三 種 壓 力 閥 的 異 同 之 辨 析

□張庭祥

( 山西工程職業技術學院，山西 太原 030009)

液壓控制閥是液壓傳動系統中的控制元件，用來控制系統中油液的流動方向、壓力高低和流量大小。液壓閥按大類劃分，一般分為壓力控制閥、流量控制閥和方向控制閥。由于流量控制閥和方向控制閥的工作原理、性能特點、外形結構有各自的特點，學生學習時容易掌握，容易辨別。而作為三種壓力閥的溢流閥、減壓閥和順序閥，由于它們的工作原理相近、外形相似、職能符號相近，所以較難區別。

一、三種壓力閥的工作原理

在液壓系統中，液壓泵排出的壓力油，使執行元件動作，但執行元件在動作結束后，如果壓力油沒有回路，則因使用的是容積式泵，壓力將無限上升，使管路系統或動力系統遭到破壞。為了防止這種問題出現，需要對壓力進行控制，使壓力一超過設定值，閥就打開。因此在液壓回路中要設置壓力控制閥，以防止發生異常壓力和壓力沖擊，使液壓回路保持一定壓力，或使液壓回路不超過預定壓力。

(一)溢流閥的工作原理

根據工作場合的不同，溢流閥有直動式和先導式溢流閥兩大類。先導式溢流閥由先導閥和主閥兩部分組成。先導閥采用提動閥，主閥采用滑閥結構。這種閥的特點是主閥依靠兩端面的壓力差移動。

圖1所示為先導型溢流閥。由圖可見先導型溢流閥由先導閥和主閥兩部分組成。先導閥就是一個小規格的直動型溢流閥，而主閥閥芯是一個具有錐形端部、上面開有阻尼小孔的圓柱筒。

工作原理：油液從進油口P進入，經阻尼孔到達主閥彈簧腔，并作用在先導閥錐閥芯上(一般情況下，外控口X是堵塞的)。當進油壓力不高時，液壓力不能克服先導閥的彈簧阻力，先導閥口關閉，閥內無油液流動。這時，主閥芯因前后腔油壓相同，故被主閥彈簧壓在閥座上，主閥口亦關閉。當進油壓力升高到先導閥彈簧的預調壓力時，先導閥口打開，主閥彈簧腔的油液流過先導閥口并經閥體上的通道和回油口流回油箱。這時，油液流過阻尼小孔b，產生壓力損失，使主閥芯兩端形成了壓力差。主閥芯在此壓差作用下克服彈簧阻力向上移動，使進、回油口連通，達到溢流穩壓的目的。調節先導閥的調壓螺釘，便能調整溢流壓力。更換不同剛度的調壓彈簧，便能得到不同的調壓范圍。

圖1 先導式溢流閥

流經阻尼孔的流量即為流出先導閥的流量。這一部分流量通常稱為泄油量。阻尼孔很細，泄油量只占全溢流量的極小一部分，絕大部分油液均經主閥口溢回油箱。在先導型溢流閥中，先導閥的作用是控制和調節溢流壓力，主閥的功能則在于溢流。先導閥因為只通過泄油，其閥口直徑較小，即使在較高壓力的情況下，作用在錐閥芯上的液壓推力也不很大，因此調壓彈簧的剛度不必很大，壓力調整也就比較輕便。主閥芯因兩端均受油壓作用，主閥彈簧只需很小的剛度，當溢流量變化引起彈簧壓縮量變化時，進油口的壓力變化不大，故先導型溢流閥的穩壓性能優于直動型溢流閥。但先導型溢流閥是二級閥，其靈敏度低于直動型閥。

(二) 先導型減壓閥的工作原理

圖2 先導式減壓閥

如圖2所示，先導式減壓閥由先導閥和主閥兩部分組成。其具體動作如下:進油口d的一次壓力為高壓(系統壓力)，經節流縫隙h產生壓力降后由出口f輸出。出口的二次壓力油經閥芯中間小孔g和e分別通人閥體的下腔和上腔，上腔與先導閥相通。當二次壓力低于調定壓力時，閥芯在彈簧力作用下壓至下端，閥口全部打開。當二次壓力超過調定壓力值時，上腔的壓力油將先導閥打開，自泄油口流回油箱，此時由于小孔e的阻尼作用，上下腔產生壓力差，即下腔壓力大于上 腔壓力，并克服彈簧力，推動閥芯上移，使節流口h變小，降低輸出的二次壓力。具有先導閥的減壓閥上腔有遙控口，接遠程調壓閥，可以調整二次壓力。但是遠程調壓閥的調定壓力只能在減壓閥調定壓力的范圍之內。

(三)順序閥的工作原理

圖3 先導型順序閥

先導型順序閥的工作原理和先導型滑閥式溢流閥基本相同。當進油腔壓力等于或大于調壓彈簧預調壓力時，錐閥和主閥均打開，油液自進油腔流向出油腔，先導流量自外泄口流回油箱。進油腔和出油腔所連接的執行機構便實現順序動作。當進油腔壓力繼續升高，流經主閥阻尼孔的流量增大，使主閥芯兩端產生較大的壓差，于是主閥芯克服復位彈簧力，是閥口開口度為最大，出油腔壓力就近似等于進油腔壓力。先導型順序閥因采用了先導閥，所以啟閉特性較好。同時由于調壓彈簧和主閥復位彈簧分開，擴大了順序壓力范圍。

圖3中 a為先導型順序閥結構圖，b為導型順序閥職能符號圖。

二、從工作原理分析其異同點

從上面的分析可以看出，溢流閥、減壓閥和順序閥都是利用作用在閥芯上的油壓作用力與彈簧力相平衡的原理工作的，它們都有直動式和先導式兩種，結構上都有閥體、閥芯、彈簧和手輪，都能進行直接調壓、遠程調壓和穩壓。但實際上，它們在工作原理和性能上還是存在著較大的個體差異。

首先，從閥口的變化情況來比較，溢流閥和順序閥都是在油壓作用力超過彈簧力后閥口才打開，大量的油液從閥口通過。而減壓閥在同樣工況下閥口卻會變小，且只有少量的油液通過外泄漏管流走。其次，從作用在閥芯上的油液來源渠道來比較，溢流閥的作用油液來自進口，減壓閥來自出口，而順序閥既可能來自進口，也可能來自外部某一壓力油路，故順序閥有內控式和外控式之別。再則，從功能上來比較，通過調節手輪，溢流閥能對閥前進行調壓、限壓、穩壓和卸載，減壓閥卻是對閥后進行減壓、調壓和穩壓，而順序閥則是一個典型的開關元件，其功用主要是獲得“通”和“斷”兩種開關功能。

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最后，從正常通油時調節手輪的作用效果來比較，若將手輪旋緊，溢流閥和順序閥均使閥前壓力和閥的前后壓差增大，而減壓閥則使閥后壓力增高、閥的前后壓差減小。

三、三種壓力閥的主要用途

(一) 溢流閥：1.定壓溢流。它常用于節流調速系統中，和流量控制閥配合使用，調節進入系統的流量，并保持系統的壓力基本恒定。2.用于系統過載保護起安全閥作用。在容積調速速回路中，正常工作時，溢流閥(安全閥)關閉，不溢流，只有在系統發生故障，壓力升至安全閥的調整值時，安全閥才打開，使變量泵排出的油液經安全閥流回油箱，以保證液壓系統的安全。3.溢流閥在回油路上用作背壓閥。由變量泵、溢流閥和液壓缸組成的容積調速回路，它是通過改變變量液壓泵的排量來實現調速的。回路中，液壓缸活塞的運動速度由單向變量泵調節，溢流閥此時在回油路上起背壓閥的作用。4.遠程調壓。直動式溢流閥由先導式溢流閥的遠程控制口接出，可實現遠程調壓。 5.多級調壓。在多級調壓回路中，通過控制電磁換向閥的兩個電磁鐵通斷電，可以使系統獲得三種不同的調定壓力。6.使液壓泵卸荷。在卸荷回路中，用先導式溢流閥調壓，同時配合電磁換向閥可以實現系統卸荷。

(二)減壓閥：1.降低主油路的壓力，供給低壓回路使用。如控制回路，潤滑系統，夾緊、定位和分度裝置等回路。2.穩定壓力。減壓閥輸出的二次壓力比較穩定，使執行元件工作可以避免一次壓力油波動對它的影響。3.根據不同需要，將液壓系統分成若干不同壓力的油路，以滿足控制油路、輔助油路或各種執行元件需要的不同工作壓力。4.與單向閥并聯實現單向減壓。5.與節流閥串聯，可以保證節流前、后壓力差為恒定，從而保證流過節流閥的流量不隨負載的變化而變化。

(三)順序閥：1.使執行元件順序動作。在液壓順序回路中用順序閥使兩個以上的液壓缸實現有序動作。2.用來產生平衡力。在立式液壓缸使用順序閥的回路中，順序閥將液壓缸的下腔油路封住，使腔內的油液自然形成一個與活塞等活動部分重量相平衡的背壓力，防止活塞因自重而下滑。3.用于壓力油卸荷。在雙泵供油回路中，當執行元件快速運動時，兩泵同時供油。當執行元件慢速運動時，系統壓力升高，通入順序閥的壓力油將順序閥打開，使低壓大流量泵卸荷。4.起背壓作用。順序閥同前述的單向閥、溢流閥一樣，在系統中也可以當備壓閥使用。

四、從閥的用途方面分析三種閥的異同點

溢流閥起過載保護作用時，習慣上叫安全閥。兩者在結構完全相同，只是在不同的系統中作用不同。溢流閥的排油孔是常開的，而安全閥則是常閉的。溢流閥工作時是把一部分油液從排油孔“溢”出去。并且根據系統內壓力升高或降低，自動地將排油孔開大些或關小些，以保持系統內油液的壓力恒定。而安全閥工作時是為了保護液壓系統的“安全”，當系統內壓力超過規定數值時，閥才打開，使系統內壓力不超過安全閥開啟壓力的限度。

將順序閥和溢流閥進行比較，它們之間有以下不同之處: (1)溢流閥的進口壓力在通流狀態下基本不變。而順序閥在通流狀態下其進口壓力由出口壓力而定，如果出口壓力p2比進口壓力p1低得多時，p1基本不變，而當p2增大到一定程度，p1也隨之增加，則p1= p2+Δp， Δp為順序閥上的損失壓力。(2)溢流閥為內泄漏，而順序閥需單獨引出泄漏通道，為外泄漏。(3)溢流閥的出口必須回油箱，順序閥出口可接負載。

五、選用壓力閥時有關參數的差異

選擇壓力閥的主要依據是它們在系統中的作用、額定壓力、最大流量、壓力損失數值、工作性能參數和使用壽命等。通常按照液壓系統的最大壓力和通過閥的流量，從產品樣本上選擇壓力閥的規格〈壓力等級和通徑〉。

溢流閥的調定壓力就是液壓泵的供油壓力，也就是說溢流閥的調定壓力必須大于執行元件的工作壓力和系統壓力損失之和。如果溢流閥在系統中起安全作用，則溢流閥的調定壓力應按下式計算: PB≥(1.05～1.1) p+ΣΔp溢流閥的流量按液壓泵的額定流量選取，做溢流閥和卸荷閥用時不能小于泵的額定流量，做安全閥用時可小于泵的額定流量。

減壓閥的調定壓力根據其工作情況而決定。減壓閥不能控制輸出油液流量的大小，當減壓后的需要控制時，應另設流量控制閥。減壓閥的流量規格應由實際通過該閥的最大流量選取，在使用中不宜超過推薦的額定流量。

順序閥的規格主要根據通過該閥的最高壓力和最大流量來選取。在順序動作中，順序閥的調定壓力應比先動作的執行元件的工作壓力至少高0.5M Pa,以免壓力波動產生誤動作。

此外，可根據系統性能要求選擇閥的結構形式，如低壓系統可選用直動型壓力閥，而中高壓系統應選用先導型壓力閥。根據空間位置、管路布置等情況選用板式、管式或疊加式連接的壓力閥。壓力閥的各項性能指標對液壓系統都有影響，可根據系統的要求按樣本上的性能曲線選用壓力閥。如溢流閥的啟閉特性、靈敏度、壓力超調、外泄漏量等關系到系統的靜、動態特性，因此在定量泵調速系統中應選擇壓力超調小、啟閉特性高的閥作為溢流閥或安全閥。

六、從外形結構上分析三種閥的異同之處

溢流閥、減壓閥和順序閥的外形十分相似。一般地，各種液壓元件都裝有標牌，正確辨認和使用是沒有問題的。但是，如果在生產實際過程中，把損毀或丟掉標牌的三種液壓閥混放在一起，一般人要能正確地將其辨認出就是比較困難的。其實，工作原理和性能的不同決定了它們的外形不可能完全相同，可從以下幾個方面對它們加以區別：

(一) 根據進、出油口和外控油口旁的字母來比較。元件出廠時，廠家為了方便用戶使用，一般都要在油口的位置打上鋼印。通常，連接壓力油路的油口旁打上字母“P”，連接油箱的油口旁打上字母“T”。因此，根據元件不同的性能和油路連接方式可知，溢流閥進、出油口旁的字母一定是P和T，減壓閥一定是P1 和P2 。對于順序閥來講，由于有出口接油箱和出口接負載兩種連接方式，控制閥芯動作的油液又有來自進口和外部油路兩種渠道，故順序閥就有內控外泄漏式、外控內泄漏式和外控外泄漏式三種之分。由于廠家在用外部油路控制閥芯動作的外控油口旁通常要打上字母“X”，故上面所提的三種順序閥油口旁的字母就應依次為P1 和 P2、P和T加上X 以及P1 和P2 加上X。

(二) 根據有無外泄漏油口來比較。溢流閥的出口一定接油箱，因此其先導閥芯打開后的泄漏油液無需用專門的油管放油，而是通過內部油道流經出口到達油箱，在其先導閥芯旁就沒有外泄漏油管；減壓閥與之相反，出口與負載液壓缸相連，壓力較高，如果流經先導閥芯的油液也與閥的出口相接，則會事與愿違，使該路油液倒流，造成先導閥芯閉合，故減壓閥只得用一根專門的泄漏油管放油。由于減壓閥主閥芯阻尼小孔的直徑只有1mm左右，由阻尼小孔流向先導閥的流量很小，故所接泄漏油管很細，一般直徑只有5mm左右，有時甚至不用耐壓的紫銅管，而用一般的塑料管代替。因此，與溢流閥相比，減壓閥在外形上多一個外接細油口，在此油口旁廠家通常會用字母“L”作標記；對于順序閥而言，根據上面的原理可以推斷，外控內泄漏式順序閥無外泄漏口，其余兩種有外泄漏口。

(三) 根據進、出油口的位置來比較。減壓閥由于是利用閥后壓力與彈簧力相抗衡的原理工作的，且彈簧位于主閥芯的上方，故其閥后油液只能處于主閥芯的下方位置。因此，減壓閥的出口在下，進口在上。而溢流閥、順序閥的作用油液來自進口或外部，故其出口在上，進口在下，與減壓閥正好相反。

七、從三種壓力閥在液壓系統中的應用來分析其異同之處

在圖4所示雙泵供油系統中，閥1、閥2、閥3分別為溢流閥、減壓閥、順序閥。從符號可以看出，順序閥是外控內泄漏式。很明顯，三閥的符號非常相似，但在許多方面有著明顯區別。

溢流閥在此油路中起安全作用，在液壓缸正常運動時關閉，只有在超載、行程終了、制動時才打開通油；減壓閥在此起減壓作用，閥后可獲得比閥前低的穩定壓力，使缸B處于“頂住”狀態時產生的作用力保持較低的恒定狀態；外控內泄漏式順序閥在此起到的則是卸載作用，當系統負載較小時，順序閥

圖4 三種壓力閥在系統中的應用

由于外控油路壓力較低而關閉，泵4和泵5同時向液壓缸供油。反之，當系統負載較大時，順序閥打開，泵4油液通過順序閥向油箱卸載，只有泵5向液壓缸供油。由此也可看出，借助順序閥，液壓缸還實現了由輕載高速向重載低速的轉換。

在此油路中，溢流閥由于起安全作用，因此必須是三閥中手輪最緊的，它只有在壓力較高，超過安全限制的情況下才可打開通油。如果溢流閥相對較松，缸B將無法獲得穩定的低壓，閥3將無法打開，重載低速的運動狀態,也將無法得到。至于溢流閥要緊到什么程度，其開啟壓力要多高，則要視系統油路的安全要求及元件的額定壓力高低等因素綜合考慮。根據經驗，溢流閥開啟壓力一般取元件額定壓力的80% ～ 90% 較為合適;減壓閥手輪的松緊完全取決于缸B處于“頂住”狀態時對外所要產生作用力大小的要求，其開啟壓力一般較低，且可通過壓力計算公式很方便地算出；順序閥手輪的松緊則取決于系統對高、低速運動的切換要求，其開啟壓力應等于切換時的臨界壓力。

在此油路中，溢流閥必須是三閥中規格最大的閥:因為它如果打開，通過的是兩個液壓泵的流量；減壓閥所連接的液壓缸一般用于夾緊作用，液壓缸的規格通常較小，因此與之匹配的減壓閥也是取較小規格；而順序閥打開時通過的流量僅為泵4一個液壓泵的流量，因而順序閥的規格可比溢流閥縮小一倍。但是有時考慮到讓泵能徹底卸載，其規格也不一定非要小不可。

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