1-2 換向閥的設(shè)計a

1-2換向閥的設(shè)計要點一、換向閥的結(jié)構(gòu)分析二、換向閥的閥芯受力和操縱力三、換向閥的壓力損失及主要尺寸的確定四、換向閥的泄漏分析及有關(guān)尺寸的確定

五、換向閥的平穩(wěn)性六、其它種類的換向閥一、換向閥的結(jié)構(gòu)分析（1）滑閥機能（2）閥體結(jié)構(gòu)（沉割槽與臺肩結(jié)構(gòu)）（3）流道（4）對中機構(gòu)一、換向閥的結(jié)構(gòu)分析（1）滑閥機能特殊機能分別用第一個字母、第二個字母和第三個字母表示中位、右位和左位的滑閥機能

過渡機能換向閥從一個工位過渡到另一個工位的各油口間通斷關(guān)系也有要求時，還規(guī)定和設(shè)計了過渡機能。一、換向閥的結(jié)構(gòu)分析（2）閥體結(jié)構(gòu)（沉割槽與臺肩結(jié)構(gòu)）閥體（閥芯）：五槽式（閥芯四臺肩或三臺肩）四槽式（閥芯三臺肩）三槽式（閥芯二臺肩）滑閥式換向閥的結(jié)構(gòu)

當閥芯運動時，通過閥芯臺肩開啟或封閉閥體沉割槽，接通或關(guān)閉與沉割槽相通的油口。

閥芯與閥體孔配合處為臺肩，閥體孔內(nèi)溝通油液的環(huán)形槽為沉割槽。閥體在沉割槽處有對外連接油口。一、換向閥的結(jié)構(gòu)分析（3）流道鑄造流道和機械加工流道一、換向閥的結(jié)構(gòu)分析（4）對中機構(gòu)彈簧對中液壓對中鋼球定位彈簧復(fù)位電磁換向閥（彈簧對中）兩位電磁換向閥電磁鐵可以是直流、交流或交本整流的。兩位電磁閥有彈簧復(fù)位式（一個電磁鐵）和鋼球定位式（兩個電磁鐵）。液壓對中二、換向閥的換向可靠性和操縱力摩擦阻力液動力液壓力卡緊力彈簧力操縱力二、換向閥的換向可靠性和換向推力換向可靠的含義：（1）在控制信號控制下，操縱力克服克服液壓力、液動力、摩擦阻力、彈簧力實現(xiàn)閥芯工作位置的切換（2）在失去控制信號后，彈簧力克服克服液壓力、液動力、摩擦阻力實現(xiàn)閥芯工作位置的復(fù)位二、換向閥的換向可靠性和換向推力換向推力的含義：（1）液動閥換向推力是一種液壓力，控制油壓pK不能低于某一最小值pKmin。但是控制油壓太高，也會使換向過于迅速而產(chǎn)生沖擊。一般pKmin

＝（0.5～1.5）MPa。（2）電磁閥電磁閥的力特性取決于所采用的電磁鐵的型式。由于螺管式電磁鐵的特點，其電磁吸力（對于滑閥則是推力）隨氣隙的減小而迅速增大。工作行程越大，起始吸力就越小。為了不致使電磁鐵的吸力明顯降低，工作行程不能太大，一般為3～6mm。二、換向閥的換向可靠性和換向推力換向阻力：（1）液動力在換向過程中閥的開口量、流量、閥口壓降以及射流角都發(fā)生變化。開口量很小時，隨著開度的增加，流量迅速增大，壓降大，因此液動力也迅速增加。當閥口繼續(xù)增大時，流速下降，閥口壓力損失減小，液動力也隨之降低，并接近于某一常數(shù)。液動力是所有閥腔液動力之和：

三臺肩（五溝槽）圖兩個工作閥腔的液動力都是使閥口趨于關(guān)閉，液動力有助于使閥芯恢復(fù)中位，但是它成為換向時的阻力。二凸肩（三溝槽）結(jié)構(gòu)不完整閥腔液動力使閥口趨于開啟，液動力一部分（或大部分）相互抵消，所以電磁鐵的換向阻力較小。

二、換向閥的換向可靠性和換向推力換向阻力：（2）彈簧力一般換向閥的彈簧都起恢復(fù)中位的作用（在二位換向閥中是恢復(fù)到原始位置），因此是復(fù)位彈簧。從復(fù)位要求來說，彈簧力越大，復(fù)位越可靠。但對于換向來說，彈簧力是阻力，所以要求彈簧力小。設(shè)計時應(yīng)在保證能可靠復(fù)位的前提下，盡量減小彈簧力，以免增加換向阻力。

二、換向閥的換向可靠性和換向推力換向阻力：（3）卡緊力(由不平衡徑向力引起的摩擦力）滑閥徑向液壓力（與工作壓力有關(guān)）分布不均勻會形成液壓卡緊力。減小甚至基本消除液壓卡緊力的有效措施是在滑閥表面開若干條均壓槽（通常不少于3條）。在可能的條件下應(yīng)該減小滑閥閥芯與閥體之間的配合長度（包括封油長度）。這不僅有利于減小不平衡的徑向力，而且對減小運動時的摩擦阻力也有幫助?？扇∧Σ料禂?shù)0.04~0.08

二、換向閥的換向可靠性和換向推力換向阻力：（4）摩擦阻力

滑閥換向時的摩擦力包括徑向作用力產(chǎn)生的摩擦力（卡緊力，前已述及）、運動時的粘性摩擦力以及干式電磁閥中推桿上O形密封圈的摩擦阻力。

粘性摩擦力可以用牛頓公式進行計算二、換向閥的換向可靠性和換向推力換向阻力：（4）摩擦阻力

閥桿上O形密封圈的摩擦阻力Fm可以按經(jīng)驗公式計算

式中Ff——O形密封圈預(yù)壓縮量產(chǎn)生的單位摩擦力，

Ff≈180N/m；

D──推桿直徑；

ft──O形密封圈的摩擦系數(shù)，ft

＝0.1～0.2；

d0──O形密封圈的斷面直徑；

Δp

──O形密封圈前后的壓力差。閥桿上O形密封圈的摩擦阻力Fm在閥芯開始動作時較大，動作后減小。提高推桿表面光潔度，嚴格控制密封圈和密封圈溝槽的尺寸以保證合理的預(yù)壓縮量，都有利于減小摩擦阻力。三、換向閥的壓力損失及主要尺寸的確定

液流通過換向閥時的壓力損失包括閥口壓力損失和流道壓力損失。三、換向閥的壓力損失及主要尺寸的確定

閥口壓力損失與閥的開口長度有關(guān)。當閥口處于小開度時，閥口壓力損失很大且變化急??；隨閥口開度增大，壓力損失減小且變化平緩。閥的流道壓力損失主要為局部壓力損失。閥的流道可以采用鉆孔或鑄造兩種工藝方法。機加工流道不僅加工量大，而且液流局部阻力損失較大；鑄造流道工藝復(fù)雜，但機加工量少，可以大大減小流道的局部阻力損失。

三、換向閥的壓力損失及主要尺寸的確定

在閥的開口長度、流道形狀和尺寸一定時，換向閥的壓力損失取決于通過換向閥內(nèi)的液流速度。流速越大，壓力損失越大。為減小壓力損失，在設(shè)計換向閥時應(yīng)限制閥內(nèi)的流速，但流速過小，會使閥的結(jié)構(gòu)尺寸過大。一般限制閥內(nèi)各流道的流速為2～6m/s（壓力較低時）或4～8m/s（壓力較高時）。三、換向閥的壓力損失及主要尺寸的確定（1）進、出油口直徑d0式中qs──閥的額定流量，m3/s；

v0──閥進、出油口的允許流速，一般取v0＝6m/s；三、換向閥的壓力損失及主要尺寸的確定（2）閥芯外徑D、閥桿直徑d和中心孔直徑d1閥芯外徑一般按下式確定

當閥芯中心無孔時，上式取系數(shù)1.4，當閥芯中心有孔時，上式取系數(shù)1.7，并取閥芯中心孔直徑d1為

閥桿直徑d在閥芯中心無孔時取

在閥芯中心有孔時取

以上計算所得的D、d和d1都要圓整為標準值。三、換向閥的壓力損失及主要尺寸的確定（3）換向閥的最大開口長度xmax式中v──閥最大開口處的允許流速，一般取v＝v0；三、換向閥的壓力損失及主要尺寸的確定（4）閥體沉割槽直徑D1和寬度B閥體沉割槽直徑D1一般按下式計算

閥體沉割槽寬度B，對電磁換向閥（當進、出油口為鉆孔時）

對液動滑閥

四、換向閥的泄漏分析及有關(guān)尺寸的確定對滑閥式換向閥而言，由于它是利用滑閥閥芯相對于閥體孔作相對運動工作的，因此閥芯與閥體孔之間必然存在配合間隙，閥口關(guān)閉時為間隙密封?；y閥芯與閥體孔之間環(huán)形間隙的流動狀態(tài)一般為層流，其泄漏量Δq可按偏心環(huán)形間隙泄漏量公式計算四、換向閥泄漏分析及有關(guān)尺寸的確定在工作壓差一定時，減小閥芯與閥體孔的配合間隙，增大密封長度可以減小泄漏量?？紤]到加工條件的限制，一般設(shè)計取半徑間隙滑閥的密封長度工作壓力（MPa）0.5～2.52.5～8.08.0～16.016.0～32.0>32.0密封長度（mm）1.5～22～33～44～56~7五、換向閥的平穩(wěn)性換向動作迅速與換向平穩(wěn)性是相互矛盾的。換向時間短，油路的切換就迅速，由此產(chǎn)生的壓力沖擊就越大。減小換向沖擊等價換向平穩(wěn)

五、換向閥的平穩(wěn)性（1）控制換向時間

由于液動換向閥通過的流量較大，當迅速切斷油路時引起的液壓沖擊很大。為了減小液壓沖擊，可在控制油路的回油路上裝阻尼器。利用阻尼器中的節(jié)流閥來控制端面回油，從而控制換向時間。液動換向閥和電液換向閥液動閥的換向時間：可調(diào)和不可調(diào)液動閥的換向時間：可調(diào)和不可調(diào)彈簧對中

（先導(dǎo)閥Y型機能）五、換向閥的平穩(wěn)性（2）選擇合理的滑閥機能和設(shè)置過渡機能

滑閥機能為H、Y、X、P型的換向閥，由于中位油缸兩腔互通，因此在滑閥換向到中位時壓力沖擊值迅速下降。其中，H、Y、X型因為中位通回油，效果更好。上述幾種機能雖然壓力沖擊值不大，但由它控制的液壓缸沖出量較大。五、換向閥的平穩(wěn)性（3）在閥芯的回油臺肩上開節(jié)流槽或作成制動錐（錐角θ＝3°～5°，錐長＝3～5mm），實現(xiàn)回油節(jié)流，控制換向時間。五、換向閥的平穩(wěn)性（4）比例閥可選擇合適的控制信號，以在換向時減小流量或降低壓力，還可以設(shè)定特定的制動和啟動過程的控制規(guī)律。六、其它種類的換向閥與滑閥式換向閥相比，球式換向閥有以下優(yōu)點：（1）動作可靠，不會產(chǎn)生液壓卡緊現(xiàn)象（2）密封性好，工作壓力高（63MPa）（3）換向快（0．0005~0．01ms），換向頻率高(可達250次／分鐘）（4）對油液的污染不敏感（5）使用介質(zhì)的粘度范圍大（1）電磁球式換向閥（2）液控球式換向閥（3）多路換向閥

多路換向閥是若干個單連換向閥、安全溢流閥、單向閥和補油閥等組合成的集成閥。具有結(jié)構(gòu)緊湊、壓力損失小、多位集中操等優(yōu)點。

多路換向閥操縱多個執(zhí)行元件運動，主要用于工程機械、起重運輸機械和其他要求集中操縱多個執(zhí)行元件運動的行走機械。操縱方式多為手動操縱。多路換向閥控制回路多路換向閥控制回路按連接方式分為串聯(lián)、并聯(lián)、串并聯(lián)三種基本油路。

串聯(lián)油路多路換向閥內(nèi)第一連滑閥的回油為下一連的進油，依次下去直到最后一連滑閥。串聯(lián)油路的特點是工作時可以實現(xiàn)兩個以上執(zhí)行元件的復(fù)合動作，這時泵的工作壓力等于同時工作的各執(zhí)行元件負載壓力的總和。在外負載較大時，串聯(lián)的執(zhí)行元件很難實現(xiàn)復(fù)合動作。并聯(lián)油路從多路換向閥進油口來的壓力油可直接通到各連滑閥的進油腔，各連滑閥回油腔又都直接與總回油路相連。并聯(lián)油路的特點是即可控制執(zhí)行元件單動，又可實現(xiàn)復(fù)合動作。復(fù)合動作時，若各執(zhí)行元件的負載相差很大，則負載小的先動，復(fù)合動作則成為順序動作。串并聯(lián)油路按串并聯(lián)油路連接的多路換向閥每一連滑閥的進油口都與前一連滑閥的中位回油通道相通，每一連滑閥的回油口則直接與總回油口相連，即各滑閥的進油口串聯(lián)，回油腔并聯(lián)。串并聯(lián)油路的特點是當一個執(zhí)行元件工作時，后