液壓螺紋插裝閥的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

液壓螺紋插裝閥的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

該閥于20世紀(jì)50年代安裝，20世紀(jì)70年代出售。體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、內(nèi)漏水小、應(yīng)用靈活、價(jià)格低廉、安裝維修簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于土木工程機(jī)、森林機(jī)、環(huán)保機(jī)、采礦機(jī)等領(lǐng)域。本文將簡(jiǎn)要介紹螺紋插裝閥及其閥塊的設(shè)計(jì)與加工。1螺紋插裝閥介紹插裝閥從安裝方式上可分為滑入式插裝閥和旋入式插裝閥,滑入式插裝閥通常稱(chēng)為二通插裝閥,而旋入式插裝閥稱(chēng)為螺紋插裝閥。隨著機(jī)械加工技術(shù)和電磁技術(shù)的進(jìn)步,螺紋插裝閥逐步發(fā)展成為覆蓋方向控制、壓力控制、流量控制的所有閥種,形成獨(dú)立體系,還有比例方向閥、比例壓力閥和比例流量閥。螺紋插裝閥結(jié)構(gòu)圖如圖1所示,由閥套1、閥芯2、閥體3、密封件4、控制部件5(彈簧座、彈簧、調(diào)節(jié)螺桿、磁性體、電磁線圈、彈墊等)等組成,一般來(lái)說(shuō)閥套和閥芯及閥體的螺紋部分旋入閥塊內(nèi),閥體的其余部分在閥塊的外面。螺紋插裝閥有二通、三通、四通等,通徑從3mm到32mm,最高壓力可達(dá)63MPa,最大流量達(dá)7601/min。根據(jù)SAUER、PARKER、STERLING、SUN、HYDRAFORCE、VICK-ERS、DELTROL、HYDAC、INTEGRATED及海宏等廠家產(chǎn)品樣本,可列出如表1所示的螺紋插裝閥的參數(shù)表。這里介紹幾種比較特殊的螺紋插裝閥。失壓打開(kāi)液控單向閥:其原理圖如圖2所示,控制油口③的面積比油口①大,控制油口③的面積等于油口②的面積,有多種面積比可以選擇,加上彈簧的作用力,在控制油口③有壓力時(shí),油口①和油口②是不相通的,只有在控制油口③壓力小到一定值時(shí),壓力油才能從油口①流向油口②,任何情況下油口②的壓力油是不能流向油口①的,該閥的用法較為特殊,與單向外控順序閥一起使用可以實(shí)現(xiàn)低壓時(shí)油缸差動(dòng)而快速前進(jìn),也可以用來(lái)控制柱塞缸的供油的開(kāi)啟與關(guān)閉,并能保壓。三位三通梭閥:它又稱(chēng)熱油梭閥,其原理圖如圖3所示,油口①和油口③為進(jìn)油口,接在閉式回路馬達(dá)的二端,油口②接冷卻器或直接接油箱,當(dāng)進(jìn)油口一邊有壓力時(shí),出油口②就會(huì)連通低壓側(cè),保證系統(tǒng)正反轉(zhuǎn)運(yùn)行時(shí)回油側(cè)均有一定的油量進(jìn)入冷卻器冷卻或直接換油回油箱,以實(shí)現(xiàn)閉式回路油液的冷卻。負(fù)載敏感閥:其原理圖如圖4所示,油口①接泵出口,出油口②接油箱,油口③接執(zhí)行機(jī)構(gòu)的進(jìn)油口,油口①到油口②的通油量隨控制油口③的壓力升高而減小,隨控制油口③的壓力降低而增大,保證泵的供油隨負(fù)載變化而變化,當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)停止工作時(shí)泵則通過(guò)該閥卸壓,防止系統(tǒng)發(fā)熱。壓力補(bǔ)償優(yōu)先閥:其原理圖如圖5所示,進(jìn)油口①的壓力油優(yōu)先出油口③使用,其流量由節(jié)流口來(lái)調(diào)定,當(dāng)保證了油口③的油量后,才打開(kāi)出油口②把多余的供給油口②使用,如工程車(chē)的轉(zhuǎn)向就使用了此閥來(lái)保證轉(zhuǎn)向時(shí)有足夠的油量。二位二通雙向電磁球閥:其原理圖如圖6所示,該閥通過(guò)小開(kāi)口或雙向球來(lái)實(shí)現(xiàn)失電狀態(tài)下的雙向關(guān)閉,保壓性能好,用途非常廣泛。螺紋插裝邏輯閥:其原理圖如圖7所示,是一個(gè)方向控制邏輯閥,沒(méi)有蓋板,控制油路只能通過(guò)閥塊或者外控口來(lái)實(shí)現(xiàn),先導(dǎo)控制閥也只能裝在閥塊上,體積比二通插裝閥小得多,適合流量不大于200l/min,且要求體積小的場(chǎng)合。2螺釘插裝閥的優(yōu)點(diǎn)2.1螺紋插裝閥組成補(bǔ)螺紋插裝閥結(jié)構(gòu)緊湊,裝置體積小,重量輕,特別適用于行走機(jī)械。螺紋插裝閥的零部件大多為套類(lèi)和軸類(lèi)零件,適合批量生產(chǎn),成本較低。組成螺紋插裝閥的套類(lèi)和軸類(lèi)零件的加工精度好保證,螺紋插裝閥的泄漏較小,相對(duì)于傳統(tǒng)閥,螺紋插裝閥的液壓沖擊小。螺紋插裝閥安裝方式簡(jiǎn)單可靠,便于維修和安裝?？梢园崖菁y插裝閥組合成符合ISO4401的板式閥、疊加閥?？梢园崖菁y插裝閥組合成單路溢流閥、雙路溢流閥、單路平衡閥、雙路平衡閥等標(biāo)準(zhǔn)螺紋插裝閥塊,直接裝在馬達(dá)或液壓缸上。2.2螺紋插裝閥選用由于螺紋強(qiáng)度和緊固扭矩的限制(≤500N·m),螺紋插裝閥的直徑只能做到50mm左右,流量受到限制。三通、四通滑閥由于電磁線圈功率和液動(dòng)力的限制,最大流量?jī)H至761/min。常規(guī)電磁閥換向打開(kāi)速度約為25～45ms,關(guān)閉速度約為10～25ms,而螺紋插裝閥的換向速度要稍微慢一些,打開(kāi)約為30～50有ms,關(guān)閉約為40～80ms,對(duì)于要求快速動(dòng)作的應(yīng)用,只有選擇快速型螺紋插裝閥,但價(jià)格較高。受體積和布局的限制,螺紋插裝閥的某些性能不及傳統(tǒng)閥,如溢流閥的滯回,分流閥的分流精度,流量閥的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能等。螺紋插裝閥各生產(chǎn)廠家執(zhí)行的安裝孔的標(biāo)準(zhǔn)不一,給設(shè)計(jì)和加工造成諸多不便,無(wú)法相互替換。螺紋插裝閥相對(duì)板式閥較不耐污染。相對(duì)于板式閥塊來(lái)說(shuō),螺紋插裝閥塊的設(shè)計(jì)難度更大些,最好用專(zhuān)業(yè)的設(shè)計(jì)軟件來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì),并用專(zhuān)業(yè)的校驗(yàn)軟件來(lái)對(duì)閥塊進(jìn)行校驗(yàn)。3螺釘插座閥的設(shè)計(jì)3.1原理圖的優(yōu)化在設(shè)計(jì)閥塊圖之前,要對(duì)原理圖進(jìn)行認(rèn)真的審定,確保原理能滿足工況的需要,并對(duì)原理圖進(jìn)行優(yōu)化,盡量減少元件的數(shù)量。原理圖審定后要?jiǎng)澏ㄩy塊的范圍,用雙點(diǎn)劃線框住,不要讓閥塊太大,又要讓閥塊的數(shù)量盡量少。3.2選用的閥種在選用螺紋插裝閥時(shí),一定要看清其流量和壓力范圍,還要注意其流量-壓力曲線,若選型過(guò)小往往會(huì)造成系統(tǒng)壓力損失太大,使系統(tǒng)發(fā)熱;若選型過(guò)大,則會(huì)造成經(jīng)濟(jì)上的浪費(fèi)。螺紋插裝閥有兩種密封材料可選,氟橡膠密封適用于磷酸脂介質(zhì),丁晴橡膠密封適用于礦物油介質(zhì),氟橡膠密封的螺紋插裝閥要貴些。在選定元件時(shí),有條件最好對(duì)選用的閥做性能試驗(yàn),做到萬(wàn)無(wú)一失。元件選擇后,要在原理圖上把各個(gè)閥的孔道代號(hào)標(biāo)注好,以便閥塊的設(shè)計(jì)和校對(duì)。3.3系統(tǒng)閥塊的使用壓力在21MPa以下的系統(tǒng)的閥塊可以選用鋁合金鍛件,壓力在21MPa以上的系統(tǒng)閥塊一般使用35號(hào)鍛鋼。由于工程機(jī)械等移動(dòng)設(shè)備對(duì)重量要求嚴(yán)格,閥塊一般選用鋁合金鍛件,這就要求在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)壓力不要超過(guò)21MPa。3.4維立體校驗(yàn)的必要性目前,設(shè)計(jì)螺紋插裝閥塊有兩種常用的方法:一是用二維的CAD軟件設(shè)計(jì),如AutoCAD和CAXA電子圖板等;二是用三維的CAD軟件設(shè)計(jì),如SolidWorks和Pro/E等。由于工程技術(shù)人員接觸二維CAD軟件較早,且二維CAD軟件對(duì)計(jì)算機(jī)的配置要求較低,被廠礦廣泛使用;用三維軟件設(shè)計(jì)直觀,已經(jīng)被越來(lái)越多的工程技術(shù)人員所掌握,并成為一種趨勢(shì)。因?yàn)槁菁y插裝閥塊臺(tái)階多、孔道密,建議用專(zhuān)業(yè)的軟件進(jìn)行校對(duì),如上海交通大學(xué)的HMBCAD2001閥塊校驗(yàn)軟件,既能輸出三維立體校驗(yàn)圖,還能檢查各孔之間的壁厚,用該軟件輸出的螺紋插裝閥塊三維校驗(yàn)圖如圖8所示。閥塊的六面相互之間的垂直度允差為0.05mm,各相對(duì)面的平行度允差為0.05mm,各面的平面度允差為0.02mm,各表面的粗糙度為1.6,所有孔的定位允差為0.1mm,深度允差0.2mm,所有孔與所在端面垂直度的允差為0.05/100mm,各孔道之間的安全壁厚不得小于3mm。設(shè)計(jì)閥塊時(shí)應(yīng)要求在閥塊上螺紋插裝孔的旁邊刻注上所裝閥的型號(hào),以防止裝錯(cuò)。4螺紋插座的加工4.1安裝孔的加工加工螺紋插裝閥塊所需的主要設(shè)備有銑床、鉆床、數(shù)控加工中心、磨床等設(shè)備。在加工閥塊外形時(shí)與板式閥塊所需的設(shè)備是一樣的,只是在加工螺紋插裝閥的安裝孔時(shí)設(shè)備有所區(qū)別,板式閥塊的孔道和螺紋只要在鉆床上即可完成,而螺紋插裝閥的安裝孔則需要在數(shù)控加工中心、數(shù)控鉆銑床或銑床上完成。4.2專(zhuān)用加工刀具加工螺紋插裝閥塊所需的刀具有成型鉆頭、成型鉸刀、絲錐、常用刀具等。國(guó)外的各個(gè)螺紋插裝閥廠商都提供加工螺紋插裝閥孔的專(zhuān)用成型鉆頭和成型鉸刀,但價(jià)格較為昂貴,國(guó)內(nèi)也有刀具廠能加工出此類(lèi)專(zhuān)用加工刀具,但刀具的壽命普遍偏短。用專(zhuān)用加工刀具加工出的螺紋插裝閥的安裝孔精度高,效率高。最好不要用傳統(tǒng)的加工方法去加工螺紋插裝閥的安裝孔,不僅加工精度差,而且效率極低,會(huì)影響螺紋插裝閥的性能甚至失效。4.3閥的安裝孔、用成型管道精鉸螺紋插裝閥的鉆測(cè)螺紋插裝閥塊的加工工藝一般要有粗銑各表面、精銑各表面、粗磨各表面、數(shù)控鉆或數(shù)控銑打定位孔、粗鉆螺紋插裝閥的安裝孔、用成型鉆頭鉆螺紋插裝閥的安裝孔、用成型鉸刀精鉸螺紋插裝閥的安裝孔、鉆其他孔道、攻絲、修毛刺、電鍍等工序。在此值得一提的是修毛刺這道工序,一定要認(rèn)真對(duì)待,目前還是采用手工并配合一定的工具來(lái)修毛