方向阀
换向阀是利用阀芯相对阀体的相对运动来使油路接通或断开，或改变油流方向，从而使液压执行机构启动、停止或改变运动方向。
换向阀按阀芯形状分两种:滑阀式和转阀式。滑阀式换向阀在液压系统中的应用远比转阀式广泛。本文主要介绍滑阀换向阀的工作原理和典型结构。
1.工作原理
阀体和滑阀芯是滑阀换向阀的主要结构。它通过移动阀芯并改变其在阀体中的相对位置来改变油流的方向。如图8-9所示，阀体孔有五个底切槽，每个槽有一个油口，P为进油口，A和B为工作油口。阀芯为三肩圆柱体，与阀体配合，可在阀体内轴向移动。当阀芯处于左侧位置时，油口P和B连通，而A和T连通。此时压力油从P进入，通过B输出，回油从A流入，通过T流回油箱..当阀芯处于正确位置时，油口P和A连通，而B和T连通。此时压力油从P进入，通过A输出，回油从B流入，通过T流回油箱..因此，油流的方向改变，并且致动器的运动方向改变。
图8-9换向阀的工作原理
2.典型结构
根据阀芯可变位置的数量，滑阀可分为二位和三位，通常一个方框代表一个位置。根据主油路的数量可分为二通、三通、四通和五通。表达方式是在盒内相应位置标明油口数量和通道方向(表8-10)。图中箭头只表示油路，不表示油流方向，即油也可以反箭头方向流动。
表8-10滑阀换向阀主体结构
滑阀的操作方式。滑阀的常用操作方式如图8-10所示。
(1)手动换向阀:手动换向阀是依靠手动杠杆(或踏板)推动滑阀阀芯相对阀体移动，改变油液的流动状态，实现执行机构的换向。根据换向定位方式的不同，手动换向阀有弹簧复位式和钢球定位式两种。图8-11a所示为一种三位四通钢球定位手动换向阀，外力撤去后不能自动回到原位，适用于动作不频繁、工作持续时间长的场合。图8-11b显示了一个三位四通弹簧复位手动换向阀。操作手柄的外力撤除后，阀芯能自动回到原位，适用于动作频繁、工作持续时间短的场合。
图8-10滑阀操作模式
图8-11三位四通手动换向阀
手动换向阀结构简单，工作可靠，但由于需要手动操作，适用于间歇操作和需要手动控制的小流量场合。
(2)电磁换向阀:电磁换向阀是利用电磁铁的通电和断电，直接推动阀芯来控制液体流动的方向。
图8-12是三位四通电磁换向阀的结构图和图形符号。
图8-12三位四通电磁换向阀
当两端电磁铁未通电时，阀芯2在两端弹簧的作用下处于中间位置，油口P、T、A、B均被堵塞。右端电磁铁通电时，衔铁通过推杆6将阀芯推向左端，油口P与A连通，油口B与T连通；左端电磁铁通电时，衔铁通过推杆6将阀芯推向右端，油口P、B连通，A、T连通；值得注意的是，两端电磁铁不能同时通电，否则阀芯位置不确定。
如上所述，电磁换向阀在其工作位置方面具有两个或三个位置。两位电磁阀有一个电磁铁，由弹簧复位；三位电磁阀有两个电磁铁。
用于操作电磁换向阀的电磁铁分为交流和DC。根据衔铁工作腔内是否有油，可分为“干式”和“湿式”。交流电磁铁的电压一般为220V V，其特点是启动力大，换向时间短，动作时间约为0.01 ~ 0.03 s，价格便宜。但当阀芯卡住或吸力不够时，电磁铁容易因电流过大而烧坏，干电磁铁在10 ~ 15 min(湿电磁铁为1 ~ 1.5h)后会烧坏线圈，因此工作可靠性差，使用寿命短。因此，在实际使用中，交流电磁铁的允许开关频率一般为10次/分，不得超过30次/分。DC电磁铁的电压一般为24V。其优点是运行可靠，吸合和释放动作时间约为0.05 ~ 0.08 s，允许开关频率较高，一般可达120次/min，最高可达300次/min，不会因电流过大而烧坏，使用寿命长，体积小，但启动力比交流电磁铁小。
电磁换向阀由于小电磁铁吸力的限制，额定流量一般在60L/min以下，流量较大的阀门一般采用液压或电液驱动。
(3)液压换向阀:液压换向阀是利用压力油来控制阀芯运动的换向阀。图8-13显示了三位四通液压换向阀的结构和功能符号。阀芯靠两端密封腔内油的压力差移动，阀芯两端的控制油腔分别与控制油口K1和K2相连。当控制油路中的压力油从阀门右侧的控制油口K2进入滑阀右腔时，阀芯向左移动，压力油口P和B连通，A和T连通；K1接通压力油时，阀芯向右移动，使P与A连通，B与T连通；当K1和K2都接通回油时，阀芯在两端弹簧和定位套的作用下回到中间位置。
图8-13液压换向阀工作原理
因为液压换向阀的液压推力可以很大，阀芯的尺寸可以做得很大，所以可以用于更大的额定流量。当对液压滑阀的换向性能要求较高时，可在液压换向阀两端安装可调单向节流阀，以调节阀芯的移动速度，减少换向冲击和噪声。
(4)电液换向阀:电液换向阀由电磁换向阀和液压换向阀组成，其中电磁换向阀又叫先导阀，其作用是改变控制油的流向，从而控制液压换向阀阀芯的运动，实现主油路的换向；液压换向阀称为主阀，其主要作用是控制系统中执行元件的换向。这里通过电磁换向阀的流量只是用来推动主阀的阀芯移动，流量较小，所以可以用较小的电磁铁吸力来移动阀芯；液压换向阀是由压力油驱动的，所以它能通过的流量大。可以看出，这种组合换向阀以较小的电磁铁吸力实现了主油路的大流量方向控制，适用于高压大流量液压系统。
图8-14是三位四通电液换向阀的结构图和图形符号。当左端电磁铁通电时，控制油路中的压力油从通道A经左单向阀进入主阀芯左端，阀芯右端的油经右节流阀流回油箱，通道B和电磁换向阀的回油口向右移动，使主油路的油口P和A连通，油口B和T连通；当右电磁铁通电时，控制油路中的压力油将主阀芯向左移动，油口P和B接通，油口A和T接通。当两端电磁铁未通电时，电磁换向阀处于中间位置，主阀芯两端与油箱连通，油箱在定心弹簧的作用下处于中间位置，油口P、T、A、B均被阻断。控制油路的单向节流阀用于调节主阀芯的换向速度，以避免换向冲击，其中单向阀用于保证进油顺畅，节流阀用于节流阀芯两端油室的回油。
电液换向阀控制油路供油有两种方式:内部供油和外部供油，回油也有两种方式:内部供油和外部供油。图8-14显示了具有内部进油和内部回油的电液换向阀。
图8-14三位四通电液换向阀
3.换向阀中值函数分析。
三位四通换向阀阀芯处于中间位置时，端口之间有不同的连通方式，可以满足不同的使用要求。这种通信模式称为换向阀的空档功能。三位四通换向阀常见的空档功能、型号、符号及特性见表8-11。三位五通换向阀的情况也类似。通过改变阀芯的形状和尺寸来获得不同的定心功能。
在分析和选择换向阀中位功能时，通常考虑以下几点:
(1)系统压力维护。当P口堵塞，系统保持压力时，液压泵可用于多缸系统。当P口与T口连接不顺畅时(如X型)，系统能为控制油路保持一定的压力。
表8-三位四通换向阀的常用中值函数+01
(2)系统卸载。当P口与T口顺利连接后，系统将卸载。
(3)启动平稳性。当阀门处于中间位置时，如果液压缸的一个腔室与油箱相连，启动时该腔室会因无油而起到缓冲作用，启动不平稳。
(4)当液压缸“浮动”并停在任意位置时，阀门处于中间位置。当A和B连通时，水平液压缸处于“浮动”状态，可以用其他机构移动工作台，调整其位置。
(2)止回阀和液压锁
单向阀用来控制油路的通断，其作用是使油只向一个方向流动。由于其封闭性比较严格，在回路中往往起着维持部分回路压力的作用，往往与其他阀门形成复合阀。
1.普通止回阀
普通单向阀的作用是使油只向一个方向流动，不允许倒流。图8-15是管状通用单向阀的结构和功能示意图。其优点是结构简单，缺点是安装在系统中后更换弹簧不方便，容易产生振动和噪音。
单向阀的性能要求是:动作灵敏、噪音低、密封性能好。单向阀用于防止油液倒流时，开启压力较小，全流量时压力损失约为0.1 ~ 0.3 MPa。
图8-15止回阀
2.液压控制止回阀
图8-16显示了液控单向阀的结构和功能符号。当控制口K没有压力油时，其工作机理与普通单向阀相同。压力油只能从端口P1流向端口P2，不能回流。当控制口K有控制压力油时，由于控制活塞1右侧的A腔与排油口连通，活塞1向右移动，推动顶杆2打开阀芯3，使端口P1与P2连通，油可以双向自由流动。
图8-16液控单向阀
3.双向液压锁
液压锁用于保证工作装置不会因自重等外界原因而下滑或串动。
双向液压锁是两个液控单向阀一起使用(图8-17)。通常用于承重液压缸或马达的油路中，防止液压缸或马达在重物作用下自行下滑。当需要动作时，需要向另一个回路供油。只有通过内控油路打开单向阀，液压缸或马达才能动作。
双向液压锁通常不推荐用于高速重载工况，常用于支撑时间长、运动速度低的锁止回路。
例如，如果不使用液压锁，钻机放下支腿进行作业时，虽然方向控制阀放在中间位置，但A口和B口被切断(如果是O型功能)，由于液压缸支腿油压高，方向控制阀被小间隙密封，仍会有漏油现象，导致液压缸活塞杆回缩缓慢，这是不允许的。采用液压锁，液压缸的液压油将锥形阀芯压在阀座上。油压越高，越紧，不漏油，不回缩。最关键的区别是换向阀的部件是有缝隙密封的，所以有泄漏。单向阀由锥面密封，因此可以保持密封压力。
(3)梭阀
如图8-18所示，梭阀相当于两个单向阀的组合，其功能相当于一个或门。有两个入口P1和P2，一个出口A。P1和P2都可以与端口A通信，但p 1和P2不能。P1或P2有信号输入，A有输出。如果P1和P2都有信号输入，则第一个连接侧或信号压力高的一侧的信号通过A输出，另一侧被阻断。只有当P1和P2都没有信号输入时，A才没有信号输出。它能将控制信号按顺序输入控制执行机构，梭阀用于手动和自动控制的共用并联回路。