第一章 换向阀的概述Word文档下载推荐.docx

第一章 换向阀的概述Word文档下载推荐.docx

《第一章 换向阀的概述Word文档下载推荐.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第一章 换向阀的概述Word文档下载推荐.docx（35页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

这种换向阀的阀芯和阀体是相对直线运动的，所以叫滑阀；

如阀芯和阀体的相对运动是回转运动，则称为转阀。

换向阀的功能主要由它控制的通路数和工作位置决定。

所谓“位”是指阀芯在阀体内停留的工作位置数量，“通”是指与阀体连接的主油路的通道数量，不包括控制油路数量，不同油道之间只能通过阀芯移位时阀口的开关来沟通，在图2中有P、A、B、T四个通路，是一个二位四通阀。

图一换向阀的结构简图1—阀芯2—阀体

图2换向阀的工作原理图a活塞左移b活塞右移

滑阀式换向阀处于中间位置或原始位置时，阀中各油口的连通方式称为换向阀的滑阀机能。

滑阀机能直接影响执行元件的工作状态，不同的滑阀机能可能满足系统的不同要求。

在分析和选择阀的中位机能时，通常考虑一下几点：

1）、工作系统保压：

当P口封闭，系统保压，液压泵能用于多缸系统。

当P口与T口在半开启状态下接通时（如X型），系统能保持一定的压力控制油路使用。

2）、系统卸载：

P口通畅地与T口接通时，系统卸载。

3）、换向平稳性和精度：

当通液压缸的A、B两口都封闭时，换向时易产生液压冲击，换向不平稳，但换向精度高；

当A、B两口都接通T口时，换向时工作部件不易制动，换向精度低，但液压冲击小。

4）、液压缸“浮动”和在任意位置上的停止：

阀在中位，当A、B两口互通时，卧式液压缸呈“浮动”状态；

当A、B两口封闭或P口连接（在非差动情况下），则可使液压缸在任意位置处停下。

5）、启动平稳性：

阀在中位时，液压缸某腔如通油箱，则启动时，该腔内油液无压力，启动不平稳，易冲击。

（2）手动换向阀是依靠人力实现换向的方向控制阀，主要有弹簧复位和钢球定位两种形式。

该阀适用于动作频繁、工作持续时间短的场合，操作安全，常用于起重机和工程机械的液压传动控制系统中。

（3）机动换向阀又称行程阀，它主要用来控制机械运动部件的行程，借助于安装在工作台上的挡铁或凸轮来使阀芯移动，从而控制油液的流动方向，有二通，三通，四通和五通几种。

（4）电磁换向阀是利用电磁铁吸力操纵阀芯换位的控制阀；

阀用电磁铁根据所用电源的不同，有交流电磁铁，直流电磁铁和本整电磁铁三种。

交流电磁铁一般使用220V交流电，启动力较大，换向时间短（约0.01~0.07s）,但换向冲击大，工作时温升高（故其外壳设有散热筋），噪声大，换向频率低（约30次|min）,当阀芯被卡住或由于电压低等原因吸合不上时，线圈易烧坏。

所以交流电磁铁的可靠性较差，使用寿命较短。

直流电磁铁一般使用24V直流电。

优点是不会因阀芯卡住而烧坏线圈，体积小，工作可靠，允许切换频率为120次|min，换向冲击小，使用寿命较长。

但起动力比交流电磁铁小，换向时间长（约0.1~0.15s）。

本整流型指交流型，这种电磁铁上附有二级管整流线路和冲击电压吸收装置，具有半波整流功能，可以直接使用交流电源供电，具有直流电磁铁的结构和特性。

无论是直流电磁铁还是交流电磁铁，均可作成干式、油浸式和湿式等结构形式。

干式电磁铁的线圈、铁芯与呃铁处于空气中不和油接触，电磁铁与阀连接时，在推杆的外周有密封圈。

由于回油有可能参入对中弹簧腔中，所以阀的回油压力不能太高。

此类电磁铁附有手动推杆，一旦电磁铁发生故障时，可手动使阀芯换位。

常用于简单液压系统中。

油浸式电磁铁的线圈和铁芯都浸在无压油液中。

推杆和衔铁端部均装有密封圈。

油可帮助线圈散热，且可改善推杆的润滑条件，所以使用寿命远比干式电磁铁长。

因有多处密封，此种电磁铁的灵敏性较差，造价较高。

湿式电磁铁也叫耐压式电磁铁，它和油浸式电磁铁不同之处是推杆处无密封圈。

线圈和衔铁都浸在有压油液中，所以散热好，摩擦小。

而且因油液的阻尼作用会减少切换时的冲击和噪声。

所以湿式电磁铁具有噪声小、使用寿命长、温升低等优点，时目前应用最广的一种电磁铁。

由于电磁铁的吸力有限（120N），因此电磁换向阀只适用于流量不太大的场合。

当流量较大时，需采用液动或液压对中型两种。

（5）电液换向阀是由电磁阀和液动阀结合在一起的一种组合式换向阀。

在电液换向阀中，电磁阀起先导控制作用（称先导阀），控制液动换向阀的动作和工作位置；

液动换向阀作为主阀，用于控制液压系统中的执行元件/电液换向阀主要用在流量超过电磁换向阀额定流量的液压系统中。

电液换向阀的工作原理：

常态时，先导阀和主阀处于中位，控制油路和主油路都不进油。

当右电磁铁通电时，先导阀处于右位工作，控制油经先导阀到主阀芯右端油腔，推动主阀芯换向，使主阀切换到右位工作，主阀芯左端油腔回油经先导阀及泄油口流回油箱，此时主油路油口P和A、B、T通，当先导阀右电磁铁断电、左电磁铁通电时，则主油路油口换接，P和B、A、T相通实现液流的换向。

换向阀中的先导阀（电磁阀）一般是三位四通阀Y型。

按控制压力油及其回油方式的不同电液换向阀有外供外回、外供内回、内供外回、内供内回这四种类型。

以上就时一些关于换向阀的概述，下面要正式开始本次的课程设计！

第二章两位三通阀的结构及性能

由于本次研究的对象是两位三通阀，所以先列举一些两位三通阀

下图是23D-※B型板式两位三通交流电磁换向阀（广研型：

型号中D为E时为直流电磁阀，23D2-※B型电磁阀为湿型；

无代号B为管式；

※为10、25、63等，表示流量；

额定压力6.3MPa）

1-推杆；

2-阀芯；

3-复位弹簧；

4-盖板；

5-阀体；

6-堵头；

7-预紧弹簧；

8-垫；

9-O型圈座；

10-电磁铁

下图是机动换向阀机动换向阀也称行程换向阀，它是利用挡板或凸轮推动阀芯移动来控制液流的方向实现换向的换向阀。

机动换向阀通常是两位的，有二通、三通、四通等几种。

两通的分常开和常闭式两种形式。

下图所示为两位三通常开式机动换向阀，在常态位时，P与A相通，B口堵塞；

当行程挡住铁压下滚轮时，P与B相通，A口堵塞。

机动换向阀结构简单，换向平稳、可靠，位置精度较高，一般安装在运动部件附近，多用于控制运动部件的行程或快慢速度的转换。

1-挡块2-滚轮3-阀杆4-阀体5-阀芯6-弹簧

下图为电磁换向阀电磁换向阀时利用电磁铁的吸力推动阀芯移动来控制液流的方向实现换向的换向阀，一般为二位和三位，通道数多为二、三、四等。

下图所示为WE型两位三通电磁换向阀的结构原理图。

在常态位时，电磁铁断电，P与A相通，B口堵塞；

当电磁铁通电时，P和B相通，A口堵塞。

图b所示为WE型两位三通电磁换向阀的图形符号。

1-电磁铁2-推杆3-阀芯4-复位弹簧

下面分别为U型两位三通电磁球阀和C型两位三通换向球阀，电磁球阀包括两位三通（U型和C型）和两位四通（D型和Y型）两种，其中两位三通为基本形式，在它的基础上加一个附加阀板，可以构成两位四通阀。

现有的换向球阀有通径为6mm和10mm两种规格，最大工作量为36L/min，最大工作压力为63MPa。

1）结构及工作原理。

下图所示为U型两位三通电磁球阀的结构原理图，它主要的左阀座，右阀座、求阀阀芯、弹簧、操纵杆和杠杆等组成。

P口压力油除通过右阀座孔作用在球阀阀芯5的右侧外，还经过阀体上的孔道b进入操纵杆2的空腔作用在球阀阀芯5左侧，以保证球阀阀芯5左、右的液压力平衡。

在图示位置时，球阀阀芯5仅在弹簧7的弹簧作用下被压向左阀座，油口P与A相通，A与T被切断。

当电磁铁8得电后，电磁铁铁芯吸合并向左移动，推动杠杆3，并通过操纵杆2给球阀阀芯5一个向右的推力，该推力克服右边的弹簧力，将球阀阀芯5压向右阀座，于是油路实现换向，油口P与A被切断，A与T相通。

当电磁铁8失去电以后，球阀阀芯则在弹簧力的作用下复位。

图b为两位三通阀电磁球阀的图形符号。

1-支点2-操纵杆3-杠杆4-左阀座5-球阀阀芯6-右阀座7-弹簧8-电磁铁

下面图中所示是C型两位三通换向球阀的结构原理图，结构组成与U型两位三通换向球阀相似，不同的是它有两个球阀阀芯。

在图示位置时，电磁铁8不带电，油口P封闭，油口A与O相通。

当电磁铁8得电后，电磁铁铁芯吸合并向左移动，推动杠杆3，并通过操纵杆2给球阀阀芯一个向右的推力，该推力克服右边的弹簧力，将球阀阀芯4压向右阀座6，于是油路实现换向，油口A与O被切断，P与A相通。

1-支点2-操纵杆3-杠杆4-球阀阀芯5-左阀座6-右阀座7-弹簧8-电磁铁

以上就是我收集的一些的两位三通阀的装配图。

一、要两位三通电磁阀做设计必须考虑以下几个方面的问题：

1、中位机能

换向阀处于中间位置或原始位置时，各油路的连通方式称为换向阀的滑阀机能，又称中位机能。

换向阀的中位机能不仅在换向阀阀芯处于中位时对液压系统的工作状态有影响，而且在换向阀切换时对液压系统的工作性能也有影响。

在分析和选择换向阀的中位机能时，通常考虑以下几点：

（1）系统保压问题当通向液压泵的P口被堵塞是，系统保压。

此时液压泵能用于多缸液压系统。

（2）系统卸荷问题当P口和T口畅通时，整个系统卸荷。

（3）换向平稳性和换向精度问题当通向液压缸两腔的A口和B口各自堵塞时，换向过程中易产生液压冲击，换向平稳差，但换向精度高；

当A口和B口都与T口接通时，其结果与上述情况相反。

（4）起动平稳性问题换向阀在中位时，液压缸某腔若接通油箱，则起动时该腔内无油液起缓冲作用而不能保证起动平稳性；

相反的情况则易于保证起动的平稳性。

（5）液压缸在任意位置停止和“浮动”问题当A口和B口接通时，卧式液压缸处于“浮动”状态，可以通过手摇机构使工作台移动；

但立式液压缸则由于自重而不能停在任意

2、换向推力与换向阻力

换向推力是指换向阀阀芯换向的推动力，包括手动阀和行程阀的推力、液动阀或电—液换向阀的液压力、电磁力等。

换向阻力是指阻力阀芯换向的力，包括液动力、弹簧力、液压卡紧力、摩擦力等。

3、换向冲击与换向时间

换向时间是指从换向阀开始操纵到阀芯终止时间，复位时间是指换向操纵信号消失到阀芯复位结束的时间。

换向冲击是指换向时造成的油路压力变化的大小。

换向动作迅速与换向平稳性是相互矛盾的。

如果换向时间短，油路的切断就迅速，但是往往会造成油路的压力冲击。

因此在要求具有较好换向平稳性的场合，要采取其他措施。

如电—液换向阀在主阀两端控制油路上设置有可调节的单向节流阀使主阀两端的回油路上建立适当的节流背压，以延长换向时间，减小冲击。

还可以选择适当机能的换向阀，或对过渡位置时的换向机能作某种特殊考虑，使通往液压缸的两条油路先互通或逐步先接通一条油路，最后才完成两条油路的切断、接通或交换。

4、换向频率

换向频率是指在单位时间内阀所允许的换向次数，电磁换向阀或电-液换向阀的换向频率主要受电磁铁特性的限制。

湿式电磁铁的散热条件好，所以允许工作频率可以比干式电磁铁高一些。

交流电磁铁因起动电流较大，易造成线圈过热而烧坏，允许工作频率比直流电磁低。

一般交流电磁铁的允许工作频率在60次/min以下（性能好的可达120次/min），直流电磁铁由于不受起动电流的限制，允许工作频率可达250~300次/min。

5、压力损失

压力损失是指换向阀换向时，液流经过阀口产生的压降。

合理选择换向阀的规格，使其在允许的压力和流量范围内工作，可以减小换向阀的压力损失。

6、内泄露

换向阀的阀芯在不同工作位置时，在规定的工作压力下，从高压腔到低压腔的泄漏量称为内泄露量。

过大的内泄露量不仅会降低系统的效率，引起发热，还会影响执行元件的正常工作。

7、使用寿命

使用寿命是指换向阀从开始使用到某一零件损坏不能进行正常的换向或复位，或换向阀的主要性能指标不能满足规定指标的工作次数。

换向滑阀的使用寿命主要取决于电磁铁的工作寿命，其中，绝缘的老化是主要因素。

交流电磁铁的工作寿命在一二百万次左右，优良的交流电磁铁可达一千万次。

直流电磁铁的工作寿命比交流电磁铁高，一般在一千万次以上。

8、工作可靠性

换向阀的工作可靠性主要是指操纵换向阀的作用力能否正常施加到阀芯上，或施加作用力后阀芯能否正常换向，以及当该作用力消失后阀芯能否复位到原来位置。

换向阀的工作可靠性与其设计、制造和应用有关，换向阀应在允许的压力和流量范围内工作。

9、滑阀的液压卡紧现象

对于所有换向阀来说，都存在着换向可靠性问题，尤其是电磁换向阀，为了使换向可靠，必须保证电磁推力大于弹簧力和阀芯摩擦力之和，方能可靠换向，而弹簧力必须大于阀芯摩擦阻力，才能保证可靠复位，由此可见发信擦阻力对换向的可靠性影响很大。

阀芯摩擦阻力主要是由液压卡紧力引起的。

由于阀芯和阀套存在同轴度误差，阀芯周围方向出现不平衡的的径向力，阀芯偏向一边，当阀芯和阀套间油膜被挤破，出现金属间的干摩擦时，这个径向力不平衡力达到某一饱和值，造成移动阀芯十分费力，这种现象叫液压卡紧现象。

滑阀的液压卡紧现象是一个共性的问题，不只换向阀上有，其他液压阀也普遍存在。

这就是各种液压阀的滑阀阀芯都开有环形槽，制造精度和配合精度很严格的缘故。

2、两位三通电磁阀力学分析：

1、滑阀上的液动力

液体经过换向阀时，作用在阀芯上的液流力有稳态液流力和瞬态液流力。

稳态液流力是滑阀移动完毕，开口固定之后，液流通过滑阀流道因油液动量变化而产生的作用在阀芯上的力，这个力总是促使阀口关闭，使滑阀的工作趋于稳定。

稳态液动力在轴向的轴向的

（N）为

式子中Xv——阀口开度（m）；

Cr——阀芯与阀套间的径向间隙（m）；

w——阀口周围通油长度，即面积梯度（m）

Δp-----阀口前后压差（Pa）；

Cd-----阀口的流量系数；

Cv------阀口的速度系数；

Θ------流束轴线与阀芯线间的夹角。

稳态液动力加大了阀芯移动换向的操纵力。

补偿或消除这种稳态液动力的具体方法有：

采用特制的阀腔；

阀套上开斜小孔，使流入和流出阀腔的液体的动量互相抵消，从而减小轴向液动力；

或者改变阀芯某些区段的颈部尺寸，使液流流过阀芯时有较大的压降，以便在阀芯两端面上产生不平衡液压力，抵消轴向液动力。

但应注意不要过补偿，因为过补偿意味着稳态液动力变成了开启力，这对滑阀稳定性是不利的。

瞬态液动力是滑阀在移动过程中，开口大小发生变化时，阀腔中液流因加速或减速而作用在滑阀上的力。

它与开口量变化率有关，与阀口的开度本身无关。

滑阀不动时，只有稳态液动力存在，瞬态液动力则消失。

瞬态液动力Fbt（N）的计算公式为

式中L——滑阀进油口中心到回油口中心之间的长度，常称为阻尼长度（m）；

Cd——阀口流量系数；

W——阀口周围通油长度，即面积梯度（m）

ρ——流经滑阀的油液密度（kg/m3）；

Δp——阀口前后压差（Pa）；

Xv——阀口开度（m）；

Ki——瞬态液动力系数。

有上式子可见，瞬态液动力与阀芯移动速度成正比，这相当于一个阻尼力，其大小与阻尼长度有关。

其方向总是与阀腔内液流加速度方向相反，所以可根据加速度方向确定液动力方向。

一般常采用下述原则来判定瞬态液动力方向；

油液流出阀口，瞬态液动力的方向与阀芯移动方向相反。

油液流入阀口，瞬态液动力方向与阀芯移动相同。

如果瞬态液动力的方向与阀芯运动方向相反，则阻尼长度为正；

如果瞬态液动力的方向与阀芯移动方向相同，则阻尼长度为负。

主要性能要求：

（1）油液流经换向阀时的压力损失要小。

（2）互不相通的油口间泄漏要小。

（3）换向要平稳、迅速且可靠。

2、阀芯的受力分析

对于电磁铁和复位弹簧，为了保证阀芯正常换向，希望电磁铁推力越大越好。

而为了保证阀芯在换向后能可靠复位，则希望弹簧力越大越好。

而为了保证阀芯在换向后能可靠复位，则希望弹簧力越大越好，但过大的弹簧力，可能使电磁铁推不动，这是相互矛盾的两方面。

下面分析两位三通电磁阀电磁铁推力和弹簧力在不同工况必须满足的条件

（1）驱动阀芯启动所需电磁铁推力

（2）当阀芯移动到油腔之间，油路打开时（图b），阀芯继续移动所需驱动力

（3）电磁铁断电，复位弹簧使阀芯开始移动时应满足的条件

1）电磁铁刚断电，复位弹簧使阀芯开始移动所需的力

2）复位过程中，复位弹簧力应满足的条件

上述四个式子中

————表示电磁铁的初始推力和瞬时推力（N）;

————分别表示两推杆处O形圈的静动摩擦力阻力（N）

------------复位弹簧的预压缩力，

，其中k为弹簧刚度，

为弹簧预压缩量；

————复位弹簧的作用力，

，其中

为阀芯行程，

在开始复位时具有最大量；

————阀体与阀芯之间的液压卡紧力产生的运动阻力（N）;

————电磁铁的剩磁力（N）;

————油液流动产生的轴向稳态液动力（N）。

如下图中为受力分析图：

3、由于本课题研究的两通三向阀为滑阀式的

则阀口的流量压力公式为

其中阀的开口量为x,进口压力用p1表示，出口压力用p2表示，q表示液体流过阀口的流量；

ρ表示液体的密度；

Cd只是一个固定的流量系数。

4,、弹性力

由于弹簧在液压阀的应用实在是很广泛所以这里不得不做一下弹簧在两位三通阀中的受力分析，（注：

本课题研究的两位三通阀中的所有弹簧都是线性弹簧）公式如下

k弹簧的刚度

Xo为初始压缩长度

X表示弹簧的形变长度

3、蓄能器的选用：

蓄能器主要的结构形式有：

充气式、弹簧式、重力式和薄膜式四种。

本课题设计的蓄能器是充气式蓄能器的一种——囊式蓄能器

上图中所示为囊式蓄能器，它主要由充气阀1、壳体2、气囊3和进油阀4等组成。

无缝均质的壳体2上端有个安装充气阀1的开口，由耐油橡胶制成的完全封闭的梨形气囊3压在气门嘴上，形成一个封闭的空间。

气体和油液由气囊隔开，气囊内充入惰性气体（一般为氮气）。

充气阀在蓄能器工作前先给气囊充气，充气完毕将自动关闭。

壳体下端的进油阀4是一个用弹簧加载的菌型阀，压力油由该阀进入蓄能器，他能保证油液进出蓄能器时气囊不会被挤出油口。

囊式蓄能器的结构保证了气液的密封可靠，其主要特点是气囊惯性小，反应灵敏，结构尺寸小，容易安装和维护，目前应用最为广泛，但容量较小，工艺性较差。

1.蓄能器的容量计算

（1）作辅助动力源时的容量计算当蓄能器作辅助动力源时，蓄能器贮存和释放压力油的容量和气囊中气体体积的变化量相等，而气体状态的变化应符合气体定律，即

式中P0------气囊的充气压力；

V0------气囊的充气体积，即蓄能器容量，这时气囊应充满壳体内腔；

P1------系统最高工作压力，即泵对蓄能器贮油结束时的压力；

V1-------气囊被压缩后相应于P1时的气体体积；

P2-------系统最低工作压力，即蓄能器向系统供油结束的压力；

V2------气体膨胀否相应于P2时的气体体积；

N---------与气体变化过程有关的指数。

当蓄能器用于保压和补漏时，气体膨胀过程缓慢，与外界热交换较充分，可认为时等温变化过程，取n=1；

当蓄能器作辅助或急动力源时，释放液体的时间短，气体快速膨胀，热交换不充分，这时可视为绝热过程，取n=1.4.实际工作中的状态变化在绝热过程和等温过程之间，因此n=1~1.4。

体积差ΔV（V2-V1）为供给系统的油液体积，代入上式，便可求得蓄能器容量V0，即

充气压力P0在理论上可与P2相等，但为保证在压力为P2时蓄能器仍有能力补偿系统泄漏，应使P0<

P2,一般取P0=（0.8~0.85）P2或P0=0.25P1~0.9P2。

在实际选用时，蓄能器的总容积V0比理论计算值大5%为宜，具体可查相关手册和资料。

如以知Vo，也可以反过来求出蓄能时的供油体积，即

ΔV=

（2）作吸收冲击时的容积计算当蓄能器作吸收冲击用时，因其容量与管路布置、液体流态、阻尼情况及泄漏大小等因素有关，准确计算比较困难。

一般按经验公式计算缓和最大冲击压力时所需的蓄能器最小容量，即

式子中q——阀口关闭前管内流量；

P2——系统允许的最大冲击压力，一般取p2≈1.5p1；

L------发生冲击的管长，即压力油源到阀口的管道长度；

t——阀口由开到关的时间，突然关闭时取t=0；

P1——阀口开、关前管内工作压力。

上式子只能适用于在数值上t<

0.0164L的情况。

（3）当蓄能器作吸收液压泵压力脉动用时的容量计算当蓄能器作吸收液压泵压力脉动用时，其容量与蓄能器的动态性能和相应管路的动态性能有关，一般采用经验公式计算所需的蓄能器最小容量，即

公式中V----液压泵的排量；

I——排量的变化率，即超过平均排量的值与排量之比；

k——液压泵的压力脉动率，即压力脉动的单侧振幅与液压泵出口压力之比。

2.蓄能器充气压力的确定

（1）使蓄能器容量Vo最小以确定蓄能器的充气压力该方法的目的是使蓄能器容量Vo最小，单位容积的蓄能器贮存能量最大，并据此确定蓄能器的重启压力。

若蓄能器工作时，其气体的压缩或膨胀在1min

以上，因有充分时间与外界进行热交换，则可以视蓄能器的工作为等温过程。

此时蓄能器的充分压力Po为

Po=0.5P1

公式中P1是系统中的最高工作压力。

若蓄能器工作时，其气体的压缩或膨胀在1min以内，因没有充分的时间与外界进行热交换，则可以视蓄能器的工作过程为绝热过程。

此时蓄能器的充气压力Po为Po=0.47P1

（2）使蓄能器质量最小以确定蓄能器的充气压力用上述方法确定的Po虽然可以使蓄能器的容量最小，但是容量最小以不等于质量最小，因为油液的质量比空气重得多，所以蓄能器的质量在很大的程度上取决于液腔的容积大小。

当蓄能器工作在等温过程时，有Po=（0.65~0.75）