水液压元件结构的选择

水液压元件结构的选择

0换向阀的传统作用水生机械技术将淡水或海水替换为机械生产手段。它具有经济、能耗、无燃烧、污染等优点。广泛应用于冶金、采矿、食品机械、海洋开发等领域。但水所具有的粘度低、润滑性差、导电性强、汽化压力高等特点,也给该项技术的研究带来了困难在以矿物油为传动介质的液压换向阀中,滑阀结构很普遍。传统的滑阀式换向阀,结构简单,易于加工,工作可靠稳定,在设计中已具有较为成熟的理论实践基础。但是滑阀以水为介质时,存在着泄漏大、间隙小、抗污染能力差、阀芯容易卡死、控制边易产生拉丝侵蚀等问题1滑动流阀的改进图1是美国ELWOODFluid公司水液压换向阀采用滑阀阀芯结构的小通径换向阀2座阀通流密封座阀有球形阀、锥阀、平面截止阀等结构型式,需要根据其各自特点及当前的加工水平、耐磨耐疲劳等条件来综合权衡选用相应结构型式。座阀在通流密封上能够较好地解决泄漏问题,座阀的通流能力较强,适用于大流量换向阀。但是座阀的结构也带来一些问题:插装单元阀芯同步启闭问题、阀芯分散不同轴导致的可靠性问题、无正遮盖油封结构在换向过程中出现冲击和压力波动问题,另外座阀在换向时需要较大的驱动力来推动阀芯,因此也需要考虑采用液控先导方式来驱动阀芯动作。2.1球形座阀的加工在座阀的几种密封方式中,由于球的磨制工艺能够保证圆度和精度要求,在水液压阀中常会见到使用陶瓷球作为阀芯来实现线密封,在小流量座阀中常常会用到球形座阀,但是随着通径的增大,球的直径也随之增大,从而导致阀芯增加重量,然而加工空心球又会提高难度,所以球形座阀常见于小通径的换向阀结构中。如图2为Hauhinco水液压阀的常闭二位三通换向球阀和常开二位三通换向球阀,该阀有通径3和通径6两种规格。电磁铁的作用力通过杠杆放大后作用在阀芯上控制阀芯的启闭球阀阀芯线密封结构因其结构特点的限制一般只用于小流量的二位二通阀或二位三通阀中,而小流量二位三通阀更常用于换向阀的先导控制阀。2.2采用二次插装结构在国外水液压阀产品中大流量大通径的换向阀常见结构为插装式组合结构,插装阀单元有线密封、锥面密封和平面密封等密封型式。具有代表性的相关产品有丹麦Danfoss、美国ELWOODFluid和德国Tiefenbach等公司的三位四通插装式换向水阀。由图3我们知道常规的插装阀组合成的四通换向阀需要4个插装阀单元和一个小流量的四通先导阀。但是由于滑阀结构对水介质的适应性不好,现有产品中大多采用多个非滑阀式二位三通先导阀替代一个四通先导阀。图4中Danfoss的三位四通插装式换向阀图5是ELWOODFluid的插装三位四通组合换向阀以上插装式结构的每个插装单元均需一个独立的电磁先导阀控制主阀芯的启闭,四通阀的4个插装单元需要4套电磁先导结构,由此造成阀造价成本的提高,同时也降低了阀的机械可靠性。Tiefenbach公司的三位四通插装换向阀在结构上作以改进,其二通插装单元的结构与常规盖板式二通插装有所区别,每个单元有上下两个控制腔,整个阀使用了两个二位三通先导阀对4个插装单元的主阀芯的启闭进行控制以上为插装式水液压阀几种比较具有代表性的结构,其他水液压公司的同类产品的结构均大同小异,故在此不再一一列举。以上各公司插装式换向阀的特点总结为:(1)每个插装单元的启闭依靠独立的先导结构控制;(2)各公司的产品结构均为三位四通阀结构而无二位四通阀;(3)各公司的产品中以锥阀密封结构居多。这种结构特点同时导致的一些缺点:(1)独立的驱动电磁铁和先导结构造成阀体结构复杂,造价成本明显升高;(2)在换向切换过程中由于有中位机能的切换致使阀的切换响应速度减慢;(3)阀的可靠性降低,4个电磁铁中任一得失电状态发生故障均可能混乱逻辑并带来不可预料后果。32.3流连接结构图7为英国MIDLAND-ACS公司的二位四通不锈钢水液压阀4组合尺寸和装配精度弓永军博士但该结构更适用于二位二通或二位三通换向阀,用于四通阀时则会带来许多新问题。图9为作者由该结构衍生出的二位四通阀结构示意图。从图中可以看出该结构应用到二位四通阀后,同轴会出现两个同时密封的端面,因此对同时密封的两个面的加工尺寸和装配尺寸精度提出较高要求,可能会出现一端面实现密封而另一端面由于尺寸误差导致泄漏问题,两个阀套的装配精度会直接影响端面密封的性能。尽管该方案也可做一些改进措施,即通过在密封平面加弹性密封材料的方式来减小加工和装配误差导致的间隙,但是同时也引来密封圈的固定方式和密封圈型式的选用等新问题。5旋转阀芯控制薄弱图10为天津大学余瑞霞转阀从原理上讲容易实现功能,但在实际设计和加工过程中存在一些问题:(1)转阀阀芯的启闭控制属于旋转方式而非直线驱动方式,故电磁铁无法直接作为驱动装置,需使用电机驱动或增加机械机构来实现直线转换旋转运动;(2)旋转阀芯的摩擦力较大,换向需要的驱动力较大;(3)端面密封较难实现且磨损问题严重,加工配合精度难度较大。所以转阀在实际应用中更常用于手动截止阀等手动操作的场合。6采用压换向控制的阀结构分析锥阀、球阀和平板阀等结构对水介质的适应性好,采用以上结构容易实现二位二通或二位三通水液压换向控制,阀的结构相对较简单;