液压阀设计方法的研究

收稿日期 : 2008 - 04 - 10 作者简介 :杨宾峰 (1975 - ) ,男 ,河南长葛人 ,讲师 ,主要从事机械工程研究。 液压阀 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 方法的研究 杨宾峰 ,宁李谱 (河南科技学院 ,河南 新乡 453003) 摘要 :液压阀块是液压系统无管化连接方式的一种常用方法 (又称插装阀 ) ,它不仅能简化液压系统的设计和安装 , 而且便于实现液压系统的集成化和标准化。本文归纳了液压阀块设计的一些要点及几个新的设计思路 ,包括基于 计算机辅助设计的插装阀的设计。由此 ,简化了设计过程 ,有利于提高系统的设计精度和系统的可靠性。 关键词 :插装阀 ;液压阀块 ;设计 ;数据系统 中图分类号 : TH122　　　文献标识码 : A　　　文章编号 : 167326060 (2008) 0220099204 Research on the D esign M ethod of Cartr idge Va lve Yang B infeng, et a l. (Henan Institute of Science and Technology, Xinxiang 453003, China) Abstract:Hydraulic Valve B lock is a method to connect hydraulic system without p ipe frequently. It can not only simp lify the installation and design of hydraulic system, but also realize the integration and standardization of hydraulic system. The paper introducesd some main p roblem s and some new design thoughts in the design of Hydraulic Valve B lock including the design of Cartridge Valve based on CAD. The research simp lified design, which can help imp rove the p recision and reliabili2 ty of the hydraulic system. Key words: cartridge valve; hydraulic valve block; design; data system 　　液压阀块是液压系统无管化连接方式的一种常 用方法 ,又称插装阀。液压阀块在液压系统中的重 要性已越来越被人们所认识 ,其应用范围也越来越 广泛。液压阀块的使用不仅能简化液压系统的设计 和安装 ,而且便于实现液压系统的集成化和标准化 , 有利于降低制造成本 ,提高精度和可靠性。然而 ,随 着液压系统复杂程度的提高 ,也增加了液压阀块设 计的难度 ,若设计考虑不周 ,就会造成制造工艺复 杂、加工成本提高、原 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 浪费、使用维护烦琐等一 系列问题。 1　液压阀块的设计 1. 1　设计原则 液压阀块的油路要符合液压系统原理图是设计 的首要原则。设计阀块前 ,先要确定哪一部分油路 可以集成。每个块体上包括的元件数量应适中 ,元 件太多阀块体积大 ,设计、加工困难 ;元件太少 ,集成 意义不大 ,造成材料浪费。 在阀块的设计中 ,油路应尽量简捷 ,尽量减少深 孔、斜孔和工艺孔。阀块中孔径要和流量相匹配 ,特 别应注意相贯通的孔必须保证有足够的通流面积 , 注意进出油口的方向和位置 ,应与系统的总体布置 及管道连接形式相匹配 ,并考虑安装操作的工艺性 , 有垂直或水平安装要求的元件 ,必须保证安装后符 合要求。对于工作中须要调节的元件 ,设计时要考 虑其操作和观察的方便性 ,如溢流阀、调速阀等可调 元件应设置在调节手柄便于操作的位置。 需要经常检修的元件及关键元件如比例阀、伺 服阀等应处于阀块的上方或外侧 ,以便于拆装。 液压阀块共有六个 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面 (图 1) ,其各表面的功 用如下 : (1)顶面和底面 :阀块的顶面和底面为叠积接 合面 ,表面布有公用压力油孔、公用回油孔、泄漏油 孔及四个螺栓孔 ; (2)右侧面 :右侧面安装经常调整的元件 ,有压 力控制阀类如溢流阀、减压阀、顺序阀等 ,流量控制 阀类如节流阀、调速阀等 ; (3)前侧面 :安装方向阀类 ,如电磁换向阀、单 99 第 36卷　第 2期 Vol. 36　No. 2 河 南 科 技 学 院 学 报 (自然科学版 ) Journal of Henan Institute of Science and Technology 2008年 6月 Jun. 2008 向阀等 ;当压力阀类和流量阀类在右侧面安装不下 时 ,应安装在前侧面 ,以便调整 ; (4)后侧面 :安装方向阀类等不调整的元件 ; (5)左侧面 :左侧面设有连接执行机构的输出 油口 ,外测压点及其他辅助油口 ,如蓄能器油孔、接 备用压力继电器油孔等。 图 1　阀块的六个表面 1. 2　阀块尺寸的确定 阀块体尺寸应考虑三个侧面所安装的元件类型 及外形尺寸 ,以及保证块体内油道孔间的最小允许 壁厚的原则下 ,力求结构紧凑、体积小、重量轻。如 图 2所示 ,阀块体在 X坐标方向的长度 x,主要根据 换向阀的阀孔的布局以及连接螺钉孔和外形尺寸确 定 ;在 Y坐标方向的宽度 y,则根据压力阀类、流量 控制阀类的阀孔布局以及连接螺钉和外形尺寸确 定 ;在 Z坐标方向的高度 H,应按块体所安装元件的 高度来确定。各种单元回路块的高度 H可以相等 , 也可不相等。若根据每个单元回路块的实际需要确 定高度 H,固然可以节省材料 ,但会造成高度尺寸不 统一 ,使设计、制造、安装不便。高度 H可取成几种 固定尺寸或全部取成一致。 图 2　阀块坐标分布简图 1. 3　尺寸标注 设计阀块时 ,阀的一组尺寸应自成一体 ,其安装 面上标出基准螺钉孔的位置 ,其余相关的尺寸以基 准螺钉孔为标准。另外 ,该视图上还应标出所装元 件油口代号 ,同时标出油口的大小和深度 ,便于孔道 的加工和校验。阀块应设计装配图 ,保证所装的元 件、管件、密封件安装后互不干涉。装配图上要标注 外形尺寸。 1. 4　孔道设计 阀块体内的油道孔 ,用以联系各个控制元件 ,构 成单元回路及液压控制系统。油液流经块体内油道 孔的压力损失与块体的油道孔的孔径尺寸、形状以 及光滑度有关。通油道孔过小、拐弯多、内表面粗 糙 ,压力损失就较大 ;油道孔径过大 ,压力损失虽可 减小 ,但会造成块体外形增大。所以 ,设计块体内油 道孔时 ,应尽量缩短油道长度 ,减少拐弯 ,合理确定 油道孔的通流截面积。在布置阀块孔道时 ,首先根 据系统的总体布置确定各油口的方位 ,互相沟通的 元件应尽量置于两个互相垂直的相邻面上 ,以简化 孔道布置。然后 ,先走通主油路 ,再完成小通径的油 路和控制油路。 块体内油道孔径的确定可按下式计算 : 由 Q = Fv =π4 d 2 v得 : d = 4Qπv 式中 d - 油道孔径 , mm; Q - 流经油道孔的流 量 , L /m in; v -油道孔中允许流速 , m / s。 对于压力油孔 ,取 v = 2. 5～5m / s (系统压力大、 管路短、油液粘度低时取大值 ,反之取小值 ) ,吸油 管道取 0. 5～1. 5m / s,回油管道取 1. 5～2m / s。 油道孔间最小壁厚的确定可由 △ = pd /2 [σ ]计 算。 式中 △ - 油道孔壁厚 , cm; p - 最大工作压力 , MPa; d - 油道孔径 , cm; [σ ] - 块体材料的许用应 力 ,MPa。 阀块体内设有公用压力油孔 P、公用回油孔 O、 公用泄漏油孔 L以及四个螺栓孔 (如图 2) ,用以联 系各个单元回路 ,从而构成所需要的液压控制系统。 公用压力油孔 P:孔 P是 Z坐标方向通孔 ,油泵 输出的油液经调压后进入公用压力油孔 P,作为供 给各个单元回路压力油的共用油源。 公用回油孔 O:孔 O是 Z坐标方向通孔 ,各单元 回路的回油均经过公用回油孔 O流回油箱。 公用泄漏油孔 L:孔 L是 Z坐标方向通孔 ,单元 回路中 ,凡是带有外泄漏的元件 (如减压阀类、顺序 阀类以及换向阀类等 )的外泄漏孔 ,均与块体内的 公用泄漏油孔 L连通。 公用孔的 X坐标 Xp , XO , XL 与换向阀的阀孔 P, O, L的位置有关。公用压力油孔 P、公用回油孔 O 的坐标 YP , YO 主要与溢流阀的进、出油口位置有 关 ,应使 P, O与溢流阀进、出油口连通方便。公用 孔在阀块体上的坐标位置及孔径应保持不变。 001 2008年 　　　　　　　　　　　　　　河南科技学院学报 (自然科学版 ) 　　　　　　　　　　　　　　 1. 5　精度设计 阀块上安装阀 ,其表面粗糙度应达到 Ra = 0. 8, 末端管接头的密封面的表面粗糙度应达到 Ra = 3. 2。末端接头的螺孔与其外贴合面之间的垂直度 允差至少应为 8级。所有螺孔均有加工精度要求 , 一般选 7H。阀块上的 O形密封圈沟槽的表面粗糙 度为 Ra = 3. 2,一般油道孔的内表面粗糙度为 Ra = 12. 5,插装阀安装孔的粗糙度 Ra = 0. 8。此外 ,还要 有尺寸公差和形位公差要求 ,阀块上接合表面不能 有划痕 ,要有去毛刺、清洗等技术要求。 1. 6　材料选择 阀块的材料可选用球墨铸铁、Q235 - A 钢、35 钢、45钢或铝合金。原则上选用球墨铸铁为好 ,因 为它的加工性能较好 ,尤其对深孔加工更有利。但 球墨铸铁内部不要有疏松 ,以防在压力油作用下发 生渗漏 ,故不适用于中高压场合。一般的阀块采用 Q235 - A钢即可。 1. 7　“跨线管 ”的设计思路 “跨线”是电子产品印刷电路板设计中常用来 组成立体交错导电通路的一种方法 ,“跨线管 ”的采 用即源于上述设计思路。它通过在阀块外设置的二 通或多通的附加管路与阀块内相应流道连通构成完 整的油路。实际上 ,它是一种将部分油路移至阀块 外的变通设计。显然 ,采用“跨线管 ”设计不仅能简 化阀块内部油路分布 ,减少深孔、斜孔、工艺孔和封 堵数量 ,缩小阀块体积 ,而且使某些在同一阀块上难 于安排的油路的连通成为可能 ,从而可能在阀块上 集成更多的元件。 “跨线管 ”主要应用于液压阀块的小流量通道 , 如控制回路通道、泄压回路通道、节流回路通道等。 当“跨线管”作为固定节流元件使用时 ,如根据阀块 安排的长度和通径不符合要求 ,亦可将“跨线管 ”中 断并接入相应尺寸的节流孔管件以达到设计要求。 对于大流量回路一般不宜采用“跨线管 ”。 1. 8　计算机辅助设计 计算机辅助设计在工程上的应用已越来越广 泛 ,尤其是在二维工程图的绘制方面 ,引进和开发 CAD系统 ,极大地提高了工作效率 ,而三维设计在 工程中的应用却没有二维设计应用的广泛。液压阀 块内部的空间管路设计 ,要通过二维数据的交互式 输入 ,进行三维数据处理 ,最后完成三维造型的设 计。 在液压系统中 ,各液压元件被安装在液压阀块 的各个面上 ,各液压元件之间的管路连接 ,通过液压 阀块内部的孔进行 ,所有管道在阀块内部纵横交错 , 集成度很高 ,所以也有称液压阀块为集成块。 一般来讲 ,液压阀块的设计非常繁琐 ,空间位置 的安排很容易出错 ;即使液压阀块设计完毕 ,但校对 起来也相当困难。有关液体的流速、压力 ,阀块上各 个孔的直径、孔深 ,两孔之间的比例 ,是通孔还是沉 孔 ,每一个进油孔和出油孔的位置 ,每一个液压元件 的安装位置以及它们之间是否相互干涉 ,生产制造 时的误差和加工工艺过程等等一系列问题。如果用 手工调整空间的位置关系来解决这些问题的话 ,是 相当烦琐的 ,如果用计算机来解决这些问题 ,则容易 得多了。在设计液压阀块软件系统之前 ,最重要的 是要建立一个良好的数据结构。通过交互式输入 , 将液压系统原理图输入到计算机中 ,计算机内部进 行数据处理 ,不同的信息被输入到数据结构中。由 于液压阀块的设计是几何造型设计 ,所有液压特性 参数经过数据处理后被转化为几何信息 ,再进行几 何计算处理 ,最后显示这些几何信息。处理这些空 间位置用计算机来代替手工操作 ,无疑将大大地缩 短设计工作的周期。 设计本系统时 ,要考虑以下两个问题 : (1)计算 机图形方面 ,主要工作是三维造型的设计 ,只有建立 一个良好的数据结构才能够可靠地、便捷地完成所 有的图形操作。本系统的图形功能主要包括截面 图、三维和二维图形之间的转换 ,显示深度的控制 , 用“内切 ”的方法来模拟布尔运算中的“差 ”运算 ,求 相交线和隐藏 ; (2)在设计方法方面 ,每一个液压元 件的几何尺寸和液压特性参数能够在数据库中方便 地查找 ,一些相应的数据 ,如管路连接的方法也能相 应地得到 ,液压阀块能够自动地或半自动地生成 ,首 先应当考虑的是干涉、安装和加工制造误差。 在设计数据结构 (如图 3)时 ,应当重点考虑如 何处理面表。相关数据的计算和操作都是利用面表 来进行的 ,面表不但纪录着二维信息 ,还记录着“孔 深 ”的数据。液压阀块作为一个实体 ,在设计阶段 时 ,控制着各个面的相互位置关系和内部管道的关 系。 图 3显示系统的数据结构 101 　　　　　　　　　　　　　　　杨宾峰 ,等 :液压阀设计方法的研究 　　　　　　　　　　　　　第 2期 根据液压系统的特性和几何参数 ,每一个管道 在阀块的内部不能相互干涉。同时 ,还应当注意以 下问题 :要考虑加工制造时的误差 △;液体压强 △p 和最小壁厚 △b,安装在液压阀块上的液压元件是否 操作方便。这些问题通过系统内部的设置 ,转换成 为几何信息反馈到每一个液压元件的位置信息中。 当在阀块内部管道设计的过程中发生干涉现象时 , 应当对定位进行处理。在确定干涉量ξ之后 ,液压 元件将沿最大外轮廓方向或与其相反的方向移动 , 移动量为ξ或者由系统设置来给出移动量。这时再 检查是否干涉 ,是否还需要再移动 ,若一切都正常 , 继续进行设计工作 ;如果干涉没有消除或由此产生 了其它的干涉现象 ,产生干涉的液压元件将局部地 进行再处理 ,一直到所有干涉现象完全消除为止。 在这个过程中不断地交互式地查找、纠正和不断地 循环 ,在多次地调整和反馈之后 ,才得到液压阀块的 三维数据。 2　结束语 液压阀块的投入使用对液压系统的集成效果有 了质的提高 ,同时简化了系统 ,增加了系统运行的可 靠性。目前国内液压生产厂家已经设计、制造出用 于各种液压系统的液压阀块 ,并且渐趋形成定型化 \ 标准化产品。 随着计算机辅助设计在液压阀块方面工作的发 展 ,阀块设计软件除了能完成孔道设计和校验外 ,还 可输出阀块的平面图 ,直接用于生产加工 ,这样就大 大提高生产效率。 参考文献 : [ 1 ]　董敏 ,张恒臻 ,姚德民. 液压阀块的设计、制造与调试 要点 [ J ]. 液压与气动 , 1994 (2) : 8 - 10. 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