陸林海

（上海商蔚機(jī)械科技有限公司，上海 201706）

換向閥是一種通過(guò)閥芯位置切換來(lái)溝通不同油口，從而控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)不同方向動(dòng)作的液壓閥。它將主閥閥芯以及各種輔助性閥類(lèi)如安全閥、節(jié)流閥、先導(dǎo)控制閥等集成安裝在鑄造閥體內(nèi)部[1]。從結(jié)構(gòu)形式上分類(lèi)，換向閥一般分為片式多路閥和板式換向閥[2]。片式多路閥呈片狀，工作油口布置在閥底部，閥體兩側(cè)布置有進(jìn)油聯(lián)和回油聯(lián)。板式換向閥是閥體底部安裝在閥塊上，底部包括壓油、回油以及工作油口。片式主閥在實(shí)際應(yīng)用中多采用多片疊加的形式使用，以此增大通流量，是工程機(jī)械中常用的閥件。本文將以片式多路閥的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)為例展開(kāi)論述。

1 片式多路閥功能設(shè)計(jì)

片式多路閥從控制形式上，可分為手動(dòng)控制式多路閥、電磁換向式多路閥、電比例換向式多路閥、液控?fù)Q向式多路閥以及電液換向式多路閥[3]。實(shí)際工程中，應(yīng)用最廣泛的是電磁換向式多路閥。通常是通過(guò)油路塊將這些閥件串接在一起控制機(jī)構(gòu)動(dòng)作，但存在零部件較多、裝配不方便、功能較為單一等缺點(diǎn)，無(wú)法滿(mǎn)足日益增長(zhǎng)的工程機(jī)械智能化的發(fā)展需求。

針對(duì)現(xiàn)有的三位四通片式多路閥存在的缺點(diǎn)，本文提出了一種新的片式多路閥功能實(shí)現(xiàn)方法。常規(guī)的多路閥一般具備中位機(jī)能自鎖或卸荷、左位和右位分別對(duì)應(yīng)不同的機(jī)構(gòu)動(dòng)作的功能，但是對(duì)于負(fù)載信號(hào)的反饋?lái)憫?yīng)較慢且控制形式單一。在執(zhí)行元件工作的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)動(dòng)作不平穩(wěn)情況或是在負(fù)載壓力出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)動(dòng)作速度也出現(xiàn)很大波動(dòng)，無(wú)法完全實(shí)現(xiàn)無(wú)極調(diào)速[4]。

針對(duì)上述問(wèn)題，本文對(duì)多路閥進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)：具備過(guò)閥芯流量可控功能，不受負(fù)載波動(dòng)影響；控制方式多樣，能夠?qū)崿F(xiàn)手動(dòng)應(yīng)急操作；控制信號(hào)輸入濾波，保證穩(wěn)定的控制信號(hào)進(jìn)入閥體兩端控制口；負(fù)載反饋信號(hào)濾波，保證主泵負(fù)載反饋信號(hào)的穩(wěn)定輸入。

2 片式多路閥原理設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)上述多路閥的功能，從原理上看，它需要具備兩種以上流動(dòng)形式和兩個(gè)以上油口，通過(guò)閥芯不同的工作位置實(shí)現(xiàn)壓力油的溝通、切斷和換向。要在滿(mǎn)足控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方向要求的同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)極調(diào)速，一般要用到比例多路閥，要求速度不受到負(fù)載波動(dòng)的影響，僅通過(guò)控制手柄信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)速度控制，此時(shí)需要在閥體上疊加壓力補(bǔ)償器。要能夠?qū)崿F(xiàn)手動(dòng)應(yīng)急操作的功能，需要在閥芯控制口加上機(jī)械操作手柄控制閥芯運(yùn)動(dòng)。要能夠?qū)崿F(xiàn)控制信號(hào)濾波的功能，需要在控制信號(hào)輸入口增加節(jié)流阻尼，以減小控制信號(hào)壓力脈動(dòng)。要能夠?qū)崿F(xiàn)負(fù)載反饋信號(hào)濾波，需要在多路閥的負(fù)載敏感口增加單向節(jié)流閥，以減小負(fù)載反饋信號(hào)的壓力沖擊。帶負(fù)載敏感的片式多路閥一般與負(fù)載敏感變量泵配合使用。本文設(shè)計(jì)的片式多路閥液壓原理，如圖1 所示。

泵出口壓力油通過(guò)P 口，經(jīng)過(guò)二通壓力補(bǔ)償器進(jìn)入主閥芯內(nèi)部。當(dāng)左側(cè)有控制信號(hào)輸入的時(shí)候（控制信號(hào)可以是壓力油、電信號(hào)或者機(jī)械信號(hào)），推動(dòng)主閥芯向右移動(dòng)左位工作，壓力油經(jīng)過(guò)右側(cè)的回路到執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作。此時(shí)，左側(cè)為回油口，油液經(jīng)過(guò)左側(cè)油路到多路閥T 口流回油箱。當(dāng)右側(cè)有控制信號(hào)輸入的時(shí)候，推動(dòng)主閥芯向左移動(dòng)右位工作，壓力油經(jīng)過(guò)左側(cè)的回路到執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作。此時(shí)，右側(cè)為回油口，油液經(jīng)過(guò)右側(cè)油路到多路閥T 口流回油箱。它的負(fù)載敏感口反饋給泵的壓力，則是從多路閥的A/B 口取壓力油經(jīng)過(guò)梭閥比較后，高壓油反饋給負(fù)載敏感泵。系統(tǒng)中在主油路的A/B 口和負(fù)載敏感回路的A/B 口均設(shè)置有溢流閥，防止系統(tǒng)過(guò)載發(fā)揮安全閥的作用。

3 片式多路閥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

片式多路閥是多個(gè)換向閥做成片式本體，通過(guò)長(zhǎng)螺釘串疊在一起，實(shí)現(xiàn)控制多個(gè)執(zhí)行元件動(dòng)作的換向閥[5]。本文設(shè)計(jì)的負(fù)載敏感多路閥主要由前端進(jìn)油聯(lián)閥體、片式比例多路閥和尾聯(lián)閥體3 部分構(gòu)成。前端進(jìn)油聯(lián)閥體上設(shè)計(jì)有截止閥、流量穩(wěn)定閥和減壓溢流閥；片式比例多路閥閥體上設(shè)計(jì)有壓差補(bǔ)償器、主閥芯、負(fù)載敏感壓力比較梭閥、主油路安全閥、負(fù)載敏感溢流閥以及控制油進(jìn)油阻尼；尾聯(lián)閥體主要是在進(jìn)油流量需求較大的時(shí)候，保證可以從首尾聯(lián)同時(shí)進(jìn)油，降低主閥內(nèi)部流道的壓力損失。本設(shè)計(jì)具有結(jié)構(gòu)布置緊湊、輕量化、壓力控制穩(wěn)定的特點(diǎn)，同時(shí)擁有手動(dòng)調(diào)節(jié)功能，可保證在控制信號(hào)斷電的情況下，手動(dòng)應(yīng)急操作多路閥的換向，實(shí)現(xiàn)緊急工況下的手動(dòng)應(yīng)急操作。它的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖2 所示。

前端進(jìn)油聯(lián)閥體連接片式比例多路閥閥體，片式比例多路閥的數(shù)量可以是一片也可以是多片，保證系統(tǒng)全流量經(jīng)過(guò)主閥時(shí)壓損低于2 000 kPa 即可。多路閥通過(guò)并聯(lián)的方式連接在一起，最后的尾聯(lián)閥體與最后一片多一路閥連接在一起。

前端進(jìn)油聯(lián)閥體上設(shè)計(jì)有截止閥、流量穩(wěn)定閥和減壓溢流閥，工作時(shí)壓力油從進(jìn)油口流入減壓溢流閥和流量穩(wěn)定閥，穩(wěn)定多路閥的控制口壓力。壓力油進(jìn)過(guò)前端進(jìn)油聯(lián)閥體后進(jìn)入片式多路閥本體，通過(guò)壓力補(bǔ)償器再進(jìn)入主閥閥芯內(nèi)部，按控制口的信號(hào)指令進(jìn)入對(duì)應(yīng)的流道，實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的動(dòng)作。

片式多路閥與前端進(jìn)油聯(lián)和尾聯(lián)閥體間通過(guò)一定的螺桿穿過(guò)閥本體的安裝孔將本體一一串聯(lián)起來(lái)。連接螺桿的規(guī)格按照閥體本身的安裝孔選型，確定為M8 的螺桿。油口間的密封按要求選擇與油口規(guī)格對(duì)應(yīng)的丁腈橡膠O 形圈密封。

片式多路閥本體上設(shè)計(jì)有手動(dòng)應(yīng)急操作手柄。在斷電的情況下，通過(guò)操作應(yīng)急手柄能夠讓閥芯克服原來(lái)保持對(duì)稱(chēng)的彈簧力，驅(qū)動(dòng)閥芯向左或是向右動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)閥體內(nèi)部油路的切換，從而實(shí)現(xiàn)執(zhí)行元件動(dòng)作方向的切換。

片式多路閥進(jìn)油聯(lián)閥體上設(shè)計(jì)有負(fù)載敏感口，輸出口的負(fù)載敏感壓力通過(guò)負(fù)載敏感口經(jīng)過(guò)單向節(jié)流閥后傳遞壓力信號(hào)到泵的負(fù)載敏感口，實(shí)現(xiàn)變量泵的負(fù)載敏感控制。

圖3為片式多路閥本體結(jié)構(gòu)，通過(guò)數(shù)控加工出內(nèi)部的流道和外部的安裝接口。

4 片式多路閥應(yīng)用設(shè)計(jì)

片式多路閥是工程機(jī)械中常用的液壓元件之一。起重機(jī)作為較為常見(jiàn)的工程機(jī)械，一般具有臂架伸出縮回、臂架回轉(zhuǎn)、主鉤起升下降以及副鉤起升下降的功能。常規(guī)操作過(guò)程中也有需要用到手動(dòng)操作的工況，本文設(shè)計(jì)的多路閥能很好地滿(mǎn)足起重機(jī)的工作需求。起重機(jī)片式多路閥應(yīng)用液壓原理圖，如圖4 所示。

主泵供油到多路閥，多路閥通過(guò)換向切換到不同的工作位置，實(shí)現(xiàn)壓力油的換向，從而控制油缸的伸出和縮回。系統(tǒng)中的核心元件是片式多路閥，共5 片多路閥，分別用來(lái)控制主臂油缸、折臂油缸以及回轉(zhuǎn)擺缸的動(dòng)作。

5 結(jié)語(yǔ)

與現(xiàn)有的片式比例多路閥相比，設(shè)計(jì)的多路閥具有體積小、質(zhì)量小、系統(tǒng)壓力流量控制穩(wěn)定、可集成多片主閥控制以及帶有手動(dòng)應(yīng)急操作的功能，在斷電的情況下依然能執(zhí)行元件的應(yīng)急操作等。本文從功能、原理、結(jié)構(gòu)以及應(yīng)用4 個(gè)方面論述了片式多路閥設(shè)計(jì)的可行性和必要性，能切實(shí)解決當(dāng)下比例多路閥存在的控制方式單一、結(jié)構(gòu)體積龐大以及安裝空間需求大等不足，提高工程適應(yīng)性。