压力补偿型液控换向阀

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Pilot Operated Directional Control Valve with Pressure Compensation， An-min(Xuchang Electrical Vocational Colege，Xuchang 461000，China)Abstract： In order to further enhance the performan ce of high-medium， high pressure and high flow hydraulic systems， this paperproposed a new structure of hydraulic control reversing valve. The hydraulic control reversing valve belongs to a main level conversingvalve n function， and the movement of the valve core does not need external drive， therebyautomatically acting with the opening size of two pivot ends， and achieving reversing an d flow contro1. It is a novel high-perform ancereversing valve in the hydraulic system。

Key words：hydraulic control reversing valve；electric-hydraulic reversing valve；proportional reversing valve；reversing valve；hydraulic reversing valve； cartridge valve； pressure compensationU 月IJ吾换向阀是液压系统中最重要、最核心的液压元件。目前在高压大流量系统中广泛采用的电液换向阀、液动换向阀、二通插装阀、比例换向阀等都是卣-个先导阀和先导油路来驱动主阀芯动作实现换向。这种结构方案略显笨拙，且不具备压力补偿功能，使系统性能受到限制。压力补偿型液控换向阀以-种新颖的结构构思实现换向功能：阀内采用压力补偿结构。从回油口引出低压先导端。

本文作者曾在 2009年第 7期《液压与气动》刊物上发表过论文：自动换向阀”。该文对该种液控换向阀的功能和外部油路做了阐述 ，没有涉及其内部结构和工作原理。本文是首次公开其内部结构和工作原理。另外 ，作者认为用压力补偿型液控换向阀”做为该新型液控换向阀的名称更为贴切。

1 压力补偿型液控换向阀的结构与原理1.1 结构原理图 1是压力补偿型液控换 向阀的结构原理示意收稿日期：2012-07-09作者简介：刘安民(1964-)，男，河南许昌人 ，高级讲师，本科，主要从事机电-体化、数控技术的教学工作。

2SB图 1 压 力 补 偿 型 ；硬控 换 向 阀原 理 图图：它是-个双阀芯结构，两个结构相同的阀芯 1和阀芯 2相互倒置并排分布。在阀芯 1上有阀口3和阀口4，它们和弹簧5-起构成了-个定差减压阀.起压力补偿作用，使 C-D端压力维持-个恒定低压(0.3MPa)。在忽略阀芯摩擦力，液动力，假设阀口开度远小于弹簧压缩量的情况下有：ap 。同理，在阀芯2上有阀口) 芯6、阀口7和弹簧 8，它们也构成了-个定差减压阀。使E-F端维持-个恒定低压 (0.3MPa)。同样有 ：△p 液压 气动 与密 封/2013年 第 02期。 这两个定差减压阀构成了压力补偿型液控换向阀J) 芯的核心。从 C-D端和E-F端引出两个先导控制端。在它们之间外接两个先导节流阀 10，通过调节节流口的开口大写可分别控制阀口3和阀口4、阀口6和阀口7的启闭和开度，实现换向和流量控制。C口和E口是两个回油El，D口和 F口为压力反磊，不取流量 。在进油口处有两个专用结构的单向阀9在阀外安装。阀口3和阀口4、阀口6和阀口7可以做成锥阀或滑阀结构。

1.2 压力补偿型液控换向阀的四种工作状态状态-，C-D端关闭，E-F端开启：当C-D端关闭时，C口压力升高.使阀芯 1左移。

同时关闭阀口3和阀口4，进油口Pl和出油口C同时被阻断。这时 E-F端开启，E口压力减小，弹簧 8推动阀芯 2左移，使阀FI 6和阀口7同时开启。压力油从P2-A口-液压缸左腔-推动活塞右移，液压缸右腔压力油-B口-E口 先导节流阀 油池。由于E-F端为恒压，所以可以通过控制 E-F端先导节流阀 10的阀口开度来控制流量而与负载和供油压力无关。

即：C-D端关闭，E-F端开启，液压油从 A口流出，B口流人，且可通过控制 E-F端阀口开度控制 B口流人流量。

状态二，E-F端关闭.C-D端开启：同理，当 E-F端关闭，C-D端开启时，压力油从 B口流出，A口流人∩通过控制 C-D端阀口开度控制 A口流人流量，与负载和供油压力无关。

状态三，C-D端和 E-F端都关闭：当C-D端和E-F端都关闭时，阀口3和阀口4、阀口6和阀口7都关闭。A口和 B口、P1口和P2口被截止，活塞处于闭锁状态。

状态四，C-D端和 E-F端都全开启：当 C-D端和 E-F端都开启足够大时.压力油从Pl口-阀口3-阀口7-E口-油池卸荷。压力油也从P2-阀口6-阀口4-C口 油池卸荷。这时活塞处于自由状态 。

1.3 补偿区与非补偿区在状态-和状态二下 .压力补偿型液控换 向阀可工作在补偿区和非补偿区。假设 C-D端关闭E-F端开启，则通过其先导节流阀的流量为：厂 --- qCaA、/ 却EFV P式中 q-- 流量 ；C 阀口流量系数：A--先导节流阀阀口面积：△pE厂 E-F端压力差；98p--油液密度。

该式即为压力补偿型液控换向阀稳态时的流量方程。由于EF端压力差 △p阱为恒压，所以流量g只与先rj --- 导节流阀的阀口面积A成正比，比例系数为c / △p。 VP设图 1中泵的供给流量为q。，液压缸无杆腔活塞面积为 S ，有杆腔活塞面积为5 。

如图2所示：在补偿区，当先导节流阀的阀El面积A从零逐渐增大时，流量 q呈比例增大，当A增至A。时流量达到g。 ，以后流量 g不再随阀口面积A增大而A增加，阀进人非补偿区。补偿区与非补偿区的界线决定于泵的供给流量q。 在补偿区时，图 1中的阀内各阀口开始节流，同时溢流阀开始溢流。当工作在非补偿区时，阀内各阀口全部开启，P口流量等于泵的供给流量，溢流阀不再溢流。泵的出口压力稍高于负载压力。该曲线即为压力补偿型液控换向阀稳态时的流量特性曲线。

口面积A图 2 补偿 区与 非 补偿 区2 先导阀用户可根据需要设计和选用各种功能的先导阀，先导端的导通压力 0.3MPa，截止压力 1MPa。因此先导阀芯所承受的侧压力、摩擦力、液动力均很小，泄漏小，对密封要求不高。这-点使先导阀在设计上增加了很大的自由度，结构大为简化。同时也有利于先导阀芯的可靠动作和有效密封。压力补偿型液控换向阀和各种功能的先导阀配套可扩展出丰富的应用功能。

先导阀可以是直动式结构，也可以采用图3所示的二级先导结构。经过-级先导阀 1的耦合后，输出给二级先导阀 3的是-个低压小流量油路，它相当于-个信号油路，使二级先导阀3可采用微型小功率阀。二级先导阀 3也可做成液压按钮”布置在操作面板上。

- 级先导阀 i的开启压力应小于 E VI、C口压力 .如果大于E口、C 17I压力，阀芯 2将不能被顶起。

C 口图 3 二级先导阀-Hvdraulics Pneumatics& Seals/No.O2.20133 系统油路图 4是-个由压力补偿型液控换向阀组成的比例控制液压系统。在 C-D端和E-F端分别连接比例节流阀 1.实现对速度的比例控制。该种液控换向阀具备压力补偿功能，使 C-D端和 E-F端为恒低压先导端，故与之配套的比例节流阀 1在结构上无需再设置压力补偿部分。该回路和控制电路、反馈元件-起可组成位置、速度伺服控制系统。

图 4 比例控 制液压 系统图5是-个由压力补偿型液控换向阀组成的多缸并联系统。该图左部分是主油路上的-个调压、保压支路：在A、B间跨接了-个用于调压的溢流阀2，当C-D端关闭E-F端打开，活塞向右移动，触及负载3时，A口压力升高，达到溢流阀 2调定压力时，溢流阀口打开 ，压力不再升高，同时发讯给 E-F端比例节流阀 l，使其减小流量，并保持-个小流量通过，系统就处于保压、调压状态，可通过调节溢流阀2随时调节液压缸压力大校右部分是主油路上的-个调速支路。-般的多缸并联系统由于各缸的速度受负载和供油压力大小的影响不易控制，而压力补偿型液控换向阀组成的多缸并联系统各缸速度不受负载和供油压力的影响，独立受控于控制信号，实现多缸联动。这种并联系统可应用于工程装载 、挖掘机械，实现多缸受控联动，性能优于目前使用的多路换向系统。

图 5 多缸并联液压系统图6是-个由压力补偿型液控换向阀组成的往复换向系统。从两个远程控制阀 1上的邑口分别引出低压小流量的信号油路到远端行程切换阀2上，活塞挡铁推动行程切换阀 2的阀芯移动实现油路切换，控制主油路换向.使活塞往复运动。该系统适应高压大流量的往复运动系统，方案先进、结构合理、换向稳定。

2图 6 往复换 向液压 系统4 压力补偿型液控换向阀的显著特点(1)压力补偿型液控换向阀具备双向压力补偿功能∩自动适应负载变化、适应供油压力变化，使两个先导控制端维持-个恒定低压。既可换向又便于流量控制。同时有效减少先导阀阀芯的摩擦力、液动力和泄漏，有利于先导阀的可靠动作和有效密封，简化先导阀结构。

(2)压力补偿型液控换向阀无需外加驱动油路 ，无需另设压力补偿油路，它构成了液压系统的高压主通道，而先导阀仅是-个低压二通简单结构。这-特点使系统总结构简化，便于复杂油路的大规模集成。

(3)压力补偿型液控换向阀适应高压大流量系统，其性能优于电液换向阀。二通插装阀组成的高压大流量系统。

(4)压力补偿型液控换向阀适用电液控制和比例控制，可组成多缸联动系统，性能优于比例方向阀。

(5)压力补偿型液控换向阀 A、B两油口面积比有l：l和 2：1等多种.适用不同活塞面积比的液压缸比例控制系统，使换向稳定。