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液压阀的基本结构及工作原理

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液压阀的基本结构主要包括阀芯、阀体和驱动阀芯在阀体内做
相对运动的操纵装置。阀芯的主要形式有滑阀、锥阀和球阀;阀体
上除有与阀芯配合的阀体孔或阀座孔外,还有外接油管的进、出油
口和泄油口;驱动阀芯在阀体内做相对运动的装置可以是手调机
构,也可以是弹簧或电磁铁,有些场合还采用液压力驱动。

在工作原理上,液压阀是利用阀芯在阀体内的相对运动来控制
阀口的通断及开口的大小,以实现压力、流量和方向控制。液压阀
工作时,所有阀的阀口大小、阀进、出油口间的压差以及通过阀的
流量之间的关系都符合孔口流量公式(q=KA·Δp m),只是各种阀控
制的参数各不相同而已。
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1.1液压阀块的结构特点
按照结构和用途划分,液压阀块有条形块、小板块,盖板、夹板、
阀安装底板、泵阀块、逻辑阀块、叠加阀块、专用阀块、集流排管
和连接块等多种形式。实际系统中的液压阀块是由阀块体以及其上
安装的各种液压阀、管接头、附件等元件组成。

(1)阀块体
阀块体是集成式液压系统的关键部件,它既是其它液压元件的承装
载体,又是它们油路连通的通道体。阀块体一般都采用长方体外
型,材料一般用铝或可锻铸铁。阀块体上分布有与液压阀有关的安
装孔、通油孔、连接螺钉孔、定位销孔,以及公共油孔、连接孔
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等,为保证孔道正确连通而不发生干涉有时还要设置工艺孔。一般
一个比较简单的阀块体上至少有40-60个孔,稍微复杂一点的就有
上百个,这些孔道构成一个纵横交错的孔系网络。阀块体上的孔道
有光孔、阶梯孔、螺纹孔等多种形式,一般均为直孔,便于在普通
钻床和数控机床上加工。有时出于特殊的连通要求设置成斜孔,但
很少采用。

(2)液压阀
液压阀一般为标准件,包括各类板式阀、插装阀、叠加阀等,由连
接螺钉安装在阀块体上,实现液压回路的控制功能。

(3)管接头
管接头用于外部管路与阀块的连接。各种阀和阀块体组成的液压回
路,要对液压缸等执行机构进行控制,以及进油、回油、泄油等,
必须与外部管路连接才能实现。

(4)其它附件
包括管道连接法兰、工艺孔堵塞、油路密封圈等附件。
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1.2液压阀块的布局原则
阀块体外表面是阀类元件的安装基面,内部是孔道的布置空间。阀
块的六个面构成一个安装面的集合。通常底面不安装元件,而是作
为与油箱或其它阀块的叠加面。在工程实际中,出于安装和操作方
便的考虑,液压阀的安装角度通常采用直角。

液压阀块上六个表面的功用(仅供参考):
(1)顶面和底面
液压阀块块体的顶面和底面为叠加接合面,表面布有公用压力油口
P、公用回油口O、泄漏油口L、以及四个螺栓孔。

(2)前面、后面和右侧面
(a)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。

(b)前面:安装方向阀类,如电磁换向阀、单向阀等;当压力阀类和
流量阀类在右侧面安装不下时,应安装在前面,以便调整。
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(c)后面:安装方向阀类等不调整的元件。
(3)左侧面
左侧面设有连接执行机构的输出油口,外测压点以及其他辅助油
口,如蓄能器油孔、接备用压力继电器油孔等。

液压阀块块体的空间布局规划是根据液压系统原理图和布置图等的
设计要求和设计人员的设计经验进行的。经常性的原则如下:

(1)安装于液压阀块上的液压元件的尺寸不得相互干涉。
(2)阀块的几何尺寸主要考虑安装在阀块上的各元件的外型尺寸,使
各元件之间有足够的装配空间。液压元件之问的距离应大于5mm,
换向阀上的电磁铁、压力阀上的先导阀以及压力表等可适当延伸到
阀块安装平面以外,这样可减小阀块的体积。但要注意外伸部分不
要与其他零件相碰。

(3)在布局时,应考虑阀体的安装方向是否合理,应该使阀芯处于水
平方向,防止阀芯的自重影响阀的灵敏度,特别是换向阀一定要水
平布置。
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(4)阀块公共油孔的形状和位置尺寸要根据系统的设计要求来确定。
而确定阀块上各元件的安装参数则应尽可能考虑使需要连通的孔道
最好正交,使它们直接连通,减少不必要的工艺孔。

(5)由于每个元件都有两个以上的通油孔道,这些孔道又要与其它元
件的孔道以及阀块体上的公共油孔相连通,有时直接连通是不可能
的,为此必须设计必要的工艺孔。阀块的孔道设计就是确定孔道连
通时所需增加工艺孔的数量、工艺孔的类型和位置尺寸以及阀块上
孔道的孔径和孔深。

(6)不通孔道之间的最小壁厚必须进行强度校核。
(7)要注意液压元件在阀块上的固定螺孔不要与油道相碰,其最小壁
厚也应进行强度校核等等。

根据以上原则,液压阀块布局的优化方法如下:
(1)如果在液压阀块某面上的液压元件的数量不超过4个,则分别布
置液压元件在4个角附近,不一定在角上.这样可以保证在两个边
附近进行工艺孔设计。

(2)如果在液压阀块某面上的液压元件的数量不超过8个,则除了分
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别布置液压元件在4个角附近以外,其它液压元件可根据情况分别
布置在4个边附近。这样可以保证在一个到两个边附近进行工艺孔
设计。

(3)如果液压阀块某面上的液压元件的数量超过8个以上,可以考虑
使用智能方法进行优化设计。

由于一般情况下,液压阀块包含的液压元件总和不会超过10个以
上,所以分配到各个面上的液压元件数量不会超过lO个,一般在3
到5个左右。

由于在一般液压阀块设计中很少涉及到大量的液压元件布置,所以
根据前两条的规则可以满足系统设计的基本要求。

1.3液压阀块的设计思路
集成块单元回路图实质上是液压系统原理的一个等效转换,它是设
计块式集成液压控制装置的基础,也是设计集成块的依据。阀块图
纸上要有相应的原理图,原理图除反映油路的连通性外,还要标出
所用元件的规格型号、油口的名称及孔径,以便液压阀块的设计。

设计阀块前.首先要读通原理图,然后确定哪一部分油路可以集
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成。每个块体上包括的元件数量应适中。阀块体尺寸应考虑两个侧
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。

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