水液壓元件結(jié)構(gòu)的選擇

水液壓元件結(jié)構(gòu)的選擇

0換向閥的傳統(tǒng)作用水生機(jī)械技術(shù)將淡水或海水替換為機(jī)械生產(chǎn)手段。它具有經(jīng)濟(jì)、能耗、無燃燒、污染等優(yōu)點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于冶金、采礦、食品機(jī)械、海洋開發(fā)等領(lǐng)域。但水所具有的粘度低、潤滑性差、導(dǎo)電性強(qiáng)、汽化壓力高等特點(diǎn),也給該項(xiàng)技術(shù)的研究帶來了困難在以礦物油為傳動(dòng)介質(zhì)的液壓換向閥中,滑閥結(jié)構(gòu)很普遍。傳統(tǒng)的滑閥式換向閥,結(jié)構(gòu)簡單,易于加工,工作可靠穩(wěn)定,在設(shè)計(jì)中已具有較為成熟的理論實(shí)踐基礎(chǔ)。但是滑閥以水為介質(zhì)時(shí),存在著泄漏大、間隙小、抗污染能力差、閥芯容易卡死、控制邊易產(chǎn)生拉絲侵蝕等問題1滑動(dòng)流閥的改進(jìn)圖1是美國ELWOODFluid公司水液壓換向閥采用滑閥閥芯結(jié)構(gòu)的小通徑換向閥2座閥通流密封座閥有球形閥、錐閥、平面截止閥等結(jié)構(gòu)型式,需要根據(jù)其各自特點(diǎn)及當(dāng)前的加工水平、耐磨耐疲勞等條件來綜合權(quán)衡選用相應(yīng)結(jié)構(gòu)型式。座閥在通流密封上能夠較好地解決泄漏問題,座閥的通流能力較強(qiáng),適用于大流量換向閥。但是座閥的結(jié)構(gòu)也帶來一些問題:插裝單元閥芯同步啟閉問題、閥芯分散不同軸導(dǎo)致的可靠性問題、無正遮蓋油封結(jié)構(gòu)在換向過程中出現(xiàn)沖擊和壓力波動(dòng)問題,另外座閥在換向時(shí)需要較大的驅(qū)動(dòng)力來推動(dòng)閥芯,因此也需要考慮采用液控先導(dǎo)方式來驅(qū)動(dòng)閥芯動(dòng)作。2.1球形座閥的加工在座閥的幾種密封方式中,由于球的磨制工藝能夠保證圓度和精度要求,在水液壓閥中常會(huì)見到使用陶瓷球作為閥芯來實(shí)現(xiàn)線密封,在小流量座閥中常常會(huì)用到球形座閥,但是隨著通徑的增大,球的直徑也隨之增大,從而導(dǎo)致閥芯增加重量,然而加工空心球又會(huì)提高難度,所以球形座閥常見于小通徑的換向閥結(jié)構(gòu)中。如圖2為Hauhinco水液壓閥的常閉二位三通換向球閥和常開二位三通換向球閥,該閥有通徑3和通徑6兩種規(guī)格。電磁鐵的作用力通過杠桿放大后作用在閥芯上控制閥芯的啟閉球閥閥芯線密封結(jié)構(gòu)因其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的限制一般只用于小流量的二位二通閥或二位三通閥中,而小流量二位三通閥更常用于換向閥的先導(dǎo)控制閥。2.2采用二次插裝結(jié)構(gòu)在國外水液壓閥產(chǎn)品中大流量大通徑的換向閥常見結(jié)構(gòu)為插裝式組合結(jié)構(gòu),插裝閥單元有線密封、錐面密封和平面密封等密封型式。具有代表性的相關(guān)產(chǎn)品有丹麥Danfoss、美國ELWOODFluid和德國Tiefenbach等公司的三位四通插裝式換向水閥。由圖3我們知道常規(guī)的插裝閥組合成的四通換向閥需要4個(gè)插裝閥單元和一個(gè)小流量的四通先導(dǎo)閥。但是由于滑閥結(jié)構(gòu)對(duì)水介質(zhì)的適應(yīng)性不好,現(xiàn)有產(chǎn)品中大多采用多個(gè)非滑閥式二位三通先導(dǎo)閥替代一個(gè)四通先導(dǎo)閥。圖4中Danfoss的三位四通插裝式換向閥圖5是ELWOODFluid的插裝三位四通組合換向閥以上插裝式結(jié)構(gòu)的每個(gè)插裝單元均需一個(gè)獨(dú)立的電磁先導(dǎo)閥控制主閥芯的啟閉,四通閥的4個(gè)插裝單元需要4套電磁先導(dǎo)結(jié)構(gòu),由此造成閥造價(jià)成本的提高,同時(shí)也降低了閥的機(jī)械可靠性。Tiefenbach公司的三位四通插裝換向閥在結(jié)構(gòu)上作以改進(jìn),其二通插裝單元的結(jié)構(gòu)與常規(guī)蓋板式二通插裝有所區(qū)別,每個(gè)單元有上下兩個(gè)控制腔,整個(gè)閥使用了兩個(gè)二位三通先導(dǎo)閥對(duì)4個(gè)插裝單元的主閥芯的啟閉進(jìn)行控制以上為插裝式水液壓閥幾種比較具有代表性的結(jié)構(gòu),其他水液壓公司的同類產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)均大同小異,故在此不再一一列舉。以上各公司插裝式換向閥的特點(diǎn)總結(jié)為:(1)每個(gè)插裝單元的啟閉依靠獨(dú)立的先導(dǎo)結(jié)構(gòu)控制;(2)各公司的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)均為三位四通閥結(jié)構(gòu)而無二位四通閥;(3)各公司的產(chǎn)品中以錐閥密封結(jié)構(gòu)居多。這種結(jié)構(gòu)特點(diǎn)同時(shí)導(dǎo)致的一些缺點(diǎn):(1)獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)電磁鐵和先導(dǎo)結(jié)構(gòu)造成閥體結(jié)構(gòu)復(fù)雜,造價(jià)成本明顯升高;(2)在換向切換過程中由于有中位機(jī)能的切換致使閥的切換響應(yīng)速度減慢;(3)閥的可靠性降低,4個(gè)電磁鐵中任一得失電狀態(tài)發(fā)生故障均可能混亂邏輯并帶來不可預(yù)料后果。32.3流連接結(jié)構(gòu)圖7為英國MIDLAND-ACS公司的二位四通不銹鋼水液壓閥4組合尺寸和裝配精度弓永軍博士但該結(jié)構(gòu)更適用于二位二通或二位三通換向閥,用于四通閥時(shí)則會(huì)帶來許多新問題。圖9為作者由該結(jié)構(gòu)衍生出的二位四通閥結(jié)構(gòu)示意圖。從圖中可以看出該結(jié)構(gòu)應(yīng)用到二位四通閥后,同軸會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)同時(shí)密封的端面,因此對(duì)同時(shí)密封的兩個(gè)面的加工尺寸和裝配尺寸精度提出較高要求,可能會(huì)出現(xiàn)一端面實(shí)現(xiàn)密封而另一端面由于尺寸誤差導(dǎo)致泄漏問題,兩個(gè)閥套的裝配精度會(huì)直接影響端面密封的性能。盡管該方案也可做一些改進(jìn)措施,即通過在密封平面加彈性密封材料的方式來減小加工和裝配誤差導(dǎo)致的間隙,但是同時(shí)也引來密封圈的固定方式和密封圈型式的選用等新問題。5旋轉(zhuǎn)閥芯控制薄弱圖10為天津大學(xué)余瑞霞轉(zhuǎn)閥從原理上講容易實(shí)現(xiàn)功能,但在實(shí)際設(shè)計(jì)和加工過程中存在一些問題:(1)轉(zhuǎn)閥閥芯的啟閉控制屬于旋轉(zhuǎn)方式而非直線驅(qū)動(dòng)方式,故電磁鐵無法直接作為驅(qū)動(dòng)裝置,需使用電機(jī)驅(qū)動(dòng)或增加機(jī)械機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)直線轉(zhuǎn)換旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng);(2)旋轉(zhuǎn)閥芯的摩擦力較大,換向需要的驅(qū)動(dòng)力較大;(3)端面密封較難實(shí)現(xiàn)且磨損問題嚴(yán)重,加工配合精度難度較大。所以轉(zhuǎn)閥在實(shí)際應(yīng)用中更常用于手動(dòng)截止閥等手動(dòng)操作的場(chǎng)合。6采用壓換向控制的閥結(jié)構(gòu)分析錐閥、球閥和平板閥等結(jié)構(gòu)對(duì)水介質(zhì)的適應(yīng)性好,采用以上結(jié)構(gòu)容易實(shí)現(xiàn)二位二通或二位三通水液壓換向控制,閥的結(jié)構(gòu)相對(duì)較簡單;