页数：266页文件大小：3.00 MB来源： 液压与气压传动ppt课件
本课件可查阅方向阀、压力阀、流量阀三大类控制元件的功用与工作原理，阀心结构与性能、液动力与阀口通流截面，常用液压控制阀与气动控制阀的结构特点，以及叠加阀、插装阀、多路阀、电液伺服阀、电液比例阀与气动逻辑元件、阀岛的组成与应用。
本章主要内容：4.1阀的概述4.2阀心的结构和性能4.3常用液压控制阀4.4常用气动控制阀4.5液压叠加阀、插装阀和多路阀4.6电液伺服控制阀4.7电液比例控制阀4.8气动比例/伺服、*数字控制阀4.9气动逻辑控制元件
了解液压与气压传动中各种控制元件的功用、工作原理、结构形式和性能特点；掌握主要控制元件的控制机制及其特性分析方法。换向阀的位、通、滑阀机能的概念；先导式溢流阀的结构、工作原理、特性；减压阀、溢流阀的区别；调速阀的结构、工作原理、特性；比例阀与普通阀的区别；各种控制阀符号的含义。
阀的分类详细分类种类分类方法
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阀的分类详细分类种类分类方法溢流阀、减压阀、顺序阀、卸荷阀、平衡阀、比例压力控制阀、缓冲阀、仪表截止阀、限压切断阀、压力继电器等压力控制阀按机能分类节流阀、单向节流阀、调速阀、分流阀、集流阀、比例流量控制阀、排气节流阀等流量控制阀单向阀、液控单向阀、换向阀、行程减速阀、充液阀、梭阀、比例方向控制阀、快速排气阀、脉冲阀等方向控制阀圆柱滑阀、旋转阀、平板滑阀滑阀按结构分类锥阀、球阀座阀射流管阀单喷嘴挡板阀、双喷嘴挡板阀喷嘴挡板阀阀可按不同的特征进行分类!
详细分类种类分类方法手把及手轮、踏板、杠杆手动阀按操纵方法分类挡块及碰块、弹簧机动阀液动阀、气动阀液/气动阀电液动阀、电气动阀电液/气动阀普通/比例电磁铁控制、力马达/力矩马达/步进电动机/伺服电动机控制电动阀螺纹式连接、法兰式连接管式连接按连接方法分类单层连接板式、双层连接板式、整体连接板式、叠加阀、多路阀板式/叠加式连接螺纹式插装（二、三、四通插装阀）、盖板式插装（二通插装阀）插装式连接
详细分类种类分类方法电液比例压力阀、电液比例流量阀、电液比例换向阀、电液比例复合阀、电液比例多路阀；
气动比例压力阀、气动比例流量阀比例阀按控制方法分类单、两级（喷嘴挡板式、滑阀式）电液流量伺服阀、三级电液流量伺服阀、电液压力伺服阀、气液伺服阀、机液伺服阀、气动伺服阀伺服阀数字控制压力阀、数字控制流量阀与方向阀数字控制阀方向控制阀、顺序阀、限速切断阀、逻辑元件开关控制阀按输出参数可调节性分类溢流阀、减压阀、节流阀、调速阀、各类电液控制阀（比例阀、伺服阀）输出参数连续可调的阀
阀口的形式及其通流截面的计算
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阀心的结构和性能阀口的形式及其通流截面的计算公式通流截面计算公式阀口形式类型滑阀式①A=nwxn为槽数滑阀式错位孔式
或；通流截面计算公式阀口形式类型n为槽数三角槽式n为孔数弓形孔式偏心槽式以弧度计
斜槽式旋旋槽式转楔式①滑阀式的阀口，当阀心在中间位置时，如沉割槽宽度B大于阀心凸肩宽度b，即B＞b，则表示有正预开口；b=B，为零开口；b＞B，为正遮盖（即负预开口）。
液动力很多液压阀采用滑阀式结构。滑阀的阀心移动、改变阀口的开口大小或启闭时控制了液流，同时也产生着液动力。液动力有稳态液动力和瞬态液动力两种。液动力对液压阀的性能起着重大的影响。
稳态液动力滑阀的稳态液动力a）液流流出阀口b）液流流入阀口稳态液动力是阀心移动完毕，开口固定之后，液流流过阀口时因动量变化而作用在阀心上的力。图4-1所示为油液流过阀口的两种情况。取阀心两凸肩间的容腔中的液体作为控制体，对它列写动量方程，据式（1-44），可得这两种情况下的轴向液动力都是Fbs=ρqvcosΦ，其方向都是促使阀口关闭的。
（4-1）据式（1-91）和式（1-92），并注意到，上式可写成
稳态液动力对滑阀性能的影响是加大了操纵滑阀所需的力。例如，当Cd=0.7，Cv=1，cr=0，w=1cm，Φ=69°，Δp=10MPa，xv=0.101cm时，稳态轴向液动力Fbs≈50N。在高压大流量情况下，这个力将会很大，使阀心的操纵成为突出的问题。这时必须采取措施补偿或消除这个力。稳态液动力要使阀口关闭，相当于一个复位力，故它对滑阀性能的另一影响是使滑阀的工作趋于稳定。
图4-2a所示为采用特种形状的阀腔；图4-2b所示为在阀套上开斜孔，使流出和流入阀腔液体的动量互相抵消，从而减小轴向液动力；图4-2c所示为改变阀心的颈部尺寸，使液流流过阀心时有较大的压降，以便在阀心两端面上产生不平衡液压力，抵消轴向液动力等，都是在实践中使用过的具体例子。
稳态液动力的补偿法a）特种形状阀腔b）阀套开斜孔c）液流产生压降
瞬态液动力瞬态液动力是滑阀在移动过程中（即开口大小发生变化时）阀腔中液流因加速或减速而作用在阀心上的力。瞬态液动力只与阀心移动速度有关（即与阀口开度的变化率有关），与阀口开度本身无关。图4-3瞬态液动力a）开口加大，液流流出阀口b）开口加大，液流流入阀口
所示为阀心移动时出现瞬态液动力的情况。当阀口开度发生变化时，阀腔内长度为l那部分油液的轴向速度亦发生变化，也就是出现了加速或减速，于是阀心就受到了一个轴向的反作用力Fbt，这就是瞬态液动力。
很明显，若流过阀腔的瞬时流量为q，阀腔的截面积为As，阀腔内加速或减速部分油液的质量为m0，阀心移动的速度为v，则有（4-2）据式（1-92）和等式Ao=wxv，当阀口前后的压差不变或变化不大时，流量的变化率dq/dt为。代入式（4-2），得
滑阀上瞬态液动的方向，视油液流入还是流出阀腔而定。（4-3）瞬态液动力公式中油液流出阀腔，则阀口开度加大时长度为l的那部分油液加速，开度减小时油液减速，两种情况下瞬态液动力作用方向都与阀心的移动方向相反，起着阻止阀心移动的作用，相当于一个阻尼力。这时式（4-3）中的l取正值，并称之为滑阀的“正阻尼长度”。
反之，图4-3b中油液流入阀腔，阀口开度变化时引起液流流速变化的结果，都是使瞬态液动力的作用方向与阀心移动方向相同，起着帮助阀心移动的作用，相当于一个负的阻尼力。这种情况下式（4-3）中的l取负值，并称之为滑阀的“负阻尼长度”。
滑阀上的“负阻尼长度”是造成滑阀工作不稳定的原因之一。滑阀上如有好几个阀腔串联在一起，阀心工作的稳定与否就要看各个阀腔阻尼长度的综合作用结果而定。
卡紧力一般滑阀的阀孔和阀心之间有很小的缝隙，当缝隙中有油液时，移动阀心所需的力只须克服粘性摩擦力，数值应该是相当小的。可是实际情况并非如此，特别在中、高压系统中，当阀心停止运动一段时间后（一般约5min左右），这个阻力可以大到几百牛，使阀心重新移动十分费力。这就是所谓滑阀的液压卡紧现象。引起液压卡紧的原因，有的是由于脏物进入缝隙而使阀心移动困难，有的是由于缝隙过小在油温升高时阀心膨胀而卡死。
但是主要的原因来自滑阀副几何形状误差和同心度变化所引起的径向不平衡液压力，即液压卡紧力。
滑阀上的径向力b）有倒锥，轴线平行，有偏心所示为阀心因加工误差而带有倒锥（锥部大端朝向高压腔），阀心与阀孔轴心线平行但不重合时的情况。阀心受到径向不平衡压力的作用（图中曲线A1和A2间的阴影部分，下同），使阀心与阀孔间的偏心距越来越大，直到两者表面接触为止，这时径向不平衡力达到最大值。但是，如阀心带有顺锥（锥部大端朝向低压腔）时，产生的径向不平衡力将使阀心和阀孔间的偏心距减小。
图4-4a所示为阀心与阀孔无几何形状误差，轴心线平行但不重合时的情况，这时阀心周围缝隙内的压力分布是线性的（图中A1和A2线所示），且各向相等，因此阀心上不会出现径向不平衡力。
图4-4滑阀上的径向力a）无锥度，轴线平行，有偏心滑阀上的径向力c）阀心表面有突起所示为阀心表面有局部突起（相当于阀心碰伤、残留毛刺或缝隙中楔入脏物），且突起在阀心的高压端时，阀心受到的径向不平衡力将使阀心的高压端凸起部分推向孔壁。图4-4所示为滑阀上产生径向不平衡力的几种情况。
当阀心受到径向不平衡力作用而和阀孔相接触后，缝隙中的存留液体被挤出，阀心和阀孔间的摩擦变成半干摩擦乃至干摩擦，因而使阀心重新移动时所需的力就大大增加了。（4-4）由可以推导出径向不平衡力的估算公式如下:图4-5径向不平衡力计算图z
式中，D=2r1；Δp=p1-p2；Δr=r1-r2；h1=h0-ecosθ，h0为阀心与阀套同心时大端的缝隙值。（4-5）由式（4-4），并设在阀心大端已接触阀套，即e=h0时，得设阀心与阀套间的摩擦因数为f，则移动阀心所需克服的最大摩擦阻力为:（4-6）此式在Δr/h0=0.9时有极值，故有
λk值图4-6均压槽的位置
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∴为了减小泄漏，应尽量使阀心和阀孔同心，另外应提高制造精度。滑阀在某一位置停留时，通过缝隙的泄漏量随时间的增加而逐渐减小，但有时也出现相反的现象，即随时间的增加而增大。泄漏量减小的原因，有人认为是油液中的污染物沉积所致；但也有人认为是油液分子粘附在缝隙表面而使通流截面减小所致。泄漏增大的原因则是由于在液压卡紧力作用下，阀心在阀孔处于最大偏心状态所致。
为了减小缝隙处的泄漏，往往要在阀心上开出几条环形槽来。
常用液压控制阀常用的液压控制阀分为三大类方向控制阀、压力控制阀和流量控制阀。１）常见的方向控制阀分为单向阀和换向阀。２）常见的压力控制阀按功用可分为溢流阀、减压阀、顺序阀、压力继电器。３）常用的流量控制阀有节流阀、调速阀、旁通式调速阀（溢流节流阀）、分流集流阀和限速切断阀等。
方向控制阀的类型
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方向控制阀方向控制阀的类型常用的方向控制阀的类型如所示。
1.单向阀液压系统中常用的单向阀有普通单向阀和液控单向阀两种。普通单向阀的作用，是使油液只能沿一个方向流动，不许它反向倒流。图4-8单向阀a）结构图b）图形符号图1—阀体2—阀心3—弹簧普通单向阀所示为一种管式普通单向阀的结构。压力油从阀体左端的通口P1流入时，克服弹簧3作用在阀心2上的力，使阀心向右移动，打开阀口，并通过阀心上的径向孔a、轴向孔b从阀体右端的通口P2流出。
但是压力油从阀体右端的通口P2流入时，它和弹簧力一起使阀心锥面压紧在阀座上，使阀口关闭，油液无法从P2口流向P1口。图4-8b所示是单向阀的图形符号图（后同）。单向阀的阀心也可以用钢球式的结构，其制造方便，但密封性较差，只适用于小流量的场合。
在普通单向阀中，通油方向的阻力应尽可能小，而不通油方向应有良好的密封。另外，单向阀的动作应灵敏，工作时不应有撞击的噪声。单向阀弹簧的刚度一般都选得较小，使阀的正向开启压力仅需0.03~0.05MPa。如采用刚度较大的弹簧，使其开启压力达0.2~0.6MPa，便可用作背压阀。单向阀的性能参数主要有：正向最小开启压力、正向流动时的压力损失以及反向泄漏量等。这些参数都和阀的结构和制造质量有关。
单向阀常被安装在泵的出口，可防止系统压力冲击对泵的影响，另外泵不工作时可防止系统油液经泵倒流回油箱。单向阀还可用来分隔油路防止干扰。单向阀和其他阀组合，便可组成复合阀。
液控单向阀所示为普通型外泄式液控单向阀。当控制口K处无控制压力通入时，其作用和普通单向阀一样，压力油只能从通口P1流向通口P2，不能反向倒流。当控制口K有控制压力油，且其作用在控制活塞1上的液压力超过P2腔压力和弹簧4作用在阀心3上的合力时（控制活塞上腔通泄油口），控制活塞推动推杆2使阀心上移开启，通油口P1和P2接通，油液便可在两个方向自由通流。这种结构在反向开启时的控制压力较小。
液控单向阀有普通型和带卸荷阀心型两种，每种又按其控制活塞的泄油腔的连接方式分为内泄式和外泄式两种。图4-9中，如没有外泄油口，而进油腔P1和控制活塞的上腔直接相通的话，则是内泄式液控单向阀。这种结构较为简单，在反向开启时，K腔的压力必须高于P1腔的压力，故控制压力较高，仅适用于P1腔压力较低场合。图4-9普通型液控单向阀1—控制活塞2—推杆3—阀心4—弹簧
在高压系统中，液控单向阀反向开启前P2口的压力很高，所以使之反向开启的控制压力也较高，且当控制活塞推开单向阀心时，高压封闭回路内油液的压力突然释放，会产生很大的冲击，为了避免这种现象且减小控制压力，可采用如所示的带卸荷阀心的液控单向阀。
作用在控制活塞1上的控制压力推动控制活塞上移，先将卸荷阀心6顶开，P2和P1腔之间产生微小的缝隙，使P2腔压力降低到一定程度，然后再顶开单向阀心实现P2到P1的反向通流。图4-10带卸荷阀心的液控单向阀（内泄）1—控制活塞2—推杆3—阀心4—弹簧座5—弹簧6—卸荷阀心
换向阀的工作原理：图4-11所示为滑阀式换向阀的工作原理。阀心在中间位置时，流体的全部通路均被切断，活塞不运动。当阀心移到左端时，泵的流量流向A口，使活塞向右运动，活塞右腔的油液流经B口和阀流回油箱；反之，当阀心移到右端时，活塞便向左运动。因而通过阀心移动可实现执行元件的正、反向运动或停止。图4-11滑阀式换向阀工作原理和图形符号a）示意图b）图形符号
列出了常见滑阀式换向阀主体部
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换向阀的结构形式：换向阀的功能主要由其控制的通路数及工作位置所决定。
阀体和滑阀阀心是滑阀式换向阀的结构主体。
表4-5列出了常见滑阀式换向阀主体部分的结构原理、图形符号和使用场合。
以表中末行的三位五通阀为例，阀体上有P、A、B、T1、T2五个通口，阀心有左、中、右三个工作位置。
当阀心处在图示中间位置时，五个通口都关闭；
当阀心移向左端时，通口T2关闭，通口P和B相通，通口A和T1相通；
当阀心移向右端时，通口T1关闭，通口P和A相通，通口B和T2相通。
这种结构型式由于具有使五个通口都关闭的工作状态，故可使受它控制的执行元件在任意位置上停止运动。
结构主体
滑阀式换向阀主体部分的结构形
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滑阀式换向阀主体部分的结构形式使用场合图形符号结构原理图名称控制油路的接通与切断（相当于一个开关）二位二通阀控制液流方向（从一个方向变换成另一个方向）二位三通阀执行元件正反向运动时回油方式相同不能使执行元件在任一位置上停止运动控制执行元件换向二位四通阀能使执行元件在任一位置上停止运动三位四通阀执行元件正反向运动时可以得到不同的回油方式不能使执行元件在任一位置上停止运动二位五通阀能使执行元件在任一位置上停止运动三位五通阀
换向阀都有两个或两个以上的工作位置，其中一个是常位，即阀心未受外部操纵时所处的位置。绘制液压系统图时，油路一般应连接在常位上。滑阀的操纵方式1）手动换向阀所示为手动换向阀及其图形符号。图4-12a所示为弹簧自动复位结构的阀，松开手柄，阀心靠弹簧力恢复至中位（常位），适用于动作频繁、持续工作时间较短的场合，操作比较安全，常用于工程机械。
图4-12b所示为弹簧钢球定位结构的阀，当松开手柄后，阀仍然保持在所需的工作位置上，适用于机床、液压机、船舶等需保持工作状态时间较长的情况。这种阀也可用脚踏操纵。将多个手动换向阀组合在一起，用以操纵多个执行元件的运动，便构成多路阀。
手动换向阀（三位四通）a）弹簧自动复位结构b）弹簧钢球定位结构
2）机动换向阀所示为机动换向阀及其图形符号，它依靠挡铁或凸轮来压迫阀心移动，从而实现液流通、断或改变流向。图4-13机动换向阀1—滚轮2—阀心3—弹簧3）电磁换向阀电磁换向阀借助于电磁铁吸力推动阀心动作来改变液流流向。这类阀操纵方便，布置灵活，易实现动作转换的自动化，因此应用最广泛。图4-14和所示为电磁换向阀的结构及图形符号。电磁阀的电磁铁按所用电源的不同，分为交流型、直流型和交流本整型三种；
按电磁铁内部是否有油侵入，又分为干式、湿式和油浸式三种。
交流二位三通电磁换向阀及其干式电磁铁结构图1—衔铁2—线圈3—密封圈4—推杆5—阀心6—弹簧7—阀体
直流三位四通电磁换向阀及其湿式电磁铁结构图1—阀体2—阀心3—弹簧座4—弹簧5—挡块6—导磁套7—推杆8—街铁9—线圈
交流电磁铁使用方便，起动力大，吸合、释放快，动作时间最快约为10ms；但工作时冲击和噪声较大，为避免线圈过热，换向频率不能超过60次/min；起动电流大，在阀心被卡时会烧毁线圈；工作寿命仅数百万次至一千万次以内。直流电磁铁体积小，工作可靠；冲击小，允许换向频率为120次/min，最高可达300次/min；使用寿命可高达两千万次以上；但起动力比交流电磁铁要小，且需有直流电源。
交流本整型电磁铁自身带有整流器，可以直接使用交流电源，又具有直流电磁铁的性能。
干式电磁铁如所示。为避免油液侵入电磁铁，在推杆4的外周上装有密封圈3，使线圈2的绝缘性能不受油液的影响。但推杆上密封圈的摩擦力则影响着电磁铁的换向可靠性。湿式电磁铁如所示。该电磁铁的导磁套6是一个密封筒状结构，与换向阀阀体1接连时仅套内的衔铁8工作腔与滑阀直接连接，推杆7上没有任何密封，套内可承受一定的液压力。线圈9部分仍处于干的状态。由于推杆上没有密封，从而提高了换向可靠性。
衔铁工作时处于油液润滑状态，且有一定阻尼作用而减小了冲击和噪声。所以湿式电磁铁具有吸合声小、散热快、可靠性好、效率高、寿命长等优点。因此已逐渐取代传统的干式电磁铁。油浸式电磁铁的铁心和线圈都浸在油液中工作，因此散热更快、换向更平稳可靠、效率更高、寿命更长。但结构复杂，造价较高。
电磁铁的机械寿命机械寿命/次
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根据JB5244—1991标准规定，各种形式电磁铁的机械寿命（吸合与释放次数）应不低于所列数值。表4-6电磁铁的机械寿命机械寿命/次电磁铁形式机械寿命/次电磁铁形式6×106交流湿式型60×104交流干式型10×106直流湿式型交流本整湿式型6×106直流干式型交流本整干式型由于电磁铁的吸力一般≤90N，因此电磁换向阀只适用于压力不太高、流量不太大的场合。
4）液动换向阀液动换向阀是利用控制油路的压力油来改变阀心位置的换向阀。图4-16所示为三位四通液动换向阀及图形符号。当控制油路的压力油从控制油口K1进入滑阀左腔、滑阀右腔经控制油口K2接通回油时，阀心在其两端压差作用下右移，使压力油口P与A相通、B与T相通；当K2接压力油、K1接回油时，阀心左移，使P与B相通、A与T相通；
当K1和K2都通回油时，阀心在两端弹簧和定位套作用下处于中位，P、A、B、T相互均不通。必须指出，液动换向阀还需另一个阀来操纵其控制油路的方向。图4-16三位四通液动换向阀
5）电液换向阀所示为电液换向阀的结构原理及其图形符号。由图可见，当两个电磁铁都不通电时，电磁阀阀心4处于中位，液动阀（主阀）阀心8因其两端都接通油箱，也处于中位。电磁铁3通电时，电磁阀阀心移向右位，压力油经单向阀1接通主阀心的左端，其右端的油则经节流阀6和电磁阀而接通油箱，于是主阀心右移，移动速度由节流阀6的开口大小决定。
同理，当电磁铁5通电，电磁阀阀心移向左位时，主阀心也移向左位，其移动速度由节流阀2的开口大小决定。在电液换向阀中，控制主油路的主阀心不是靠电磁铁的吸力直接推动的，是靠电磁铁操纵控制油路上的压力油液推动的，因此推力可以很大，操纵也很方便。此外，主阀心向左或向右的移动速度可分别由节流阀2或6来调节，这就使系统中的执行元件能够得到平稳无冲击的换向。
所以，这种操纵型式的换向性能是较好的，适用于高压、大流量的场合。
电液换向阀1、7—单向阀2、6—节流阀3、5—电磁铁4—电磁阀阀心8—液动阀阀心（主阀心）
后者则指滑阀从一个工作位置变换到另一个工作位置的过渡过程中，它的各个油口的瞬时连通关系。
不同的滑阀机能对应有不同的功能。
滑阀机能对换向阀的换向性能和系统的工作特性有着重要的影响。
二位换向阀滑阀工作位置机能图
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几种常用换向阀的滑阀机能见表4-7~表4-9。表4-7二位换向阀滑阀工作位置机能图形符号滑阀机能代号通路数图形符号滑阀机能代号通路数H四通O二通HYO三通KI1四通PI2JI3
三位换向阀滑阀工作位置机能中
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三位换向阀滑阀工作位置机能中位特点图形符号滑阀中位状态滑阀性能代号各油口全封闭，系统不卸载，缸封闭O各油口全连通，系统卸载H系统不卸载，缸两腔与回油连通Y系统不卸载，缸一腔封闭，另一腔与回油连通J压力油与缸一腔连通，另一腔及回油皆封闭C
压力油与缸两腔连通，回油封闭P压力油与缸一腔及回油连通，另一腔封闭，系统可卸载K压力油与各油口半开启连通，系统保持一定压力X系统卸载，缸两腔封闭M系统不卸载，缸两腔连通，回油封闭U系统不卸载，缸一腔与回油连通，另一腔封闭N注：阀心两端工作位置的接通形式，除常用的交叉通油外，也可设计成特殊的OP型或MP型。
电磁球阀电磁球阀是一种以电磁铁的推力为驱动力推动钢球来实现油路通断的电磁换向阀。电磁球阀密封性能好，可应用于达63MPa的高压，换向、复位速度快，换向频率高（可达250次/min），对工作介质粘度的适应范围广，可直接用于高水基、乳化液，由于没有液压卡紧力，以及受液动力影响小，换向、复位所需力很小，此外，它的抗污染性也好。电磁球阀在小流量系统中可直接控制主油路，而在大流量系统中作先导阀也很普遍。
目前电磁球阀只有两位阀，需用两个二位阀才能组成一个三位阀。这种阀的加工、装配精度要求较高，成本价格也相应增加。
电磁球式换向阀（二位三通）1—支点2—操纵杆3—杠杆4—左阀座5—钢球6—右阀座7—弹簧8—电磁铁所示为一个二位三通电磁球阀。当电磁铁8断电时，弹簧7将钢球5压紧在左阀座4的孔上，油口P与A通，T关闭。当电磁铁通电时，电磁推力使杠杆3绕支点1逆时针旋转，电磁力经杠杆放大后通过操纵杆2克服弹簧力将钢球压向右阀座6的孔上，于是油口P与A不通，A与T相通，实现换向。通道b的作用使钢球两侧液压力平衡。
转阀转阀通过阀心的旋转实现油路的通断和换向。转阀可用手动或机动操纵。由于转阀径向力不平衡，旋转阀心所需力较大，且密封性能差，故一般用于低压小流量场合，或作先导阀用。图4-19所示为三位四通转阀原理、符号和结构图。原理和符号的左、中、右位置是相对应的。图4-19中，当阀心处于图4-19a、b所示的中位时，P、A、B、T互不相通。
当阀心顺时针转一角度，处于图4-19a、b右位所示状态，油口P和B相通，A和T相通。当阀心反时针转一角度，处于图4-19a、b左位所示状态，则油口P和A相通，B和T相通，此时对应所示状态。
换向阀的主要性能：（1）工作可靠性工作可靠性指电磁铁通电以后能否可靠地换向，而断电后能否可靠地复位。
工作可靠性主要取决于设计和制造，和使用也有关系。
液动力和液压卡紧力的大小对工作可靠性影响很大，而这两个力与通过阀的流量和压力有关。
所以电磁阀也只有在一定的流量和压力范围内才能正常工作。
（2）压力损失由于电磁阀的开口很小，故液流流过阀口时产生较大的压力损失。
图4-21所示为某电磁阀的压力损失曲线。
一般地说，阀体铸造流道中的压力损失比机械加工流道中的损失小。
（3）内泄漏量在各个不同工作位置，在规定的工作压力下，从高压腔漏到低压腔的泄漏量为内泄漏量。
过大的内泄漏量不仅会降低系统的效率，引起过热，而且还会影响执行元件的正常工作。
电磁阀的换向界限电磁阀的压力损失
（4）换向和复位时间换向时间指从电磁铁通电到阀心换向终止的时间；复位时间指从电磁铁断电到阀心回复到初始位置的时间。减小换向和复位时间可提高机构的工作效率，但会引起液压冲击。一般说来，交流电磁阀的换向时间约为0.03~0.05s，换向冲击较大；而直流电磁阀的换向时间约为0.1~0.3s，换向冲击较小。通常复位时间比换向时间稍长。（5）换向频率换向频率是在单位时间内阀所允许的换向次数。
目前交流单电磁铁的电磁阀的换向频率一般为60次/min以下。（6）使用寿命使用寿命指电磁阀用到它某一零件损坏，不能进行正常的换向或复位动作或使用到电磁阀的主要性能指标超过规定指标时经历的换向次数。电磁阀的使用寿命主要决定于电磁铁。湿式电磁铁的寿命比干式的长，直流电磁铁的寿命比交流的长。
压力控制阀的
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压力控制阀压力控制阀的分类常用的压力控制阀的类型如所示。
1.溢流阀溢流阀是能过阀口的溢流，使被控制系统或回路的压力维持恒定，实现稳压、调压或限压作用。对溢流阀的主要要求：调压范围大，调压偏差小，压力振摆小，动作灵敏，过流能力大，噪声小。工作原理和结构形式功用和要求直动式滑阀型溢流阀1－调节螺母2－弹簧3－上盖4－阀心5－阀体（1）直动式溢流阀所示为直动式滑阀型溢流阀的结构及其图形符号。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4的底面c上。
当进口压力较低时，阀心在弹簧2预调力作用下处于最下端，由底端螺母限位。由阀心与阀体5构成的节流口有重叠量l将P与T口隔断，阀处于关闭状态。当进口P处压力升高至作用在阀心底面上液压力大于弹簧预调力时，阀心开始向上运动。当阀心上移重叠量l时，阀口处于开启的临界状态。若压力继续升高至阀口打开，油液从P口经T口溢流回油箱。此时，由于溢流阀的作用，在流量变化时，进口压力能基本保持恒定。
图4-22中L为泄漏油口。图示回油口T与泄漏油流经的弹簧腔相通，L口堵塞，称为内泄。内泄时回油口T的背压将作用在阀心上端面，这时与弹簧力相平衡的将是进出油口压差。若将泄漏油腔与T口的连接通道e堵塞，将L口打开，直接将泄漏油引回油箱，这种连接方式称外泄。
直动式滑阀型溢流阀当压力较高、流量较大时，要求调压弹簧有很大的力，这不仅使调节性能变差，弹簧设计和结构上也难以实现而且阀口虽有重叠量，滑阀仍存在泄漏因而难以实现很高的压力控制，因而这种阀一般用于低压小流量场合，目前已较少应用。
所示为直动式锥阀型和球阀型溢流阀的结构。节流口密封性能好，不需重叠量，可直接用于高压大流量场合。图4-23a所示高压大流量直动式溢流阀锥阀型结构的最高压力、流量分别可达40MPa和300L/min，图4-23b所示的球阀型结构的最高压力、流量可达63MPa和120L/min。图4-23高压大流量直动式溢流阀a）锥阀型b）球阀型
（2）先导式溢流阀先导式溢流阀按其主阀心不同有三种典型结构形式，即一级、二级和三级同心式。二级同心式先导溢流阀如所示，因其主阀与锥阀部分直径保持同心而得名。主阀心1上部受压面积略大于下部，当阀P口压力较低先导阀心4未开启时，作用在主阀心上液压力合力方向与弹簧3作用力相同，使阀关闭。
图4-24二级同心式先导溢流阀1—主阀心2—阻尼孔3—主阀弹簧4—先导阀心5—先导阀弹簧6—调压手轮7—螺堵阀有两个阻尼孔2和8，一个在主阀心上，另一个在先导阀座上。当阀P口的压力增加时，使阻尼孔2，流道a、动态阻尼孔8及先导阀心前容腔的压力相应增加，而能克服先导阀弹簧预调力使先导阀开启，就有液流从P口经阻尼孔2、流道a、阻尼孔8、开启的先导阀和通道b流到T口。此流量将在阻尼孔2两端产生压差。
压差作用在主阀心上下面积上的合力正好与主阀弹簧力平衡时，主阀心处于开启的临界状态。当P口的压力再稍稍增加，而使流经阻尼孔的流量再稍稍增大，阻尼孔2两端压力之差克服主阀弹簧力使主阀打开，这时从P口输入流量将分成两部分，少量流量经先导阀后流向出油口T，大部分则经主阀节流口流向T口。经主阀节流口的流量便在进油口P建立压力。
因流经先导阀的流量极小，所以主阀心上腔的压力基本上和由先导阀弹簧预调力所确定的先导阀心前容腔压力相等，而主阀上阻尼孔2两端用以打开主阀心的压差，仅须克服主阀弹簧的作用力、主阀心重力及液动力等，也并不很大，所以可以认为溢流阀进口处压力基本上也由先导阀弹簧预调力所确定。在溢流阀的主阀心升起且有溢流作用时，溢流阀进口处的压力便可维持由先导阀弹簧所调定的定值。
先导式溢流阀中流经先导阀的油液可内泄（如所示），也可外泄。外泄时，可将先导阀口油单独引回油箱，而将先导阀回油口与主阀回油口T的连接通道b堵住。
二级同心式先导溢流阀1—主阀心2—阻尼孔3—主阀弹簧4—先导阀心5—先导阀弹簧6—调压手轮7—螺堵阀体上有一个远程控制口K，当将此口通过二位二通阀接通油箱时，主阀心上腔的压力接近于零，主阀心在很小的压力下即可向上移动且阀口开得最大，这时泵输出的油液在很低的压力下通过阀口流回油箱，实现卸荷作用。
如果将K口接到另一个远程调压阀上（其结构和溢流阀的先导阀一样）并使打开远程调压阀的压力小于打开溢流阀先导阀心4的压力，则主阀心上腔的压力（从而溢流阀的溢流压力）就由远程调压阀来决定。使用远程调压阀后，便可对系统的溢流压力实行远程调节。
特性当溢流阀稳定工作时，作用在阀心上的力相互平衡。
以所示的直动式溢流阀为例，如令p为进口处的压力（稳态下它就是阀心底端的压力），A为阀心承压面积，Fs为弹簧作用力，Fg为阀心重力，Fbs为作用在阀心上的轴向稳态液动力，Ff为摩擦力，则当阀垂直安放时，阀心上的受力平衡方程为（4-8）在一般情况下，略去阀心自重和摩擦力，将式（4-1）代入上式，令xR表示溢流阀的开度，略去Cr不计，且取Cv=1则有（4-9）
可见溢流阀进口处的压力是由弹簧力决定的。
如忽略稳态液动力，且假设弹簧力Fs变化相当小，则由式（4-9）可知溢流阀进口处的压力基本上维持由弹簧调定的定值。
然而，在弹簧力调整好之后，因溢流阀流量变化，阀口开度xR的变化影响弹簧压紧力和稳态液动力，所以溢流阀在工作时进口处的压力还是会发生变化的。
当溢流量增加时，阀心上升，阀口开度加大，p值亦加大。
溢流阀的开启比越大，它的静态调压偏差就赵小，所控制的系统压力便越稳定。
溢流阀溢流时通过阀口的流量q可以由第一章的式（1-92）求出，在考虑了式（4-10）、式（4-11）和等式A0=ωxR，并因溢流阀的回油口接通油箱，Δp=p，便有如后页所示的公式
溢流阀的理想溢流特性曲线最好是一条在pT处平行于流量坐标的直线，即仅在p达到pT时才溢流，且不管溢流量多少，压力始终保持在pT值上。
实际溢流阀的特性不可能是这样的。
而只能要求它的特性曲线尽可能接近这条理想曲线。
对先导式溢流阀来说，对应于式（4-9）的公式为（4-１3）式中，p＇为主阀心上端的压力，其值由先导阀弹簧的压紧力决定；其余符号意义同前。当先导阀弹簧调整好之后，在溢流时主阀心上端的压力p＇便基本上是个定值，此值与p值很接近（两者间之差值为油液通过阻尼孔的压降），所以主阀弹簧力Fs只要能克服阀心的摩擦力就行，主阀弹簧可以做得较软。
当溢流量变化引起主阀阀心位置变化时，Fs值变化较小，因而p的变化也较小。为此先导式溢流阀的开启比通常都比直动式的大，即静态调压偏差比直动式的小（见图4-25）。
溢流阀的阀心在工作中受到摩擦力的作用，阀口开大和关小时的摩擦力方向刚好相反，因此阀在工作时不可避免地会出现粘滞现象，使阀开启时的特性和闭合时的特性产生差异。
图4-25中的实线表示其开启特性，而虚线则表示其闭合特性。
在某一溢流流量时，这两曲线纵坐标（即压力）的差值，即是不灵敏区（压力在此差值范围内变动时，阀心不起调节作用）。
不灵敏区使受溢流阀控制的系统的压力波动范围增大。
先导式溢流阀的不灵敏区比直动式溢流阀的小。
为了保证溢流阀具有良好的静态特性，一般说来，阀的开启压力和闭合压力对额定压力之比分别不应低于85%和80%。
当溢流阀的溢流量由零到额定流量发生阶跃变化时，其进口压力将如所示迅速升高并超过其调定压力值，然后逐步衰减并稳定在调定压力值上。这过程即为溢流阀的动态特性。图4-26溢流阀的动态特性溢流阀的动态特性
2.减压阀减压阀分定值、定差和定比减压阀三种，其中最常用的是定值减压阀。
如不指明，通常所称的减压阀即为定值减压阀。
功用和要求在同一系统中，往往有一个泵要向几个执行元件供油，而各执行元件所需的工作压力不尽相同的情况。
若某执行元件所需的工作压力较泵的供油压力低时，可在该分支油路中串联一减压阀。
油液流经减压阀后，压力降低，且使其出口处相接的某一回路的压力保持恒定。
对减压阀的要求是：出口压力维持恒定，不受进口压力、通过流量大小的影响。
工作原理和结构减压阀也有直动式和先导式两种，每种各有二通和三通两种形式。图4-27所示为直动式二通减压阀的工作原理。当阀心处在原始位置上时，它的阀口a是打开的，阀的进、出口沟通。这个阀的阀心由出口处的压力控制，出口压力未达到调定压力时阀口全开，阀心不动。当出口压力达到调定压力时，阀心上移，阀口开度xR关小。
如忽略其他阻力，仅考虑阀心上的液压力和弹簧力相平衡的条件，则可以认为出口压力基本上维持在某一定值（调定值）上。这时如出口压力减小，阀心下移，阀口开度xR开大，阀口处阻力减小，压降减小，使出口压力回升，达到调定值。反之，如出口压力增大，则阀心上移，阀口开度xR关小，阀口处阻力加大，压降增大，使出口压力下降，达到调定值。图4-27直动式减压阀工作原理
所示为直动式三通减压阀（带单向阀）的结构和图形符号。图中P1口为一次压力油口，P2口为二次压力油口，T为回油口，弹簧腔泄漏油口Y和T口相通（内泄）。图4-28直动式三通减压阀
先导式二通减压阀三通与二通减压阀减压的工作原理基本相似，其主要区别是：前者有两个可变节流阀口，因此在工作腔P2中无任何负载流量时能正常工作，而后者的负载腔内必须有流量时才能正常工作；此外，三通减压阀的二次压力油口流入反向流量时也可起恒压作用，此时的功能相当于溢流阀，因此三通减压阀又称溢流减压阀。图4-29所示为先导式减压阀，它的工作原理可仿照以及先导式溢流阀来进行分析。
性能（4-14）在中，如忽略减压阀阀心的自重、摩擦力，且令Cv=1，则阀心上的力平衡方程为式中，xc为当阀心开口xR=0时的弹簧预压缩量。由此得（4-15）如忽略稳态液动力，则（4-16）
在使用ks很小的弹簧，且考虑到xR<<xc时，则（4-１7）图4-30减压阀的特性曲线减压阀的p2-q特性曲线如所示。减压阀进口压力p1基本恒定时，若通过的流量q增加，则阀口缝隙xR加大，出口压力略微下降。先导式减压阀出油口压力的调整值越低，它受流量变化的影响就越大。
当减压阀的出油口处不输出油液时，它的出口压力基本上仍能保持恒定，此时有少量的油液通过减压阀开口经先导阀和泄油管流回油箱，保持该阀处于工作状态。
应用减压阀主要用在系统的夹紧、电液换向阀的控制压力油、润滑等回路中。而三通减压阀还可用在有反向冲击流量的场合。必须指出，应用减压阀必有压力损失，这将增加功耗和使油液发热。当分支油路压力比主油路压力低很多，且流量又很大时，常采用高、低压泵分别供油，而不宜采用减压阀。
应用定差减压阀和定比减压阀。主要用来和其他阀组成组合阀，如定差减压阀可保证节流阀进出口间的压差维持恒定，这种减压阀和节流阀串联连接组成的调速阀，其工作原理将在后面提及。图4-31所示为定比减压阀的结构原理图。定比减压阀的进口压力和出口压力之比维持恒定。图4-31定比减压阀
应用阀心在稳态下的力平衡方程：（4-１8）图4-31定比减压阀式中p1、p2——进口、出口压力；A1、A2——阀心面积；xR——阀口开度；xc——阀口关闭，即xR=0时的弹簧预压缩量；ks——弹簧刚度。
弹簧力很小可忽略，则有（4-１9）由式（4-19)可见，在A1/A2一定时，该阀能维持进、出口压力间的定比关系，而改变阀心的压力作用面积A1、A2，便可得到不同的压力比。图4-31定比减压阀
3.顺序阀顺序阀用来控制多个执行元件的顺序动作。通过改变控制方式、泄油方式和二次油路的接法，顺序阀还可具有其他功能，如作背压阀、平衡阀或卸荷阀用。工作原理和结构顺序阀也有直动式和先导式之分，根据控制压力来源的不同，它有内控式和外控式之分；根据泄油方式，它有内泄式和外泄式两种。
直动式内控外泄顺序阀的工作原理顺序阀的工作原理a）结构b）内控外泄式顺序阀符号c）外控外泄式顺序阀符号所示为直动式内控外泄顺序阀的工作原理。泵起动后，油源压力p1克服负载使液压缸Ⅰ运动。当p1口压力升高至作用在柱塞A下端面积上的液压力超过弹簧预调力时，阀心便向上运动，使p1口和p2口接通。油源压力经顺序阀口后克服液压缸Ⅱ的负载使活塞运动。这样利用顺序阀实现了液压缸Ⅰ和Ⅱ的顺序动作。
顺序阀的结构与溢流阀相似。两者主要差别是：顺序阀的出口通常与负载油路相通，而溢流阀的出口则与回油相通，因此顺序阀调压弹簧中的泄漏油和先导控制油必须外泄，如内泄阀将无法开启；而溢流阀的泄漏油和先导控制油可内泄也可外泄。此外，溢流阀的进口压力调定后是不变的，而顺序阀的进口压力在阀开启后将随出口负载增加而进一步升高。若将的下部阀盖转动180°，并将外控口K的螺堵卸去，便成为外控式。
为减少弹簧刚度以使开启后进、出口压力尽可能接近，该阀采用截面积较小的柱塞A。阀心中空以使阀心下端的泄漏油经弹簧腔外泄。
先导式顺序阀1—阀体2—阀心3—阻尼孔4—盖板所示为先导式顺序阀，图示为内控式，也可变成外控式。其先导控制油必须经L口外泄。采用先导控制后，主阀弹簧刚度可大为减小，主阀心面积则可增大，故启闭特性显著改善，工作压力也可大大提高。先导式顺序阀的缺点是当阀的进口压力因负载压力增加而增大时，将使通过先导阀的流量随之增大，引起功率损失和油液发热。
4.平衡阀平衡阀的结构图1—阀体2—锥阀3—先导锥阀4—控制活塞5—活塞附件6—阻尼组件7—阀套8—弹簧组件9—控制弹簧所示为在工程机械领域得到广泛应用的一种平衡阀结构。重物下降时的油流方向为B→A，X为控制油口。当没有输入控制油时，由重物形成的压力油作用在锥阀2上，B口与A口不通，重物被锁定。当输入控制油时，推动活塞4右移，先顶开锥阀2内部的先导锥阀3。
由于阀3右移，切断了弹簧8所在容腔与B口高压腔的通路，该腔快速卸压。此时，B口还未与A口沟通。当活塞4右移至其右端面与锥阀2端面接触时，其左端圆盘正好与活塞附件5接触形成一个组件。该组件在控制油作用下压缩弹簧9继续右移，打开锥阀2，B口与A口相通，其通流截面依靠阀套上几排小孔来逐渐增大，从而起到了很好的平衡阻尼作用。活塞4左端中心部分还配置了一套阻尼组件6。这样，平衡阀在反向通油时就比较平稳。
5.压力继电器压力继电器是利用液体压力信号来启闭电气触点的液压电气转换元件。它在油液压力达到其设定压力时，发出电信号，控制电气元件动作，实现泵的加载或卸荷、执行元件的顺序动作或系统的安全保护和连锁等功能。国内现通常将之归入压力阀类，而国外则通常称之为压力开关而将之归入液压附件类。图4-35压力继电器1—柱塞2—顶杆3—调节螺钉4—微动开关所示为柱塞式压力继电器的结构。
当油液压力达到压力继电器的设定压力时，作用在柱塞1上的力通过顶杆2合上微动开关4，发出电信号。
压力继电器的主要性能包括：（1）调压范围指能发出电信号的最低工作压力和最高工作压力之间的范围。
（2）灵敏度和通断调节区间压力升高，继电器接通电信号的压力（称开启压力）和压力下降，继电器复位切断电信号的压力（称闭合压力）之差为压力继电器的灵敏度。
压力继电器在液压系统中的应用很广，如刀具移到指定位置碰到挡铁或负载过大时的自动退刀；
润滑系统发生故障时的工作机械自动停车；
系统工作程序的自动换接等，都是典型的例子。
流量控制阀流量控制阀是通过改变可变节流口面积大小，从而控制通过阀的流量，达到调节执行元件（缸或马达）运动速度的阀类。常用的液压流量控制阀有节流阀、调速阀、旁通式调速阀（溢流节流阀）、分流集流阀和限速切断阀等。液压系统中使用的流量控制阀应满足如下要求：有足够的调节范围；能保证稳定的最小流量；温度和压力变化对流量的影响小；调节方便；泄漏小等。
1.流量控制原理由第一章“流体力学基础”知，当流体流经细长孔时，液流作层流流动，流过的流量q和细长孔两端的压差Δp成线性关系，如式（1-82）所示；而当流体流经薄壁孔口时，流量q与孔口两端压差Δp的平方根成正比，如式（1-92）所示。一般情况下，流经阀可变节流口（以下简称阀口）的流量公式可写成：（4-20）式中K——常数；A(x)——可变节流孔的通流面积；x——开口量；m——指数，0.5≤m≤1。
由式（4-20）可知，在一定压差Δp下，改变阀心开口x可改变阀口的通流面积A(x)，从而可改变通过阀的流量。这就是流量控制的基本原理。
由式（4-20）还可以看出，通过阀口的流量，和阀口前后压差、油温及阀口形状等因素密切相关。
（1）压差Δp对流量稳定性的影响在使用中，当阀口前后压差变化时，使流量不稳定。
式（4-20）中的m越大，Δp的变化对流量的影响越大，因此阀口制成薄壁孔（m=0.5）比制成细长孔（m=1）的好。
（2）温度对流量稳定性的影响油温的变化引起油液粘度的变化，从而对流量发生影响。
这在细长孔式阀口上是十分明显的。
而对锐边或薄壁型阀口来说，当雷诺数Re大于临界值时，流量系数不受油温影响；
但当压差小，通流面积小时，流量系数与Re有关，流量要受到油温变化的影响。
因而阀口应采用锐边或薄壁型的为好。
（3）最小稳定流量和流量调节范围当阀口压差Δp一定，在阀口面积调小到一定值时，流量将出现时断时续现象；
进一步调小，则可能断流。
每个节流阀都有一个能正常工作的最小稳定流量，其值一般约在0.05L/min左右。
节流阀口发生阻塞的主要原因是由于油液中的杂质、油液高温氧化后析出的胶质等附在节流阀口表面上所致。当阀口开度很小，这些附着层达到一定厚度时，就会使油液时断时续，甚至断流。为减小阻塞现象，可采用水力直径大的节流口；另外，选择化学稳定性和抗氧化稳定性好的油液，精细过滤，定期换油等都有助于防止阻塞，降低最小稳定流量。流量调节范围指通过阀的最大流量和最小流量之比，一般在50以上。高压流量阀则在10左右。
2.节流阀节流阀1—螺母2—阀体3—阀心所示的节流阀，可通过旋转阀心3使之在螺母1中上下移动，从而改变阀心与阀体2组成的节流口面积大小。采用三角槽结构的阀口可提高分辨率，即减小节流口面积对阀心位移的变化率（又称面积梯度），使调节的精确性提高。节流阀在液压系统中主要与定量泵、溢流阀和执行元件等组成节流调速系统。调节其开口，便可调节执行元件运动速度的大小。节流阀也可于试验系统中用作加载等。
3.调速阀调速阀的工作原理a）结构b）图形符号c）简化的图形符号所示为调速阀进行调速的工作原理。液压泵出口（即调速阀进口）压力p1由溢流阀调定，基本上保持恒定。调速阀出口处的压力p2由活塞上的负载F决定。所以当F增大时，调速阀进出口压差p1-p2将减小。如在系统中装的是普通节流阀，则由于压差的变动，影响通过节流阀的流量，从而使活塞运动的速度不能保持恒定。
调速阀是在节流阀的前面串接了一个定差式减压阀，使油液先经减压阀产生一次压力降，将压力降到pm。利用减压阀阀心的自动调节作用，使节流阀前后压差Δp=pm-p2基本上保持不变。减压阀阀心上端的油腔b通过孔道a和节流阀后的油腔相通，压力为p2，而其肩部腔c和下端油腔d，通过孔道f和e与节流阀前的油腔相通，压力为pm。
活塞上负载Ｆ增大时，p2升高，于是作用在减压阀阀心上端的液压力增加，阀心下移，减压阀的开口加大，压降减小，因而使pm也升高，结果使节流阀前后的压差pm-p2保持不变。反之亦然。这样就使通过调速阀的流量恒定不变，活塞运动的速度稳定，不受负载变化的影响。上述调速阀是先减压后节流型的结构。调速阀也可以是先节流后减压型的，两者的工作原理和作用情况基相上相同。
应当指出，这种阀称为调速阀是不十分确切的，称稳流量阀似更合符实际。
稳态特性调速阀的流量特性可按下述基本关系式推导出来。式中带Ｒ下标为减压阀，带Ｔ下标为节流阀。（4-21）当忽略减压阀阀心的自重和摩擦力时，阀心上受力平衡方程为式中，xc为阀心开口xR=0时的弹簧预压缩量。减压阀和节流阀的开口都是薄壁孔形式，所以通过减压阀和节流阀的流量分别为
于是（4-22）
考虑到（4-24）（4-23）由式（4-24）可见，在满足式（4-23）的条件下，通过调速阀的流量可以基本上保持不变。则
调速阀和节流阀的流量特性调速阀的q与Δp间的关系曲线示于中。图中也示出节流阀的流量特性，以资比较。调速阀因有减压阀和节流阀两个液阻串联，所以它在正常工作时，至少要有0.4~0.5MPa的压差。这是因为在压差很小时，减压阀阀心在弹簧作用下处于最下端位置，阀口全开，不能起到稳定节流阀前后压差的缘故。调速阀和节流阀的流量特性
应用1）调速阀在液压系统中的应用和节流阀相仿，它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，也可用在容积-节流调速回路中。2）调速阀在连接时，可接在执行元件的进油路上，也可接在执行元件的回油路上，或接在执行元件的旁油路上。
4.旁通式调速阀旁通式调速阀亦称溢流节流阀，图4-39所示旁通式调速阀是由定差溢流阀与节流阀并联而成。当负载压力变化时，由于定差溢流阀的补偿作用使节流阀两端压差保持恒定，从而使流量与节流阀的通流面积成正比，而与负载压力无关。
图4-39旁通式调速阀1—液压缸2—安全阀3—溢流阀4—节流阀由图可见，进口处高压油p1，一部分通过节流阀４的阀口由出油口处流出，压力降到p2，进入液压缸１克服负载Ｆ而以速度v运动。另一部分则通过溢流阀3的阀口溢回油箱。溢流阀上端的油腔与节流阀后的压力油p2相通，下端的油腔与节流阀前的压力油p1相通。
（4-25）溢流阀阀心的受力平衡方程：式中ks——溢流阀弹簧刚度；xo——溢流阀阀心在底部限位时的弹簧预压缩量；xc——溢流阀开启（xR=0）时阀心位移；xR——阀开口量；Ffs——溢流阀阀心稳态液动力。p1、p2、A、A1、A2如所示。
式（4-25）中，阀心面积A=A1+A2，设计时使xo+xc＞＞xR，若忽略稳态液动力Ffs，则有：（4-26）节流阀两端压差p1-p2基本保持恒定。在稳态工况下，当负载力F发生变化，例如增加时，p2即上升，溢流阀阀心力平衡破坏，这时溢流阀阀心向下运动，溢流阀口xR减小，进口压力p1上升，溢流阀阀心建立新的力平衡，节流阀口两端压差p1-p2仍然不变；
反之，若负载力F减小时，p2下降，但p1也下降，压差p1-p2、流量和速度也保持不变。当调节节流阀开度xT，例如增大时，通过节流阀的流量和活塞运动速度v均将增加，溢阀口xR将减小，但p1-p2将保持不变。同理可分析xT减小的情况。
中2为安全阀。当负载压力p2超过其调定压力时，安全阀将开启，流过安全阀的流量在节流阀口xT处的压差增大，使溢流阀阀心克服弹簧力向上运动，溢流阀口xR将开大，泵通过溢流阀口的溢流加大，进口压力p1得到限制。调速阀和溢流节流阀虽都是通过压力补偿来保持节流阀两端的压差不变，但在性能和应用上有一定差别。
调速阀应用在由液压泵和溢流阀组成的定压油源供油的节流调速系统中，如前所述，它可以安装在执行元件的进油路、回油路或旁油路上。旁通式调速阀只能用在进油路上，泵的供油压力p1将随负载压力p2而改变，因此系统功率损失小，效率高，发热量小，这是其最大的优点。此外，旁通式调速阀本身具有溢流和安全功能，因而与调速阀不同，进口处不必单独设置溢流阀。
但是，旁通式调速阀中流过的流量比调速阀的大（一般是系统的全部流量），阀心运动时阻力较大，弹簧较硬，其结果是使节流阀前后压差Δp加大（须达0.3~0.5MPa），因此它的稳定性稍差。
5.分流集流阀分流集流阀分为分流阀、集流阀和兼有分流、集流功能的分流集流阀。这是一种同步控制阀，其功能是将一个油源按一定的流量比例（一般相等）同时向两个液压缸或液压马达供油（分流）或接受回油（集流），而两路流量（即执行元件速度）不受负载压力变化的影响。分流集流阀具有压力补偿的功能。图4－40a所示为一螺纹插装、挂钩式分流集流阀。
图中二位三通阀通电后在右位接入时起分流阀作用，断电时左位接入，起集流阀作用。
分流集流阀a）结构原理b）分流阀c）集流阀d）分流集流阀1—阀心2—阀套3—可变节流孔4—固定节流孔5—内侧弹簧6—外侧弹簧该阀有两个完全相同的带挂钩的阀心1，其上钻有固定节流孔4，按流量规格不同，固定节流孔直径及数量不同，流量越大孔数和孔径越大；两侧流量比例为1∶1时，两阀心上固定节流孔完全相同。阀心上还有通油孔及沉割槽，沉割槽与阀套上的圆孔组成左右两个可变节流口3。
两根完全相同的外侧弹簧6其刚度较内侧弹簧5的大。
现分析起分流阀作用时的工作原理。假设两缸完全相同。开始时负载力F1和F2以及负载压力p1’和p2’完全相等。供油压力为ps、流量q等分为q1和q2，活塞速度v1与v2相等。由于流量q1和q2流经固定节流孔产生压降，而两个阀心的内侧都是高压，因此在压差作用下，两阀心相离，挂钩互相钩住，两根弹簧产生相同变形。此时，假设F1增大，p1’升高，p1则也将升高。这时两阀心将同时右移。
使左边的可变节流口开大，右边的可变节流口减少，从而使p2也升高，阀心处于新的力平衡。若忽略阀心位移引起的弹簧力变化等影响，p1和p2在阀心位移后仍近似相等，此时左侧可变节流口两端压差p1-p1’虽比原来减小，但阀口通流面积增大，而右侧可变节流口两端的压差p2-p2’虽增大，但阀口通流面积减小，因此两侧负载流量q1和q2在F1>F2后仍基本相等。但F1增大后，q1和q2比原来的要减小。
即一侧负载加大后，两者流量和速度虽仍能保持相等，但比原来的要小。同样的分析可知当F1减小后，两侧流量和速度也能相等，但比原来的要增加。
由于弹簧力和液动力变化、摩擦力的影响以及两侧固定节流孔特性不可避免的差异，因此分流集流阀有约2%~5%的同步误差。分流集流阀主要用在精度要求不太高的同步控制场合。起集流阀作用时，两缸中的油经阀集流后回油箱。此时由于压差作用两阀心相抵。同理可知，两缸负载不等时，活塞速度和流量也能基本保持相等。
6.限速切断阀在液压举升系统中，为防止意外情况发生时由于负载自重而超速下落，常设置一种当管路中流量超过一定值时自动切断油路的安全保护阀，即限速切断阀。
限速切断阀1—阀体2—锥阀3—弹簧4—挡圈限速切断阀的典型应用例子是液压升降平台，用于防止液压缸回油管道破裂等意外情况发生时平台因自重急剧下降而引发事故。图4-41所示为一限速切断阀。图中锥阀2上有固定节流孔，其数量及孔径由所需的流量确定。锥阀在弹簧３作用下由挡圈４限位，锥阀口开至最大。当流量增大，固定节流孔两端压差作用在锥阀上的力超过弹簧预调力时，锥阀开始向右移动。
当流量超过一定值时，锥阀会完全关闭，而使液流切断。反向作用时该阀无限流作用。
常用气动控制阀常用气动控制阀也分为方向控制阀、压力控制阀和流量控制阀三大类。气动控制阀的功用、工作原理等和液压控制阀的相似，仅在结构上有些不同。
方向控制阀与液压方向控制阀相同，气动方向控制阀也分为单向阀和换向阀。气动换向阀可按阀心结构、控制方式等进行分类，从阀心结构来看，以截止式换向阀和滑柱式换向阀应用较多。1.方向控制阀的分类
气动方向控制阀分类
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气动方向控制阀分类
截止式换向阀工作原理单气控截止式换向阀所示为二位三通单气控截止式换向阀的工作原理。4-42a为无控制信号时的状态，阀心在弹簧力及Ｐ腔压力作用下关闭，气源被切断，Ａ、Ｏ相通，阀没有输出；当加上控制信号K（如图4-4２b）时，阀心克服弹簧力和Ｐ腔压力而向下运动，打开阀口使Ｐ、Ａ相通，阀有输出。此阀属常闭型二位三通阀，若将Ｐ、Ｏ换接，则为常通型二位三通阀。
滑柱式换向阀工作原理双气控滑柱式换向阀所示为二位五通双气控滑柱式换向阀的工作原理。图4-43a为有控制信号K1时，滑柱停在右端，通路状态是Ｐ→B、Ａ→O1，Ｂ腔进气，Ａ腔排气；当有控制信号Ｋ2时，滑柱左移，通路状态变为Ｐ→A、Ｂ→O2，Ａ腔进气，Ｂ腔排气。显然，这种双气控滑柱式换向阀具有记忆功能，即控制信号消失后，阀仍然保持着有信号时的工作状态。
2.单向型控制阀单向阀单向阀1—弹簧2—阀心3—阀座4—阀体单向阀是最简单的一种单向型方向阀。图4-44所示为单向阀的典型结构。当气流由Ｐ口进气时，气体压力克服弹簧力和阀心与阀体之间的摩擦力，阀心左移，Ｐ、Ａ接通。为保证气流稳定流动，Ｐ腔与Ａ腔应保持一定压力差，使阀心保持开启。当气流反向时，阀心在Ａ腔气压和弹簧力作用下右移，Ｐ、Ａ关闭。密封性是单向阀的重要性能。
最好采用平面弹性密封，尽量不采用钢球或金属阀座密封。
梭阀（或门）图4-45梭阀1—阀体2—阀心3—阀座梭阀相当于由两个单向阀组合而成，有两个输入口和一个输出口，在气动回路中起逻辑“或”的作用，又称或门型梭阀。图4-45所示为梭阀的两种结构。当P1腔进气，P2腔通大气时，阀心推向左边，A有输出。反之，P2腔进气，P1腔通大气，阀心推向右边，Ａ也有输出。当P1、P2都进气。且气压力相等，视压力加入的先后次序，阀心可停在左边或右边；
若压力不等，则开启高压口通路。这两种情况下Ａ都有输出。图4-45a的结构在切换过程中有串气现象。但因摩擦阻力小，最低工作压力低，广泛应用于执行回路和不会造成误动作的控制回路。图4-45b避免了串气现象，但摩擦阻力较大，最低工作压力增高，多用于控制回路，特别是逻辑回路中。图4-45c为该阀的图形符号。或门型梭阀在逻辑回路和程序控制回路中被广泛采用。
图4-46是在手动一自动回路的转换上常应用的或门型梭阀。当其用于高低压转换回路中时，须注意，若一个输入口进气，另一个输入口则必须排气。图4-46梭阀应用回路
双压阀（与门）双压阀又称与门型梭阀，其有两个输入口P1、P2和一个输出口A。当P1、P2都有输入时，Ａ才有输出。使用于互锁回路中，起逻辑“与”的作用。图4-47双压阀所示为双压阀的一种结构。当P1进气，P2通大气时，阀心推向右侧，使P1、Ａ通路关闭，Ａ无输出。反之，当P2进气而P1通大气时，阀心推向左侧，使P2、A关闭，A也无输出。只有当P1、P2同时输入时，气压低者的一侧才与A相通，使A有输出。
与门型梭阀的应用很广泛，图4-48所示为该阀在互锁回路中的应用。行程阀1为工件定位信号，行程阀2是夹紧工件信号。只有在工件定位并被夹紧后，即只有当1、2两个信号同时存在时，与门型梭阀（双压阀）3才有输出，使换向阀4切换，钻孔缸5进给，钻孔开始。图4-48双压阀应用回路1、2—行程阀3—双压阀4—换向阀5—钻孔缸
快速排气阀快速排气阀a）关闭状态b）排气状态c）图形符号1、2—阀口所示为快速排气阀。当P腔进气后，活塞上移，阀口2开启，阀口1关闭，P口和A口接通，A有输出。当P腔排气时，活塞在两侧压差作用下迅速向下运动，将阀口2关闭，阀口1开启，A口和排气口接通，管路中的气体经A通过排气口快速排出。图4-50快速排气阀应用回路快速排气阀主要用于气缸排气，以加快气缸动作速度。
通常，气缸的排气是从气缸的腔室经管路及换向阀而排出的，若气缸到换向阀的距离较长，排气时间亦较长，气缸的动作缓慢。采用快速排气阀后，则气缸内的气体就直接从快速排气阀排向大气。快速排气阀的应用回路如所示。
3.换向型控制阀换向型方向控制阀的功能是改变气体通道使气体流动方向发生变化从而改变气动执行元件的运动方向，以完成规定的操作。气压控制换向阀气压控制换向阀是利用气体压力来获得轴向力使主阀心迅速移动换向而使气体改变流向的，按施加压力的方式不同可分为加压控制、卸压控制、差压控制和延时控制等。
动作原理见图4-51，阀心沿着加压方向移动换向。
图4-51加压控制原理
动作原理见图4-52，阀心沿着降压方向移动换向。
图4-52卸压控制原理
（3）差压控制差压控制是利用阀心两端受气压作用的有效面积不等，在气压作用下产生的作用力之差而使阀切换的，其动作原理见图4-53。图4-53差压控制原理
延时控制分为固定式和可调式两种，可调延时又分为固定气阻可调气容式和固定气容可调气阻式等。
所示为二位三通可调延时换向阀，它由延时部分和换向部分组成。当无控制信号K时，P与A断开，A腔排气；当有控制信号时，气体从K腔输入经可调节流阀后到气容C内，使气容不断充气，直到气容内的气压上升到某一值时，使阀心右移，P与A接通，A有输出。当气控信号消失后，气容内气压经单向阀迅速排空，在弹簧力作用下阀心复位，A无输出。这种阀的延时时间可在1~20s内调节。若P、O换接，就成为常通延时断型阀。
图4-54可调延时换向阀
为二位三通固定延时换向阀（常称脉冲阀）的工作原理图，它是靠气流流经气阻、气容的延时作用，使压力输入长信号变为短暂的脉冲信号输出的阀类。当有气压从P口输入时，阀心在气压作用下向上移动，A口有气输出。同时，气流从阀心中间小孔不断向气容充气，在充气压力达到动作压力时，阀心迅速下移，使P与A断开，A与O相通，输出消失，从而将通入A腔中的保持信号转化为脉冲信号排出。
这种脉冲阀的工作气压范围为0.15-0.8Mpa，脉冲时间短于2s。图4-55固定延时换向阀（脉冲阀）气压控制阀在易燃、易爆、潮湿等工作环境中比电磁阀安全，但远距离控制或遥控较困难。
电磁控制换向阀电磁控制换向阀是利用电磁力使阀心迅速移动换向的。与液压传动中的电磁阀一样，电磁控制换向阀也由电磁铁和主阀两部分组成。按电磁力作用于主阀阀心方式不同分为直动式电磁阀和先导式电磁阀两种。它们的工作原理分别与液压阀中的电磁换向阀和电液换向阀相似。
根据阀心复位的控制方式可分为单电磁控制弹簧复位和双电磁控制两种。
图4-56直动式单电磁控制换向阀工作原理1—电磁铁2—阀心单电磁控制换向阀的工作原理如所示，图4-56a为断电时的状态，阀心在弹簧的作用下隔断P、A通路，接通A、O通路，阀排气；
图4-56b为通电时的状态，电磁铁将阀心推向下位，接通P、A通路，隔断A、O通路，阀进气；
图4-56c为该阀的图形符号。
从图中可知，这种阀阀心的移动靠电磁铁，而复位靠弹簧，因而换向冲击较大，故一般只制成小型的阀。
若将阀中的复位弹簧改成电磁铁，就成为双电磁控制换向阀。
直动式双电磁控制换向阀工作原理1、3—电磁铁2—阀心所示为双电磁控制换向阀。图4-57a为1通电、3断电时的状态，阀心右移，P、A腔接通，A腔进气；B、O2腔接通，B腔排气。图4-57b为3通电、1断电时的状态，动作相反。图4-57c为其图形符号。由此可见，这种阀的两个电磁铁只能交替通电工作，不能同时通电，否则会产生误动作，但可同时断电。
在两个电磁铁均断电的中间位置，通过改变阀心的形状和尺寸，可形成三种气体流动状态（类似于液压阀的中位机能），即中间封闭（O型），中间加压（P型）和中间卸压（Y型），以满足气动系统的不同要求。直动式电磁阀的特点是结构简单，与先导式电磁阀相比，控制相同通径主阀时，所需的电磁铁较大。当主阀心换向不灵或卡住时，交流电磁铁易烧毁线圈。
它实际上是由电磁控制和气压控制（加压、卸压、差压等）组成的一种复合控制阀。
其特点是起动功率小，主阀阀心行程不受电磁控制部分影响，不会因主阀心卡住而烧毁线圈。
先导式电磁阀也分单电磁气控和双电磁气控两种。
机械控制和人力控制换向阀是靠机动（行程挡块等）和人力（手动或脚踏等）来使阀产生切换动作的，其工作原理与液压阀中相类似的阀基本相同。
压力控制阀的分类
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所示为气动压力控制阀的分类，这里所有的压力控制阀都是利用空气压力和弹簧力相平衡的原理工作的。表4-12压力控制阀的分类
2.气动减压阀减压阀的调压方式有直动式和先导式两种。一般先导式减压阀的流量特性比直动式好。图4-60所示为直动式减压阀结构原理。阀在原始状态时，进气阀8在复位弹簧9作用下处于关闭状态时，进气阀8在复位弹簧9作用下处于关闭状态，输入和输出不通，输出口无气压输出。
图4-60直动式减压阀1—调节手柄2、3—调压弹簧4—溢流阀口5—膜片6—反馈导管7—阀杆8—进气阀9—复位弹簧10—溢流口若顺时针调节手柄1，调压弹簧3被压缩，推动阀杆7下移，进气阀被打开空气流过进气阀开口降压，并在输出口有气压输出。同时，输出气压经反馈导管6作用在膜片5上产生向上的推力。该推力和调压弹簧相平衡时，阀便有稳定的压力输出。
若输出压力超过调定值时，膜片离开平衡位置向上变形，使得溢流阀口4和阀杆7脱开，多余的空气经溢流口10排入大气。输出压力降到调定值时，溢流阀口关闭，膜片上的受力保持平衡状态。若逆时针旋转调节手柄，调压弹簧放松，作用在膜片上的气压力大于弹簧力，溢流阀口打开，输出压力降低直到为零。该阀为溢流式减压阀。反馈导管的作用是为了提高减压阀的稳压精度，另外可改善减压阀的动态特性。
当负载突然改变或变化不定时，反馈导管起阻尼作用，避免振荡现象发生。
直动式减压阀1—调节手柄2、3—调压弹簧4—溢流阀口5—膜片6—反馈导管7—阀杆8—进气阀9—复位弹簧10—溢流口当减压阀的接管口径很大或输出压力的给定值较高时，相应地膜片等结构尺寸也很大。
若用调压弹簧直接调压，则弹簧过硬，不仅调节费力，而且当输出流量较大时，输出压力波动也很大。
因此，接管口径20mm以上且输出压力大于0.63MPa时，一般宜用先导式结构。
在需要远距离遥控时，可采用遥控先导式减压阀。
先导式减压阀是使用预先调整好压力的空气来代替直动式调压弹簧进行调压的。
其调节原理和主阀部分的结构与直动式减压阀相同。
先导式减压阀的调压空气一般是由小型的直动式减压阀供给的。
减压阀的特性为简化分析，假设工作介质空气是不可压缩的；在此条件下建立直动式减压阀阀心受力的静态平衡方程，进而讨论阀的压力特性和流量特性。图4-61所示为减压阀受力分析原理图。输出流量不变，若处于平衡状态时输入压力p1变动Δp1引起输出压力p2变动Δp2，则得阀的压力特性表达式：（4-27）式中A1——膜片有效面积；A0——阀心有效面积；
图4-61减压阀受力分析原理图式（4-27）表示了减压阀的压力特性，说明输出压力变动与输入压力变动相反，且当A1>>A0时，输出压力变动较小。
如果阀的输入压力不变，输出流量变动Δq，对应进气阀门开度波动Δx，引起输出压力变动Δp2，则可得阀的流量特性表达：（4-28）式中k1——调压弹簧刚度；k2——复位弹簧刚度；c——阀门开度和流量的比例系数，由进气阀门结构决定。式（4-28）表示了减压阀的流量特性。改善阀的流量特性，提高稳压精度有两个途径：一是增大膜片的有效面积；二是减小弹簧刚度。
157第四章控制元件减压阀的主要性能有调压范围、压力特性、流量特性和溢流特性。
减压阀的输出压力在调压范围内应能连续稳定地调整，无突跳现象。
减压阀的溢流特性表示通过溢流口的溢流量q1与输出口超压压力Δp(Δp=p2’－p2)之间的关系，如所示。
图上，a点为减压阀的输出压力调定值p2，b点为溢流口即将打开时的输出压力p2’。
减压阀的压力特性和流量特性表示了阀的稳压性能，是选用阀的重要依据。
阀的输出压力只有低于输入压力一定值时，才能保证输出压力的稳定，输入压力至少要高于输出压力0.1MPa。
阀的输出压力越低，受流量的影响越小，但在小流量时，输出压力波动较大，当使用流量超出规定的流量范围时，输出压力将急剧下降。
减压阀特性a）压力特性b）流量特性c）溢流特性
3.精密减压阀在气动测量、调节仪表及低压、微压装置中，需要供给精确的气源压力或信号压力，一般减压阀难以满足要求，这时必须使用精密减压阀。图4-63精密减压阀工作原理1—恒气阻2、6—腔室3—喷嘴4—调压弹簧5、7—膜片8—阀心当减压阀的输出压力p2变化时，例如压力下降，则膜片（挡板）5在调压弹簧4的作用下靠近喷嘴3，引起喷嘴-挡板放大器背压腔2中的压力p0升高。
p0作用在下膜片7上使阀心开度增加，通流面积增大，输出压力p2上升，直至达到规定的调定值。图4-63所示为精密减压阀的工作原理图。它是在普通直动式减压阀中增加了一个喷嘴、挡板放大器，即构成了精密减压阀。放大器包括恒气阻（固定节流）、喷嘴、膜片（挡板）和背压腔室。由于在普通减压阀的调压弹簧和阀心之间增加了一个具有高放大倍数的喷嘴-挡板放大器，因而精密减压阀的稳压精度高。
4.过滤减压阀和气动三联件所示为过滤减压阀，它是将分水过滤器与直动式减压阀集成，做在一个壳体内并配以压力表，兼备了过滤和调压两种功能，使用方便。
如所示。
图4-64过滤减压阀和气动三联件a）过滤减压阀b）气动三联件1—分水过滤器2—减压阀3—压力表4—油雾器5—滴油量调节螺钉6－油杯放气螺塞7—放水螺塞
气源组合装置（部分）现在气动元件的集成化程度越来越高，有些厂商将开关阀、过滤减压阀、分气块、压力继电器、油雾器、安全启动阀等元件按不同方式组成各种气源组合装置，供用户选用。部分组合装置示于图4-65。
5.安全阀（溢流阀）图4-66安全阀1—阀体2—阀口3—阀心4—弹簧所示为安全阀示意图。阀的输入口与控制系统（或装置）连接。当系统中的气体压力为零时，作用在阀心上的弹簧力（或重锤）使它紧压在阀座上。当系统中的气体压力上升到pk，使安全阀开启，压缩空气从排气口急速排出。阀开启后，若系统中的压力继续上升到安全阀的全开压力pq时，则阀心全部开启，从排气口排出额定的流量。
此后，系统中压力逐渐降低，当低于系统工作压力的调定值（即阀的关闭压力pg）时，阀门关闭，并保持密封。由上述工作原理可知，对于安全阀来说，要求当系统中的工作气压刚一超过阀的调定压力（开启压力）时，阀门便迅速打开，并以额定流量排放，而一旦系统中的压力稍低于调定压力时，便能立即关闭阀门。
因此，在保证安全阀具有良好的流量特性前提下，应尽量使阀的关闭压力pg接近于阀的开启压力pk，而全开压力pq接近于开启压力pk，有pg<pk<pq。
6.顺序阀顺序阀是依靠气动回路中压力的变化来控制顺序动作的一种压力控制阀。图4-67顺序阀a）关闭状态b）开启状态所示为顺序阀的示意图。当输入口P的气体作用在阀的活塞上的力大于弹簧力的调定值时，P→A接通，阀开启，气体输向下一个执行元件，实现顺序动作。
实现流量控制的装置很多，大致可分为两类。
一类是不可调节的流量控制，如细长管、孔板等；
另一类是可以调节的流量控制，如喷嘴挡板机构、流量控制阀等。
气动系统中，一般利用流量控制阀实现流量控制。
气动流量控制阀主要包括以下两种：一种设置在回路中，对回路所通过的空气流量进行控制，这类阀有节流阀、单向节流阀、柔性节流阀、行程节流阀；
节流阀、单向节流阀和行程节流阀的工作原理与液压阀中同类型阀相似。
1.柔性节流阀柔性节流阀1—上阀杆2—橡胶管3—下阀杆所示为柔性节流阀的原理图，其节流作用主要是依靠上下阀杆夹紧柔韧的橡胶管而产生的。当然，也可以利用气体压力来代替阀杆压缩橡胶管。柔性节流阀结构简单，压力降小，动作可靠性高，对污染不敏感，通常工作压力范围为0.3~0.63MPa。
2.排气节流阀排气节流阀的工作原理与节流阀相同，只是安装在元件的排气口（如换向阀的排气口），用改变排气流量来控制气缸的运动速度。图4-69排气消声节流阀所示为一种排气消声节流阀。它是由节流阀和消声器构成，直接拧在换向阀的排气口上。由于其结构简单，安装方便，能简化回路，故应用日益广泛。
液压叠加阀、插装阀和多路阀根据安装形式的不同，阀类元件曾制成各种结构形式。
管式连接和法兰式连接的阀，占用的空间较大，装拆和维修保养都不太方便，现在已越来越少用。
相反，板式连接和插装式连接的阀则日益占有优势。
板式连接的普通液压阀，可以将它们安装到集成块上，利用集成块上的孔道实现油路间的连接，也有直接将阀做成叠装式的结构。
这就是叠加阀。
多路阀是在工程机械中用以控制多个执行元件用的组合阀。
叠加阀叠加阀是液压系统集成化的一种方式。由叠加阀组成的叠加阀系统如所示。叠加阀系统最下面一般为底板，其上有进、回油口及执行元件的接口。一个叠加阀组一般控制一个执行元件。如系统中有几个执行元件需要集中控制，可将几个叠加阀组竖立并排安装在多联底板块上。叠加阀系统各单元叠加阀间不用管子和其他形式的连接体，因而结构紧凑，尤其是系统的更改较方便。
叠加阀是标准化元件，设计中仅需按工艺要求绘制液压系统原理图，即可进行组装，因而设计工作量小，目前已广泛应用于冶金、机床、工程机械等领域。
叠加阀组成的系统1—电磁换向阀2—液控单向阀3—单向节流阀4—减压阀5—底板6—液压缸
1.盖板式二通插装阀的组成盖板式二通插装阀的结构原理图1—阀套2—阀心3—弹簧4—控制盖板盖板式二通插装阀（以下简称插装阀）主要由插装件和控制盖板两部分构成，如所示。其中插装件由阀套1、阀心2和弹簧3以及密封件等组成，它有多种面积比和弹簧刚度，主要功能是控制主油路中油流的方向、压力和流量。控制盖板4内加工有各种控制油道，与先导控制阀组合后可以控制插装件的工作状态。
先导控制阀采用小通径电磁滑阀或球阀，通过电信号或其他信号控制插装阀的启闭，从而实现各种控制功能。
2.工作原理从工作原理而言，插装阀是一个液控单向阀。图4-71中，A、B为主油路通口。X为控制油路通口。设A、B、X油口的压力及其作用面积分别为pA、pB、pX和AA、AB、AX，AX=AA+AB，Fs为弹簧作用力。如不考虑阀心的质量、液动力和摩擦力等的影响，则当pAAA+PBAB>pXAX+Fs时，阀心开启，油路A、B接通；
当pAAA+pBAB<pXAX+Fs时，阀心关闭，A、B不通。可见，只要改变控制油口X的压力pX就可以控制油口A、B的通断。因此，插装阀通过不同的控制盖板和各种先导阀组合，便可构成方向控制阀、压力控制阀和流量控制阀。
AA、AB和AX三个面积之间的比例关系对插装阀的性能和用途有很大影响。一般定义α=AX/AA为面积比，此外还有αA=AA/AX、αB=AB/AX、AA∶AX、AA∶AB等不同表示方法。目前国内外厂商生产的插装阀的面积比（AA∶AX）根据不同的用途大致有1∶1.0、1∶1.07、1∶1.1、1∶1.2、1∶1.5、1∶1.6、1∶2.0等。面积比图形符号ISO1219标准规定了插装阀的图形符号。
但各厂商都仍沿用着各自的图形符号。表4-13所示为TJ型插装件图形符号，以供参考。
TJ型插装件图
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TJ型插装件图形符号用途图形符号面积比AA∶AX插装件类型用于方向控制≤1∶1.5基本型插装件用于方向及压力控制；也可用于B→A单向阀≤1∶1.5阀心带阻尼孔的插装件用于方向及流量控制≤1∶1.5阀心带2或4个三角形节流窗口尾部的插装件
用途图形符号面积比AA∶AX插装件类型用于方向控制，具有启闭缓冲功能≤1∶1.5阀心带缓冲尾部的插装件常用于A→B单向阀≤1∶1.5阀心侧向钻孔的插装件用于无泄漏方向控制，或使用低粘度介质的场合≤1∶1.5阀心带O形密封圈的插装件用于方向及压力控制=1∶1.1基本型插装件
用于方向及压力控制=1∶1.1阀心带底部阻尼孔的插装件用于方向及流量控制=1∶1.1阀心带4个三角形节流窗口尾部的插装件用于压力控制=1∶1或=1∶1.1基本型插装件用于压力控制=1∶1或=1∶1.1阀心带底部阻尼孔的插装件用于减压控制=1∶1或=1∶1.1减压阀型插件
3.应用举例所示为二通插装阀组成方向控制阀的几个例子。图4-72a为单向阀。当pA>pB时，阀心关闭，A、B不通；而当pB>pA时，阀心开启，油液可从B流向A。图4-72b用作二位三通阀。当电磁铁断电时，A、T接通；电磁铁通电时，A、P接通。图4-72c用作二位二通阀。当二位三通电磁阀断电时，阀心开启，A、B接通；电磁铁通电时，阀心关闭，A→B不能，B→A可通，相当于一个单向阀。
图4-72d用作二位四通阀。电磁铁断电时，P和B接通，A和T接通；电磁铁通电时，P和A接通，B和T接通。图4-72插装阀用作方向控制阀的示意图a）单向阀b）二位三通阀c）二位二通阀d）二位四通阀
插装阀用作压力控制阀的示意图a）溢流阀或顺序阀b）减压阀c）卸荷阀对插装阀的控制腔X的压力进行控制，便可构成压力控制阀。图4-73所示为插装阀用作压力控制阀的示意图。图4-73a中，如B接油箱，则插装阀起溢流阀作用；B接另一油口，则插装阀起顺序阀作用。图4-73b中，用常开式滑阀阀心作减压阀，B为一次压力油p1进口，A为出口。
由于控制油取自A口，因而能得到恒定的二次压力p2，所以这里的插装阀用作减压阀。图4-73c中，插装阀的控制腔再接一个二位二通电磁阀，当电磁铁通电时，插装阀便用作卸荷阀。
所示为插装阀用作流量控制阀的示意图。在阀的顶盖上有阀心升高限位装置（见图4-75），通过改变阀心行程调节杆1的位置，便可调节阀口通流截面的大小，从而调节了流量。图4-74a中插装阀用作节流阀，而中则用作调速阀。图4-74插装阀用作流量控制阀的示意图a）节流阀b）调速阀1—定差减压阀2—节流阀节流阀结构图1—阀心行程调节杆2—带三角形节流窗口尾部的阀心
螺纹插装阀通过螺纹与阀块上的标准插孔相连接（见图4-76）。在阀块上钻孔将各种功能的螺纹插装阀连接成阀系统。螺纹插装阀已发展为具有压力、流量和方向控制阀以及手动、电磁、比例、数字等多种控制方式以及各种尺寸系列的阀类。图4-76螺纹插装单向阀螺纹插装阀有二、三、四通多种通口形式，而且不必另用螺钉固定，因而有结构紧凑、装卸方便、布置灵活等优点。螺纹插装阀的尺寸、流量规格一般比二通插装阀要小。
螺纹插装阀在小型工程机械、农业机械、起重运输机械等领域有广泛应用，且有较好的发展前景。
多路阀多路阀将两个以上的阀块组合在一起，用以操纵多个执行元件的运动。因多路阀可根据不同液压系统的要求，把安全阀、过载阀、补油阀、分油阀、制动阀、单向阀等阀组合在一起，所以它结构紧凑，管路简单，压力损失小，而且安装简便。多路阀广泛应用于工程机械、起重运输机械和其他要求操纵多个执行元件运动的行走机械。按阀体的结构形式，多路阀有整体式和分片式（组合式）两种；
按油路连接方式，多路阀可分为并联、串联、串并联及复合油路；而采用多路阀时液压泵的卸荷方式，有中位卸荷和采用安全阀卸荷两种。多路换向阀可由手动换向阀组合，也可由电液比例或电液数字控制方向阀等组合而成。
所示为多路阀的基本油路形式。图4-77a所示为并联油路，从进油口来的压力油直接和各联换向阀的进油腔相连，而各联换向阀的回油腔则直接汇集到多路换向阀的总回油口。各阀可独立操作，但若同时操作两个或两个以上换向阀时，负载轻的执行机构先动作，而分配到各执行元件的油液仅是泵流量的一部分。图4-77b所示为串联油路，后一联换向阀的进油腔和前一联的回油腔相连。
该油路可实现两个或两个以上执行机构同时动作，但此时泵出口压力等于各工作机构压力之总和，因而压力较高。图4-77c所示为串并联油路，各联换向阀的进油腔都和前一联换向阀的中位油道相连，而各联换向阀的回油腔则直接和总回油口相连。操纵上一联阀时，下一联阀不能工作，保证了前一联阀的优先供油。
多路阀的基本油路形式a）并联油路b）串联油路c）串并联油路
所示为整体式多路换向阀的结构。油路为串并联连接。它由三位（左、中、右）滑阀1、四位（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ）滑阀2、单向阀2、单向阀3和主安全阀4等组成。阀1由弹簧复位；阀2由弹珠定位。当滑阀1处于中位和滑阀2处于Ⅲ位（即图示位置）时，从P口来的压力油经中间通道直接从T口回油箱。当滑阀处于换向位置时，T口油道关闭，P口的压力油经滑阀的径向孔打开单向阀进入工作油口；
从另一工作油口来的油，经滑阀另一侧的径向孔回油箱。
整体式多路换向阀1—三位滑阀2—四位滑阀3—单向阀4—主安全阀
电液伺服控制阀电液伺服阀将电信号传递处理的灵活性和大功率液压控制相结合，可对大功率、快速响应的液压系统实现远距离控制、计算机控制和自动控制，在航空、航天、冶金、试验设备、雷达、船舰、兵器等领域具有重要而广泛的用途。按输出和反馈的液压参数不同，电液伺服阀分为流量伺服阀和压力伺服阀两大类，前者应用远比后者广泛，本课程只讨论流量伺服阀。
电液伺服阀的结构原理电液伺服阀用伺服放大器进行控制。伺服放大器的输入电压信号来自电位器、信号发生器、同步机组和计算机的D/A数模转换器输出的电压信号等。其输出参数即电-机械转换器的电流与输入电压信号成正比。伺服放大器是具有深度电流负反馈的电子放大器，一般主要包括比较元件（即加法器或误差检测器）、电压放大和功率放大等三部分。
电液伺服阀在系统中一般不用作开环控制，系统的输出参数必须进行反馈，形成闭环控制，因而其比较元件至少要有控制和反馈两个输入端。有的电液伺服阀还有内部状态参数的反馈。
电液伺服阀的结构原理所示为一典型的电液伺服阀，由电-机械转换器、液压控制阀和反馈机构三部分组成。
a的上部及表示电-机械转换器的结构。衔铁7和挡板2连为一体，由固定在阀体9上的弹簧管3支承。挡板下端的球头插入滑阀10的凹槽，前后两块永久磁铁5与导磁体6、8形成一固定磁场。当线圈4内无控制电流时，导磁体6、8和衔铁间四个间隙中的磁通相等均为φg，且方向相同，衔铁受力平衡处于中位。
当线圈中有控制电流时，一组对角方向气隙中的磁通增加，另一组对角方向气隙中的磁通减小，于是街铁在磁力作用下克服弹簧管的弹力，偏转一角度。挡板随衔铁偏转而改变其与两个喷嘴1间的间隙，一个间隙减小，另一个间隙相应增加。该电液伺服阀的液压阀部分为双喷嘴挡板先导阀控制的功率级滑阀式主阀。压力油经P口直接为主阀供油，但进喷嘴挡板的油则需经过滤器12进一步过滤。
当挡板偏转使其与两个喷嘴间隙不等时，间隙小的一侧的喷嘴腔压力升高，反之间隙大的一侧喷嘴腔压力降低。这两腔压差作用在滑阀的两端面上，使滑阀产生位移，阀口开启。这时压力油经P口和滑阀的一个阀口并经通口A或B流向液压缸，液压缸的排油则经通口B或A和另一阀口并经通口T与回油相通。滑阀移动时带动挡板下端球头一起移动，从而在衔铁挡板组件上产生力矩，形成力反馈，因此这种阀又称力反馈伺服阀。
稳态时衔铁挡板组件在驱动电磁力矩、弹簧管的弹性反力矩、喷嘴液动力产生的力矩、阀心位移产生的反馈力矩作用下保持平衡。输入电流越大，电磁力矩也越大，阀心位移即阀口通流面积也越大，在一定阀口压差（例如7MPa）下，通过阀的流量也越大，即在一定阀口压差下，阀的流量近似与输入电流成正比。当输入电流极性反向时，输出流量也反向。
电液伺服阀的反馈方式除上述力反馈外还有阀心位置直接反馈、阀心位移电反馈、流量反馈、压力反馈（压力伺服阀）等多种形式。电液伺服阀内的某些反馈主要是改善其动态特性，如动压反馈等。上述电液伺服阀液压部分为二级阀，伺服阀也有单级的和三级的，三级伺服阀主要用于大流量场合。图4-79所示由喷嘴、挡板阀和滑阀组成的力反馈型电液伺服阀是最典型的、最普遍的结构形式。
电液伺服阀的电-机械转换器有动铁式、动圈式和压电陶瓷等形式。
电液伺服阀常用的结构形式液压伺服阀中常用的液压控制元件的结构有滑阀、射流管和喷嘴-挡板三种。1.滑阀根据滑阀上控制边数（起控制作用的阀口数）的不同，有单边、双边和四边滑阀控制式三种类型。四边滑阀根据在平衡位置时阀口初始开口量的不同，可以分为三种类型：即负预开口（正遮盖）、零开口和正预开口。伺服阀阀心除了作直线移动的滑阀之外，还有一种阀心作旋转运动的转阀，它的作用原理和上述滑阀相类似。
单边、双边和四边滑阀a）单边b）双边c）四边为单边滑阀控制式，它有一个控制边。控制边的开口量xs控制了液压缸中的油液压力和流量，从而改变了液压缸运动的速度和方向。图4-80c为四边滑阀控制式，它有四个控制边。xs1和xs2是控制压力油进入液压缸左、右油腔的，xs3和xs4是控制左、右油腔通向油箱的。
当滑阀移动时，xs1和xs4增大，xs2和xs3减小，或相反，这样就控制了进入液压缸左、右腔的油液压力和流量，从而控制了液压缸的运动速度和方向。由上可见，单边、双边和四边滑阀的控制作用是相同的。单边式，双边式只用以控制单杆的液压缸；四边式用来控制双杆的液压缸。控制边数多时控制质量好，但结构工艺性差。一般说来，四边式控制用于精度和稳定性要求较高的系统；单边式、双边式控制则用于一般精度的系统。
滑阀式伺服阀装配精度要求较高，价格也较贵，对油液的污染也较敏感。图4-80b为双边滑阀控制式，它有两个控制边。压力油一路进入液压缸左腔，另一路经滑阀控制边xsl的开口和液压缸右腔相通，并经控制边xs2的开口流回油箱。当滑阀移动时，xs1增大,xs2减小，或相反，这样就控制了液压缸右腔的压力，因而改变了液压缸的运动速度和方向。
2.射流管射流管1—液压缸2—接受板3—射流管所示为射流管装置的工作原理。它由射流管3、接受板2和液压缸1组成。射流管3可绕垂直于图面的轴线左右摆动一个不大的角度。接受板2上有两个并列着的接受孔道a和b，它们把射流管3端部锥形喷嘴中射出的压力油分别通向液压缸1左右两腔。当射流管3处于两个接受孔道的中间位置时，两个接受孔道内油液的压力相等，液压缸1不动；
如有输入信号使射流管3向左偏转一个很小的角度时，两个接受孔道内的压力不相等，液压缸1左腔的压力大于右腔的，液压缸1便向左移动，直到跟着液压缸1移动的接受板2使射流孔又处于两接受孔道的中间位置时为止；反之亦然。可见，在这种伺服元件中，液压缸运动的方向取决于输入信号的方向，运动的速度取决于输入信号的大小。
3.喷嘴-挡板喷嘴-挡板的工作原理1—液压缸2—挡板3—喷嘴4—中间油室所示为喷嘴-挡板装置的工作原理。它由喷嘴3、挡板2和液压缸1组成。液压泵来的压力油pp一部分直接进入液压缸1有杆腔，另一部分经过固定节流孔a进入中间油室4再通入液压缸1的无杆腔，并有一部分经喷嘴-挡板间的间隙δ流回油箱。
当输入信号使挡板2的位置（亦即是δ）改变时，喷嘴挡板间的节流阻力发生变化，中间油室4及液压缸1无杆腔的压力p1亦发生变化，液压缸1就产生相应的运动。
以所示的理想零开口阀为例，假定阀口棱边锋利，油源压力稳定，油液是理想液体，阀心和阀套间的径向间隙忽略不计，执行元件是双杆液压缸。
当阀心向右移动时，阀口1、3打开，2、4关闭，伺服阀在进油、回油路上各有一个节流开口，进油开口处压力从pp降到p1，回油开口处从p2降到零。
图4-83零开口伺服阀计算简图
油流的方程为qp=q1=qL=q3式中qp、qL——在负载下通过伺服阀和通向液压缸的流量；q1、q3——通过阀口1、3的流量。式中A1、A3——阀口1、3处的通流面积，其他符号意义同前。伺服阀的各个控制口大多是配作而且对称的，因此A1=A3，且q1=q3。
由于pP=p1+p2（可由q1=q3推得），且负截压力pL=p1-p2，故有p1=（pP+pL）/2，p2=（pP-pL）/2在这种情况下（4-29）
（4-30）将上式右边乘xsmax，平方后化成无量纲式，得这是一组抛物线方程，其图形如所示。
零开口伺服阀的“流量-压力”特性曲线图中上半部是伺服阀右移时的情况，下半部是伺服阀左移时的情况。由图可见，伺服阀的“流量-压力”曲线对零点是对称的，亦即是阀的控制性能在两个方向是一样的。其他开口形式伺服阀的“流量-压力”特性可以仿照上述方法进行分析。由可得阀的流量-压力系数（4-31）
流量特性伺服阀的流量特性a）零开口阀b）负预开口阀c）正预开口阀伺服阀的流量特性如所示，其中所示为零开口阀的理论流量曲线和实际流量曲线，图4-85b和所示分别为负预开口阀和正预开口阀的流量曲线。
阀的流量增益（流量放大系数）对理想零开口阀而言，得（4-32）
图4-86所示为伺服阀的压力特性曲线。
由此可推得：
中单边滑阀和双边滑阀的零位特
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液压伺服阀的特性系数不仅表示了液压伺服系统的静特性，而且在分析伺服系统的动特性时也非常重要。
流量增益对系统的稳定性有影响。
流量-压力系数对系统的阻尼比和系统刚度有影响。
阀的压力增益则表明阀心在很小位移时，系统能否有启动较大负载的能力，故对灵敏度有影响。
几种常用伺服阀的零位特性系数，如所示。
而单边滑阀的xs0，指在零负载和液压缸不动(qL=0)这一平衡状态下的开口量。
对正开口四边滑阀，xs0是它的预开口量。
几种液压伺服阀的零位特性系数
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几种液压伺服阀的零位特性系数正开口四边滑阀零开口四边滑阀双边滑阀单边滑阀伺服阀种类零位特性系数Kq00KC0∞Kp0
内泄漏特性阀的内泄漏特性和中所示的相仿。若为零开口滑阀，滑阀处于中间位置时，通过径向逢隙产生的泄漏为：（4-35）式中w——阀的面积梯度；Cr——阀心和阀孔间的半径向缝隙；μ——油液的动力粘度；pp——供油压力。
若为正开口滑阀，阀在中间位置时的泄漏量为：（4-36）式中Cd——流量系数；U——阀中位时的预开口量；ρ——油液的密度。当零开口四边滑阀的阀口有1~3μm的遮盖量时，可部分补偿径向缝隙的影响。因为阀有内泄漏，所以对实际的零开口四边滑阀来说，它的零位流量-压力系数不为零，经推导得：（4-37）此式表明KC0和阀的结构尺寸有关。
实际零开口四边滑阀的零位压力放大系数不是无穷大，而是（4-38）可见，Kp0虽和阀的结构尺寸无关，但却和径向缝隙Cr有关，Cr增大时，Kp0急剧减小。必须指出，上面1~4节中所述的是液压伺服阀的特性，如果是电液伺服阀，因输入是电流，则只要用输入电流I代替阀的位移xs，便可得到电液伺服阀的特性。由静态特性可以确定阀的一些指标，如线性度、对称度、滞环、分辨率、零漂和内漏等。
2.动态特性（频率特性）曲线动态特性曲线阀的动态特性一般用频率特性表示，如所示。通常以幅值比为-3dB和相位差为-90°时所对应的频率来度量，而分别名之以幅频宽和相频宽。频宽是衡量电液伺服阀动态特性的一个重要参数。为了使液压伺服系统有较好的性能，应有一定的频宽。但频带过宽，可能使电噪声和高频干扰信号传给系统，对系统工作不利。
电液伺服阀的选用由于伺服阀的控制精度高、响应速度快，所以在工业设备、航天航空以及军事装备中获得广泛的应用，它常用来实现电液位置、速度、加速度和力的控制。伺服阀的正确使用，直接影响到系统的性能、工作可靠性和寿命。
伺服阀的应用情况所示为依传递功率大小和动态特性指标（以-90°时的相频宽表示）的要求而使用伺服阀的情况。
电液伺服阀在航空领域中的应用所示为电液伺服阀在航空航天领域中的应用。
电液比例控制阀电液比例控制阀（简称比例阀）实质上是一种廉价的、抗污染性较好的电液控制阀。与电液伺服阀相似，控制比例阀的比例放大器也是具有深度电流负反馈的电子控制放大器，其输出电流和输入电压成正比。比例放大器构成与伺服放大器也相似，但一般要复杂一些，如比例放大器一般均带有颤振信号发生器，还有零区电流跳跃（比例方向阀）等功能。比例阀结构主要有电-机械转换器（比例电磁铁）和阀两部分。
多数比例阀是开环控制的，但也有闭环控制的。比例阀的发展经历两条途径，一是用比例电磁铁取代传统液压阀的手调输入机构，在传统液压阀的基础上发展起来的各种比例方向、压力和流量阀。另一途径是一些原电液伺服阀生产厂家在电液伺服阀的基础上，降低设计制造精度后发展起来的。前者是比例阀发展的主流。
比例电磁铁结构与特性a）结构图b）特性曲线Ⅰ—吸合区Ⅱ—工作行程区Ⅲ—空行程区比例电磁铁是在传统湿式直流阀用开关电磁铁基础上发展起来。目前所应用的大多数比例电磁铁具有所示的盆式结构。
带位移反馈比例电磁铁由于磁路结构的特点，使之具有如所示的几乎水平的电磁力-行程特性，这有助于阀的稳定性。
后者由于有衔铁位移的电反馈闭环，因此当输入控制电信号一定时，不管与负载相匹配的比例电磁铁输出电磁力如何变化，其输出位移仍保持不变。
所以它能抑制摩擦力等扰动影响，使之具有极为优良的稳态控制精度和抗干扰特性。
2.先导式比例压力阀为两个应用输出压力直接检测反馈和在先导级与主级级间动压反馈的比例压力阀。两种阀的先导阀心4均为有直径差的二级同心滑阀，大、小端面积差与压力反馈推杆5面积相等，稳态时动态阻尼液阻R3两侧液压力相等，先导阀心大端受压面积（大端面积减去反馈推杆面积）和小端受压面积相等，因而先导阀心两端静压平衡。
图4-93先导式比例压力阀a）溢流阀b）减压阀1—比例电磁铁2—主阀心3—固定节流孔4—先导阀心5—压力反馈推杆6—固定节流孔传统先导式压力阀的先导阀控制的是主阀上腔压力，先导阀输入的弹簧力和主阀上腔压力相平衡，因而流量变化引起主阀液动力的变化以及减压阀进口压力pB变化时会产生调压偏差。
而所示的先导压力阀，若忽略先导阀液动力、阀心质量和摩擦力等影响，其输入电磁力主要与输出压力pA作用在反馈推杆上的力相平衡，因而形成反馈闭环控制，当流量和减压阀的进口压力变化时控制输出压力pA均能保持恒定。
传统型比例调速阀a)结构b)图形符号c)等流量特性1—阀体2—比例电磁铁3—节流阀心4—定差减压阀心5—动态阻尼液阻为传统型比例调速阀结构，由位置输出型比例电磁铁2驱动节流阀心3产生位移，节流阀心上的圆孔与阀套沉割槽构成节流阀口（常闭）；定差减压阀心4上的沉割槽与阀套上的圆孔构成定差减压阀口（常开），定差减压阀心底端面经动态阻尼液阻5与阀进口A相通，B为阀的出口。其等流量特性曲线如所示。
1.传统型比例调速阀
２.内含流量-力反馈的比例流量阀为内含流量-力反馈的比例流量阀。其工作原理是：阀的A口与泵及溢流阀组成的恒压油源相连接，B口则与执行元件连接。当比例电磁铁1中无电流，先导阀2节流口a、流量传感器3阀口、主调节器4节流阀口均关闭。当比例电磁铁通电时，先导阀阀口a开启，先导控制油从A口经液阻R1、R2、先导阀口a进入流量传感器底面，克服弹簧6和5的力使流量传感器开启。
图4-95内含流量-力反馈的比例流量阀a)结构b)等流量特性1—比例电磁铁2—先导阀3—流量传感器4—主调节器5、6、7—复位弹簧当R1中有先导流量通过时，产生的压降使主调节器开启，主流量经过主调节器和流量传感后流向B口。由于流量传感器特殊设计的阀口的补偿作用，使通过其阀的流量与位移成线性关系。流量传感器位移z经反馈弹簧5作用于先导阀，形成流量—位移—力反馈的闭环控制。
若忽略先导阀液动力、摩擦力和质量等影响，稳态时输入电磁力与反馈弹簧5的弹簧力相平衡，即控制电流与流量传感器的位移亦即通过阀的流量成正比。
若进口A的压力或B口压力发生变化，由于阀的流量转换为流量传感器阀心位移经反馈弹簧5对先导阀的力反馈闭环控制作用，改变先导阀口大小，而先导阀与R1、R2组成的液阻网络对主调节器节流面积的自动调节作用，使流量保持恒定，即在上述扰动下阀的流量最终与比例电磁铁的电流成正比，改变电流即可改变输出流量大小。图4-95a中液阻R3和R4起阀心速度动压反馈作用，用于提高阀的稳定性，对稳态特性无影响。
图4-95b所示的即为其等流量特性实验曲线。
比较和两实验曲线可知，在流量较大时，内含流量-力反馈的比例流量阀的等流量特性比传统型比例调速阀有显著提高，这是两者控制原理上的差别所致。
比例方向阀比例方向阀也有直动式和先导式之分，并各有开环控制和阀心位移反馈闭环控制两大类。有的比例方向阀还用定差减压阀或定差溢流阀对其阀口进行压差补偿，构成比例方向流量阀。
比例方向阀所示为一先导式开环控制的比例方向（节流）阀，其先导阀及主阀均为四边滑阀。该阀的先导阀为一双向控制的直动式比例减压阀，其外供油口为X，回油口为Y。比例电磁铁未通电时，先导阀心4在左右两对中弹簧（图中未画出）作用下处于中位，四阀口均关闭。
图4-96比例方向（节流）阀1、2—比例电磁铁3—先导阀体4—先导阀心5—固定液阻6—反馈活塞7—主阀体8—主阀心9—弹簧座10—主阀对中弹簧当某一比例电磁铁例如A通电时，先导阀心左移，使其两个凸肩的右边的阀口开启，先导压力油从X口经先导阀心的阀口和左固定液阻5作用在主阀心8左端面，压缩主阀对中弹簧10使主阀心右移，主阀口P-B及A-T开启，主阀心的右端面的油则经右固定液阻和先导阀心的阀口进入先导阀回油口Y；
同时进入先导阀心的压力油，又经阀心的径向孔作用于阀心的轴向孔，而其油压则形成对减压阀控制压力的反馈。
比例方向（节流）阀1、2—比例电磁铁3—先导阀体4—先导阀心5—固定液阻6—反馈活塞7—主阀体8—主阀心9—弹簧座10—主阀对中弹簧若忽略先导阀和主阀的液动力、摩擦力、阀心质量和弹簧力等的影响，先导减压阀的控制压力与电磁力成正比。进而又与主阀心位移成正比。比例方向阀的工作原理：通过改变输入比例电磁铁的电流来控制主阀心的位移。图中两固定液阻仅起动态阻尼作用，目的是提高阀的稳定性。
比例压力流量复合控制阀（PQ阀）PQ阀是将比例压力阀和比例流量阀复合在一起的控制阀，其结构原理如所示。图4-97比例压力流量复合控制阀结构原理1—比例压力先导阀2—比例流量阀3—手调压力先导阀4—比例压力主阀当作流量阀用时，先给比例压力先导阀1输入一个恒定的电信号，只要系统工作压力小于其设定压力，压力先导阀总是可靠地关闭着。比例流量阀阀口的恒定压差，由定差溢流阀来保证。
这样，调节比例流量阀2的输入电信号便可得到与之成正比例的输出流量。当作压力阀用时，在给比例流量阀2输入一个保证它有一定阀口开度的电信号的条件下，改变比例压力先导阀的输入电信号，就可按比例地调节系统的工作压力。手调压力先导阀3与压力主阀4一起组成先导式溢流阀，作安全阀用，限制系统最高压力。因此，在采用PQ阀的系统中，可不必再设置大流量规格的溢流阀。PQ阀在塑料机械控制系统和试验设备中得到广泛应用。
比例阀的特点比例阀是介于普通液压阀和电液伺服阀之间的一种控制阀，比例阀结构简单，制造精度要求和价格均比电液伺服阀低，抗污染性好，维护保养方便，虽动态快速性比电液伺服阀低，但在很多领域中已得到广泛的应用。比例阀和电液伺服阀的区别见表4-15。
比例阀和电液伺服阀的比较
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比例阀和电液伺服阀的比较伺服阀比例阀项目多为四通阀、同时控制方向和流量压力控制、流量控制、方向控制阀的功能功率较小（约0.1~0.3W）的力矩马达,用来带动喷嘴-挡板或射流管放大器。
其先导级的输出功率约为100W功率较大（约50W）的比例电磁铁，用来直接驱动阀心或压缩弹簧电位移转换器13/9~15/11为了保护滑阀或喷嘴-挡板精密通流截面，要求进口过滤16/13~18/14由于是由普通阀发展起来的，没有特殊要求过滤精度（ISO4406）在高压降（7 MPa）下工作，阀体内部的阻力对线性度影响不大在低压降（0.8MPa）下工作，通过较大流量时，阀体内部的阻力对线性度有影响（饱和）线性度
伺服阀比例阀项目约0.1%~1%约1%~7%滞环0极高精度，单件配作20%一般精度，可以互换遮盖5~10ms40~60ms响应时间100~500Hz10~50Hz频率响应电子电路针对应用场合专门设计，包括整个闭环电路电子控制板与阀一起供应，比较简单电子控制执行元件闭环控制执行元件开环或闭环控制应用领域约为普通阀的10倍以上约为普通阀的3~6倍价格
比例阀的选用如系统的某液压参数（如压力）的设定值超过3个，使用比例阀对其进行控制是最恰当的。另外，利用斜坡信号作用在比例方向阀上，可以对机构的加速和减速实现有效的控制；利用比例方向阀和压力补偿器实现负载补偿，便可精确地控制机构的运动速度而不受负载的影响。
电液数字控制阀计算机对电液伺服阀和比例阀进行控制时，20世纪一般必须将输出的数字信号用数模转换器（D/A）转换成模拟信号后输入电控放大器。20世纪80年代出现的电液数字控制阀（简称数字阀）用于系统可省去数模转换。微机输出的数字控制信号可直接输入数字电子控制放大器，进而驱动数字阀。
数字电子控制放大器线路简单，分辨率高，可使系统有很小的滞环和极高的重复精度，且由于数字阀和比例阀的结构大体相同，与一般液压阀相似，故制造成本比电液伺服阀低得多，对油液清洁度要求数字阀比比例阀更低，操作维护更简单，因而得到较快发展。从流体控制的角度看，数字阀可分为连续流体控制和脉冲流体控制，两者的控制阀和驱动阀的电路不同。
用步进电动机操纵的数字阀的输出是连续的流体，这种阀又称增量式数字阀。用高速开关电磁铁操纵的数字阀的输出是脉冲流体。产生脉冲流体的方法有脉冲宽度调制法（PWM）、脉冲频率调制法（PFM）、脉冲数调制法（PNM）、脉冲振幅调制法（PAM）以及脉码调制法（PCM）等。PWM和PCM的数字阀已在很多领域中得到应用。
本书主要介绍用步进电动机作数模转换器D/A的增量式数字阀和脉宽调制（PWM）高速开关型数字阀以及脉码调制（PCM）流量、压力控制的原理。
增量式数字阀增量式数字阀用步进电动机作电-机械转换器。增量控制法是在脉数调制（PNM）信号中，使每个采样周期的脉冲数在前一采样周期的脉冲数基础上，增加或减少一些脉冲数，从而达到需要的幅值，因而称增量法，用这种方法控制的阀称增量式数字阀。增量式数字阀控制的电液系统方框图如所示。
由计算机发出需要的脉冲序列，经驱动电源放大后使步进电动机按信号动作，步进电动机每得到一个脉冲后便沿控制信号给定方向转一步距角。步进电动机转动时，带动凸轮、螺纹或齿轮齿条等机构将转角Δθ转换成直线位移Δx，从而带动阀心或挡板等移动。按步进电动机原有位置和实际转动的步数，得到数字阀的开度，计算机可因此控制液压缸按需要规律运动。图4-98增量式数字阀控制的电液系统
增量式数字阀已有数字流量、数字压力和数字方向流量阀系列产品。控制方式也有直动式和先导式两类。数字流量阀及方向流量阀也可采用定差减压阀或定差溢流阀进行压力补偿。本节仅介绍一种步进电动机直接带动的数字节流阀，如所示。当计算机给出脉冲信号经驱动放大器使步进电动机转动，通过滚珠丝杠使转角转化为直线位移，带动阀心运动，使阀口开启。步进电动机转动一定的步数，相对阀一定的开度，这种阀可控制相当大的流量。
图4-99步进电动机直接带动的数字节流阀1—阀套2—连接杆3—零位位移传感器4—步进式电动机5—滚珠丝杠6—阀心该阀有两个节流口，右节流口为非全周开口，左节流口为全周开口。阀心右移时先打开右节流口，控制的流量较小，继续右移时打开左节流口，控制的流量较大。当阀心开启时有使阀心向左关闭的液动力，可抵消因连接杆而产生的向右的不平衡轴向液压力。该阀是开环控制的，但装有单独的零位位移传感器。
在每个控制周期终了，阀可由零位位移传感器控制回到零位。这样可保证每个控制周期都在相同位置开始，使阀的重复精度提高。该阀具有温度补偿功能。当温度上升时使油的粘度变小，阀心、阀套及连接杆不同方向的热膨胀使阀的开口变小，从而可维持流量的稳定。
脉宽调制式数字阀脉宽调制信号是具有恒定频率、不同开启时间比率的信号，如所示。
用脉宽信号对连续信号进行调制，可将中的连续信号调制成中的脉宽信号。
如调制的量是流量，则每采样周期的平均流量q=qntp/T就与连续信号处的流量相对应。
图4-100信号的脉宽调制a)连续信号b)脉宽调制信号
脉宽调制（PWM）式数字阀电液控制系统如所示。由计算机产生的脉宽调制的脉冲序列经功率放大后驱动快速开关数字阀，控制流量、压力使执行元件克服负载阻力运动。在闭环系统中，由传感器检测的输出信号反馈到计算机中形成闭环控制。图4-101脉宽调制（PWM）式数字阀电液控制系统
如果信号是确定的周期信号或其他给定信号，可经预先编程由计算机产生脉宽调制信号；如果信号是不确定的，则信号源需经模数转换器A/D转换后输入计算机，计算机再将信号进行脉宽调制后输出。系统也可采用模拟信号控制。此时将计算机通道切断，输入的模拟信号由脉宽调制器完成脉宽调制，经功率放大后驱动高速开关阀和执行元件。计算机控制和模拟信号控制时功放部分是相同的。
高速开关阀有二位二通和二位三通两种，两者各有常开和常闭两类。其电-机械转换器可采用力矩马达，高速开关电磁铁，动圈、磁致伸缩元件，压电晶体元件等。为减少泄漏和提高压力，一般采用球阀或锥阀结构，但也有采用喷嘴挡板阀的。以下介绍两种高速开关数字阀。
1.球阀型二位三通高速开关阀所示为早期的高速开关阀，由先导级两个二位三通阀（图中双点画线以上）和主级两个二位三通球阀组成。脉冲信号使力矩马达通电时，衔铁偏转，若使先导级球阀2向下运动，关闭压力油口PP，L2腔与回油腔PR接通，球阀4在液压力PP作用下向上运动，工作腔PA与PP相通。与此同时，球阀1受PP作用处上位，L1腔与PP相通，球阀3向下关闭，断开PP腔与PR腔通路。
反之，如力矩马达反向偏转时，情况刚好相反，工作腔PA则与PR腔相通。这种阀的额定流量仅1.2L/min，工作压力则可达20MPa，最短切换时间为0.8ms。图4-102球阀型二位三通高速开关阀
2.锥阀型高速开关电磁阀锥阀型高速开关电磁阀（二位二通，常闭）1—阀心2—铁心3—固定元件4—线圈5—弹簧所示为二位二通高速电磁常闭开关阀。当线圈4通电时，与阀心1为一体的铁心2被固定元件3吸引而使阀开启，油液P口流入T口。为防止开启时阀因稳态液动力而关闭和减小控制电磁力，该阀通过射流对铁心的作用来补偿液动力。断电时则由弹簧5复位。
该阀的行程为0.3mm,动作时间3ms，控制电流0.7A，额定流量12L/min。
脉码调制（PCM）的流量、压力控制原理脉码调制（PCM）的流量控制原理是，用二进制编码的n列脉冲驱动的n个并联高速开关数字阀与大小不同的固定节流孔串联，通过各阀的启闭，用不同固定节流孔的组合来控制总流量的大小。脉码调制对应于控制阀个数将产生量化误差（如4个阀将产生16个阶梯形流量），阀在换向时也易产生振动。两者都可用适当的方法解决。
PCM压力控制的原理是，在恒压油源后设置一固定节流孔，其后并联连接n个大小不同的节流孔与高速开关数字阀的串联组合，在固定节流孔与并联组件的连接处即为控制压力腔。用n列脉冲驱动n个并联的高速开关数字阀，通过各高速开关阀的启闭组合便可调节控制压力的大小。
PCM可使系统节能，在用高速开关数字阀进行控制时，能将高频流体输出进行反调制，已用于注塑成型机和建筑机械等系统的控制。数字阀除可直接用于液压缸和液压马达的节流调速外，还可用于液压泵的变量控制，构成数字变量泵。数字阀目前已在注射机、压铸机、工程机械、机床、汽车等方面得到广泛的应用。由于它与计算机技术结合密切，因而应用前景是极为广阔的。
气动比例/伺服、*数字控制阀比例/伺服控制阀的主要部件是可动部件驱动机构与气动放大器。其组成与分类如所示。其中驱动机构分电磁式、机械式和气压式，以电磁式应用最为普遍。
比例/伺服控制阀的组成与分类
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比例/伺服控制阀的组成与分类
气动放大器用来对输出气流的压力、流量和功率进行控制，其控制方法有：1.节流控制式通过改变可动部件的位置调节节流面积，来控制放大器输出气体的压力和流量。这类放大器有滑阀、喷嘴-挡板阀等。2.射流控制式它是将压力能转化为速度能，然后按输入信号大小进行分配，最后又将速度能转换为压力能进入执行元件。这类放大器的典型代表是射流管阀。
3.脉宽调制（PWM）控制式阀的开闭时间与高频脉冲信号的调制量有一定的对应比例关系，即阀的输出功率的平均效果与输入信号的调制量成比例。滑阀、球阀等都可作为脉宽调制阀。
电磁铁驱动的比例控制阀电磁铁驱动的比例控制阀1—比例电磁铁2—滑柱3—阀套4—弹簧5—阀体为用比例电磁铁驱动的比例控制阀结构原理。其动作原理是，在比例电磁铁的线圈中通入与阀心行程大小相应的电流信号，产生与电流信号大小成比例的吸力。该吸力和阀的输出压力及弹簧力相平衡。调节电流大小，即可调节阀的输出压力，或者阀口的开度。该阀既可作为压力阀，又可作为流量阀。
作为比例压力阀时，A口通过反馈管路（图中未画出）通至滑柱的右端。当A口有输出压力时，则有反馈力作用滑柱上，与电磁铁的推力平衡，起到稳定输出压力的作用。
电磁铁驱动的比例控制阀控制方式及特性曲线作为比例流量阀时，既可二通，又可三通。用作二通阀时，O口堵死；作三通阀时，可控制O口的排气流量。图4-105为电磁铁驱动的比例阀的控制方式及特性曲线。
开关控制的比例压力阀开关控制的比例压力阀1—开关阀1 2—开关阀2 3—主阀心4—压力传感器Ue—输入信号Ufe—外部反馈信号UP—输出信号所示为开关控制的比例压力阀。该阀由主阀、开关阀（先导控制阀）、压力传感器和电子控制回路组成，这些部件集于一体。该阀采用开关控制方式驱动主阀心位移。
当压力传感器检测的输出口A的气压pA小于设定值时，电子数字控制电路输出控制信号打开开关阀1，使主阀的上腔控制压力p0增大，主阀心3下移，气源向输出口A充气，pA增高。当压力传感器检测到的输出口A的气压pA大于设定值时，控制电路输出控制信号打开开关阀2（同时关闭开关阀1），使主阀的控制压力p0与大气相通，主阀心上移，输出口与排气口相通，pA降低。
上述的反馈调节过程一直持续到阀的输出口A的压力与设定压力相等为止。图4-107所示为比例压力阀的特性曲线。
压力比例阀特性曲线a)电压—输出压力特性曲线b)流量特性曲线（阀的接口G1/2，输出压力0~1.0MPa）
气动伺服控制阀1.带电反馈的气动伺服控制阀带电反馈的气动伺服控制阀a)结构原理b)控制电压—开口面积特性气源口1
所示为气动伺服控制阀,也称方向伺服控制阀.主阀结构是一个二位五通滑阀,动铁式双向电磁铁与阀心固定在一起.阀心的位移经集成在阀内的位移传感器转换为电信号Uf输入控制放大器。阀的工作原理是，在初始状态时，Ue=0，阀处于零位。此时，气源口与两个输出口4、2同时被关断，阀无输出。
若给定信号Ue＞0，则偏差信号△U增大，使控制放大器的输出电流增大，比例电磁铁的输出推力亦增大，推动阀心右移，而阀心的右移又引起反馈电压Uf增大，直至反馈电压Uf与给定电压Ue相等，阀处于力平衡位置。若给定信号Ue＜0，经上述类似的调节过程，使阀心左移某个距离而处于平衡状态。阀心右移时，气源口1与输出口4相通，口2与排气口3相通；阀心左移时，1口与2口相通，口4与排气口5相通。
输出口的开口量随阀心位移的增大而增大。上述工作原理说明，带电位移反馈的伺服阀节流口开口量及气流方向受输入电压Ue线性控制。
这种双向电磁铁具有优越的动态特性，阀的响应频率高。由于阀心的复位靠双向电磁铁的磁路实现，无弹簧力负载，因此其功耗小。整套电控部分集成于阀上，使用时不再需要外加放大器。由于阀心与阀套之间的摩擦力和气体流动力均处在阀的控制单元的大闭环之内，因此对阀的控制性能几乎不产生影响。图4-109所示为气动伺服阀的流量特性曲线。图4-109气动伺服阀的流量特性曲线a)电压型b)电流型
2.脉宽调制气动伺服控制阀与模拟式伺服控制不同，脉宽调制气动伺服控制是一种数字式伺服控制，采用的控制阀大多是开关式气动电磁阀。图4-110脉宽调制伺服系统的组成脉宽调制气动伺服系统的组成如所示。输入的模拟信号经脉宽调制器调制成具有一定频率和一定幅值的脉冲信号，经数字放大后控制气动电磁阀。电磁阀输出的是具有一定压力和流量的气动脉冲信号，但已具有足够功率，能借助气动执行元件对负载作功。
在脉宽调制气动伺服系统中，脉宽调制伺服阀完成信号的转换与放大作用。常见的结构有四通滑阀型和三通球阀型。图4-111为滑阀式脉宽调制伺服阀的结构原理图。滑阀两端各有一电磁铁1、5，脉冲信号电流轮流地加在两个电磁铁上，控制阀心按脉冲信号的频率作往复运动，从而使受控的气动执行元件作相应的往返运动。脉宽调制气动伺服阀的工作频率一般为10~30Hz。
图4-111滑阀式脉宽调制伺服阀的结构原理图1、5—电磁铁2—衔铁3—阀心4—阀体6—反馈弹簧
气动逻辑控制元件任何一个生产实际的控制问题，都可以用逻辑关系来进行描述。从逻辑角度看，事物都可以表示为两个对立的状态，并用两个数字符号“1”和“0”来表示。它们之间的逻辑关系遵循布尔代数运算法则。同样地，任何一个气动控制系统及执行机构的动作和状态，亦可设定为“1”和“0”。例如将气缸的动作进设定为“1”，动作退设定为“0”；管道有压设定为“1”，无压设定为“0”；
元件有输出信号设定为“1”，无输出信号设定为“0”等。这样，一个具体的气动系统可以用若干个逻辑函数式来表达。对这些逻辑函数式进行运算和求解，可使问题变得明了、易解，从而可获得最简单的或最佳的系统。
总之，逻辑控制即是将具有不同逻辑功能的元件，按不同的逻辑关系组配，实现输入、输出口状态的变换。现在，气动逻辑控制系统的设计方法已趋于成熟和规范化，然而元件的结构原理发展变化较大，自20世纪60年代以来已经历了三代的更新。第一代为滑阀式元件，可动部件是滑柱，在阀孔内移动，利用了空气轴承的原理，反应速度快，但要求很高的制造精度；
第二代为注塑型元件，可动件为橡胶塑料膜片，结构简单，成本低，适于大批量生产；第三代为集成化组合式元件，综合利用了磁、电的功能，便于组成通用程序回路或者与可编程控制器（PLC）匹配组成气—电控制系统。
常用气动逻辑单元逻辑阀
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常用气动逻辑单元逻辑阀逻辑函数逻辑符号逻辑门S=a是门S=a非门S=a·b与门S=a+b或门逻辑单元
S=a·b与非门S=a+b或非门S=a·b禁门S=a+b蕴含门
气动逻辑元件是用压缩空气为介质，通过元件的可动部件（如膜片、阀心）在气控信号作用下动作，改变气流方向以实现一定逻辑功能的气体控制元件。实际上气动方向控制阀也具有逻辑元件的各种功能，所不同的是它的输出功率较大，尺寸大。而气动逻辑元件的尺寸较小。逻辑元件
气动逻辑元件可根据不同要求来进行分类。1.按工作压力（1）高压型工作压力为0.2~0.8MPa。（2）低压型工作压力为0.05~0.2MPa。（3）微压型工作压力为0.005~0.05MPa。
2.按结构型式（1）截止式气路的通断依靠可动件的端面（平面或锥面）与气嘴构成的气口的开启或关闭来实现。（2）滑柱式（滑块型）气路的通断依靠滑柱（或滑块）的移动，实现气口的开启或关闭。（3）膜片式气路的通断依靠弹性膜片的变形来开启或关闭气口。元件的结构总是由开关部分和控制部分所组成。开关部分是在控制气压信号作用下来回动作，改变气流通路，完成逻辑功能。根据组成原理，大致可分成三类：
3.按逻辑功能（1）单功能元件每个元件只具备一种逻辑功能，如或、非、与、双稳等。（2）多功能元件每个元件具有多种逻辑功能，各种逻辑功能由不同的连接方式获得。如三膜片多功能气动逻辑元件等。
集成式多功能元件概述随着经济的发展，市场对液压与气动元件的功能和品质的要求越来越高，对品种的需求越来越多样化。传统的分离式单功能元件，元论从规格品种、结构形式、生产组织、方便用户等哪方面看，都难以满足市场不断增长和迅速更新的需要。
现在，用户希望元件的体积要小、质量要轻、式样要新、功能要多、精度要高、寿命要长、使用方便、更“傻瓜”化……因此，追随电子技术，研制高功能密度的集成化元器件是液压与气动元件发展的一种必然趋势。
元器件在出厂之前就应安装调试就绪，确保优良的性能，组成系统时所需的技术含量高的工作向前转移，由生产厂家来完成，尽量降低对用户的技术要求。这样，不仅最大限度地方便了用户，而且有利于提高应用水平和拓展应用领域。科学技术的飞速发展，为满足用户的上述种种需求提供了可能；同时，也反过来推动着科技的不断进步。实际上，液压与气动元件走多功能集成化之路早已开始。
用电磁铁代替手柄与换向阀组合成电磁换向阀就是电与机简单集成的例子。再如，电液（气）伺服阀便是机-电-液（气）集成的产品。不过当初人们并未在意“集成”罢了。
发展层次1.单功能元件结构上的集成仅仅改变分离式元件的外形或结构，按功能需要组合成的集成式多功能元器件是集成化的初级阶段。其工作原理并无变化。如：液压泵与电动机组合成泵电机组件，省去了联轴器；叠加阀块省去了管路，均使结构紧凑。但其集成程度受到原元件很大限制。利用单功能元件各自性能上的特点，进行互补，组合成性能更佳的元器件。如：节流阀与定差减压阀组合成调速阀，提高了阀的稳流量性能；
利用伺服阀的反馈控制性能，将伺服阀与变量液压泵组合成具有伺服变量、恒压变量、恒功率变量等不同特性的变量泵（见表4-18）。2.单功能元件性能上的集成
3.单功能元件功能上的集成将功能相关的单功能元件组合成多功能元件，它对功能的核心部分—阀心进行改造，利用压力、压差、流量信号的变化，通过不同部分的相对运动来实现不同的功能。如：电磁换向阀与先导式溢流阀组合成电磁溢流阀，同时具有溢流和卸荷两种功能；用于泵-马达闭式液压系统的多功能阀，能够完成单向补油、高压溢流、旁路和压力释放四种功能。
5.多功能集成元件子系统化将元件组合成具有典型功能的集成化器件，使其或是具有一定的功能灵活性，或是具有较强的通用性，甚至包括能量转换元件泵和缸等，而成为一个模块化子系统。用户只需要联上主机工作机构或动力源，就能组成性能优良的系统。极大地方便了用户。这种系统化的集成器件使得系统和元件的界线日益模糊。
4.单功能元件与电子器件的集成利用电子器件体积小、响应快、功能多、调整方便等优点，将传感器、放大器、控制器等电子器件植入液压与气动元件之中形成具有控制或检测功能的元件，大大提高元件的工作精度。如：闭环控制比例阀的电磁铁带有位移传感器和放大器（见图4-91）；内置位移传感器的伺服液压缸和长行程精密导向气缸等。
6.集成元器件智能化利用集成电路极高的功能密度，将A/D和D/A转换、整流、放大、检测、控制等电路，小型微处理器，甚至现场总线接口、控制网络接口等直接集成于液压或气动元件内，形成智能型一体化器件。如，把传感器、放大器、小型微处理器集成于电反馈多功能复合控制液压泵中，使其能自动满足负载变化需要，保持最佳工作状态；又如，气动阀岛（详见后述）。
举例1.伺服阀与液压泵的集成—伺服/恒压/恒功率变量泵液压泵的流量调节是变量泵应具备的一个重要功能。除了沿用直接手动变量（见图2-21）外，将伺服阀集成于液压泵中，可以形成具有不同变量特性的泵，如所示。2.电液伺服阀/比例阀与液压缸的集成—伺服油缸将电液伺服阀/比例阀、反馈传感器等集成于液压缸组成伺服油缸，已成为一个独立的产品，接上油源就能使用。
伺服油缸具有摩擦小、动态响应快、位移精度高和便于计算机控制等突出优点，被广泛应用在电液位置、电液速度、电液力以及电液压力控制系统中。
液压泵变量控制方式及特性说明
本页为原课件数据表，源文本中项目名称与数值相互粘连，未自动还原为表格，建议对照原课件图片人工补全。
液压泵变量控制方式及特性说明特性曲线原理图①变量控制方式给手柄3输入一个位移信号xs，变量活塞2将跟随一个同方向位移，泵随之产生相应的斜盘倾角δ和与之对应的排量改变手柄的位移大小及方向即可调节泵的流量大小及方向。
操纵手柄的力不大，故可在带载情况下调节泵的流量手动伺服变量负载使泵的工作压力达到调整值后，若其输出流量从最大值到零之间变化，泵的工作压力基本不变手动调节阀心1左端的弹簧力，可改变泵的工作压力值手动恒压变量
当泵的工作压力能将比例溢流阀4开启，并使其通过流量为设计值时，节流阀前的压力pc达到一定值。变量活塞2在弹簧力和液压力作用下处于平衡状态。若负载流量发生变化，泵的工作压力基本不变，但有恒压偏差。改变输入阀的4的电信号大小，可调节泵的工作压力值。比例控制恒压变量当泵速恒定时，泵在工作过程中通过压力反馈使其输出的液压功率保持不变，即泵的流量随工作压力增大而减小；随工作压力减小而增大。
伺服阀心1右端为功率弹簧，改变功率弹簧的预压缩量，可调节泵的输出功率恒功率变量①原理图中液压泵上的箭头倾角代表轴向柱塞泵斜盘倾角δ（见图2-20）。箭头顺时针转，δ变小；反之，δ变大，流量增加。图中：1—伺服阀心；2—变量活塞；3—手柄；4—比例溢流阀。
伺服油缸可附带电阻式、感应式、磁致式（数字量或模拟量）传感器。传感器有内置和外置两种形式。图4-112用电液伺服阀组成的伺服油缸1—传感器2—伺服阀3—活塞密封4—活塞5—活塞杆密封6—活塞杆导向套7—缸筒8—销轴所示为电液伺服阀与液压缸组成的伺服油缸结构原理图。伺服阀2位于液压缸上方，直线位移传感器1刚性地连接在缸筒7的左端，并以全部行程长度伸入空心活塞4之中，传感器的活动端与活塞相连。
当活塞沿行程运动时，该传感器能确定活塞的准确位置。通过传感器的测量和反馈控制，可使活塞的位移与输入电信号成精确比例。
所示为比例阀与液压缸组成的电液伺服执行器结构原理图。比例阀2安装在液压缸左上方。集成式位置传感器1连接在左缸盖上，并伸入空心活塞7内全部行程长度。
图4-113用电液比例阀组成的伺服执行器1—传感器2—比例阀3—电源、电信号接线4—集成式数字控制器5—局域网络接线6—电子反馈信号线7—活塞伺服执行器配有电源、电信号接线3，集成式数字控制器4，局域网络接线5和电子反馈信号线6，可以提供闭环控制和与局域网络直接连接的界面。这种电液伺服执行器可以成为“智能”机器的一部分，它能实时执行控制单元传来的输入指令。
集成式数字控制器可为液压缸提供位置、速度和/或力的控制。执行器的动作循环、功能参数和动静态特性均可通过软件编程方便地加以调整。
3.气动阀岛“阀岛”一词译自德语的“Ventilinsel”，英文译为“ValveTerminal”。该项技术是由德国FESTO公司最先发明并应用的。阀岛是一种集气动电磁阀、控制器（具有多种接口及符合多种总线协议）、电输入输出部件（具有传感器输入接口及电输出、模拟量输入输出接口、ASi控制网络接口）的整套系统控制单元，犹如一个控制岛屿。
阀岛是新一代的气电一体化控制元器件，已从最初带多针接口的阀岛发展为带现场总线的阀岛，继而出现可编程阀岛及模块式阀岛。阀岛技术和现场总线技术相结合，不仅确保了电控阀的布线容易，而且也大大地简化了复杂系统的调试、性能的检测和诊断及维护工作。借助现场总线高水平一体化的信息系统，使两者的优势得到充分的发挥，具有广泛的应用前景。
阀岛有多种类型，简述如下：带现场总线的阀岛现场总线（Field bus)的实质是通过电信号传输方式，并以一定的数据格式实现控制系统中信号的双传输。两个采用现场总线进行信息交换的对象之间只需一根两股或四股的电缆连接。特点是以一对电缆之间的电位差方式传输的。在由带现场总线的阀岛组成的系统中，每个阀岛都带有一个总线输入口和总线输出口。
这样当系统中有多个带现场总线阀岛或其他带现场总线设备时可以由近至远串联连接。现提供的现场总线阀岛装备了目前市场上所有开放式数据格式约定及主要可编程控制器厂家自定的数据格式约定。这样，带现场总线阀岛就能与各种型号的可编程控制器直接相连接，或者通过总线转换器进行间接连接。
带现场总线阀岛的出现标志着气电一体化技术的发展进入一个新的阶段，为气动自动化系统的网络化、模块化提供了有效的技术手段，因此近年来发展迅速。
所谓模块式生产是将整台设备分为几个基本的功能模块，每一基本模块与前、后模块间按一定的规律有机地结合。模块化设备的优点是可以根据加工对象的特点，选用相应的基本模块组成整机。这不仅缩短了设备制造周期，而且可以实现一种模块多次使用，节省了设备投资。可编程阀岛在这类设备中广泛应用，每一个基本模块装用一套可编程阀岛。这样，使用时可以离线同时对多台模块进行可编程控制器用户程序的设计和调试。
这不仅缩短了整机调试时间，而且当设备出现故障时可以通过调试找出故障的模块，使停机维修时间最短。鉴于模块式生产成为目前发展趋势，同时注意到单个模块以及许多简单的自动装置往往只有十个以下的执行机构，于是出现了一种集电控阀、可编程控制器以及现场总线为一体的可编程阀岛，即将可编程控制器集成在阀岛上。2）可编程阀岛
4）紧凑型阀岛（CP阀岛）与模块式自动生产线发展相呼应的技术是分散控制。它在复杂、大型的自动化设备上得到了越来越广泛的应用。鉴于分散控制系统的要求，出现了由CP型紧凑阀组成的紧凑型阀岛（CP阀岛）。紧凑型阀的外形很小，但输出流量非常大，如18mm厚度的CP阀可提供1600L/min大的流量。目前，阀岛技术仍在不断发展之中。
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