如何识读～看懂二通插装阀系统的液压原理图？

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一、导读

油缸中插装阀应用场合，如图所示。

注意插装阀的开关箭头方向以及油路的颜色走向。

        它等同于如下油路原理，可以初步得到大致四种不同的工作状态：

实际上油缸要产生伸缩运动，油缸的无杆腔和有杆腔必须分别接两个二通开关，能进油，能出油，二者不能同时开启。

  a.当油缸活塞杆伸出时，必须使工作腔导通进油P，断开T；而回油腔断开P，导通T；这样使得油缸的无杆腔进油，有杆腔回油。

即阀2、4开，阀1、3关，P→A，B→T；这得需要先导阀联锁来控制主阀芯。其中阀1、2两个二通插装阀控制无杆腔的进出油；阀3、4两个二通插装阀控制有杆腔的进出油。

b.当油缸活塞杆缩回时，必须使工作腔导通进油P， 断开T；而回油腔断开P，导通T；这样使得油缸的有杆腔进油，无杆腔回油。

即阀1、3开，阀2、4关，P→B，A→T；这得需要先导阀联锁来控制主阀芯。其中阀3、4两个二通插装阀控制有杆腔的进出油；阀1、2两个二通插装阀控制无杆腔的进出油。

       c.当油缸活塞杆锁紧不动，油缸保压

此时阀1、2、3、4全部断开，油泵出油封闭，油泵必须并联溢流阀溢流。此时油缸保压，活塞杆处于锁紧不动。

       d.当油缸活塞杆浮动状态，油泵卸荷。

此时阀1、2、3、4全部开启，油泵出油直接回到油箱，油泵处于卸荷状态。若为垂直油缸，则活塞杆脱出直至碰至不动。

由此可知，

应用两个“二通插装阀”可以组成一个“三通插装阀”，仅仅控制一个腔，管它的进出油。

若要控制一只油缸的“无杆腔”和“有杆腔”两个腔时，必须需要两个“三通插装阀”。

插装阀的主阀必须要有先导级逻辑程序控制。

它相当于两级(带先导级的)电液控制阀，四两拨千斤，二通插装阀通过的流量更大。

这些主阀插件类似于把普通换向阀的阀口单独分离出来而已。

但是通过单独电磁换向阀这些先导阀使得程序控制更灵活；并且二通插装阀组合而成的机能更多（但M型不能实现）。这是插装阀液压系统的一个显著特点。

普通换向阀通过内部阀芯整体联接起来，可直接联动，其联动控制阀口的逻辑非常好，但流动阻力大，为整体组件，但不如插装阀那样可以集中安装到集成块里面。如下图所示：

而插装阀必须由电磁换向阀采用控制程序来实现。

为什么多此一举呢？

增大过油流量Q

        二通插装阀液压系统非常适合于高压大流量场合。

我们现在可用500mmx500mm大小的插装阀集成阀块完全能够替换很多年前的一个法兰式连接的大泵站房，并且流动阻力小、不容易泄漏，也不容易发热。

二通插装阀液压系统广泛应用在高压大流量的液压设备和工业领域，如常见的四柱油压机、折弯机、剪板机、冶金连轧机和步进炉、水利大闸门控制。

它的优点是：

1.结构简单，便于制造和集成化；

2.流动阻力小，通油能力大；

3.动作灵敏，响应快；

4.密封性能好；

5.工作可靠，介质适应性强；

6.能够实现一阀多能的控制。

（盖板式）二通插装阀，明显区别于螺纹插装阀。

由二通插装阀组成的液压系统，其液压原理图也明显不同于普通由板式、叠加式、管式、螺纹式等的液压原理图。

二通插装阀是由插装阀基本组件(阀芯、阀套、弹簧和密封圈)插到特别设计加工的阀体内，配以盖板、先导阀组成的一种多功能的复合阀。参见下图所示。

插件具有通用化、标准化、系列化程度很高的零件，可以组成集成化系统。

单个二通插装阀的控制原理等同于电液控制的二位二通阀。

如果没有接触过此系统的人，连个这样的二通插装阀液压原理图都不容易看懂。那维修时判断问题、排除故障等就很费劲啦。另外二通插装阀的内部原理、拆装检修也有它自身的一些特点。

     其实二通插装阀液压系统一般是由四部分组成的，即：

       1. 插装件

由阀套、阀芯、弹簧以及密封件等组成。

它可以被看成是两级阀的主级。

它有多种面积比和弹簧刚度。

主要功能是控制主油路中的油流方向、压力和流量。

     2. 控制盖板   

控制盖板用作周定插装件，加工有先导控制油道；内装各种微型元件，与先导控制阀组合后可以控制插装件的工作状态。

控制盖板内还配置若干阻尼螺塞(节流孔)，用以调整插装件的响应时间。

控制盖板一般分为方向、压力和流量三大类，以及兼有两种以上功能的复合控制类。

所需的控制系统可以装配于盖板顶部，或者其信号可经盖板内的控制通道连到插件。

    3. 先导控制阀     

采用小通径（6mm或10mm通径）电磁滑阀或球阀，通过电信号或其它信号，控制插装阀的启闭，从而实现各种控制功能。

4.集成块

二、插件

（一）插装件，俗称插件。

它是由阀芯、阀套、弹簧和密封圈等组成。

济南铸锻所的阀套上部为带阻尼孔的活端盖，直接把弹簧、阀芯包装在内，弹簧不能自由弹出，为整套组件。端盖中部阻尼孔与控制盖板的控制口相对应。

它结构简单，便于标准化制造和集成化。

    需要注意的是：

       二通插装阀插件的通径是阀芯的外径；也就是阀套的内径。

但国内外的结构略有不同。国内的控制盖板一般平面，不带凸台，但有时会加一个垫块。国外的控制盖板一般带凸台。如图所示。

在实际设计工作中经常会遇到的问题是不同通径(特别是通径相差较大时)的插件要安装在同一阀块中；为了使得插件之间的主油路联通，通常的做法是将某些插件孔的深度适当加深，装配时在插件上加垫块来补偿加深的深度。如右上图浅绿色所示。

插件是液压系统中最为核心的功能部件。

一个插件配上相应的先导控制装置，可以同时实现换向、调压、限压、调速等多种机能，能够一阀多用，可以简化液压系统。

   （二） 插件的基本原理：

就是利用施加于先导口X的先导压力作用于阀芯的控制腔Ac，通过与A及B口的工作腔Aa、Ab作用力（甚至还有弹簧力）相比较，来进行阀芯的开关动作。如下图所示。

因为每个插装阀基本组件（简称插件）有且只有两个油口，它仅仅起着导通（开）和断开（关）油路两个油口的作用，故被称为二通插装阀。

它类似于数字信号中1和0之逻辑控制功能，故早期又称逻辑阀。

它功能等同于一个二位二通阀。【实际应用过程中一般为常闭式】

用于方向和单向功能的二通插装阀其实是液控单向阀。

【注：具有压力阀功能的二通插装阀略有不同，它是手动压力设定。】

常闭式

常开式

     （三）插件的性能影响因素 

    1.面积比

与控制腔X(有的图上标为K、C、Aap)相对的工作腔Aa和控制腔X的面积比

；

它是二通插装阀最为重要的结构参数，它直接影响插装阀的流向、开启压力、密封性、关闭可靠性等性能。

比如面积比α=1:1.07的插件一般适用于A→B的流向。

而如果用于B→A的流向时，则阀的开启压力是A→B流向的15倍。

比如面积比α=1:1的插件一般仅仅适用于A→B的流向，完全不可能反向流通。

比如面积比α=1:2的插件一般适用于A→B以及B→A的流向，并且两种流向的开启压力相同。

通过“控制腔X(有的图上标为K、C、Aap)”的压力Pk与回路中的最高压力相连通，作为插件的控制油，用来加压关闭；或者通过使得”控制腔K”连通油箱，使插件放油打开。

实际上，它是通过”控制腔K”的进油加压或放油卸压来实现A、B两个油口的断开或连通。如上图所示。

面积比对于不同厂家和国内外具体规格数据略有差异。但它基本类型分两大类，即：锥阀和滑阀。

滑阀面积比α=1:1而国内锥阀中，大体上，面积比如下表。

比如机械工业部济南铸锻所开发的二通插装阀则有5种面积比，即方向型二通插装阀大多采用α=1:1.5和α=1:2两种。压力阀大多采用α=1:1.07和α=1:1。

它们具体应用在：

a.仅用A口压力Pa通过“控制腔K”来控制主阀芯开启A→B当作方向阀时，通常取α=1:1.2；

b.当要求采用B口压力Pb通过“控制腔K”来控制当单向阀时，通常取α=1:2；

c.仅用A口压力Pa通过“控制腔K”来控制主阀芯开启A→B或B→A换向阀时，通常取α=1:1.5；

d.当用A口压力Pa通过“控制腔K”来控制主阀芯开启A→B当作溢流阀时，通常取α=1:1.07；

e. 当用于B口方向有背压工况，防止B口压力反向打开主阀，通常取α=1:1。

更为详细的具体应用可以查阅有关资料。

比如BOSCH液压样本中仅有两种规格：α=1:1和α=1:1.6，并且前者还分锥阀和滑阀式二通插装阀。

a.对于滑阀式二通插装阀α=1:1，国外常常阀芯带节流阻尼，外加压力阀，用来构成压力型二通插装阀。

b.对于锥阀式二通插装阀α=1:1，国外常常阀芯带节流阻尼，外加换向阀，用来构成方向型二通插装阀。

但大部分的α=1:1锥阀式二通插装阀用于换向阀或带有节流窗口的换向阀。

      2.弹簧

配置不同的弹簧影响到插装阀的稳态和动态性能。

通常配备不同刚度的弹簧，并且开启压力来表示它们的区别。

比如，在冬天低温工作的油压机，用户老是反映机器停机时会缓慢掉落后才能停住，我本人有时采用在弹簧端加上几个平垫圈（相当于增大弹簧力，克服低温油液粘度大时的阻力，从而阀关闭速度增快）来解决问题，当然开启压力也会略有升高，但可以快速解决疑难故障。

 3.阀芯与阀套

1) 一般每一种规格有一个标准阀套。该阀可以适应多种阀芯形式。通过简单地更换阀芯很容易改变阀的功能。

2) 每种阀规格，一般仅需3种阀盖即可实现所有标准阀功能。

3) 可通过在阀套沟槽中配置O形圈，实现控制腔X与油口BB之间的无泄漏密封。

4)不带缓冲头的阀芯，具有高速换向功能；

带缓冲头的阀芯，可以实现无冲击换向功能。

作为流量插装阀（与方向阀的区别在于带有行程限制，即主阀芯增加了节流功能）时，使用带缓冲头的阀芯。

 三、控制盖板与先导油路

       (一)先导油路节流孔

改变先导油路节流孔（固定阻尼）的直径d，可以调整二通插装阀的响应时间和冲击程度。

根据国外资料介绍，控制流量Q取决于插装阀的控制容腔V和操作时间，即我个人常说的“动态封闭容腔压力公式”

。

由此可见，在控制腔容积V和充放油时间一定的情况下，控制腔的压力Px直接决定于通过节流孔（固定阻尼）来的流量Q，而流量Q又由流量方程式可知，它与节流孔（固定阻尼）的直径d有关，BOSCH样本的经验公式为

由此可见，改变先导油路节流孔（固定阻尼）的直径d，可以调整二通插装阀的响应时间和冲击程度。

        (二)二通插装阀“路路通”的特殊现象

由于插装阀回路都是由一个个独立的带先导电磁换向阀控制的电液二位二通阀组合起来的，因此它们动作的一致性不可能象传统滑阀（阀芯本身联动控制阀口）系统那样可靠。

如果先导油路设计不当，有可能产生所谓的瞬间路路通现象，这不但对于一些要求保压的系统或蓄能器系统是不允许的，有时甚至使整个系统瘫痪。

这是一个在二通插装阀系统设计和使用中会碰到的特殊问题，必须引起设计者的特别注意。

解决这个问题的思路是：

尽可能使插件1和2不要同时动作，按先关后开的顺序动作。

具体方法：

采用充分注意使用梭阀或单向阀，加上开关速度的调整及电控程序信号的配合；

调节插件C腔的阻尼孔，使阀芯关闭速度提高，开启速度降低，也可以减轻这种影响。

所谓“路路通”及其解决方案可用下面两个图示原理图说明。

       (三)二通插装阀的多种控制组合形式：

不同种类的先导阀与盖板上的控制口K相连通，可以充当方向阀、压力阀使用。

若在盖板上或盖板下部加装限制主阀芯上下行程的机构则可作流量阀使用。

    A.二通插装阀按照控制油的来源，共有两种：

1.外控式插装阀，控制油由单独动力源提供。如下图所示。

2. 内控式插装阀，控制油引自阀的A口或B口。如下图所示。

但根据阀芯是否带阻尼孔，它又分为：

1)阀芯不带阻尼孔的插装阀

注意：

一般，控制油引自A口，用于控制A到B的流动；反之，若引自B口，用于控制B到A的流动。国外常常采用这种内控式结构，不论方向阀还是压力阀。

2) 阀芯带阻尼孔的插装阀

用两个二通插装阀可以组成一个三通插装阀，控制油缸的一个工作腔。这个三通控制着油缸工作腔的与油泵来油是否接通或与油箱是否接通。

a.在控制口K处配装一个二位四通电磁换向阀，可以相应地等同于构成一个电液二位三通阀；此功能仅仅控制进出油，没有锁紧功能。有2种状态。

b.若在控制口K处配装一个P型中位机能的三位四通电磁换向阀，可以相应地等同于构成一个电液三位三通阀；此功能既能够控制工作腔的进出油，又能够锁紧不动。有3种状态。

c.在每个控制口K处配装一个二位四通电磁换向阀，可以相应地等同于构成一个电液四位三通阀。此功能既能够控制工作腔的进出油，又能够锁紧不动，并且附加油泵和工作腔的连通卸荷功能。有4种状态。

       B.三通插装阀按照控制方式也分内控式和外控式两种

此种内控式连接方式应该注意其使用场合和条件Pp＞Pa，否则有可能使得控制失效，出现危险。这是因为：

当停机后，两个电磁铁自然会失电，油泵进油Pp逐渐也就没有压力，此时若阀出口与油缸的下腔相连通就会因为Pp的消失而导致油缸下落的。

当油泵运行过程中，若油泵连接若干个执行元件是有可能存在压力波动，瞬间Pp＜Pa，阀1会开启，会导致误动作；若油缸被加压到Pp需要保压一段时间而油泵卸荷时，此时Pp＜Pa，阀1会开启，会导致油缸压力下降，不能可靠保压。

为此，为了防止误动作的发生，控制油路常常应用梭阀自动取自P、A通道中相对较高的压力信号，进行主阀芯的控制。

C.把两个三通插装阀并联起来即可组成四通插装阀，可以控制油缸的两个工作腔：无杆腔和有杆腔。

1.应用四个二位三通/四通电磁换向阀分别控制四个二通插装阀时，这样可以形成16种组合，其中5种组合相同，故可以获得12种中位机能的四通电液换向阀。

由表格可以看出：四通插装阀可以实现几乎所有的滑阀中位机能，但恰恰不能实现M型中位机能。这是四通插装阀的一个显著特点。

       2. 应用一个不同中位机能的三位四通电磁换向阀控制四个二位二通插装阀，可以得到不同中位机能的三位四通电液换向阀。

a.若先导阀采用P型中位机能的电磁换向阀控制四个二通插装阀时，可以获得一个中位机能为O型机能的三位三通电液换向阀。它有3种状态，可以实现前进、后退、中位O型机能共三种功能。

b.若先导阀采用Y型中位机能的电磁换向阀控制四个二通插装阀时，可以获得一个中位机能为H型机能的三位三通电液换向阀。它有3种状态，可以实现前进、后退、中位H型机能共三种功能。

        3.应用两个二位二通电磁换向阀控制四个二通插装阀时，可以获得一个四位四通电液换向阀。它有4种状态，可以实现前进、后退、差动、浮动共四种功能。

三、流量控制阀

注意：

若在盖板上或盖板下部加装限制主阀芯上下行程的机构则可作流量阀使用。

四、压力控制阀

在二通插装阀的盖板里配装调压组件，可以得到各种不同的压力控制阀。

溢流阀

先看一个插装式溢流阀。

左图为旁路节流式结构示意图，右图为相对应的实际结构图。

国外产品或与国际接轨的产品通常是旁路节流，便于插件的通用性；但插装阀块加工时肯定要多两路油道，参见上图红色处油道。

其实济南铸锻所的压力阀中的插件是直通式节流，从此处引入盖板或先导阀的一股控制油。

所以拆卸出来的阀芯，若中部有节流阻尼孔的（可以采用针尖或细钢丝捅一捅），可以马上断定这个阀为压力阀，而不是方向阀。

若液压原理图中看到插装阀内部画有节流阻尼的，那直接判断它是压力阀范畴，用于压力调节。在各种油压机中，一般是溢流阀或溢流阀当作背压阀用。

这种带阻尼孔的插装阀，主要用于组成溢流阀；也可以用于组成其它压力阀，因此称为压力控制插装阀。它的阀芯面积比

。

补充归纳说明【李淑良实战经验总结】：

1.济南铸锻所的插装阀，一般压力阀芯内有小孔或液阻（节流螺塞），而方向阀无。很容易辨别。

2.插装阀面积比，国内外厂家不同，但主要体现在A、B能不能双向打开。

3.通径大，流量大>100L/min，插件通径不以阀套为准，而是以阀套内径为准。

4.为了便于不同通径插件（油道深度不一样）油道加工工艺性贯通，插件上有带中孔的垫块。

5.鉴于液动力开启方向，适用于底部进油为宜。

6.盖板控制插件有快慢，会产生瞬间全部打开导通之情况，故添加节流螺塞；压力阀也加节流螺塞，防止噪音，通常与主机联机调试时，现场更换节流螺塞进行调整。

7.插装阀通油流量大，不易卡；若卡，确定位置后拆装非常方便，可用钢丝或5mm电焊条自制双弯钩采用扳手拽出插件。

8.为了方向阀关闭可靠，其盖板进油常用梭阀取自控和它控带压力油。

9.拆检结束准备安装时，必须一边上下插入插出，一边不断旋转45°、90°、180°（因为油流冲刷时阀芯会转动）来检查其装配间隙是否合适，防止发卡；必要时用水砂纸手工滚动搓擦去刺抛光。千万不能手工修磨密封部位。

一份耕耘，一份收获