液压螺纹插装阀的设计与应用

液压螺纹插装阀的设计与应用

该阀于20世纪50年代安装，20世纪70年代出售。体积小、结构紧凑、内漏水小、应用灵活、价格低廉、安装维修简单等优点。广泛应用于土木工程机、森林机、环保机、采矿机等领域。本文将简要介绍螺纹插装阀及其阀块的设计与加工。1螺纹插装阀介绍插装阀从安装方式上可分为滑入式插装阀和旋入式插装阀,滑入式插装阀通常称为二通插装阀,而旋入式插装阀称为螺纹插装阀。随着机械加工技术和电磁技术的进步,螺纹插装阀逐步发展成为覆盖方向控制、压力控制、流量控制的所有阀种,形成独立体系,还有比例方向阀、比例压力阀和比例流量阀。螺纹插装阀结构图如图1所示,由阀套1、阀芯2、阀体3、密封件4、控制部件5(弹簧座、弹簧、调节螺杆、磁性体、电磁线圈、弹垫等)等组成,一般来说阀套和阀芯及阀体的螺纹部分旋入阀块内,阀体的其余部分在阀块的外面。螺纹插装阀有二通、三通、四通等,通径从3mm到32mm,最高压力可达63MPa,最大流量达7601/min。根据SAUER、PARKER、STERLING、SUN、HYDRAFORCE、VICK-ERS、DELTROL、HYDAC、INTEGRATED及海宏等厂家产品样本,可列出如表1所示的螺纹插装阀的参数表。这里介绍几种比较特殊的螺纹插装阀。失压打开液控单向阀:其原理图如图2所示,控制油口③的面积比油口①大,控制油口③的面积等于油口②的面积,有多种面积比可以选择,加上弹簧的作用力,在控制油口③有压力时,油口①和油口②是不相通的,只有在控制油口③压力小到一定值时,压力油才能从油口①流向油口②,任何情况下油口②的压力油是不能流向油口①的,该阀的用法较为特殊,与单向外控顺序阀一起使用可以实现低压时油缸差动而快速前进,也可以用来控制柱塞缸的供油的开启与关闭,并能保压。三位三通梭阀:它又称热油梭阀,其原理图如图3所示,油口①和油口③为进油口,接在闭式回路马达的二端,油口②接冷却器或直接接油箱,当进油口一边有压力时,出油口②就会连通低压侧,保证系统正反转运行时回油侧均有一定的油量进入冷却器冷却或直接换油回油箱,以实现闭式回路油液的冷却。负载敏感阀:其原理图如图4所示,油口①接泵出口,出油口②接油箱,油口③接执行机构的进油口,油口①到油口②的通油量随控制油口③的压力升高而减小,随控制油口③的压力降低而增大,保证泵的供油随负载变化而变化,当执行机构停止工作时泵则通过该阀卸压,防止系统发热。压力补偿优先阀:其原理图如图5所示,进油口①的压力油优先出油口③使用,其流量由节流口来调定,当保证了油口③的油量后,才打开出油口②把多余的供给油口②使用,如工程车的转向就使用了此阀来保证转向时有足够的油量。二位二通双向电磁球阀:其原理图如图6所示,该阀通过小开口或双向球来实现失电状态下的双向关闭,保压性能好,用途非常广泛。螺纹插装逻辑阀:其原理图如图7所示,是一个方向控制逻辑阀,没有盖板,控制油路只能通过阀块或者外控口来实现,先导控制阀也只能装在阀块上,体积比二通插装阀小得多,适合流量不大于200l/min,且要求体积小的场合。2螺钉插装阀的优点2.1螺纹插装阀组成补螺纹插装阀结构紧凑,装置体积小,重量轻,特别适用于行走机械。螺纹插装阀的零部件大多为套类和轴类零件,适合批量生产,成本较低。组成螺纹插装阀的套类和轴类零件的加工精度好保证,螺纹插装阀的泄漏较小,相对于传统阀,螺纹插装阀的液压冲击小。螺纹插装阀安装方式简单可靠,便于维修和安装。可以把螺纹插装阀组合成符合ISO4401的板式阀、叠加阀。可以把螺纹插装阀组合成单路溢流阀、双路溢流阀、单路平衡阀、双路平衡阀等标准螺纹插装阀块,直接装在马达或液压缸上。2.2螺纹插装阀选用由于螺纹强度和紧固扭矩的限制(≤500N·m),螺纹插装阀的直径只能做到50mm左右,流量受到限制。三通、四通滑阀由于电磁线圈功率和液动力的限制,最大流量仅至761/min。常规电磁阀换向打开速度约为25～45ms,关闭速度约为10～25ms,而螺纹插装阀的换向速度要稍微慢一些,打开约为30～50有ms,关闭约为40～80ms,对于要求快速动作的应用,只有选择快速型螺纹插装阀,但价格较高。受体积和布局的限制,螺纹插装阀的某些性能不及传统阀,如溢流阀的滞回,分流阀的分流精度,流量阀的动态响应性能等。螺纹插装阀各生产厂家执行的安装孔的标准不一,给设计和加工造成诸多不便,无法相互替换。螺纹插装阀相对板式阀较不耐污染。相对于板式阀块来说,螺纹插装阀块的设计难度更大些,最好用专业的设计软件来进行设计,并用专业的校验软件来对阀块进行校验。3螺钉插座阀的设计3.1原理图的优化在设计阀块图之前,要对原理图进行认真的审定,确保原理能满足工况的需要,并对原理图进行优化,尽量减少元件的数量。原理图审定后要划定阀块的范围,用双点划线框住,不要让阀块太大,又要让阀块的数量尽量少。3.2选用的阀种在选用螺纹插装阀时,一定要看清其流量和压力范围,还要注意其流量-压力曲线,若选型过小往往会造成系统压力损失太大,使系统发热;若选型过大,则会造成经济上的浪费。螺纹插装阀有两种密封材料可选,氟橡胶密封适用于磷酸脂介质,丁晴橡胶密封适用于矿物油介质,氟橡胶密封的螺纹插装阀要贵些。在选定元件时,有条件最好对选用的阀做性能试验,做到万无一失。元件选择后,要在原理图上把各个阀的孔道代号标注好,以便阀块的设计和校对。3.3系统阀块的使用压力在21MPa以下的系统的阀块可以选用铝合金锻件,压力在21MPa以上的系统阀块一般使用35号锻钢。由于工程机械等移动设备对重量要求严格,阀块一般选用铝合金锻件,这就要求在设计系统时压力不要超过21MPa。3.4维立体校验的必要性目前,设计螺纹插装阀块有两种常用的方法:一是用二维的CAD软件设计,如AutoCAD和CAXA电子图板等;二是用三维的CAD软件设计,如SolidWorks和Pro/E等。由于工程技术人员接触二维CAD软件较早,且二维CAD软件对计算机的配置要求较低,被厂矿广泛使用;用三维软件设计直观,已经被越来越多的工程技术人员所掌握,并成为一种趋势。因为螺纹插装阀块台阶多、孔道密,建议用专业的软件进行校对,如上海交通大学的HMBCAD2001阀块校验软件,既能输出三维立体校验图,还能检查各孔之间的壁厚,用该软件输出的螺纹插装阀块三维校验图如图8所示。阀块的六面相互之间的垂直度允差为0.05mm,各相对面的平行度允差为0.05mm,各面的平面度允差为0.02mm,各表面的粗糙度为1.6,所有孔的定位允差为0.1mm,深度允差0.2mm,所有孔与所在端面垂直度的允差为0.05/100mm,各孔道之间的安全壁厚不得小于3mm。设计阀块时应要求在阀块上螺纹插装孔的旁边刻注上所装阀的型号,以防止装错。4螺纹插座的加工4.1安装孔的加工加工螺纹插装阀块所需的主要设备有铣床、钻床、数控加工中心、磨床等设备。在加工阀块外形时与板式阀块所需的设备是一样的,只是在加工螺纹插装阀的安装孔时设备有所区别,板式阀块的孔道和螺纹只要在钻床上即可完成,而螺纹插装阀的安装孔则需要在数控加工中心、数控钻铣床或铣床上完成。4.2专用加工刀具加工螺纹插装阀块所需的刀具有成型钻头、成型铰刀、丝锥、常用刀具等。国外的各个螺纹插装阀厂商都提供加工螺纹插装阀孔的专用成型钻头和成型铰刀,但价格较为昂贵,国内也有刀具厂能加工出此类专用加工刀具,但刀具的寿命普遍偏短。用专用加工刀具加工出的螺纹插装阀的安装孔精度高,效率高。最好不要用传统的加工方法去加工螺纹插装阀的安装孔,不仅加工精度差,而且效率极低,会影响螺纹插装阀的性能甚至失效。4.3阀的安装孔、用成型管道精铰螺纹插装阀的钻测螺纹插装阀块的加工工艺一般要有粗铣各表面、精铣各表面、粗磨各表面、数控钻或数控铣打定位孔、粗钻螺纹插装阀的安装孔、用成型钻头钻螺纹插装阀的安装孔、用成型铰刀精铰螺纹插装阀的安装孔、钻其他孔道、攻丝、修毛刺、电镀等工序。在此值得一提的是修毛刺这道工序,一定要认真对待,目前还是采用手工并配合一定的工具来修毛