二通插装阀方向控制回路分析

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万方数据液压气动与密封／2009年第4期二通插装阀方向控制回路分析石全(北京市液压技术研究所，北京100176)摘要：高压、大流量是液压系统的发展趋势，二通插装阀的应用势必越来越多。本文对2种比较典型的由插装阀组成的方向控制油路进行了比较细致的分析．对加深理解和实际应用插装阎具有一定的参考价值。关键词：液压；二通插装阀；方向控制中图分类号：Till37．7文献标识码：A文章编号：1008-0813(2009)04"-0054-03AnalysisoftheDirectionalControlLoopBasedonCartridgeValve，SH!Qua,,(BeijingHydraulicTechnologyInstitute，Beijing100176，China)Abstract：Underthedevelopmenttrendofhydraulicsystem-Highpressureandhrseflux,thecartridgevalveismoreandmoreused．TwokindsofdirectionalcontrolloopcomposedbytheCartridgeValveareanalysedindetailinthispaper,thathaveapositiveeffectonunderstandingdeeplyandappalyingoftheCartridgeValve．KeyWords：hydraulic；CartridgeValve；directionalcontrol0引言随着气动和电气技术的发展，液压技术正在或已经失去小功率的应用市场，而同时在大功率市场的优势则更加明显，高压、大流量是液压系统的发展趋势。在大流量场合，就必须要用到二通插装阀。二通插装阀(以下简称“插装阀”)是20世纪70年代发展起来的一种新型液压控制阀，与传统滑阀式液压阀相比，具有液阻小、通流能力大、动作快、泄漏少等一系列优点。常规产品最大通径(厂家样本提供的选型参数)，插装阀可达DNl60，传统滑阀只到DN32。但插装阀与传统的控制方式有很大的不同，配置不同的先导控制级，就可以实现方向、压力、流量的多种控制。除了一些长期从事插装阀研究和应用的单位，在实际应用中，其灵活多变的组合，很多技术人员感到不得要领。尤其插装阀的方向控制组件在系统中的应用是最多，也是变化最广的一种组件。本文分析了插装阀方向控制的一些典型实例。1二通插装阀的一些基本概念有关插装阀的基本知识、结构、原理等相关书籍和手册中都有比较详细系统的介绍．在此不做赘述。强调以下几点，我们认为对分析和设计插装阀回路非常重要。插装阀结构及符号如图l所示。(1)一个插装阀只是一个液阻，只能控制一个口(即A、B腔之间)的通断或开口大小。由此可见，传统的压力阀、流量阀功能，只要一个插装阀组件就可以实收稿日期：2008—12—30作者简介：石全(1971一)．男，高级工程师，主要从事液压系统开发设计工作。54现。而要实现传统四通方向阀的功能，则需要至少4个插装阀组件组合起来才行。(2)插装阀只是一个主阀，要配置先导级控制其C腔，才构成传统意义上的完整的阀，才能完成特定的功能；先导级一般就是阻尼和传统小通径阀的不同组合配置。插装阀的变化实质就是先导级的变化，即对C腔的不同控制，使插装阀(主阀0具备不同的功能。(3)插装阀的开启动作基本就是一个单向阀，由图1可以明显的看出这点，其开启的压力pA—，B和pB—A是不同的，根据插装阀阀芯的2种基本形式(即A、B腔面积比不同)，pB_刖pA_B比值分别为2倍和14．2倍，具体数值和弹簧压力值有关。这点在正常应用中不会也不必过多考虑，但油液流向应优选A_+B；而在一些特殊情况下则需要注意，也可以特意使用该特性设计需要的油路。图I插装阀2二通插装阀方向控制分析2．1三位四通先导阀图2a所示为一种比较典型的组合实例，传统的四通方向阀是由阀芯同时控制4个油口，而采用插装阀， 万方数据HydraulicsPneumatics＆Seals／No．4．2009至少需要4个插装阀才可能完成一个四通方向阀功始状态和流量都有关，其过渡过程不稳定，因此，H型能。图中实线部分为插装阀组成四通方向阀的一种最中位机能的先导阀也不能使用。基本油路，类似的油路是组成四通阀必不可少的油路；虚线部分为先导控制油路。此例中，先导部分采用一个三位四通阀5控制，电磁铁a得电时，P口压力油通到阀1、3的控制腔，A--*T、卜B不通；阀2、4的控制腔通T口卸荷，P．+A、B川通。同理，电磁铁b得电时，卜B、A川通。电磁铁a、b都不得电时，根据三位四通阀5中位机能的不同，插装阀也对应某种机能。由此可以将其画成传统阀的机能符号(见图2b)。出Ⅻ础PT(b)简化图图2插装阀组成的四通方向阀1、2、3、4一插装阀5一三位四通阀下面讨论电磁铁a、b都不得电时的中位机能：(1)三位四通先导阀5为E型中位机能(见图3)，即A’口和B7口封闭，插装阀的控制腔也处于封闭状态，如果控制腔能够保持封闭，则插装阀不能打开，各口处于关闭状态；但实际控制腔会存在泄漏，长时间处于这一位置，控制腔会逐渐失压，主阀芯会逐渐打开，插装阀工作状态不稳定，因此不能使用E型中位机能的先导阀。由此也可推知，不能使用中位机能为A’或B’口封闭形式的先导阀。图3先导阀为E型1、2、3、4一插装阀5一三位四通阀(2)三位四通先导阀中位机能为H型(见图4)，此时插装阀l一4的控制腔与P、T口都通，如果P口能建立起压力，则与M型先导阀一样；如果P口建立不起压力，则与J型先导阀一样；但P口能否建立起压力与初图4先导网为H型1、2、3、4-插装阀5一三位四通阀(3)三位四通先导阀5中位机能为M型(见图5a)，此时插装阀1-4的控制腔与P口通，主阀芯被压住不能打开，P、T、A、B口都不通，整个组件可以简化成E型三位四通方向阀(见图5b)。【a】R．．A出Ⅺ础PT(b)简化图图5先导阀为M型1、2、3、4-插装阀5一三位四通阀(铆三位四通先导阀中位机能为J型(见图6a)，此时插装阀l一4的控制腔与T口通，主阀芯可以自由打开，各阀允许油液双向流动，P、T、A、B13都是沟通的，整个组件可以简化成H型三位四通方向阀(见图6b)。【a)田a厶I口ALII团bP‘I。(b)简化图图6先导阀为J型l、2、3、4--插装阀5一三位四通阀通过以上分析可知，传统三位四通阀虽然有十几种中位机能(见图7)，但实际只有J、M型可用，分别对55 万方数据液压气动与密封／2009年第4期应组成H型、E型的换向阀(见图5b、图6b)。⋯口同同园圃团回EFGLPUH可以回回JM图7常用中位机能2．22位2通先导阀除了可用三位四通方向阀作先导阀，还可以用2个2位2通方向阀控制4个插装阀，图8就是一种比较典型的组合实例。通过分析可知，该组合下，除了类似传统的J型三位四通工况外，还有第4个工作状态，即电磁铁a、b同时得电(见图9)，相当于M型机能。图8插装阀组成的四通方向阀l、2、3、4-插装阀5、6_2位2通方向阀础菌勤丑础PTJ犁M型图9简化图该油路在实际应用中，应注意如下问题：(1)由于有2个先导阀，其中一个阀由于种种原因阀芯可能卡住没有复位(此可能性极大)，当另一个阀得电时，则相当于2个阀都得电，容易引起误动作；而且此时，相当于M型中位机能，压力油同时供给A、B口，如果用于马达会引起马达进出油口同时高压，尤其在马达换向时(此时也最容易出现此种故障)，会造成一侧瞬时的超高压，除出现噪声外，甚至会损坏马达。所以，在使用中一定要从控制和油路上防止此种情况发生。(2)在电磁铁a、b都不得电的情况下，理论上可简化成传统的J型机能，但实际上，A、B口的沟通不像传统滑阀那样通畅。如图8所示，假如失电前，马达为A口进油、B口回油。失电后，马达在惯性作用下继续旋转，此时成为泵工况，B口出油、A口吸油，B口泵出的油可以通过插装阀4顺利回油，不会建立起压力；而A56口吸油侧，T到A的供油要经过阀1，而阀1的T_A方向实际是不通的，所以会引起A口“吸空”现象，实际使用中也确实如此。可见，其简化图只是一种便于理解的方式，实际使用中要具体情况具体分析。同理，图6也存在类似问题，读者可自行分析。2．3其他以上分析了2种比较典型的组合及应用，都是由4个插装阀组成的方向阀，可以看出类似P、T口或A、B口之间相通的机能不能实现，必须另外增设插装阀油路及控制，所以要完全实现类似传统滑阀的机能，可能需要5个或6个插装阀组合在一起。3总结通过以上的一些插装阀油路分析，虽然不是很全面，但可以掌握其中的一些规律，插装阀的变化主要就是先导控制级的变化，控制的不同形式影响最终组合的机能；在实际应用中，应该根据其基本原理及工况的不同对问题作具体的分析。插装阀的方向控制组件在系统中的应用是最多，也是变化最广的一种组件，掌握了方向控制的分析方法，同样可以运用在压力、流量控制的分析上。本文对加深理解和实际应用插装阀具有一定的参考价值。参考文献【l】雷天觉．新编液压工程手册【M】．北京：北京理工大学出版社，1998．【2】王庆国，苏东海．二通插装阀控制技术叫】．北京：机械工业出版社，2001【3】史纪定．二通插装阀故障分析与排除叨．液压气动与密封，2003(6)：16-18．【4】黄人豪．二通插装阀控制技术在中国的应用研究和发展综述哪．液压气动与密封，2003(4)：1-12．【51黄人豪．二通插装阀的结构原理和功能分析叨．液压传动与控制，2004(7)：51—53．【6】黄人豪．二通插装阀的结构原理和功能分析(续)叨．液压传动与控制，2004(9)：44-46．【7】王庆国，吴建胜．二通插装阀控制系统设计时需要注意的几个问题【J】．液压与气动。2000(4)：23-24．【8】赵静一，张齐生，等．压块机二通插装阀控制系统的分析叨．液压与气动，2001(2)：14-15．