摘 要：制成螺纹插装式的减压阀有二通型和三通型。概述它们的功能、类型与特点。
关键词：流体技术；液压；螺纹插装阀；减压阀
1 概述
减压阀，通常指的是可用于限制出口压力的阀。
在一些教科书中指出，减压阀有三大类：定值减压阀、定差减压阀、定比减压阀。
定差减压阀，可以归类于定压差阀，又称压力补偿阀，被广泛应用于二通流量阀、三通流量阀及各种类型的负载敏感回路中，有很多类型，笔者将另文介绍分析。
定比减压阀用途很窄，做成螺纹插装阀形式的很少见。因此，本文专注于定值减压阀。
有几个国际知名液压元件公司将此类阀称为pressure regulator压力调节阀，其实这样称呼并不精确。因为，压力调节阀，顾名思义，是根据压力调节的阀，那就既可以是出口压力，也可以是进口压力（溢流阀）。
国际标准ISO5598《流体传动系统及元件术语》（国标GB/T17446）定义，减压阀是在进口压力和流量变化时，维持出口压力恒定的阀。在1985版中有两个称呼：pressure regulator和pressure-reducing valve，而在2008版中限定，pressure-reducing valve用于液压，pressure regulator用于气动。
在该标准中还注明：应该保持进口压力高于设定的出口压力。
其实，从本质上来说，减压阀只是一个可以根据出口压力改变液流通道，被动地限制出口压力的装置而已。
1.1 类型
减压阀可分为二通型与三通型。
二通型，即单纯减压阀（reducing valve），图形符号如图1a。P口是压力油进口，K口是出口。在K口压力超过设定值的时候，二通型只能关闭通道，不能防止K口压力由于其他原因，例如，阀泄漏、液压缸受到外来负载力、负载振动等，继续上升。
因为弹簧腔的压力会影响设定值，因此都有单独端口，通常直接接回油，所以，二通型减压阀一般也有三个端口。
三通型，又称减压溢流阀（reducing/relieving valve），图形符号如图1b。P口是压力油进口，T口接回油。
在K口压力上升超过设定值时，溢流功能起作用，开启通道K→T，液压油从T口流出。这时，T是出口。所以，为避免混淆起见，本文以下称K口为限压口。
多数三通型减压阀的弹簧腔端口与T口都直接相通（见图1（c））。
图1 减压阀的图形符号（根据GB/T786.1-2009建议）
（a）二通型减压阀 （b）三通型减压阀 （c）三通型减压阀（弹簧腔与溢流口相通）；P-压力油进口；K-限压口；T-回油口
1.2 功能
当K口压力低于设定压力时，减压阀所能做的，只是把通道尽量开大，仅此而已。因此，如图2所示，如果P口压力pP低于减压阀的设定压力pS（区域I），那K口压力pK也不可能高。
直到pP超过pS（区域II），开口X才开始关小，pK才会稳定在pS接近的值。
X的实际大小还随流过阀的流量而有所变化。
所以，减压阀实际上只是个限压阀。
图2 减压阀的限压口压力受进口压力制约
PP-进口压力；PK-限压口压力; PS-设定压力；X-开口；XMAX-最大开口I—PP＜PS；II—PP＞PS
1.3 应用举例
在夹紧回路中常采用减压阀（见图3（a））。
当夹紧缸的压力pK没有达到设定压力 pS时，减压阀全开。
当 pK达到 pS后，减压阀关闭，以冀夹紧压力不再上升，避免由于过高的夹紧压力损坏工件。
图3 减压阀用于夹紧回路
但是，由于减压阀都是滑阀，总存在泄漏。因此，在主回路失压（pP＜pS）时，夹紧压力pK会因为泄漏而逐渐下降。如果要求持续保持夹紧，则要采取相应的辅助保压措施，例如蓄能器，如图3（b）。
同时，由于在该回路中，使用二通型减压阀，夹紧缸中的压力pK还可能由于减压阀的泄漏而超过设定值pS，缓慢上升。采用三通型减压阀就没有问题。
图4中的三通型减压阀限制了松开液压马达制动器的最高压力，使之不因为液压马达的工作压力而超压。
图4 减压阀用于制动器回路
图5中，三通型减压阀限制了后续部分回路的工作压力。
图5 减压阀用于多路驱动回路
图6中，三通型减压阀V1限制了液压缸无杆腔的工作压力，二通减压阀V2限制液压马达的工作压力，二通减压阀V3作为次级控制阀，进一步限制液压马达某一方向的工作压力。
虽然减压阀是个常开阀，但是反向很容易关闭。如果需要其通流，可以把弹簧腔接到执行器另一侧，如V1，或另接一个单向阀，如V3。
在图3和图4的应用中，通过减压阀的流量一般是间断性地。而在图6的应用中，通过减压阀的流量就可能是持续性的，因为液压马达持续旋转需要持续的流量供应。
图6 减压阀的应用示意
2 二通型减压阀
构造一般如图7所示。
弹簧预紧力除阀芯端面面积之商，即弹簧预紧压力，也即设定压力pS。
在K口压力低于pS时，通道P→K开启。
当K口压力超过pS时，克服弹簧力，推动阀芯向上，关小以致最后关闭通道P→K。
图7 减压阀结构示意图
P-压力油进口；K-限压口；T-弹簧腔端口；X-开口量
2.1 稳态特性
减压阀的稳态特性主要从以下三方面考察。
1）压差流量特性
压差流量特性反映了通道全开时，不同流量流经减压阀所引起的压降。因为这时的流量是需要的，所以，通常希望压降尽可能地低。一般是由阀的几何尺寸决定的。
因为是通道全开，固定不变，所以测试曲线通常是一抛物线，如一固定节流口（见图8）。
测试回路与测试过程可参见参考文献[1]。
图8 某减压阀的压差流量特性
2）流量-受限压力特性
（a）理论分析
流量-受限压力特性反映了在通过不同流量时受限压力pK的变化情况。
理论上，希望 pK保持恒值，不受通过流量的影响。但实际上，随着通过流量的增大，pK都会有不同程度的下降，如图9所示。
这是因为，随着通过的流量q增大，阀开口X必须增大，因此，调压弹簧的压缩量相应减少（参见图7），从而，与之相平衡的pK也相应降低。另外，液动力总是趋于使阀口关小的方向，在图7是往上，与pK同向，随着q增大而增大，这也在一定程度上降低了pK。
图9 减压阀流量-受限压力特性示意图
pK-受限压力；pS-设定压力；X-通道开口量；q-流经开口的流量
（b）测试曲线
图10为某一产品样本上提供的，比较接近真实情况的曲线。
图10中，曲线a的设定值较高。当通过流量大到一定值（约22 L/min）时，受限压力pK陡然下降。这是因为，这时，出现了与溢流阀类似的所谓“全流量”效应：阀口已经开到最大，阀已经失去了调压功能，因此，阀口两侧的压降随流量呈抛物线增长。使用中要考虑到这点，必要时要避免。
图10 某减压阀的流量-受限压力特性
a-高设定压力；b-低设定压力
曲线b的设定值较低，出现“全流量”的流量值也较大。这是因为，两条曲线是在同一进口压力pP的情况下测得的。设定值较低，即意味着，开口两边的压差pP-pK较大，通过相同流量所需的开口就较小，这样到全开口也较迟一些。
另外，由于阀芯与阀体间总有摩擦力，因此实测曲线会有滞回：流量上升时和流量下降时的曲线一般不重合，图10中未表现出来（可参见图15）。
3）内泄漏特性
目前市场所见的减压阀结构大多如图7所示，因此，内泄漏就只会发生在P口与T口、P口与K口之间。
从P口到T口的泄漏，只要相对泵的工作流量还很小，在一般情况下，不会带来大问题。
但从P口到K口的泄漏就不同。如果K口联通的是一个液压缸（例如图3、4），在液压缸已经走到底时，经过一段时间，这一内泄漏就会导致压力进一步上升。原本期望的限压功能就不能实现。
这一泄漏量可以直接测试，也可以间接测试。
（a）直接测试
理论上，应该参照图11的回路搭建，利用秒表和量杯，直接测试。但实际上不容易完成。因为，唯有当限压口压力pK达到设定压力pS后，P口到K口的通道才会关闭，这时测得的才是内泄漏。而因为内泄漏量一般都很小，所以，节流阀很难调到：既有泄漏量通过，又能保持压力pK稳定在关闭压力。
图11 减压阀内泄漏直接测量回路
（b）间接测试
如果把减压阀反接（见图12）：泵源接K口，P口接油箱。只要溢流阀开启压力pY高于pS，就能使被测阀处于关闭状态。这时测得的泄漏量，一般来说，可以反映阀芯在压差为pY时的泄漏状况。
图12 减压阀内泄漏间接测量回路
2.2 动态特性
作为减压阀，不管进口压力、限压口流量如何波动，希望受限压力pK能够始终保持恒定。但实际上，由于阀芯有惯量，还受到摩擦阻力等因素的影响，进口压力和限压口流量的波动肯定会对pK带来影响。
考虑到减压阀也有“全流量”效应。在“全流量”时，已不能正常控制pK。所以，动态特性测试时，要避免进入“全流量”区域。
进口压力波动和限压口流量波动对pK的影响应分别测定，参考文献[1]列出了测试回路与过程，供参考。
制成螺纹插装式的二通型减压阀种类不多，市场上常见的仅有直动型、先导型、气控比例型和电比例型这几种，详见参考文献[1]。
3 三通型减压阀
图13所示为三通型减压阀的结构。右半边是处于减压状态，左半边是处于溢流状态。
其结构与二通型很相似。只是阀体上回油口T的通流面积要大一些，因为这时，流过回油口的不仅是弹簧腔的油，而且也可能有从K口来的油。另外，阀芯上的轴向通流槽可能长一些，阀芯允许的行程要长一些：在封闭P口后，还可开启T口。
图13 三通型减压阀的结构示意图
I-减压工况；II-溢流工况；X-通道开口量；P-进口；K-限压口；T-回油口
3.1 稳态特性
三通型减压阀一般也都有内泄漏，但只要是相对泵的工作流量不是太大，在一般情况下，不会带来大问题。因为，从进口到限压口的内泄漏，现在可以经由溢流功能流出，不会形成超压。
因此，三通型的稳态特性主要从以下两方面考察。
1）压差流量特性
三通型的压差流量特性只考察，液流从P口到K口，即减压功能时。
从K口到T口，即溢流功能时，就是下述的流量-受限压力特性，所以不需重复测量。
2）流量-受限压力特性
三通型减压阀的流量-受限压力特性必须要从两方面考察：
液流从P口流向K口，即减压功能时；
液流从K口流向T口，即溢流功能时。
（a）理论分析
图14所示为该特性的示意图。在区域I中减压功能起作用，在区域II中溢流功能起作用。
一般都有一个负开口区——P口关闭后，T口不立刻开启，因此，受限压力 pK会有一个死区（dead band）。pK在此范围内波动，不受控制。
减小负开口量，就可以减小死区，但从P口到T口的内泄漏会相应增加。
另外，因为液动力总是趋于使阀口关闭的方向（参见图13），因此当压力油从P口流向K口，即减压功能时，液动力方向向上，降低pK。当压力油从K口流向T口，即溢流功能时，液动力方向向下，升高pK。
所以，液动力也会增加pK的死区。
图14 三通型减压阀流量-受限压力特性示意
I-减压区域；II-溢流区域；pK-受限压力；pS-设定压力；dp-受限压力波动范围；X-通道开口量；db-负开口量；q-流经开口的流量
（b）测试曲线
图15为某三通型减压阀的测试曲线，从该图中可以看到滞回和溢流功能的全流量特性。
图15 某三通型减压阀实测的流量-受限压力特性
I—减压状态；II—溢流状态
3.2 动态特性
由于结构及阀芯惯量不同，不同类型的三通型减压阀可能具有不同的动态特性。一般而言，直动型的动态响应特性较先导型的快。这是因为，先导型的要等到先导阀开启，有一定先导液流，造成压差，推动主阀芯后，才能关闭主通道，因此，超调会较大。
另外，三通型，由于阀芯在关闭进油通道时容易有过冲，立刻又开启了回油通道，因此，压力振荡较多。而二通型，则由于没有回油通道，因此，几乎没有压力振荡。
图16 三个不同类型的三通型减压阀的动态响应特性测试对比
图16为三个不同类型的三通型减压阀的动态测试结果。通过测试对比，就可以确定出哪一类阀的响应特性较符合应用的要求。
制成螺纹插装式的三通型减压阀种类较二通型多，市场上常见的除了直动型、先导型、气控比例型和电比例型以外，还有外控加压型和外控卸荷型[1]。
