液壓第三代液壓閥種的發(fā)展歷程

液壓第三代液壓閥種的發(fā)展歷程

關(guān)注與開發(fā)應用液壓閥已經(jīng)經(jīng)歷了很長一段時間。人們逐漸注意到，這是未來液壓閥的主要類型之一。這是液壓閥的主要發(fā)展趨勢之一。螺紋插裝閥將與二通插裝閥一起分割流量范圍,并占據(jù)液壓閥的主導地位正在被實踐所證實。盡管螺紋插裝閥只是一種連接方式的變化,然而由于它的特點,諸如零泄漏、重量輕、集成度高、加工改型相對容易、成本降低、綠色制造等等優(yōu)點,因此它對液壓元件的發(fā)展推動與液壓系統(tǒng)設(shè)計概念的更新有一種越來越明顯的優(yōu)勢。盡管這一優(yōu)勢在開發(fā)的初期以至今天仍未被液壓制造商以及用戶所完全開發(fā)與接受,因此這一技術(shù)仍有推廣發(fā)展的余地。作者積近20年的關(guān)注、開發(fā)與應用認為應將這些潛在的或尚未充分發(fā)揮的優(yōu)勢積極推廣,以推動液壓技術(shù)的發(fā)展并在液壓應用上產(chǎn)生更大的經(jīng)濟效益,為液壓用戶帶來更為符合其要求的技術(shù)與產(chǎn)品。隨著我國市場經(jīng)濟理念的發(fā)展,本文將分成多個部分,將技術(shù)與經(jīng)濟發(fā)展聯(lián)系起來,與技術(shù)本身發(fā)展聯(lián)系起來。能給讀者帶來更大的思考空間與更多的啟示。希望首先能對從事液壓系統(tǒng)設(shè)計的工程技術(shù)人員有參考價值,希望他們了解螺紋插裝閥與以往傳統(tǒng)的液壓閥到底有些什么不同,為什么連接方式的不同又能引申出開發(fā)元件與構(gòu)思系統(tǒng)方面的新發(fā)展。這對近10年來液壓技術(shù)發(fā)展已趨成熟,變化不大的情況下,也許又提供一個新的思路與途徑。同時也希望對那些有主機設(shè)計經(jīng)驗的從事機械、車輛、特種控制裝置與系統(tǒng)的設(shè)計人員也有幫助,能更多考慮采用這種類型的液壓伐種并設(shè)計更符合相應裝置工況要求的液壓系統(tǒng)。1在技術(shù)方面的應用液壓螺紋插裝伐從液壓伐發(fā)展歷史的連接特征來看可推為第五種。它是繼液壓控制伐的管式、板式、疊加式、二通插裝式之后出現(xiàn)的一種漸進發(fā)展的新的主要連接方式,見圖1。與其他閥類相比,液壓螺紋插裝伐是液壓控制閥中的一種仍在發(fā)展變化的閥類。它正深刻地影響液壓控制的系統(tǒng)與元件的變革。這是一種漸進式的革新方式。這種形式在液壓元件形成的早期就已出現(xiàn),例如我們早已熟悉的DBD直動式溢流閥。雖然它本身不是高科技新技術(shù),但卻是一種具有較廣泛并且影響深遠的實用性技術(shù),因此從技術(shù)角度易被忽視。它是一種實用的在應用方面有很多優(yōu)點的技術(shù),它的優(yōu)點在發(fā)展過程中逐漸被用戶接受。這也是螺紋插裝閥成為一種閥種即成為一種閥的系列產(chǎn)品中全部的連接方式之一,是經(jīng)歷了20多年以至更長的時間發(fā)展,直至上世紀7、80年代才形成的原因之一。例如英國的IntergradedHydraulic就是成立于1972年。另外也只有加工數(shù)控化后,也才能使這一技術(shù)得以實施,這也差不多是液壓工業(yè)建立于發(fā)展的20多年之后。我國專業(yè)方面的經(jīng)營者與技術(shù)人員自上世紀90年代以來才比較強烈地意識到這種元件已在市場上越來越多,大有不僅占據(jù)一隅之勢還有擠占其他閥種的趨勢,意識到是很有發(fā)展前途的技術(shù)。作為一種閥種進入批量生產(chǎn)與系統(tǒng)廣泛應用是我國近十多年的發(fā)展結(jié)果。而我國液壓工業(yè)在這方面相對滯后與薄弱。到目前為止,在液壓的書籍與雜志中在這一方面的論述與應用實例并不多見。相信今后將會有很大的發(fā)展。圖2展示了各種以螺紋插裝閥為元件的部分系列產(chǎn)品與組合元件。2螺紋插裝閥的應用螺紋插裝閥之所以在發(fā)展過程中逐漸被用戶接受,而成為一種閥種即成為一種閥的系列產(chǎn)品中成為標準的連接方式之一,是因為它在應用、生產(chǎn)、維修、開發(fā)新產(chǎn)品方面有許多其他連接方式所不具備的優(yōu)點,而不僅僅是一種連接方式的變革,其集成塊見圖3所示。實際上它的影響力所表現(xiàn)在各個方面,如下所述。(1)達到零泄漏,改變液壓易環(huán)境污染降低效率的弊端眾所周知,盡管液壓技術(shù)有較大的優(yōu)點,在高功率密度、快速響應以及體積小等方面是其他技術(shù)尚超越不過的。但是它的缺點之一就是令人煩擾的外部液壓油泄露。此不僅降低效率還污染環(huán)境。管式連接、板式連接以及疊加式連接都無法做到另泄露。二通插裝閥由于有板式閥用于控制機能的蓋板上,也有此弊。而螺紋插裝閥的結(jié)構(gòu)形式就避免了這一點,解決了液壓長期難以解決的液壓油外泄露問題。從而使其在許多場合特別不允許有外泄漏的場合發(fā)揮了不可取代的優(yōu)勢,例如航空航天、電站礦山等應用場合。因此目前有將螺紋插裝閥作為二通插裝閥的先導閥的開發(fā)與發(fā)展,既發(fā)揮了螺紋插裝閥另泄漏的優(yōu)點,又發(fā)揮了二通插裝閥大流量的長處。(2)集成體積最小,符合工程機械車輛液壓裝置的要求由圖3與圖4可見,螺紋插裝閥集成塊極大的縮小了集成后閥控部分的體積?？偟恼f插裝閥的組合型是使閥組的體積比之板式閥閥組來說是最小的。這對于流量在200L/min以下的液壓系統(tǒng)來說是最合適的。而工程機械的體積限制、發(fā)動機的功率限制希望體積越小愈越好,它的流量一般又在200L/min左右,因此螺紋插裝閥最適合用于工程機械的場合(圖4)。也正是這個原因使螺紋插裝閥最早使用的就是工程機械的機器上,如作者在國內(nèi)上世紀80年代就見到用于由美國進口的Atlas品牌的礦山鑿巖機上,用的是Sun公司的螺紋插裝閥。正因為如此,至今許多跨國液壓公司將螺紋插裝閥歸類在工程機械液壓的產(chǎn)品類目中。這是因為螺紋插裝閥至今都是工程機械方面用的最多最積極。因此在螺紋插裝閥的品種開發(fā)方面,許多是針對工程機械需求的閥及其性能的要求。(3)成本降低,批量大,具有與其他閥種的競爭優(yōu)勢已如前述,螺紋插裝閥的形成與機械工業(yè)在數(shù)控機床方面的進步是分不開的。正因為有了數(shù)控機床,使加工的品質(zhì)與大批量生產(chǎn)有了硬件條件(圖5)。螺紋插裝閥的幾乎所有零件加工全部數(shù)控化,質(zhì)量不僅有保證,而且成本更低。由于摒棄了鑄造閥體,使加工產(chǎn)生的污染與去毛刺又相對簡單了些。生產(chǎn)周期不受鑄造件時效處理的影響。這都有利于成本的進一步降低。正因為這點,工業(yè)液壓也從這個方面使螺紋插裝閥對其產(chǎn)生了吸引力。從而使螺紋插裝閥從工程機械液壓邁入工業(yè)液壓。從而覆蓋了整個液壓在中小流量的領(lǐng)域。(4)開創(chuàng)了液壓元件品種多樣化的發(fā)展新途徑,豐富了液壓閥的功能與應用發(fā)展能力液壓元件的常規(guī)閥的發(fā)展已經(jīng)基本成熟,今天DG6通徑的電磁換向閥的體積比之最初的要小12倍以上,在改進的方向上,各大跨國公司已只在電磁鐵的運動與控制上下功夫了。總而言之,液壓閥的品種規(guī)格近年變化已經(jīng)不大了,而螺紋插裝閥卻賦予閥的多樣化、組合化、性能綜合化等以新的生命力。圖6表達了螺紋插裝邏輯閥的結(jié)構(gòu)、符號與應用舉例。但是螺紋插裝閥由于擺脫了鑄造閥體的束縛,采用數(shù)控加工。因此閥的開發(fā)容易,更新周期短,特別是開發(fā)符合主機需要的閥種更方便與投入少,使發(fā)展新的原理的閥種更容易。因此可以說開創(chuàng)了液壓元件品種多樣化的發(fā)展新途徑。(5)在設(shè)計上可采用成組技術(shù)設(shè)計,在生產(chǎn)上零件的成組化,提高了閥生產(chǎn)的技術(shù)含量與組織管理水平從螺紋插裝閥的結(jié)構(gòu)特點來看,其品種與結(jié)構(gòu)均龐雜,比之現(xiàn)有板式閥與疊加法要多得多。我們就看某一家專業(yè)公司的產(chǎn)品樣本其厚度就比同樣類別的板式閥與疊加法要厚得多。在如此龐雜的品種中,其零件實際上有很多的相似處。相似成組的設(shè)計技術(shù)是可大有用武之地。同時,品種多,零件也多,在生產(chǎn)上的成組化是勢在必然。對生產(chǎn)的管理要求也提出進一步的要求。這些又進一步的使大批量生產(chǎn)更容易,成本的降低空間加大。(6)液壓專利技術(shù)增加的方面之一,使工程技術(shù)人員有發(fā)揮作用的余地目前傳統(tǒng)的液壓閥與液壓系統(tǒng)也趨于成熟,相應的專利技術(shù)較少。由于螺紋插裝閥品種多,且有利于新開發(fā),因此用戶更容易按自己的工況去要求元件以及系統(tǒng),以使設(shè)計的液壓系統(tǒng)可以更貼切工況。從現(xiàn)有的情況看,廠商與用戶已注意采用新原理的螺紋插裝閥或選用不同元件以形成新系統(tǒng)。既有元件方面的也有系統(tǒng)的,特別是高度集成的系統(tǒng)或維修系統(tǒng)。也有采用過去傳統(tǒng)閥種中所沒有的元件功能形成具有特色的系統(tǒng)在節(jié)能或降低成本方面有新意。(7)具有更強的知識保護性,對主機開發(fā)新產(chǎn)品有促進作用螺紋插裝閥塊與集成的螺紋插裝閥閥塊被人們采用的動機之一是有更強的知識保護性,有螺紋插裝閥形成的系統(tǒng)及其閥塊不像板式閥或疊加閥容易被仿制(圖7)。例如有的采用螺紋插裝閥的系統(tǒng)采用了優(yōu)先閥,過去優(yōu)先閥主要用于轉(zhuǎn)向元件與系統(tǒng)中,由于螺紋插裝閥的閥種品種多開發(fā)相對容易,因此在一般的液壓回路中采用優(yōu)先閥在應用上就具有一定的創(chuàng)新,達到針對具體項目可以節(jié)約空間、減少泵的增加以降低成本等目的。(8)是易構(gòu)成其他閥種的基礎(chǔ)元件形態(tài),應用更靈活螺紋插裝閥更容易形成新的組合性元件或與新的小型元件,采納并與新的控制技術(shù)結(jié)合,形成液壓電控元件的基本形態(tài)之一。例如現(xiàn)在的疊加閥、板式閥、多路閥、液壓泵變量與安全保護裝置的閥控部分與二通插裝閥都可采用螺紋插裝閥成為其主閥的一部分,發(fā)揮其體積小的優(yōu)勢。(9)是未來高壓閥的主要發(fā)展閥種,螺紋插裝閥與二通插裝閥將會是液壓閥的主流閥種液壓技術(shù)的發(fā)展方向之一是壓力的提高。從上世紀的六十年代的2.5MPa-6.3MPa,發(fā)展到今天的31.5~35MPa。目前,液壓泵的壓力等級已經(jīng)上升到42MPa~48MPa。除去二通插裝閥由于是集成塊式以外,管式閥、板式閥及疊加閥的承受壓力在體積不變的情況下一般很難超過35MPa。由于沒有鑄造閥體工藝限制,插裝閥的承壓壓力是在所有閥種中最高的,可以說在未來,在大流量的情況下主要采用二通插裝閥,在小于200~300L/min主要采用螺紋插裝閥?？梢哉f螺紋插裝閥是今后壓力大于35MPa以至42~56MPa以上的主要發(fā)展的閥種之一。目前國外有個別公司已經(jīng)推行的螺紋插裝閥最高壓力可達46MPa。值得說明的是,對于疊加閥與板式閥仍然有其應用的優(yōu)點與空間。疊加閥由于安裝維修等優(yōu)點在6通徑機床等壓力等級不高的應用領(lǐng)域里,不失是一種性價比好的液壓閥。而板式閥在目前占統(tǒng)治地位,市場占有率是最大的,因此在性價比等方面的優(yōu)勢仍然是一般用戶習慣接受的閥種。螺紋插裝閥將會通過OEM的產(chǎn)品更多的走向市場并越來越普及。二通插裝閥由于其在大流量的范圍內(nèi)無匹敵的閥種,因此今后液壓閥的主流在高壓大流量的發(fā)展趨勢下,會向螺紋插裝閥與二通插裝閥方面有更大的市場占有率。(10)符合綠色制造的發(fā)展方向,值得提倡與給液壓制造商以啟示目前人們已意識到環(huán)境保護的重要性,是保護人類未來生存的基礎(chǔ)之一。對于制造業(yè)來講不僅是產(chǎn)品要節(jié)能要能保護環(huán)境,而且在制造的過程中也要考慮對環(huán)境的影響。即人類也要追求綠色制造。螺紋插裝閥由于沒有鑄造閥體,從生產(chǎn)上來說避免了鑄造污染,提高了液壓綠色制造程度。減少了對環(huán)境的污染。(11)便于維修與安裝調(diào)試,降低運行成本螺紋插裝閥是將其安裝到集成閥塊上,安裝的時間比起管式安裝要少。同樣在維修或故障診斷排除也更方便,可以減少維修時間,因為插裝閥無需取下管接頭配件即可更換。正由于螺紋插裝閥的在應用等各方面的影響力,應用的日益普遍性,在本世紀一開始各大跨國液壓公司紛紛兼并螺紋插裝閥專業(yè)性公司,將其納入自己的業(yè)務領(lǐng)域(另文論述)正說明這點。3推廣的成本相對較低當然,螺紋插裝閥也有局限性或發(fā)展中的問題。但這種閥仍然有發(fā)展的空間,是值得這個行業(yè)與液壓用戶注意的產(chǎn)品與技術(shù)。其局限性如下所述。(1)最大流量受到限制,選用要專業(yè)螺紋插裝閥的流量大小受其孔穴的直徑的限制。其最大流量就由這種閥的最大孔穴直徑的所決定。這是因為孔穴越大,閥的內(nèi)部流道就允許越大。但是由于閥的壓力承受能力,取決于此閥的連接螺紋所能承受的剪切強度。這就是這種閥的壓力與流量是受其結(jié)構(gòu)形式?jīng)Q定的。至今為止,孔穴的直徑以螺紋直徑計最大是M42或1~5/8″,也可見到M48。由于直徑一般不大于48mm,因此最大工作流量受限制。因此螺紋插裝閥的最大流量,從一般概念上說大約200~300L/min.而實際上,根據(jù)閥的品種不同而變化。例如對于單向閥來說,流量可以較大,甚至可達400~500L/min;對于電磁換向閥,流量一般偏小,但大流量也可以達到300L/min(具有先導)。另外從使用來說,螺紋插裝閥的流道不如板式閥容易安排,因此為了提升其流量廠商往往采用較高壓差下的流量值。因此在選用時要特別注意。所以應該以流量壓差曲線來選用。(2)孔型標準不統(tǒng)一,帶來推廣的成本正如前述,螺紋插裝閥的發(fā)展有一個較長的形成過程,因此帶來的負面影響之一是孔型的規(guī)格各個專業(yè)制造廠商會有較大差異(圖8)。盡管也由ISO頒布過標準,但是孔型種類多而且與原有的差異,難以被各公司普遍接受。因此至今仍然流行下列幾種版本,如ISO孔型歐洲標準、SUN公司孔型標準以及NFPA美國標準等。我國也已在2004年頒布了國家標準?？仔偷牟唤y(tǒng)一首先是用戶使用上無法互換,為用戶在采購、維護、更新等方面都帶來不便;二是在加工時加工孔型的成型刀具要重新購買與定制,增加購買成本與管理成本;三是在發(fā)展閥的品種規(guī)格上也更加繁復不一。從這點而言由于這孔穴問題至今難統(tǒng)一,各公司的產(chǎn)品互換性較板式閥要差。(3)電磁線圈孔徑不統(tǒng)一,難兼容,使規(guī)格品種繁雜,用戶備件量易增加,其緣由與上述一樣,產(chǎn)生的問題也是同樣的。(4)對設(shè)計人員有要求專業(yè)性更高,需要培養(yǎng)周期螺紋插裝閥集成塊設(shè)計的技術(shù)性要求比板式閥強,對設(shè)計水平要求相對高。但促進了計算機軟件的開發(fā)。前用于這方面的計算機軟件工具基本上可滿足需要。如果有專業(yè)性更強的軟件,有助于提高設(shè)計效率,加快在系統(tǒng)集成塊的開發(fā)能力。(5)孔穴加工要用專用刀具及專業(yè)化生產(chǎn),增加成本螺紋插裝閥加工要求相對比板式閥塊高,而且隨著技術(shù)的發(fā)展與成熟,系統(tǒng)也要求集成度更高。如果沒有專用刀具的話就幾乎難以加工。(6)某些控制精度等性能方面尚未及板式閥,有待提高有些性能要求較高的螺紋插裝專用閥(如分流閥、同步閥等)在最高控制精度等性能方面尚未及板式閥;是要提高的領(lǐng)域之一。圖10是螺紋插裝比例閥的特性曲線,從圖可見,它的線性度只在某一區(qū)間較好。不過話又要說回來,由于螺紋插裝閥過去主要用于工程機械車輛上,螺紋插裝閥的控制精度已經(jīng)能夠滿足基本要求。(7)加工管理的要求提高螺紋插裝閥零件精度高,外形小,品種多,零件數(shù)多。因此需要采用成組化的開發(fā)與管理。對于工廠管理的水平相應要求提升。類似