三 种 压 力 阀 的 异 同 之 辨 析

□张庭祥

( 山西工程职业技术学院，山西 太原 030009)

液压控制阀是液压传动系统中的控制元件，用来控制系统中油液的流动方向、压力高低和流量大小。液压阀按大类划分，一般分为压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀。由于流量控制阀和方向控制阀的工作原理、性能特点、外形结构有各自的特点，学生学习时容易掌握，容易辨别。而作为三种压力阀的溢流阀、减压阀和顺序阀，由于它们的工作原理相近、外形相似、职能符号相近，所以较难区别。

一、三种压力阀的工作原理

在液压系统中，液压泵排出的压力油，使执行元件动作，但执行元件在动作结束后，如果压力油没有回路，则因使用的是容积式泵，压力将无限上升，使管路系统或动力系统遭到破坏。为了防止这种问题出现，需要对压力进行控制，使压力一超过设定值，阀就打开。因此在液压回路中要设置压力控制阀，以防止发生异常压力和压力冲击，使液压回路保持一定压力，或使液压回路不超过预定压力。

(一)溢流阀的工作原理

根据工作场合的不同，溢流阀有直动式和先导式溢流阀两大类。先导式溢流阀由先导阀和主阀两部分组成。先导阀采用提动阀，主阀采用滑阀结构。这种阀的特点是主阀依靠两端面的压力差移动。

图1所示为先导型溢流阀。由图可见先导型溢流阀由先导阀和主阀两部分组成。先导阀就是一个小规格的直动型溢流阀，而主阀阀芯是一个具有锥形端部、上面开有阻尼小孔的圆柱筒。

工作原理：油液从进油口P进入，经阻尼孔到达主阀弹簧腔，并作用在先导阀锥阀芯上(一般情况下，外控口X是堵塞的)。当进油压力不高时，液压力不能克服先导阀的弹簧阻力，先导阀口关闭，阀内无油液流动。这时，主阀芯因前后腔油压相同，故被主阀弹簧压在阀座上，主阀口亦关闭。当进油压力升高到先导阀弹簧的预调压力时，先导阀口打开，主阀弹簧腔的油液流过先导阀口并经阀体上的通道和回油口流回油箱。这时，油液流过阻尼小孔b，产生压力损失，使主阀芯两端形成了压力差。主阀芯在此压差作用下克服弹簧阻力向上移动，使进、回油口连通，达到溢流稳压的目的。调节先导阀的调压螺钉，便能调整溢流压力。更换不同刚度的调压弹簧，便能得到不同的调压范围。

图1 先导式溢流阀

流经阻尼孔的流量即为流出先导阀的流量。这一部分流量通常称为泄油量。阻尼孔很细，泄油量只占全溢流量的极小一部分，绝大部分油液均经主阀口溢回油箱。在先导型溢流阀中，先导阀的作用是控制和调节溢流压力，主阀的功能则在于溢流。先导阀因为只通过泄油，其阀口直径较小，即使在较高压力的情况下，作用在锥阀芯上的液压推力也不很大，因此调压弹簧的刚度不必很大，压力调整也就比较轻便。主阀芯因两端均受油压作用，主阀弹簧只需很小的刚度，当溢流量变化引起弹簧压缩量变化时，进油口的压力变化不大，故先导型溢流阀的稳压性能优于直动型溢流阀。但先导型溢流阀是二级阀，其灵敏度低于直动型阀。

(二) 先导型减压阀的工作原理

图2 先导式减压阀

如图2所示，先导式减压阀由先导阀和主阀两部分组成。其具体动作如下:进油口d的一次压力为高压(系统压力)，经节流缝隙h产生压力降后由出口f输出。出口的二次压力油经阀芯中间小孔g和e分别通人阀体的下腔和上腔，上腔与先导阀相通。当二次压力低于调定压力时，阀芯在弹簧力作用下压至下端，阀口全部打开。当二次压力超过调定压力值时，上腔的压力油将先导阀打开，自泄油口流回油箱，此时由于小孔e的阻尼作用，上下腔产生压力差，即下腔压力大于上 腔压力，并克服弹簧力，推动阀芯上移，使节流口h变小，降低输出的二次压力。具有先导阀的减压阀上腔有遥控口，接远程调压阀，可以调整二次压力。但是远程调压阀的调定压力只能在减压阀调定压力的范围之内。

(三)顺序阀的工作原理

图3 先导型顺序阀

先导型顺序阀的工作原理和先导型滑阀式溢流阀基本相同。当进油腔压力等于或大于调压弹簧预调压力时，锥阀和主阀均打开，油液自进油腔流向出油腔，先导流量自外泄口流回油箱。进油腔和出油腔所连接的执行机构便实现顺序动作。当进油腔压力继续升高，流经主阀阻尼孔的流量增大，使主阀芯两端产生较大的压差，于是主阀芯克服复位弹簧力，是阀口开口度为最大，出油腔压力就近似等于进油腔压力。先导型顺序阀因采用了先导阀，所以启闭特性较好。同时由于调压弹簧和主阀复位弹簧分开，扩大了顺序压力范围。

图3中 a为先导型顺序阀结构图，b为导型顺序阀职能符号图。

二、从工作原理分析其异同点

从上面的分析可以看出，溢流阀、减压阀和顺序阀都是利用作用在阀芯上的油压作用力与弹簧力相平衡的原理工作的，它们都有直动式和先导式两种，结构上都有阀体、阀芯、弹簧和手轮，都能进行直接调压、远程调压和稳压。但实际上，它们在工作原理和性能上还是存在着较大的个体差异。

首先，从阀口的变化情况来比较，溢流阀和顺序阀都是在油压作用力超过弹簧力后阀口才打开，大量的油液从阀口通过。而减压阀在同样工况下阀口却会变小，且只有少量的油液通过外泄漏管流走。其次，从作用在阀芯上的油液来源渠道来比较，溢流阀的作用油液来自进口，减压阀来自出口，而顺序阀既可能来自进口，也可能来自外部某一压力油路，故顺序阀有内控式和外控式之别。再则，从功能上来比较，通过调节手轮，溢流阀能对阀前进行调压、限压、稳压和卸载，减压阀却是对阀后进行减压、调压和稳压，而顺序阀则是一个典型的开关元件，其功用主要是获得“通”和“断”两种开关功能。

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最后，从正常通油时调节手轮的作用效果来比较，若将手轮旋紧，溢流阀和顺序阀均使阀前压力和阀的前后压差增大，而减压阀则使阀后压力增高、阀的前后压差减小。

三、三种压力阀的主要用途

(一) 溢流阀：1.定压溢流。它常用于节流调速系统中，和流量控制阀配合使用，调节进入系统的流量，并保持系统的压力基本恒定。2.用于系统过载保护起安全阀作用。在容积调速速回路中，正常工作时，溢流阀(安全阀)关闭，不溢流，只有在系统发生故障，压力升至安全阀的调整值时，安全阀才打开，使变量泵排出的油液经安全阀流回油箱，以保证液压系统的安全。3.溢流阀在回油路上用作背压阀。由变量泵、溢流阀和液压缸组成的容积调速回路，它是通过改变变量液压泵的排量来实现调速的。回路中，液压缸活塞的运动速度由单向变量泵调节，溢流阀此时在回油路上起背压阀的作用。4.远程调压。直动式溢流阀由先导式溢流阀的远程控制口接出，可实现远程调压。 5.多级调压。在多级调压回路中，通过控制电磁换向阀的两个电磁铁通断电，可以使系统获得三种不同的调定压力。6.使液压泵卸荷。在卸荷回路中，用先导式溢流阀调压，同时配合电磁换向阀可以实现系统卸荷。

(二)减压阀：1.降低主油路的压力，供给低压回路使用。如控制回路，润滑系统，夹紧、定位和分度装置等回路。2.稳定压力。减压阀输出的二次压力比较稳定，使执行元件工作可以避免一次压力油波动对它的影响。3.根据不同需要，将液压系统分成若干不同压力的油路，以满足控制油路、辅助油路或各种执行元件需要的不同工作压力。4.与单向阀并联实现单向减压。5.与节流阀串联，可以保证节流前、后压力差为恒定，从而保证流过节流阀的流量不随负载的变化而变化。

(三)顺序阀：1.使执行元件顺序动作。在液压顺序回路中用顺序阀使两个以上的液压缸实现有序动作。2.用来产生平衡力。在立式液压缸使用顺序阀的回路中，顺序阀将液压缸的下腔油路封住，使腔内的油液自然形成一个与活塞等活动部分重量相平衡的背压力，防止活塞因自重而下滑。3.用于压力油卸荷。在双泵供油回路中，当执行元件快速运动时，两泵同时供油。当执行元件慢速运动时，系统压力升高，通入顺序阀的压力油将顺序阀打开，使低压大流量泵卸荷。4.起背压作用。顺序阀同前述的单向阀、溢流阀一样，在系统中也可以当备压阀使用。

四、从阀的用途方面分析三种阀的异同点

溢流阀起过载保护作用时，习惯上叫安全阀。两者在结构完全相同，只是在不同的系统中作用不同。溢流阀的排油孔是常开的，而安全阀则是常闭的。溢流阀工作时是把一部分油液从排油孔“溢”出去。并且根据系统内压力升高或降低，自动地将排油孔开大些或关小些，以保持系统内油液的压力恒定。而安全阀工作时是为了保护液压系统的“安全”，当系统内压力超过规定数值时，阀才打开，使系统内压力不超过安全阀开启压力的限度。

将顺序阀和溢流阀进行比较，它们之间有以下不同之处: (1)溢流阀的进口压力在通流状态下基本不变。而顺序阀在通流状态下其进口压力由出口压力而定，如果出口压力p2比进口压力p1低得多时，p1基本不变，而当p2增大到一定程度，p1也随之增加，则p1= p2+Δp， Δp为顺序阀上的损失压力。(2)溢流阀为内泄漏，而顺序阀需单独引出泄漏通道，为外泄漏。(3)溢流阀的出口必须回油箱，顺序阀出口可接负载。

五、选用压力阀时有关参数的差异

选择压力阀的主要依据是它们在系统中的作用、额定压力、最大流量、压力损失数值、工作性能参数和使用寿命等。通常按照液压系统的最大压力和通过阀的流量，从产品样本上选择压力阀的规格〈压力等级和通径〉。

溢流阀的调定压力就是液压泵的供油压力，也就是说溢流阀的调定压力必须大于执行元件的工作压力和系统压力损失之和。如果溢流阀在系统中起安全作用，则溢流阀的调定压力应按下式计算: PB≥(1.05～1.1) p+ΣΔp溢流阀的流量按液压泵的额定流量选取，做溢流阀和卸荷阀用时不能小于泵的额定流量，做安全阀用时可小于泵的额定流量。

减压阀的调定压力根据其工作情况而决定。减压阀不能控制输出油液流量的大小，当减压后的需要控制时，应另设流量控制阀。减压阀的流量规格应由实际通过该阀的最大流量选取，在使用中不宜超过推荐的额定流量。

顺序阀的规格主要根据通过该阀的最高压力和最大流量来选取。在顺序动作中，顺序阀的调定压力应比先动作的执行元件的工作压力至少高0.5M Pa,以免压力波动产生误动作。

此外，可根据系统性能要求选择阀的结构形式，如低压系统可选用直动型压力阀，而中高压系统应选用先导型压力阀。根据空间位置、管路布置等情况选用板式、管式或叠加式连接的压力阀。压力阀的各项性能指标对液压系统都有影响，可根据系统的要求按样本上的性能曲线选用压力阀。如溢流阀的启闭特性、灵敏度、压力超调、外泄漏量等关系到系统的静、动态特性，因此在定量泵调速系统中应选择压力超调小、启闭特性高的阀作为溢流阀或安全阀。

六、从外形结构上分析三种阀的异同之处

溢流阀、减压阀和顺序阀的外形十分相似。一般地，各种液压元件都装有标牌，正确辨认和使用是没有问题的。但是，如果在生产实际过程中，把损毁或丢掉标牌的三种液压阀混放在一起，一般人要能正确地将其辨认出就是比较困难的。其实，工作原理和性能的不同决定了它们的外形不可能完全相同，可从以下几个方面对它们加以区别：

(一) 根据进、出油口和外控油口旁的字母来比较。元件出厂时，厂家为了方便用户使用，一般都要在油口的位置打上钢印。通常，连接压力油路的油口旁打上字母“P”，连接油箱的油口旁打上字母“T”。因此，根据元件不同的性能和油路连接方式可知，溢流阀进、出油口旁的字母一定是P和T，减压阀一定是P1 和P2 。对于顺序阀来讲，由于有出口接油箱和出口接负载两种连接方式，控制阀芯动作的油液又有来自进口和外部油路两种渠道，故顺序阀就有内控外泄漏式、外控内泄漏式和外控外泄漏式三种之分。由于厂家在用外部油路控制阀芯动作的外控油口旁通常要打上字母“X”，故上面所提的三种顺序阀油口旁的字母就应依次为P1 和 P2、P和T加上X 以及P1 和P2 加上X。

(二) 根据有无外泄漏油口来比较。溢流阀的出口一定接油箱，因此其先导阀芯打开后的泄漏油液无需用专门的油管放油，而是通过内部油道流经出口到达油箱，在其先导阀芯旁就没有外泄漏油管；减压阀与之相反，出口与负载液压缸相连，压力较高，如果流经先导阀芯的油液也与阀的出口相接，则会事与愿违，使该路油液倒流，造成先导阀芯闭合，故减压阀只得用一根专门的泄漏油管放油。由于减压阀主阀芯阻尼小孔的直径只有1mm左右，由阻尼小孔流向先导阀的流量很小，故所接泄漏油管很细，一般直径只有5mm左右，有时甚至不用耐压的紫铜管，而用一般的塑料管代替。因此，与溢流阀相比，减压阀在外形上多一个外接细油口，在此油口旁厂家通常会用字母“L”作标记；对于顺序阀而言，根据上面的原理可以推断，外控内泄漏式顺序阀无外泄漏口，其余两种有外泄漏口。

(三) 根据进、出油口的位置来比较。减压阀由于是利用阀后压力与弹簧力相抗衡的原理工作的，且弹簧位于主阀芯的上方，故其阀后油液只能处于主阀芯的下方位置。因此，减压阀的出口在下，进口在上。而溢流阀、顺序阀的作用油液来自进口或外部，故其出口在上，进口在下，与减压阀正好相反。

七、从三种压力阀在液压系统中的应用来分析其异同之处

在图4所示双泵供油系统中，阀1、阀2、阀3分别为溢流阀、减压阀、顺序阀。从符号可以看出，顺序阀是外控内泄漏式。很明显，三阀的符号非常相似，但在许多方面有着明显区别。

溢流阀在此油路中起安全作用，在液压缸正常运动时关闭，只有在超载、行程终了、制动时才打开通油；减压阀在此起减压作用，阀后可获得比阀前低的稳定压力，使缸B处于“顶住”状态时产生的作用力保持较低的恒定状态；外控内泄漏式顺序阀在此起到的则是卸载作用，当系统负载较小时，顺序阀

图4 三种压力阀在系统中的应用

由于外控油路压力较低而关闭，泵4和泵5同时向液压缸供油。反之，当系统负载较大时，顺序阀打开，泵4油液通过顺序阀向油箱卸载，只有泵5向液压缸供油。由此也可看出，借助顺序阀，液压缸还实现了由轻载高速向重载低速的转换。

在此油路中，溢流阀由于起安全作用，因此必须是三阀中手轮最紧的，它只有在压力较高，超过安全限制的情况下才可打开通油。如果溢流阀相对较松，缸B将无法获得稳定的低压，阀3将无法打开，重载低速的运动状态,也将无法得到。至于溢流阀要紧到什么程度，其开启压力要多高，则要视系统油路的安全要求及元件的额定压力高低等因素综合考虑。根据经验，溢流阀开启压力一般取元件额定压力的80% ～ 90% 较为合适;减压阀手轮的松紧完全取决于缸B处于“顶住”状态时对外所要产生作用力大小的要求，其开启压力一般较低，且可通过压力计算公式很方便地算出；顺序阀手轮的松紧则取决于系统对高、低速运动的切换要求，其开启压力应等于切换时的临界压力。

在此油路中，溢流阀必须是三阀中规格最大的阀:因为它如果打开，通过的是两个液压泵的流量；减压阀所连接的液压缸一般用于夹紧作用，液压缸的规格通常较小，因此与之匹配的减压阀也是取较小规格；而顺序阀打开时通过的流量仅为泵4一个液压泵的流量，因而顺序阀的规格可比溢流阀缩小一倍。但是有时考虑到让泵能彻底卸载，其规格也不一定非要小不可。

参考文献：

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