液壓螺紋插裝閥的設計與應用

該閥于20世紀50年代安裝，20世紀70年代出售。體積小、結構緊湊、內漏水小、應用靈活、價格低廉、安裝維修簡單等優點。廣泛應用于土木工程機、森林機、環保機、采礦機等領域。本文將簡要介紹螺紋插裝閥及其閥塊的設計與加工。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為二通插裝閥,而旋入式插裝閥稱為螺紋插裝閥。隨著機械加工技術和電磁技術的進步,螺紋插裝閥逐步發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。螺紋插裝閥結構圖如圖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、調節螺桿、磁性體、電磁線圈、彈墊等)等組成,一般來說閥套和閥芯及閥體的螺紋部分旋入閥塊內,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63MPa,最大流量達7601/min。根據SAUER、PARKER、STERLING、SUN、HYDRAFORCE、VICK-ERS、DELTROL、HYDAC、INTEGRATED及海宏等廠家產品樣本,可列出如表1所示的螺紋插裝閥的參數表。這里介紹幾種比較特殊的螺紋插裝閥。失壓打開液控單向閥: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,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,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現低壓時油缸差動而快速前進,也可以用來控制柱塞缸的供油的開啟與關閉,并能保壓。三位三通梭閥:它又稱熱油梭閥,其原理圖如圖3所示,油口①和油口③為進油口,接在閉式回路馬達的二端,油口②接冷卻器或直接接油箱,當進油口一邊有壓力時,出油口②就會連通低壓側,保證系統正反轉運行時回油側均有一定的油量進入冷卻器冷卻或直接換油回油箱,以實現閉式回路油液的冷卻。負載敏感閥: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接執行機構的進油口,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,保證泵的供油隨負載變化而變化,當執行機構停止工作時泵則通過該閥卸壓,防止系統發熱。壓力補償優先閥:其原理圖如圖5所示,進油口①的壓力油優先出油口③使用,其流量由節流口來調定,當保證了油口③的油量后,才打開出油口②把多余的供給油口②使用,如工程車的轉向就使用了此閥來保證轉向時有足夠的油量。二位二通雙向電磁球閥:其原理圖如圖6所示,該閥通過小開口或雙向球來實現失電狀態下的雙向關閉,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,是一個方向控制邏輯閥,沒有蓋板,控制油路只能通過閥塊或者外控口來實現,先導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,且要求體積小的場合。2螺釘插裝閥的優點2.1螺紋插裝閥組成補螺紋插裝閥結構緊湊,裝置體積小,重量輕,特別適用于行走機械。螺紋插裝閥的零部件大多為套類和軸類零件,適合批量生產,成本較低。組成螺紋插裝閥的套類和軸類零件的加工精度好保證,螺紋插裝閥的泄漏較小,相對于傳統閥,螺紋插裝閥的液壓沖擊小。螺紋插裝閥安裝方式簡單可靠,便于維修和安裝。可以把螺紋插裝閥組合成符合ISO4401的板式閥、疊加閥。可以把螺紋插裝閥組合成單路溢流閥、雙路溢流閥、單路平衡閥、雙路平衡閥等標準螺紋插裝閥塊,直接裝在馬達或液壓缸上。2.2螺紋插裝閥選用由于螺紋強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力的限制,最大流量僅至761/min。常規電磁閥換向打開速度約為25～45ms,關閉速度約為10～25ms,而螺紋插裝閥的換向速度要稍微慢一些,打開約為30～50有ms,關閉約為40～80ms,對于要求快速動作的應用,只有選擇快速型螺紋插裝閥,但價格較高。受體積和布局的限制,螺紋插裝閥的某些性能不及傳統閥,如溢流閥的滯回,分流閥的分流精度,流量閥的動態響應性能等。螺紋插裝閥各生產廠家執行的安裝孔的標準不一,給設計和加工造成諸多不便,無法相互替換。螺紋插裝閥相對板式閥較不耐污染。相對于板式閥塊來說,螺紋插裝閥塊的設計難度更大些,最好用專業的設計軟件來進行設計,并用專業的校驗軟件來對閥塊進行校驗。3螺釘插座閥的設計3.1原理圖的優化在設計閥塊圖之前,要對原理圖進行認真的審定,確保原理能滿足工況的需要,并對原理圖進行優化,盡量減少元件的數量。原理圖審定后要劃定閥塊的范圍,用雙點劃線框住,不要讓閥塊太大,又要讓閥塊的數量盡量少。3.2選用的閥種在選用螺紋插裝閥時,一定要看清其流量和壓力范圍,還要注意其流量-壓力曲線,若選型過小往往會造成系統壓力損失太大,使系統發熱;若選型過大,則會造成經濟上的浪費。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,丁晴橡膠密封適用于礦物油介質,氟橡膠密封的螺紋插裝閥要貴些。在選定元件時,有條件最好對選用的閥做性能試驗,做到萬無一失。元件選擇后,要在原理圖上把各個閥的孔道代號標注好,以便閥塊的設計和校對。3.3系統閥塊的使用壓力在21MPa以下的系統的閥塊可以選用鋁合金鍛件,壓力在21MPa以上的系統閥塊一般使用35號鍛鋼。由于工程機械等移動設備對重量要求嚴格,閥塊一般選用鋁合金鍛件,這就要求在設計系統時壓力不要超過21MPa。3.4維立體校驗的必要性目前,設計螺紋插裝閥塊有兩種常用的方法:一是用二維的CAD軟件設計,如AutoCAD和CAXA電子圖板等;二是用三維的CAD軟件設計,如SolidWorks和Pro/E等。由于工程技術人員接觸二維CAD軟件較早,且二維CAD軟件對計算機的配置要求較低,被廠礦廣泛使用;用三維軟件設計直觀,已經被越來越多的工程技術人員所掌握,并成為一種趨勢。因為螺紋插裝閥塊臺階多、孔道密,建議用專業的軟件進行校對,如上海交通大學的HMBCAD2001閥塊校驗軟件,既能輸出三維立體校驗圖,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。設計閥塊時應要求在閥塊上螺紋插裝孔的旁邊刻注上所裝閥的型號,以防止裝錯。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備有銑床、鉆床、數控加工中心、磨床等設備。在加工閥塊外形時與板式閥塊所需的設備是一樣的,只是在加工螺紋插裝閥的安裝孔時設備有所區別,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控加工中心、數控鉆銑床或銑床上完成。4.2專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。國外的各個螺紋插裝閥廠商都提供加工螺紋插裝閥孔的專用成型鉆頭和成型鉸刀,但價格較為昂貴,國內也有刀具廠能加工出此類專用加工刀具,但刀具的壽命普遍偏短。用專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、數控鉆或數控銑打定位孔、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,一定要認真對待,目前還是采用手工并配合一定的工具來修毛