定，进口压力升高时阀口将不断增大，直至全开，出口压力油对负载作功。
直动式顺序阀即使采用较小的控制活塞，弹簧刚度仍然较大。由于顺序阀工作时的阀口开度大，阀心的行程较大，因此造成这种顺序阀的启闭特性不够好。所以直动式顺序阀只用在压力较低(8MPa以下)的场合。
2、先导式顺序阀
图所示为先导式顺序阀，为进油口，为出油口，其工作原理与先导式溢流阀相似，所不同的是顺序阀的出油口不接回油箱，而通向某一压力油路，因而其泄油口L必须单独接回油箱。
将先导阀1和端盖3在装配时相对于主阀体2转过一定位置，也可得到内控内泄、外控外泄、外控内泄三种控制形式。外控式顺序阀阀口开启与否，与阀的进口压力的大小无关，仅取决于外控口处控制压力的大小。
图所示的先导式顺序阀最大的缺点是外泄漏量过大。因先导阀是按顺序阀的压力调整的，当执行元件达到顺序动作后，压力将同时升高，将先导阀口开得很大，导致流量从先导阀处大量外泄。故在小流量液压系统中不宜采用这种结构。
图所示的DZ型先导式顺序阀可使先导阀处的泄漏量大为减小。这种阀的主阀形似单向阀，先导阀为滑阀式。
主阀心5在原始位置将进、出油口切断，进油口的压力油通过两条油路：一路经阻尼孔6进入主阀心5上腔并到达先导阀心3中部环形腔a，另一路直接作用在先导阀心3的左端。当进口压力低于先导阀弹簧7的调定压力时，先导滑阀在弹簧力的作用下处于图示位置。当进口压力大于先导阀调定压力时，先导阀心3在左端液压力作用下右移，将先导阀中部环形腔a与通顺序阀出口的油路沟通，于是顺序阀进口压力经阻尼孔、主阀上腔、先导阀流往出油口。由于阻尼孔6的作用，主阀上腔的压力低于下端(即进油口)压力，主阀心开启，顺序序阀进、出油口沟通(此时)。由于主阀心上阻尼孔6的泄漏不流向泄油口L(该泄油口L要单独接回油箱，图中未示出)，而是流向出油口，又因主阀上腔油压与先导滑阀所调压力无关，仅仅通过刚度很弱的主阀弹簧与主阀心下端液压力保持主阀心的受力平衡，故出口压力近似等于进口压力，压力损失小，其泄漏量和功率损失与前图直动式顺序阀相比大为减小。
在顺序阀的阀体内并联装设单向阀，可构成单向顺序阀。单向顺序阀也有内外控之分。
各种顺序阀的图形符号见表。
顺序阀最基本的应用是控制多个执行元件的顺序动作；与溢流阀相仿，内控式顺序阀也可作为背压阀使用；而应用外控式顺序阀可使系统中某处压力达到调定值时实现卸荷。若将出油口接通油箱，且将外泄改为内泄，即可作平衡阀用，使垂直放置的液压缸不因自重而下落。
3、顺序阀的使用
图所示为用顺序阀实现执行元件的顺序动作。工作行程时，换向阀1处于图示位置，液压泵输出的压力油先进入液压缸B的左腔，活塞按箭头①所示的方向右移，当接触工件时，油压升高，在达到足以打开单向顺序阀2时，油液才能进入缸A，使活塞沿箭头②所示的方向右移。回程时，阀1处在左端的工作位置，由于顺序阀3的作用，缸A的活塞先按箭头③的方向回程至终点，液压缸B的活塞才能按箭头④的方向开始回程。在这种回路中，顺序阀的调定压力应比先动作的执行元件的工作压力高0.5MPa以上，以保证动作顺序的可靠性。
图所示为单向顺序阀当作平衡阀使用。为了防止负载自由下落(负负载)而保持背压的压力控制阀称为平衡阀。它通常用来防止液压缸活塞因负载重量而高速下落，即限制液压缸活塞的运动速度。
在具有立式缸的液压回路中，液压缸的负载往往是重物。当缸下行时，不但不需要克服负载，而且重物帮助缸活塞下降，极易造成超速和冲击，此时，宜在缸的回油路上加平衡阀。换向阀处于左位时，来自液压泵的油经平衡阀的油口A、单向阀、平衡阀的油口B到达缸的无杆腔，重物上行。液压缸有杆腔的油液经换向阀回油箱。换向阀处于中位时，单向顺序阀锁闭，液压缸不能回油，停止运动，重物被支持。换向阀处于右位时，来自泵的油液到达缸的有杆腔，同时，来自泵的油经过控制管道进入顺序阀的控制口K，当控制压力达到调定值时，顺序阀开启，缸无杆腔的油经顺序阀、换向阀回油箱，活塞下降。
一旦重物超速下降时，液压缸有杆腔中的压力减小，同时，控制口K的压力减小，顺序阀的开口减小，缸回油阻力增加，重物连同活塞的下降速度减慢，提高了运动的平稳性。
由顺序阀和单向阀简单单组合而成的平衡阀，性能往往不够理想，不能应用于工程机械，如起重机、汽车吊等液压系统。实际使用的平衡阀为了使液压缸动作平稳，还要在各运动部位设置很多阻尼。
四、压力继电器(pressure relay)
压力继电器是将液压信号转换为电信号的一种转换元件。当系统压力达到压力继电器的调定压力时，它发出电信号控制电器元件，使油路换向、卸压，实现顺序动作，或关闭电动机，起安全保护作用。
压力继电器有柱塞式、膜片式、弹簧管式和波纹管式四种结构形式。常用的压力继电器有柱塞式和薄膜式两种。
1、结构特点及工作原理
压力继电器由两部分组成：一部分是压力—位移转换器，另一部分是电气微动开关。
图所示为柱塞式压力继电器。
液压力为P的控制油液进入压力继电器，当系统压力达到其调定压力时，作用于柱塞l上的液压力克服弹簧力，顶杆2上移，使微动开关4的触头闭合，发出相应的电信号。调整螺帽3来调节弹簧的预压缩量，从而可改变压力继电器的调定压力。此种柱塞式压力继电器宜用于高压系统，但位移较大，反应较慢，不宜用在低压系统。
如图所示为薄膜式继电器。
控制油口K和液压系统相通，当系统液压力达到压力继电器的调定压力时，液压力作用于薄膜11使柱塞10上升，压缩弹簧2，一直到弹簧座4的肩部碰到套3为止。与此同时，柱塞10一方面推动钢球7压缩弹簧9，另一方面又用锥面推动钢球6水平移动，使杠杆13绕轴12逆时针方向转动，压下微动开关14的触杆从而发出电信号，发出电信号的液压力大小可用调节螺钉1来调节。
当控制油口的液压力降到一定数值时，弹簧2和9通过钢球5和7将柱塞10压下，钢球6便落入柱塞10的锥面槽内，杠杆13返回，微动开关14复位，电路断开。
钢球7在弹簧9的作用下，对柱塞10产生一定的摩擦力。当柱塞向上移时，摩擦力与液压作用力相反，压力油除要克服弹簧2的弹簧力外，还有克服摩擦力。柱塞向下移时，摩擦力与液压作用力的方向相同，弹簧力要克服液压力和摩擦力。所以，使微动开关断开时的压力比使微动开关闭合时的压力低。用螺钉8调节弹簧9的作用力，可以改变微动开关闭合和断开之间的压力差值。
2、压力继电器的应用
图所示为压力继电器构成的保压回路。系统由蓄能器持续补油保压，保压的最大压力值由压力继电器调定。未达到压力继电器调定压力时，压力继电器不发信号，二位二通阀处于图示位置，溢流阀遥控口封闭，液压泵向蓄能器充油。压力足够高时，压力继电器发出信号，二位二通阀得电，遥控口接通，溢流阀开启使泵卸荷，由蓄能器保压。压力下降到一定程度时，压力继电器停止发信号，使泵重新向蓄能器充油。本回路适用于保压时间长，功率损失小的场合。
图所示为一种利用压力继电器控制电磁换向阀实现顺序动作的回路。其中压力继电器3和4分别控制换向阀的3YV和2YV通电，实现如图所示①一②一③一④的顺序动作。当1YV通电时，压力油进入液压缸5左腔，推动活塞向右运动。在碰到死挡铁后，压力升高，压力继电器3发出信号，使3YV通电，压力油进人液压缸6左腔，推动其活塞也向右运动。在3YV断电，4YV通电(由其他方式控制)后，压力油推动缸6的活塞向左退回，到达终点后，压力又升高，压力继电器4发出信号，使2YV通电，1YV断电，缸5的活塞也左退。为了防止压力继电器在前一行程终了前产生误动作，压力继电器的调定值应比先动作液压缸的工作压力高0.3~0.5MPa。
采用压力继电器控制比较方便，但由于其灵敏度高，易受油路中压力冲击影响而产生误动作，故只宜用于压力冲击较小的系统，且同一系统中压力继电器数目不宜过多。如能使用延时压力继电器代替普通压力继电器，则会提高其可靠性。
五、压力阀的比较
溢流阀、减压阀和顺序阀在结构、工作原理和特点上有相似的地方，也有不同之处。
①、溢流阀排出的油不做功，直接回油箱；减压阀和顺序阀(作卸荷阀、平衡阀时除外)排出的油液通向下一级执行元件，输出的油液有一定压力做功。
②、溢流阀的泄漏油是通过阀体内部与回油口接通的；减压阀、顺序阀的泄油口单独引回油箱。
③、溢流阀和内控顺序阀是用进口液压力和弹簧力相平衡进行控制的。溢流阀保持进口油压基本不变，顺序阀达到调定压力后开启，其进、出口油液压力可以高于其调定压力，顺序阀的阀芯不需随时浮动，只有“开”或“关”两种位置；减压阀是用出口油压进行控制，其阀芯要不断浮动，以保持出口压力基本为恒定。
④、溢流阀和顺序阀的阀口在常态下是关闭的，而减压阀的阀口在常态下是开启的。但溢流阀和减压阀处于工作状态时，溢流口和减压口都是开启的。顺序阀的开启和关闭位置都是工作位置，因为顺序阀在关闭位置仍需维持一定的进口压力，以免影响其他回路的工作。因此，对顺序阀的阀芯和阀体之间的密封性有一定要求。
⑤、溢流口和减压口上的压力降都比较大，希望流过顺序阀的液流在阀中形成的压力损失越小越好，一般在0.2~0.4MPa。
⑥、在溢流口和减压口上形成的压力降是需要的，它们的开口量较小。需要顺序阀有较小的压力降，故它的开口量也较大。
六、压力阀在调压与减压回路中的应用
1、调压回路
在定量泵系统中，液压泵的供油压力可以通过溢流阀来调节。在变量泵系统中，用溢流阀作安全阀用来限定系统的最高压力，防止系统过载。当系统中如需要两种以上压力时，则可采用多级调压回路。
(1)、单级调压回路
在图所示的定量泵系统中，节流阀可以调节进入液压缸的流量，定量泵输出的流量大于进入液压缸的流量，而多余油液便从溢流阀流回油箱。调节溢流阀便可调节泵的供油压力，溢流阀的调定压力必须大于液压缸最大工作压力和油路上各种压力损失的总和。为了便于调压和观察，溢流阀旁一般要就近安装压力表。
(2)、双向调压回路
当执行元件正反向运动需要不同的供油压力时，可采用双向调压回路，如图所示。图（a）中，当换向阀在左位工作时，活塞为工作行程，泵出口压力较高，由溢流阀1调定。当换向阀在右位工作时，活塞作空行程返回，泵出口压力较低，由溢流阀2调定。图（b）所示回路在图示位置时，阀2的出口被高压油封闭，即阀1的远控口被堵塞，故泵压由阀1调定为较高压力。当换向阀在右位工作时，液压缸左腔通油箱，压力为零，阀2相当于阀1的远程调压阀，泵的压力由阀2调定。
(3)、多级调压回路
在不同的工作阶段，液压系统需要不同的工作压力，多级调压回路便可实现这种要求。
图（a）所示为二级调压回路。图示状态下，泵出口压力由溢流阀3调定为较高压力，阀2换位后，泵出口压力由远程调压阀1调为较低压力。图（b）为三级调压回路。溢流阀1的远程控制口通过三位四通换向阀4分别接远程调压阀2和3，使系统有三种压力调定值：换向阀在左位时，系统压力由阀2调定；换向阀在右位时，系统压力由阀3调定，换向阀在中位时，系统压力由主阀1调定。在此回路中，远程调压阀的调整压力必须低于主溢流阀的调整压力，只有这样远程调压阀才能起作用。图（c）所示为采用比例溢流阀的调压回路。
(4)、电磁溢流阀调压-卸荷回路
液压系统工作时，执行元件短时间停止工作，不宜采用开停液压泵的方法，而应使泵卸荷，（如压力为零）。利用电磁溢流阀可构成调压-卸荷回路。
电磁溢流阀是由先导式溢流阀和两位两通电磁换向阀组合而成的复合阀，既能调压又能卸荷。如图所示，当二位二通换向阀电磁铁通电时，电磁溢流阀可实现调压；电磁铁断电时，液压泵处于卸荷（卸压）状态。
2、减压回路
液压系统中的定位、夹紧、控制油路等支路，工作中往往需要稳定的低压，为此，在该支路上需串接一个减压阀[图 (a)]。
图(b)所示为用于工件夹紧的减压回路。夹紧工作时为了防止系统压力降低（例如送给缸空载快进）油液倒流，并短时保压，通常在减压阀后串接一个单向阀。图示状态，低压由减压阀1调定；当二通阀通电后，阀1出口压力则由远程调压阀2决定，故此回路为二级减压回路。
必须指出，应用减压阀组成减压回路虽然可以方便地使某一分支油路压力减低，但油液流经减压阀将产生压力损失，这增加了功率损失并使油液发热。当分支油路的压力较主油路压力低得多，而需要的流量又很大时，为减少功率损耗，常采用高、低压液压泵分别供油，以提高系统的效率。
8.3 课堂小结
压力阀中，溢流阀和减压阀是用于调压和稳压（控制压力），核心是将被控压力转化为力信号与指令力比较，指令力可用调压弹簧或比例电磁铁产生，比较元件一般是主阀或先导阀。
溢流阀的主要作用有：①在某些定量泵系统（如在节流调速系统中）中起定压溢流作用；②在变量泵系统或某些重要部位起安全限压作用。
溢流阀的结构形式主要有两种：直动式溢流阀和先导式溢流阀。前者一般用于低压或小流量（如用小流量锥阀式溢流阀作远程调压阀），后者用于高压大流量。
溢流阀是利用作用于阀芯的进油口压力与弹簧力平衡的原理来工作的。当进油口压力低于弹簧力时阀口关闭；当进油口压力超过弹簧力时阀口开启。弹簧力可以调整，故压力也可调整。当有一定流量通过溢流阀时，阀必须有一开口，此开口形成一个液阻，油液流过液阻时产生压降，这就形成了进油口压力（即溢流压力）。实际工作时，溢流阀开口大小是根据通过的流量自动调整，阀的进口压力（或系统压力）将随溢流量的增加而加大。溢流量改变引起的压力变化的大小，主要取决于主阀芯上弹簧的刚度（包括液动力弹簧刚度）。弹簧刚度愈小，压力变化也愈小。压力变化大小反映了溢流阀稳压性能的好坏。从这点出发，先导式溢流阀较直动式溢流阀稳压性能好。
先导式溢流阀有一个遥控口，通过它可以实现远程调压、多级压力控制和使液压泵卸荷等功能。
减压阀是利用液流通过阀口缝隙所形成的液阻使出口压力低于进口压力，并使出口压力基本不变的压力控制阀。它常用于某局部油路的压力需要低于系统主油路压力的场合。与溢流阀相比，主要差别为：①出口测压；②反馈力指向主阀口关闭方向；③先导级有外泄口。
顺序阀和压力继电器不是用于控制压力。反过来，它们利用压力作为信号去驱动液压开关或电器开关。顺序阀是液控液压开关，压力继电器是液控电开关。信号压力达到调定压力值时开关动作（对顺序阀，阀口全开）。
顺序阀在油路中相当于一个以油液压力作为信号来控制油路通断的液压开关。它与溢流阀的工作原理基本相同，主要差别为：①出口接负载；②动作时阀口不是微开而是全开；③有外泄口。
压力继电器是将压力信号转换为电信号的转换装置。当作用于压力继电器上的控制油压升高到（或降低到）调定压力时，压力继电器便发出电信号。
8.4 布置作业或思考题
多看书，了解不同的压力阀及其工作原理，用在不同的场合。可以通过对阀的结构，画出相应的图形符号。
现有三个外观形状相似的溢流阀、减压阀和顺序阀，铭牌已脱落，请根据其特点作出准确判断？
先导式溢流阀中的阻尼小孔有何作用?若将阻尼小孔堵塞或加工成大的通孔，会出现什么问题？
8.5 课后分析
学习时应把结构（或结构原理）与图形符号联系起来，才能深入地理解其控制压力原理
第二讲
1、授课日期、班级
2、课题 5-3 流量控制阀
3、教学目的要求
掌握节流阀、调速阀和分流阀的原理、结构、主要性能及其应用其场合。
4、教学内容要点
节流阀、调速阀和分流阀的结构和工作原理；流量控制阀在调压与减压回路中的应用。
5、重点、难点
调速阀的原理 6、教学方法和手段
课堂教学为主，充分利用多媒体动画来表示抽象概念。
7．主要参考书目和资料
8、课堂教学
8.1 复习提问
回想液压控制元件的分类，要执行所需要的动作，不仅需要对液压油路液流方向进行控制，还要对压力进行控制。
8.2 讲授新课
5-3流量控制阀(flow control valve)
流量控制阀简称流量阀，在一定的压力差下，通过改变节流口通流面积或通流通道的长短来改变局部阻力的大小，从而实现对流量的控制，进而改变执行机构的运动速度的。流量控制阀是节流调速系统中的基本调节元件。在定量泵供油的节流调速系统中，必须将流量控制阀与溢流阀配合使用，以便将多余的流量排回油箱。
流量控制阀包括节流阀、调速阀、溢流节流阀和分流集流阀等。
对流量控制阀的主要性能要求是：l）当阀前后的压力差发生变化时，通过阀的流量变化要小；2）当油温发生变化时，通过节流阀的流量变化要小；3）要有较大的流量调节范围，在小流量时不易堵塞，这样使节流阀能得到很小的稳定流量，不会在连续工作一段时阀后因节流口堵塞而使流量减小，甚至断流；4）当阀全开时，液流通过节流阀的压力损失要小；5）阀的泄漏量要小。对于高压阀来说，还希望其调节力矩要小。
一、节流阀(throttle valve)
节流阀是一种最简单又最基本的流量控制阀，它是借助于控制机构使阀心相对于阀体孔运动，改变节流截面或节流长度以控制流体流量的阀；将节流阀和单向阀并联则可组合成单向节流阀。节流阀和单向节流阀是简易的流量控制阀，在定量泵液压系统中，节流阀和溢流阀配合，可组成三种节流调速系统，即进油路节流调速系统、回油路节流调速系统和旁路节流调速系统。节流阀没有流量负反馈功能，不能补偿由负载变化所造成的速度不稳定，一般仅用于负载变化不大或对速度稳定性要求不高的场合。
按其功用，具有节流功能的阀有节流阀、单向节流阀、精密节流阀、节流截止阀和单向节流截止阀等；按节流口的结构形式，节流阀有针式、沉割槽式、偏心槽式、锥阀式、三角槽式、薄刃式等多种；按其调节功能，又可将节流阀分为简式和可调式两种。
所谓简式节流阀通常是指在高压下调节困难的节流阀，由于其对作用于节流阀芯上的液压力没有采取平衡措施，当在高压下工作时，调节力矩很大，因而必须在无压（或低压）下调节；相反，可调式节流阀在高压下容易调节，它对作用于其阀芯上的液压力采取了平衡措施。因而无论在何种工作状况下进行调节，调节力矩都较小。
对节流阀的性能要求是：
◆流量调节范围大，流量----压差变化平滑；
◆内泄漏量小，若有外泄漏油口，外泄漏量也要小；
◆调节力矩小，动作灵敏。
1、节流阀的结构与工作原理
(1)、普通节流阀
普通节流阀是流量阀中使用最普遍的一种型式，它的结构和图形符号如图所示。实际上，普通节流阀就是由节流口与用来调节节流口开口大小的调节元件组成，即带轴向三角槽的阀芯l、阀体2、调节手把3、顶杆4和弹簧5等组成。
压力油从进油口P1进入阀体，经孔道a、节流口、孔道b，再从出口流出，出口．油液压力为P2。调节手轮可使阀芯轴向移动从而使节流口通道大小发生变化，以调节通过阀腔流量的大小。弹簧可使阀芯始终压向顶杆。阀芯上的通道c是用来沟通阀芯两端，使其两端液压力平衡，并使阀芯顶杆端不致形成封闭油腔，从而使阀芯能轻便移动。
其它节流阀的结构和职能符号如图所示。压力油从进油口P1流入，经节流口从P2流出。节流口的形式为轴向三角沟槽式。作用于节流阀芯上的力是平衡的，因而调节力矩较小，便于在高压下进行调节。当调节节流阀的手轮时，可通过顶杆推动节流阀芯向下移动.节流阀芯的复位靠弹簧力来实现；节流阀芯的上下移动改变着节流口的开口量，从而实现对流体流量的调节。
轴向三角槽式节流阀 螺旋曲线开口式节流阀
l-顶盖 2-导套 3-阀体 4-阀芯 5-弹簧 6-底盖 1-手轮；2-阀芯；3-阀套；4-阀体
图所示节流阀是一种具有螺旋曲线开口和薄刃式结构的精密节流阀。阀套上开有节流窗口，阀芯2与阀套3上的窗口匹配后，构成了具有某种形状的薄刃式节流孔口。转动手轮1(此手轮可用顶部的钥匙来锁定)和节流阀芯后，螺旋曲线相对套筒窗口升高或降低，改变节流面积，即可实现对流量的调节。因而其调节流量受温度变化的影响较小。节流阀芯上的小孔对阀芯两端的液压力有一定的平衡作用，故该阀的调节力矩较小。
(2)、单向节流阀(one-way throttle valve)
图所示为单向节流阀的结构和图形符号。油液正向流动时，从进油口3进入，经阀芯2和阀体4之间的节流缝隙从出油口5流出，此时单向阀不起作用。
当反向流动时，油液从反向进油口5进入，靠油液的压力把阀芯压下，使油液通过，从油口3流出。这时，此阀只起通道作用而不起节流调速作用，节流缝隙的大小可通过手柄进行调节。通道10将高压油液引到活塞6的上端，使其与阀芯下部的油压相互平衡，便于在高压下进行调节。
3、节流阀的刚度
下图表示节流阀在不同开口时的特性曲线。
由此可见，即使节流阀开口面A不变，也会因负载波动引起阀口前后压差变化，从而导致流经阀口的流量不稳定。一般定义节流阀开口面积一定时，节流阀前后压差的变化量与流经阀的流量变化量之比为节流阀的刚度
代入式，得
节流阀的刚度T相当于其流量特性曲线上某点的切线与横坐标夹角的余切。
显然，刚度T越大，节流阀的性能越好；减小m值，可提高节流阀的刚度。因此，目前使用的节流阀多采用m=0．5的薄壁小孔作节流口。此外，加大节流阀两端的压差也有利于提高节流阀的刚度。但过大，不仅造成压力损失增加，而且可能导致阀口面积太小而出现堵塞。
4、节流阀的主要性能指标
节流阀的性能指标主要有流量调节范围、流量变化率、内泄漏量、压力损失等。
(1)、流量调节范围
流量调节范围是指当节流阀的进、出口压差为最小时(一般为0.5MPa)，由小到大改变节流口的过流面积，它所通过的最小稳定流量和最大流量之间的范围。
(2)、流量变化率
节流阀进、出口压差为最小时，将节流阀的流量调至最小稳定流量，并保持进油腔油温为50±5℃，每隔5min用流量计测量一次流量，共测量六次，将测得的最大和最小流量的差值，与流量的平均值之比称作流量变化率。节流阀的最小流量变化率一般不大于10％。
(3)、内泄漏量
内泄漏量是指节流阀全关闭，进油腔压力调至公称压力时，油液由进油腔经阀心和阀体之间的配合间隙泄漏至出油腔的流量。
(4)、压力损失
压力损失是指节流口全开，流经额定流量时，进油腔与出油腔之间的压力差。
节流阀常与定量泵、溢流阀和执行元件一起组成节流调速回路。若执行元件的负载不变，则节流阀前后压力差一定，通过改变节流阀的开口面积，可调节流经节流阀的流量(即进入执行元件的流量)，从而调节执行元件的运动速度。此外，在液压系统中，节流阀还可起到负载阻力以及压力缓冲等作用。
二、调速阀(flow regulator)
调速阀和节流阀在液压系统中的应用基本相同，主要与定量泵、溢流阀组成节流调速系统。调节节流阀的开口面积，便可调节执行元件的运动速度。节流阀适用于一般的节流调速系统，而调速阀适用于执行元件负载变化大而运动速度要求稳定的系统中，也可用于容积节流调速回路中。
节流阀在工作过程中，虽然阀前的液压力由溢流阀保持恒定，但随着执行元件的负载变化，节流阀出口的液压力就产生变化，因此其刚性差，在节流开口一定的条件下通过它的工作流量受工作负载(即其出口压力)变化的影响，进入执行元件的流量就时大时小，不能保持执行元件运动速度的稳定。因此仅适用于负载变化不大和速度稳定性要求不高的场合。由于工作负载的变化很难避免，在对执行元件速度稳定性要求较高的场合，采用节流阀调速不能满足要求。
为了改善调速系统的性能，通常是对节流阀进行压力补偿。补偿的方法之一是将定差减压阀与节流阀串联起来组合成调速阀，另一种是将溢流阀与节流阀并联起来组合成溢流节流阀。这两种压力补偿方式是利用流量的变化引起油路压力的变化，通过阀心的负反馈作用来自动调节节流阀口两端的压力差，使其基本保持不变。
为了避免负载变化对执行元件速度的影响，可采用能保持节流阀前后压力差恒定不变的流量阀，即调速阀。是根据“流量负反馈”原理设计而成的流量阀。
油温的变化也必然会引起油液粘度的变化，从而导致通过节流阀的流量发生改变，为了减小温度的变化对流量的影响，出现了温度补偿调速阀。
采用“压差法”测量流量的串联减压式调速阀是由定差减压阀2和节流阀4串联而成的组合阀。
其工作原理及职能符号如图所示。节流阀4充当流量传感器，节流阀口不变时，定差减压阀2作为流量补偿阀口，通过流量负反馈，自动稳定节流阀前后的压差，保持其流量不变。因节流阀（传感器）前后压差基本不变，调节节流阀口面积时，又可以人为地改变流量的大小。
设减压阀的进口压力为P1，负载串接在调速阀的出口P3处。节流阀（流量-压差传感器）前、后的压力差P2-P3代表着负载流量的大小，P2和P3作为流量反馈信号分别引到减压阀阀芯两端（压差-力传感器）的测压活塞上，并与定差减压阀芯一端的弹簧（充当指令元件）力相平衡，减压阀芯平衡在某一位置。减压阀芯两端的测压活塞做得比阀口处的阀芯更粗的原因是为了增大反馈力以克服液动力和摩擦力的不利影响。
当负载压力P3增大引起负载流量和节流阀的压差(P2-P3)变小时，作用在减压阀芯右（下）端的压力差也随之减小，阀芯右（下）移，减压口加大，压降减小，使P2也增大，从而使节流阀的压差(P2-P3)保持不变；反之亦然。这样就使调速阀的流量恒定不变(不受负载影响)。
上述调速阀是先减压后节流的结构。也可以设计成先节流后减压的结构。两者的工作原理基本相同。
调速阀正常工作时，要求调速阀两端的压差至少为0.5MPa，这从下图所示的特性曲线图上可看出。节流阀的流量随着压力差的变化而按近似平方根曲线规律变化，而调速阀在压力差大于一定数值后，流量基本是稳定的。调速阀在压差很小时，调速阀中的减压阀阀芯在弹簧力的作用下，使减压阀开口全部打开，减压阀不起作用，这时调速阀的特性就和节流阀相同。
三、温度补偿调速阀(temperature compensating flow regulator)
普通调速阀的流量虽然由于定差减压阀的压力补偿作用，能够在负载变化的工况下保证节流阀前后压力差不变，已能基本上不受外部载荷变化的影响，但是当流量较小时，节流口的通流面积较小，这时节流孔的长度与通流断面的水力半径的比值相对地增大，因而油的粘度变化对流量变化的影响也增大，所以当油温升高后油的粘度变小时，流量仍会增大。为了减小温度对流量的影响，常采用带温度补偿的调速阀。温度补偿调速阀也是由减压阀和节流阀两部分组成。减压阀部分的原理和普通调速阀相同。节流阀部分在结构上采取了温度补偿措施，如图所示，其特点是节流阀的芯杆(即温度补偿杆)2由热膨胀系数较大的材料(如聚氯乙烯塑料)制成，当油温升高时，芯杆热膨胀使节流阀口关小，正好能抵消由于粘性降低使流量增加的影响。
温度补偿原理图
l-手柄；2-温度补偿杆；3-节流口；4-节流阀芯
四、分流阀(flow divider valver)
分流阀又称为同步阀，它是分流阀、集流阀和分流集流阀的总称。
分流阀的作用是使液压系统中由同一个油源向两个以上执行元件供应相同的流量(等量分流)，或按一定比例向两个执行元件供应流量(比例分流)，以实现两个执行元件的速度保持同步或定比关系。集流阀的作用，则是从两个执行元件收集等流量或按比例的回油量，以实现其间的速度同步或定比关系。分流集流阀则兼有分流阀和集流阀的功能。它们的图形符号如图所示。
分流集流阀符号
(a)分流阀；(b)集流阀；(c)分流集流阀
1、分流阀(flow divider)
图（a）所示为等量分流阀的结构原理图，它可以看作是由两个串联减压式流量控制阀结合为一体构成的。该阀采用“流量-压差-力”负反馈，用两个面积相等的固定节流孔1、2作为流量一次传感器，作用是将两路负载流量Q1、Q2分别转化为对应的压差值ΔP1和ΔP2。代表两路负载流量Q1和Q2大小的压差值ΔP1和ΔP2同时反馈到公共的减压阀芯6上，相互比较后驱动减压阀芯来调节Q1和Q2大小，使之趋于相等。
图分流阀的工作原理
(a)分流阀的结构原理图；(b)节流边设计在内侧的分流阀；(c)节流边设计在外侧的分流阀
1、2-固定节流孔；3、4-减压阀的可变节流口；5-阀体；6-减压阀；7-弹簧
工作时，设阀的进口油液压力为P0，流量为Q0，进入阀后分两路分别通过两个面积相等的固定节流孔1、2，分别进入减压阀芯环形槽a和b，然后由两减压阀口（可变节流口）3、4经 出油口I和Ⅱ通往两个执行元件，两执行元件的负载流量分别为Q1、Q2，负载压力分别为P3、P4。如果两执行元件的负载相等，则分流阀的出口压力P3＝ P4，因为阀中两支流道的尺寸完全对称，所以输出流量亦对称，Q1=Q2=Q0/2，且P1=P2。当由于负载不对称而出现P3≠P4，且设P3>P4时，Q1必定小于Q2，导致固定节流孔1、2的压差ΔP1<ΔP2，P1>P2，此压差反馈至减压阀芯6的两端后使阀芯在不对称液压力的作用下左移，使可变节流口3增大，节流口4减小，从而使Q1增大，Q2减小，直到Q1≈Q2为止，阀芯才在一个新的平衡位置上稳定下来。即输往两个执行元件的流量相等，当两执行元件尺寸完全相同时，运动速度将同步。
根据节流边及反馈测压面的不同布置，分流阀有图7.12(b)、(c)所示两种不同的结构。
2、集流阀(flow combiner)
图所示为等量集流阀的原理图，它与分流阀的反馈方式基本相同，不同之处为：
（1）分流阀装在两执行元件的回油路上，将两路负载的回油流量汇集在一起回油；
（2）分流阀的两流量传感器共进口压力P0，流量传感器的通过流量Q1（或Q2）越大，其出口压力P1（或P2）反而越低；集流阀的两流量传感器共出口O，流量传感器的通过流量Q1（或Q2）越大，其进口压力P1（或P2）则越高。因此集流阀的压力反馈方向正好与分流阀相反；
（3）集流阀只能保证执行元件回油时同步。
集流阀的工作原理
3、分流集流阀(flow divider and combiner)
分流集流阀又称同步阀，它同时具有分流阀和集流阀两者的功能，能保证执行元件进油、回油时均能同步。
图为挂钩式分流集流阀的结构原理图。分流时，因P0＞P1（或P0＞P2），此压力差将两挂钩阀芯1、2推开，处于分流工况，此时的分流可变节流口是由挂钩阀芯1、2的内棱边和阀套5、6的外棱边组成；集流时，因P0＜P1（或P0＜P2），此压力差将挂钩阀芯1、2合拢，处于集流工况，此时的集流可变节流口是由挂钩阀芯1、2的外棱边和阀套5、6的内棱边组成。
分流集流阀
(a)结构图；(b)分流且时的工作原理；(c)集流且时的工作原理
1、2-固定节流孔；3、4，可变节流口；5、6-阀芯
4、分流阀精度及影响分流阀精度的因素
分流阀的分流精度高低可用分流误差ξ的大小来表示
一般分流阀的分流精度为2％～5％，其值的大小与进口流量的大小和两出口油液压差的大小有关。分流阀的分流精度还与使用情况有关，如果使用方法适当，可以提高其分流精度，使用方法不适当，会降低分流精度。
影响分流精度的因素有以下几方面
（l）、固定节流孔的压差太小时，分流效果差，分流精度低。压差大时，分流效果好，也比较稳定。但压差太大时又带来分流阀的压力损失大。希望在保证一定的分流精度下，压力损失尽量小一些。推荐固定节流孔的压差不低于0.5～1MPa。
(2)、两个可变节流孔处的液动力和阀芯与阀套间的摩擦力不完全相等而产生的分流误差。
(3)、阀芯两端弹簧力不相等引起的分流误差。
(4)、两个固定节流孔几何尺寸误差带来的分流误差。
必须指出：在采用分流(集流)阀构成的同步系统中，液压缸的加工误差及其泄漏、分流阀之后设置的其它阀的外部泄漏、油路中的泄漏等，虽然对分流阀本身的分流精度没有影响，但对系统中执行元件的同步精度却有直接影响。
五、流量阀的选择及应用
流量阀的规格仍根据通过该阀的最高压力和最大流量来选取，同时，要考虑其最小稳定流量是否满足该执行元件最低运动速度的要求和调速性能的要求。在使用中，节流阀的进出油口可以反接，但调速阀当油路反向流动时将不起作用。
图(a)所示为调速阀并联实现两种工作速度换接回路。调速阀3和4并联，阀的出口经换向阀与液压缸连接，两个调速阀的调整流量不同，切换换向阀便可使液压缸获得不同的工作速度。这种回路的特点是：各调速阀的开口可以单独调整，互不影响；但一个调速阀工作时，另一个调速阀中没有油液流过，它的减压阀处于完全打开的状态，因此，当换向阀切换到使它工作时，液压缸会出现前冲的现象。
图(b)所示为调速阀串联的速度换接回路。其工作原理为：换向阀断电时，液压泵输出的油源经调速阀3和换向阀流到液压缸，这时缸的进油流量由调速阀3控制，液压缸获得第工工进速度；阀5通电时，阀3的出口油液需要经过调速阀4流到液压缸，在调速阀4的流量调整得比阀3小的情况下，液压缸便得到第II工进速度。
这种回路在工作时调速阀3也一直在工作，它限制着进入液压缸或调速阀4的流量，因此，在换接到第II工进时不会使液压缸产生前冲现象，平稳性较好；但在回路以第II工进速度工作时，油液需经两个调速阀，故能量损失较大。
8.3 课堂小结
流量阀中，调速阀和分流阀用于调节和稳定流量。流量阀的核心是将被控流量转化为力信号与指令力比较，指令力可用调压弹簧或比例电磁铁产生，比较元件一般是流量调节阀芯或先导阀。
8.4 布置作业或思考题
多看书，了解不同的流量阀及其工作原理，用在不同的场合。可以通过对阀的结构，画出相应的图形符号。
8.5 课后分析
学习时应把结构（或结构原理）与图形符号联系起来，才能深入地理解其控制流量的原理。
第三讲
1、授课日期、班级
2、课题 5-5 电液比例阀；5-6 逻辑阀；5-8电液伺服阀
3、教学目的要求
了解电液比例阀、逻辑阀、电液伺服阀的原理、结构、主要性能及其应用其场合。
4、教学内容要点
节流阀、调速阀和分流阀的结构和工作原理；流量控制阀在调压与减压回路中的应用。
5、重点、难点
电液比例阀、电液伺服阀的原理 6、教学方法和手段
课堂教学为主，充分利用多媒体动画来表示抽象概念。
7．主要参考书目和资料
8、课堂教学
8.1 复习提问
回想方向、压力、流量控制阀的的工作原理及结构特点
8.2 讲授新课
第五章 液压控制阀
5-5 电液比例阀(electro-hydraulic proportional valve)
前面所介绍的方向阀、压力阀、流量阀是普通液压阀，除此之外还有一些特殊的液压阀，如插装阀、比例阀和伺服阀等。
一、电液比例阀概述
比例阀是一种输出量与输入信号成比例的液压阀。它可以按给定的输入电信号连续地、按比例地控制液流的压力、流量和方向。
在普通液压阀上用电—机械转换器取代原有的控制部分，即成为比例阀。
按用途和工作特点的不同，比例阀可分为比例压力阀(如比例溢流阀、比例减压阀、比例顺序阀)、比例流量阀(如比例节流阀、比例调速阀)和比例方向流量阀(如比例方向节流阀、比例方向调速阀)。
二、比例阀的特点
(1)能实现自动控制、远程控制和程序控制。
(2)能把电的快速、灵活等优点与液压传动功率大等特点结合起来。
(3)能连续地、按比例地控制执行元件的力、速度和方向，并能防止压力或速度变化及换向时的冲击现象。
(4)简化了系统，减少了元件的使用量。
(5)制造简便，价格比伺服阀低廉，但比普通液压阀高。由于在输入信号与比例阀之间需设置直流比例放大器，相应增加了投资费用。
(6)使用条件、保养和维护与普通液压阀相同，抗污染性能好。
(7)具有优良的静态性能和适当的动态性能，动态性能虽比伺服阀低，但已经可以满足一般工业控制的要求。
(8)效率比伺服阀高。
(9)主要用于开环系统，也可组成闭环系统。
三、电-机械转换器(electromechanical transducer)
目前比例阀上采用的电-机械转换器主要有比例电磁铁、动圈式力马达、力矩马达、伺服电机和步进电机等五种形式。
1、比例电磁铁(proportional solenoid)
比例电磁铁是一种直流电磁铁，但和普通电磁换向阀所用的电磁铁不同。普通电磁换向阀所用的电磁铁只要求有吸合和断开两个位置，并且为了增加吸力，在吸合时磁路中几乎没有气隙。而比例电磁铁则要求吸力(或位移)和输入电流成比例，并在衔铁的全部工作位置上，磁路中保持一定的气隙。按比例电磁铁输出位移的形式，有单向移动式和双向移动式之分。
(1)、单向移动式比例电磁铁
图所示为单向移动式比例电磁铁。
线圈2通电后形成的磁路经壳体5、导向套12的右段、衔铁10后，分成两路：一路由导向套12左段的锥端到轭铁1而产生斜面吸力；另一路直接由衔铁10的左端面到轭铁1而产生表面吸力。其合力即为比例电磁铁的输出力(吸力)，其特性如图所示。图中还画出了普通电磁铁的吸力特性，以便比较。将此比例电磁铁的吸力特性分为三个区段，在气隙很小的区段工，吸力虽大，但随位置改变而急剧变化；而在气隙较大的区段Ⅲ，吸力明显下降；吸力随位置变化较小的区段Ⅱ是比例电磁铁的工作区段(图中的限位环3用以防止衔铁进入区段工)。由于在其工作区段内具有基本水平的位移一力特性，所以改变线圈中的电流，即可在衔铁上得到与其成比例的吸力。如果要求比例电磁铁的输出为位移时，可在衔铁左侧加一弹簧(当衔铁与阀芯直接连接时，此弹簧常处于阀芯左侧)，便可得到与电流成正比的位移。
(2)、双向移动式比例电磁铁
如图所示，它由两个单向直流比例电磁铁相对组合而成。在壳体1内对称地安放两对线圈：一对为激磁线圈，它们极性相反互相串联或并联，由一恒流电源供给恒定的激磁电流，在磁路内形成初始磁通Φ1、Φ2；另一对线圈为控制线圈，它们采取极性相同互相串联。仅有激磁电流时，左右两端的电磁吸力大小相等、方向相反，衔铁处于平衡状态，输出力为零。当控制电流流过时，两控制线圈分别在左右两半环形磁路内产生极性相同、大小相等的控制磁通Φc和Φc`。它们与原有初始磁通叠加，在左右工作气隙内产生差动效应，形成了与控制电流方向和大小相对应的输出力。由于采用了初始磁通，避开了铁磁材料磁化曲线起始段的影响。它不仅具有良好的位移—力水平特性，而且无零位死区、线性好、滞环小，动态响应较快(幅频宽100Hz以上)。
2、动圈式力马达(moving-coil type force motor)
图所示的动圈式力马达也是一种移动式电—机械转换器，其运动件不是衔铁，而是线圈。当线圈4中通入控制电流时，线圈在磁场中受力而移动。此力的方向由电流方向及固定磁通方向按左手定则来确定。力的大小与磁场强度及电流大小成正比。
图所示的力马达的固定磁场是由永久磁铁产生。也有用激磁方式来产生磁场的动圈式力马达。
动圈式力马达的特点昼；线性行程范围大(2 ~ 4mm)，滞环小，可动质量小，工作频率较宽．结构简单，所以应用较广泛。其缺点是：如果采用湿式方案，动圈受油的阻尼较大，影响工作频宽。因此，动圈式力马达更适合作为气动比例元件或伺服元件的电-机械转换器。
3、力矩马达(torque motor)
图所示为动铁式永磁力矩马达。它自上下两块导磁体、左右两块永久磁铁、带扭轴(弹簧管)的衔铁及套在衔铁上的两个控制线圈所组成。衔铁悬挂在扭轴上，它可以绕扭轴在a、b、c、d四个气隙中摆动。当线圈控制电流为零时，四个气隙中均有永久磁铁所产生的固定磁场的磁通，因此作用在衔铁上的吸力相等，衔铁处于中位平衡状态。通入控制电流后，所产生的控制磁通与固定磁通叠加，在两个气隙中(例如，气隙a和b)磁通增大，在另两个气隙中(例如，气隙b和c)磁通减少，因此作用在衔铁上的吸力失去平衡，产生力矩而使衔铁偏转。当作用在衔铁上的电磁力矩与扭轴的弹性变影力矩及外负载力矩平衡时，衔铁在某一扭转位置上处于平衡状态。
力矩马达是一种输出力矩或转角的电—机械转换器，其输出力矩较小，适合控制喷嘴挡板之类的先导级阀。力矩马达的主要优点是：自振频率高，功率／重量比大，抗加速度零漂性能好；其缺点是：限于气隙的形式，其工作行程很小(一般小于0.2mm)，制造精度要求高，价格贵。抗干扰能力也不如动圈式力马达和动铁式比例电磁铁。 ·
力矩马达也有不用永久磁铁，而由激磁线圈来产生磁场的结构型式。
4、伺服电机(servo motor)
伺服电机是可以连续旋转的电—机械转换器。作为液压阀控制器的伺服电机，属于功率很小的微特电机，以永磁式直流伺服电机和并激式直流伺服电机最为常直流伺服电机的输出转速与输入电压成正比，并能实现正反向速度控制。具有起动转矩大，调速范围宽，机械特性和调节特性的线性度好，控制方便等优点，但换向电刷的磨损和易产生火花会影响其使用寿命。近年来出现的无刷直流伺服电机避免了电刷摩擦和换向干扰，因此灵敏度高，死区小，噪声低，寿命长，对周围的电子设备干扰小。
直流伺服电机的输出转速／输入电压的传递函数可近似视为一阶迟后环节，其机电时间常数一般大约在十几毫秒到几十毫秒之间。而某些低惯量直流伺服电机(如空心杯转子型、印刷绕组型、无槽型)的时间常数仅为几毫秒至二十毫秒。
小功率规格的直流伺服电机的额定转速在3000r／min以上，甚至大于10000r／min。因此作为液压阀的控制器需配用高速比的减速器。而直流力矩伺服电机(即低速直流伺服电机)可在几十r／min的低速下，甚至在长期堵转的条件下工作，故可直接驱动被控件而不需减速。
5、步进电机(stepper motor)
步进电机是一种数字式旋转运动的电—机械转换器，它可将脉冲信号转换为相应的角位移。每输入一个脉冲信号，电机就转过一个步距角，其转角与输入的数字式信号脉冲数成正比，转速随输入的脉冲频率而变化。当输人反向脉冲时，步进电机将反向旋转。由于它直接用数字量控制，不必经过数／模转换，就能与计算机联用，控制方便，调速范围宽，位置精度较高(误差小于步距角)，工作时的步数不易受电压波动和负载变化的影响。
步进电机可分为反应式、永磁式和感应式，其中反应式结构简单，应用较普遍。
每输入一个脉冲信号对应的步进电机转角称为步距角。步距角越小，则驱动电源和电机结构越复杂。常见的步距角为0.375o、0.75 o、1.5 o、3 o。
步进电机需要专门的驱动电源，一般包括变频信号源、脉冲分配器和功率放大器。
四、比例压力阀(proportional pressure valve)
比例压力阀按用途不同，有比例溢流阀、比例减压阀和比例顺序阀之分。按结构特点不同，则有直动型比例压力阀和先导型比例压力阀之别。
先导型比例压力阀包括主阀和先导阀两部分。其、主阀部分与普通压力阀相同，而其先导阀本身实际就是直动型比例压力阀，它是以电—机械转换器(比例电磁铁、伺服电机或步进电机)代替普通直动型压力阀上的手动机构而成。
1、直动型比例压力阀(directly operated proportional pressure valve)
图所示为直动锥阀式比例压力阀。比例电磁铁1通电后产生吸力经推杆2和传力弹簧3作用在锥阀上，当锥阀底面的液压力大于电磁吸力时，锥阀被顶开，溢流。连续地改变控制电流的大小，即可连续地按比例地控制锥阀的开启压力。
直动型比例压力阀可作为比例先导压力阀用，也可作远程调压阀用。
2．先导锥阀式比例溢流阀(pilot-cone type proportional relief valve)
图所示的比例溢流阀，其下部为与普通溢流阀相同的主阀，上部则为比例先导压力阀。该阀还附有一个手动调整的先导阀9，用以限制比例溢流阀的最高压力。以避免因电子仪器发生故障使得控制电流过大，压力超过系统允许最大压力的可能性。
如将比例先导压力阀的回油及先导阀9的回油都与主阀回油分开，则图示比例溢流阀可作比例顺序阀使用。
3、先导喷嘴挡板式比例减压阀(pilot nozzle-flapper proportional reducing valve)
如图所示，动铁式力马达推杆3的端部起挡板作用，挡板的位移(即力马达的衔铁位移)与输人的控制电流成比例i从而改变喷嘴挡板之间的可变液阻，控制了喷嘴前的先导压力。此力马达的结构特点是：衔铁采用左、右两片铍青铜弹簧片悬挂的形式，所以衔铁可以与导套不接触，从而消除了衔铁组件运动时的摩擦力。所以在工作时不必在力马达的控制线圈中加入颤振信号电流，也能达到很小的滞环值。
五、比例流量阀(proportional flow valve)
比例流量阀分比例节流阀和比例调速阀两大类。
1、比例节流阀(proportional throttle valve)
在普通节流阀的基础上，利用电、机械比例转换器对节流阀口进行控制，即成为比例节流阀。对移动式节流阀而言，利用比例电磁铁来推动；对旋转式节流阀而言，采用伺服电机经减速后来驱动。
2、比例调速阀(proportional flow regulator)
图所示为比例调速阀。比例电磁铁1的输出力作用在节流阀芯2上，与弹簧力、液动力、摩擦力相平衡，对一定的控制电流，对应一定的节流开度。通过改变输入电流的大小，即可改变通过调速阀的流量。
六、比例方向流量阀(proportional direction flow valve)
比例方向流量阀不仅用来改变液流方向，而且可以控制流量的大小。这种阀又分为比例方向节流阀和比例方向调速阀两类。
1、比例方向节流阀(proportional direction throttle valve)
(1)、直控型比例方向节流阀
以比例电磁铁(或步进电机等电—机械转换器)取代普通电磁换向阀中的电磁铁，即可构成直控型比例方向节流阀。当输入控制电流后，比例电磁铁的输出力与弹簧力平衡。滑阀开口量的大小与输入的电信号成比例。当控制电流输入另一端的比例电磁铁时，即可实现液流换向。显然，比例方向节流阀既可改变液流方向，还可控制流量的大小。它相当于一个比例节流阀加换向阀。它可以有多种滑阀机能，既可以是三位阀，也可以是二位阀。
直控型比例方向节流阀只适用于通径为10mm以下的小流量场合。
(2)、先导型比例方向节流阀
图所示为先导型比例方向节流阀。它由先导阀(双向比例减压阀)和主阀(液动双向比例节流阀)两部分组成。
在先导阀中由两个比例电磁铁4、8分别控制双向比例减压阀阀芯1的位移。当比例电磁铁8得到电流信号I1，其电磁吸力芦1使阀芯1右移，于是供油压力(一次压力)经阀芯中部右台肩与阀体孔之间形成的减压口减压，在流道2得到控制压力(二次压力) ，经流道3反馈作用到阀芯重的右端面(阀芯1的左端面通回油)，于是形成一个与电磁吸力方向相反的液压力。当液压力与相等时，阀芯1停止运动，而处于某一平衡位置，控制压力保持某一相应的稳定值。显然，控制压力的大小与供油压力无关，仅与比例电磁铁的电磁吸力9，成比例，即与电流I1成比例。同理，当比例电磁铁4得到电流信号I2时，阀芯1左移，得到与I2成比例的控制压力。
其主阀与普通液动换向阀相同。当先导阀输出的控制压力经阻尼螺钉6构成的阻尼孔缓冲后，作用在主阀芯5的右端面时，液压力克服左端弹簧力使主阀芯5左移(左端弹簧腔通回油)，连通油口P、B和A、T。随着弹簧力与液压力平衡，主阀芯5停止运动而处于某一平衡位置。此时，各油口的节流开口长度取决于，即取决于输入电流I1的大小。如果节流口前后压差不变，则比例方向节流阀的输出流量与其输入电流I1成比例。当比例电磁铁4输入电流I2时，主阀芯5右移，油路反向，接通P、A和B、T。输出的流量与输入电流I2成比例。
综上所述，改变比例电磁铁4、8的输出电流，不仅可以改变比例方向节流阀的液流方向，而且可以控制各油口的输出流量。
2、比例方向调速阀(proportional direction flow regulator)
事实上，上述比例方向节流阀的输出流量，除了与输入电流有关外，还受外负载变化的影响。当输入电流一定时，为了使输出流量不受负载压力变化的影响，必须在主阀阀口加设压力补偿机构(定差减压阀或溢流阀)，以构成比例方向调速阀。图a为减压型比例方向调速阀，图b为溢流型比例方向调速阀。
下面以减压型为例说明它的工作原理。如图a所示，定差减压阀与主阀串联。当先导阀(图中未画出)输出控制压力油使主阀芯1左移时，油路与，与分别相通。其中口的压力油(其压力由负载决定)经孔1反馈到减压阀阀芯右端弹簧腔，而减压阀芯左端为减压阀的二次压力。于是减压阀阀芯在左右两端液压力及弹簧力的作用下处于平衡(忽略了液动力、阀芯自重及摩擦力)，即
式中，为减压阀的二次压力(N／m2)；㈨为主阀丑口的压力(N／m2)；K、分别为减压阀弹簧刚度(N／m)和预压缩量(对应于减压口刚关闭时)(m)；y为减压阀减压缝隙长度(m)。
由上式可知，对应于一定的弹簧预压缩量，近似为常量，即主阀阀口前后压差为常量，亦即定差减压阀对通过主阀阀口的流量进行了压力补偿。显然，减压型比例方向调速阀相当于一个双向比例调速阀加换向阀。图中安全阀起过载保护作用。图b为溢流型比例方向调速阀，将溢流阀与主阀并联，实现压力补偿，其作用相当于一个双向比例溢流节流阀加换向阀。其特点是泵的压力随负载而变，可以大大节省功率。
七、电液比例阀的应用
1、压力控制
设有一液压系统，工作中需要三种压力，用普通液压阀组成的回路如图(b)所示。为了得到三级压力，压力控制部分需要一个三位四通换向阀和两个远程调压阀。
对于同样功能的回路，利用比例溢流阀可以实现多级压力控制，如图(a)所示。当以不同的信号电流输入时，即可获得多级压力控制，减少了阀的数量和简化了回路结构。若输入为连续变化的信号时，则可实现连续、无级压力调节，这就可以避免压力冲击，因而对系统的性能也有改善。
2、流量控制
设有一回路，液压缸的速度需要三个速度段。用普通阀组成时如图(a)所示。对于同样功能的回路，若采用比例节流阀，则可简化回路结构，减少阀的数量，且三个速度段从有级切换可变成无级切换，如图(b)所示。
可以看出用全液压控制还是电液结合控制要根据实际的需要来定，各有优缺点。
上面所举的两个例子是比例阀用于开环控制的情况。比例阀还可用于闭环控制，此时，可将反馈信号加于电控制器，控制比例电磁铁，可进一步提高控制质量。
5-6逻辑阀(logic valve)
逻辑阀又称插装阀，插装阀的主流产品是二通插装阀，它是在二十世纪七十年代初，根据各类控制阀阀口在功能上都可视作固定的、或可调的、或可控液阻的原理，发展起来的一类覆盖压力、流量、方向以及比例控制等的新型控制阀类。它的基本构件为标准化、通用化、模块化程度很高的插装式阀心、阀套、插装孔和适应各种控制功能的盖板组件，具有通流能力大、密封性好、自动化程度高等特点，已发展成为高压大流量领域的主导控制阀品种。三通插装阀由于结构的通用化、模块化程度远不及二通插装阀，因此，未能得到广泛应用。螺纹式插装阀原先多为工程机械用阀，且往往作为主要阀件(如多路阀)的附件形式出现。近十年来在二通插装阀技术的影响下，逐步在小流量范畴内发展成独立体系。
插装阀（逻辑阀），是一种较新型的液压元件，它的特点是通流能力大，密封性能好，动作灵敏、结构简单，因而主要用于流量较大系统或对密封性能要求较高的系统。
一、逻辑阀控制技术的发展及特点
逻辑阀最初被称为座阀控制技术、流体逻辑元件、液压逻辑阀等，国内曾有锥阀逻辑阀、插入式阀等叫法，现已统一到二通插装阀，简称插装阀(Catridge Valve)。
逻辑阀控制技术大约经过了以下几个发展阶段：
1、发展初期(1970年～1974年) 这一期间主要有德国的Rexroth、Bosch和英国的Towler等公司开始研究二通插装阀，但主要工作着重于对基本结构形式和控制原理的探讨。
2、发展中期(1975年～1979年) 经过各公司的前期努力，在一些产品上试用并获得成功。比较典型的应用是在注塑机、锻压机和冶金机械中，开始形成初步的系列并投入市场。
3、现期(1979年至今) 主要标志有两个：
（1)、1979年7月，德国标准化研究所正式颁布了世界上第一个关于二通插装阀控制技术的标准，意味着该技术已经成熟。
（2)、亚琛工业大学在Backe教授液阻理论的基础上对二通插装阀控制技术进行了比较系统的研究，并取得了很大进展。
传统的液压控制元件大多被设计成采用标准连接方式(板式、管式、法兰式)的结构，并根据它们独立的控制功能分为压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀三类。这种传统结构的控制元件称为“单个元件”的结构。在设计液压回路或系统时，则根据负载功能要求选择一定规格和功能的标准元件进行组合。随着工业技术的不断进步和发展，对液压控制技术提出了更高的要求。不仅在控制的功率和速度上大大提高了，而且提出了实现合理控制和控制过程的柔性连接等要求。若依靠传统的结构和控制原理显然难以满足这些要求。
二通插装阀具有以下技术特征：
（1)、二通插装阀的单个控制组件都可以按照液阻理论，做成一个单独受控的阻力。这种结构被称为单个控制阻力。
（2)、这些“单个控制阻力”由主级和先导级组成，根据先导控制信号独立地进行控制。这些控制信号可以是开关式的，也可以是位置调节、流量调节和压力调节等连续信号。
（3)、根据对每一个排油腔的控制主要是对它的进油和回油的阻力控制的基本准则，因此原则上可以对一个排油腔分别设置一个输入阻力和一个输出阻力。按照这种原理工作的控制回路被称为单个控制阻力回路。
正是由于这些技术特征，使液压系统的设计发生了很大的变化。二通插装控制技术具有以下优点：
（1)、通过组合插件与阀盖，可构成方向、流量以及压力等多种控制功能。
（2)、流动阻尼小，通流能力大，特别适用于大流量的场合。插装阀的最大通径可达200—250mm，通过的流量可达10000 L／min。
（3)、由于绝大部分是锥阀式结构，内部泄漏非常小，无卡死现象。
（4)、动作速度快。因为它靠锥面密封和切断油路，阀心稍一抬起，油路马上接通。阀心的行程较小，质量较滑阀轻，因此阀芯动作灵敏，特别适合于高速开启的场合。
（5)、抗污染能力强，工作可靠。
（6)、结构简单，易于实现元件和系统的“三化”，并简化系统。
二、逻辑阀的结构和工作原理
1、逻辑阀的工作原理
逻辑阀的结构及图形符号如图所示。
逻辑阀的结构及图形符号如图所示。
它由控制盖板、插装单元（由阀套、弹簧、阀芯及密封件组成）、插装块体和先导控制阀（如先导阀为二位三通电磁换向阀，见图）组成。由于这种阀的插装单元在回路中主要起通、断作用，故又称二通插装阀。二通插装阀的工作原理相当于一个液控单向阀。图中A和B为主油路仅有的两个工作油口，K为控制油口（与先导阀相接）。当K口无液压力作用时，阀芯受到的向上的液压力大于弹簧力，阀芯开启，A与B相通，至于液流的方向，视A、B口的压力大小而定。反之，当K口有液压力作用时，且K口的油液压力大于A和B口的油液压力，才能保证A与B之间关闭。
逻辑阀与各种先导阀组合，便可组成逻辑方向阀、逻辑压力阀和逻辑流量阀。
2、逻辑方向阀(logic direction valve)
插装阀组成各种方向控制阀如图所示。图（a）为单向阀，当PA＞ PB时，阀芯关闭，A与B不通；而当 PB＞ PA时，阀芯开启，油液从 B流向 A。图（b）为二位二通阀，当二位三通电磁阀断电时，阀芯开启，A与B接通；电磁阀通电时，阀心关闭，A与B不通。图（c）为二位三通阀，当二位四通电磁阀断电时，A与T接通；电磁阀通电时，A与P接通。图（d）为二位四通阀，电磁阀断电时，P与B接通，A与T接通；电磁阀通电时，P与A接通，B与T接通。
3、逻辑压力阀(logic pressure valve)
插装阀组成压力控制阀如图所示。在图（a）中，如B接油箱，则插装阀用作溢流阀，其原理与先导式溢流阀相同。如B接负载时，则插装阀起顺序阀作用。图（b）所示为电磁溢流阀，当二位二通电磁阀通电时起卸荷作用。
逻辑压力阀
（a）溢流阀；(b)电磁溢流阀
四、逻辑流量阀(logic flow valve)
逻辑流量阀的结构及图形符号如图所示。在插装阀的控制盖板上有阀芯限位器，用来调节阀芯开度，从而起到流量控制阀的作用。若在逻辑流量阀前串联一个定差减压阀，则可组成二通插装调速阀。
逻辑流量阀
（a）结构图；(b)图形符号
三、逻辑阀的特点
(1)、能实现一阀多能的控制
一个逻辑阀配上相应的先导控制机构，可以实现换向、调速或调压等多种功能，使一阀多用。尤其在复杂的液压系统中，完成同样的功能比用普通阀所用的阀数量要少。
(2)、液体流动阻力小、通流能力大
(3)、结构简单、便于制造和集成化
逻辑阀的结构要素相同或近似，加工工艺简单，非常便于集成化，可使多个插装阀共处于一个逻辑阀块体中。
(4)、动态性能好、换向速度快
由于逻辑阀从其结构上不存在一般滑阀结构那样阀芯运动一段行程后阀口才能打开的搭合密封段，因此，锥阀的响应动作迅速且灵敏。 ’
(5)、密封性能好、内泄漏很小
逻辑阀采用锥面线接触密封，密封性好，因此，新的锥阀内泄漏为零。其泄漏一般发生在先导控制阀上，而先导阀是小通径的，故泄漏较小。
(6)、工作可靠、对工作介质适应性强
先导阀可使主逻辑阀实现柔性切换，减小了冲击。逻辑阀抗污染能力强，阀芯不易堵塞，对高水基液工作介质有良好的适应性。
5-8电液伺服阀(electrohydraulic servo valve)
电液伺服阀是一种比电液比例阀的精度更高、响应更快的液压控制阀。其输出流量或压力受输入的电气信号控制，主要用于高速闭环液压控制系统，而比例阀多用于响应速度相对较低的开环控制系统中。伺服阀价格较高，对过滤精度的要求也较高。电液伺服阀和电液伺服系统中复杂的动态过程无法加以详细描述，那是另外一门课程，这里仅对电液伺服阀工作原理作简要介绍。
电液伺服阀多为两级阀，有压力型伺服阀和流量型伺服阀之分，绝大部分伺服阀为流量型伺服阀。在流量型伺服阀中，要求主阀芯的位移XP与的输入电流信号I成比例，为了保证主阀芯的定位控制，主阀和先导阀之间设有位置负反馈，位置反馈的形式主要有直接位置反馈和位置-力反馈两种。
1、直接位置反馈型电液伺服阀
直接位置反馈型电液伺服阀的主阀芯与先导阀芯构成直接位置比较和反馈，其工作原理如图所示。
图中，先导阀直径较小，直接由动圈式力马达的线圈驱动，力马达的输入电流约为0～±300mA。当输入电流I=0时，力马达线圈的驱动力Fi=0，先导阀芯位于主阀零位没有运动；当输入电流逐步加大到I=300mA时，力马达线圈的驱动力也逐步加大到约为40N，压缩力马达弹簧后，使先导阀芯产生位移约为4mm；当输入电流改变方向，I=-300mA时，力马达线圈的驱动力也变成约-40N，带动先导阀芯产生反向位移约-4mm。上述过程说明先导阀芯的位移x芯与输入电流I成比例，运动方向与电流方向保持一致。先导阀芯直径小，无法控制系统中的大流量；主阀芯的阻力很大，力马达的推力又不足以驱动主阀芯。解决的办法是，先用力马达比例地驱动直径小的导阀芯，再用位置随动（直接位置反馈）的办法让主阀芯等量跟随先导阀运动，最后达到用小信号比例地控制系统中的大流量之目的。
直接位置反馈型电液伺服阀的工作原理图
设计时，将主阀芯两端容腔看成为驱动主阀芯的对称双作用液压缸，该缸由先导阀供油，以控制主阀芯上下运动。由于先导阀芯直径小，加工困难，为了降低加工难度，可将先导阀上用于控制主阀芯上下两腔的进油阀口由两个固定节流孔代替，这样先导阀可看成是由两个带固定节流孔的半桥组成的全桥。为了实现直接位置反馈，将主阀芯、驱动油缸、先导阀阀套三者做成一体，因此主阀芯位移xP（被控位移）反馈到先导阀上，与先导阀套位移x套相等。当导阀芯在力马达的驱动下向上运动产生位移x芯时，导阀芯与阀套之间产生开口量x芯-x套，主阀芯上腔的回油口打开，压差驱动主阀芯自下而上运动，同时先导阀口在反馈的作用下逐步关小。当导阀口关闭时，主阀停止运动且主阀位移xP=x套=x芯。反向运动亦然。在这种反馈中，主阀芯等量跟随先导阀运动，故称为直接位置反馈。
图 (a)是DY系列直接位置反馈型电液伺服阀的结构图。上部为动圈式力马达，下部是两级滑阀装置。压力油由P口进入，A、B口接执行元件，T口回油。由动圈7带动的小滑阀6与空心主滑阀4的内孔配合，动圈与先导滑阀固连，并用两个弹簧8、9定位对中。小滑阀上的两条控制边与主滑阀上两个横向孔形成两个可变节流口11、12。P口来的压力油除经主控油路外，还经过固定节流口3、5和可变节流口11、12，先导阀的环形槽和主滑阀中部的横向孔到了回油口，形成如图7.26(b)所示的前置液压放大器油路(桥路)。显然，前置级液压放大器是由具有两个可变节流口11、12的先导滑阀和两个固定节流口3、5组合而成的。桥路中固定节流口与可变节流口连接的节点a、b分别与主滑阀上、下两个台肩端面连通，主滑阀可在节点压力作用下运动。平衡位置时，节点a、b的压力相同，主滑阀保持不动。如果先导滑阀在动圈作用下向上运动，节流口11加大，12减小，a点压力降低，b点压力上升，主滑阀随之向上运动。由于主滑阀又兼作先导滑阀的阀套(位置反馈)，故当主滑阀向上移动的距离与先导滑阀一致时，停止运动。同样，在先导滑阀向下运动时，主滑阀也随之向下移动相同的距离。故为直接位置反馈系统。这种情况下，动圈只需带动小滑阀，力马达的结构尺寸就不至于太大。
DY型电液伺服阀
(a)结构图；(b)前置级液压放大器抽路；(c)电液伺服阀符号
1一阀体；2-阀座；3、5-固定节流口；4-主滑阀；6-先导阀；7-线圈(动圈)；
8—下弹簧；9-上弹簧；10—磁钢(永久磁铁)；11、12-可变节流口
以滑阀作前置级的优点是：功率放大系数大，适合于大流量控制。其缺点是：滑阀阀芯受力较多、较大，因此要求驱动力大；由于摩擦力大，使分辨率和滞环增大；因运动部分质量大，动态响应慢；公差要求严，制造成本高。
2、喷嘴挡板式力反馈电液伺服阀
喷嘴挡板式电液伺服由电磁和液压两部分组成，电磁部分是一个动铁式力矩马达，液压部分为两级。第一级是双喷嘴挡板阀，称前置级（先导级）；第二级是四边滑阀，称功率放大级（主阀）。
由双喷嘴挡板阀构成的前置级如图7.27所示，它由两个固定节流孔、两个喷嘴和1个挡板组成。两个对称配置的喷嘴共用一个挡板，挡板和喷嘴之间形成可变节流口，挡板一般由扭轴或弹簧支承，且可绕支点偏转，挡板的由力矩马达驱动。当挡板上没有作用输入信号时，挡板处于中间位置——零位，与两喷嘴之距均为x0，此时两喷嘴控制腔的压力P1与P2相等。当挡板转动时，两个控制腔的压力一边升高，另一边降低，就有负载压力PL(PL=P1-P2)输出。双喷嘴挡板阀有四个通道(一个供油口，一个回油口和两个负载口)，有四个节流口(两个固定节流孔和两个可变节流孔)，是一种全桥结构。
由双喷嘴挡板阀构成的前置级
力反馈型喷嘴挡板式电液伺服的工作原理如图7.28所示。主阀芯两端容腔可看成是驱动主滑阀的对称油缸，由先导级的双喷嘴挡板阀控制。挡板5的下部延伸一个反馈弹簧杆11，并通过一钢球与主阀芯9相连。主阀位移通过反馈弹簧杆转化为弹性变形力作用在挡板上与电磁力矩相平衡（即力矩比较）。当线圈13中没有电流通过时，力矩马达无力矩输出，挡板5处于两喷嘴中间位置。当线圈通入电流后，衔铁3因受到电磁力矩的作用偏转角度θ，由于衔铁固定在弹簧管12上，这时，弹簧管上的挡板也偏转相应的θ角，使挡板与两喷嘴的间隙改变，如果右面间隙增加，左喷嘴腔内压力升高，右腔压力降低，主阀芯9（滑阀芯）在此压差作用下右移。由于挡板的下端是反馈弹簧杆11，反馈弹簧杆下端是球头，球头嵌放在滑阀9的凹槽内，在阀芯移动的同时，球头通过反馈弹簧杆带动上部的挡板一起向右移动，使右喷嘴与挡板的间隙逐渐减小。当作用在衔铁-挡板组件上电磁力矩与作用在挡板下端因球头移动而产生的反馈弹簧杆变形力矩（反馈力）达到平衡时，滑阀便不再移动，并使其阀口一直保持在这一开度上。该阀通过反馈弹簧杆的变形将主阀芯位移反馈到衔铁-挡板组件上与电磁力矩进行比较而构成反馈，故称力反馈式电液伺服阀。
通过线圈的控制电流越大，使衔铁偏转的转矩、挡板挠曲变形、滑阀两端的压差以及滑阀的位移量越大，伺服阀输出的流量也就越大。（动态演示）
喷嘴挡板式电液伺服阀
1-永久磁铁；2、4-导磁体；3-衔铁；5-挡板；6-喷嘴；7-固定节流孔；
8-滤油器；9-滑阀；10-阀体；11-反馈弹簧杆；12-弹簧管；13-线圈
3、电液伺服阀的应用
电液伺服阀目前广泛应用于要求高精度控制的自动控制设备中，用以实现位置控制、速度控制和力的控制等。
电液伺服位置控制原理图
图所示是用电液伺服阀准确控制工作台位置的控制原理图。要求工作台的位置随控制电位器触点位置的变化而变化。触点的位置由控制电位器转换成电压。工作台的位置由反馈电位器检测，并转换成电压。当工作台的位置与控制触点的相应位置有偏差时，通过桥式电路即可获得该偏差值的偏差电压。若工作台位置落后于控制触点的位置时，偏差电压为正值，送入放大器，放大器便输出一正向电流给电液伺服阀。伺服阀给液压缸一正向流量，推动工作台正向移动，减小偏差，直至工作台与控制触点相应位置吻合时，伺服阀输入电流为零，工作台停止移动。当偏差电压为负值时，工作台反向移动，直至消除偏差时为止。如果控制触点连续变化，则工作台的位置也随之连续变化。
8.3 课堂小结
电液比例阀能按输入的电气信号连续地、成比例地控制压力或流量，与电液伺服阀相比，响应速度和精度低一些，多用于开环比例控制。
逻辑阀可组成方向阀、压力阀、流量阀，它相当于电液动阀，流量大、密封好，常用于大流量系统中。
电液伺服阀精度高、响应快，多用于闭环控制。
8.4 布置作业或思考题
多看书，了解电液比例阀、逻辑阀、电液伺服阀及其工作原理，用在不同的场合。
8.5 课后分析
学习时应把电液比例阀、逻辑阀、电液伺服阀工作原理与工程应用联系起来，才能深入地理解其控制原理
