機(jī)械制造與設(shè)計(jì)TJZFL33DYTOB型多路控制閥設(shè)計(jì)

1、浙江機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院成人教育學(xué)院畢 業(yè) 論 文論文題目 tjzf-l33dyto-b型多路控制閥設(shè)計(jì)專 業(yè) 機(jī)械制造與設(shè)計(jì) 班 級(jí) 11機(jī)械數(shù)控 姓 名 李佳飛 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)教師 崔雷顥 起訖時(shí)間： 年 月 日 年 月 日（共 周） 摘 要分析了工程上常用的多路組合換向閥性能特點(diǎn)，并扼要地介紹了工程上廣泛應(yīng)用的閥設(shè)計(jì)方法多路閥作為挖掘機(jī)上的關(guān)鍵部件，它的性能與功能直接決定了挖掘機(jī)的性能與功能。目前國(guó)內(nèi)市面上的中小型挖掘機(jī)用多路閥絕大多數(shù)都具有兩個(gè)特點(diǎn)：一是非電控形式，即對(duì)多路閥的操作都是手動(dòng)直接操縱閥芯動(dòng)作；二是單閥芯控制方式，即執(zhí)行機(jī)構(gòu)的進(jìn)油和回油都是通過一根閥芯來(lái)控制。這些特點(diǎn)使得挖掘機(jī)難

2、以實(shí)現(xiàn)大幅度節(jié)能、遠(yuǎn)程遙控作業(yè)、機(jī)群協(xié)同作業(yè)等功能。本課題的研究對(duì)象是國(guó)內(nèi)最新引進(jìn)的一款挖掘機(jī)用新型多路閥，為該閥在國(guó)內(nèi)的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)提供理論指導(dǎo)。關(guān)鍵詞: 挖掘機(jī)；多路組合換向閥；閥設(shè)計(jì)目 錄摘要i目 錄iii1緒論11.1課題研究的目的和意義11.2多路換向閥概述11.2.1 多路閥的發(fā)展概況11.2.2 國(guó)內(nèi)多路閥的發(fā)展現(xiàn)狀21.2.3 多路閥發(fā)展展望31.2.4 多路閥的分類31.2.5 多路換向閥主要零件的制造方法51.3挖掘機(jī)基本動(dòng)作51.3.1 挖掘51.3.2 滿斗舉升回轉(zhuǎn)61.3.3 卸載61.3.4 返回61.3.5 行走61.4本課題的主要解決問題和指導(dǎo)思想62多路換向閥的

3、原理設(shè)計(jì)72.1多路換向閥的概念72.2多路換向閥功能的確立72.3多路換向閥總液壓原理圖的確立72.3.1主要元件的確立72.3.2四個(gè)主要換向閥控制方式的確定82.3.3多路閥液壓原理圖的確立92.4多路換向閥液壓原理圖詳細(xì)說明92.4.1單閥的動(dòng)作92.4.2多路閥空檔操作112.4.3反向流動(dòng)控制技術(shù)112.4.4主溢流閥132.4.5先導(dǎo)油路132.4.6直線行走控制143多路換向閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)173.1方向控制閥173.1.1 向控制閥的閥芯結(jié)構(gòu)173.1.2 芯驅(qū)動(dòng)與閥芯運(yùn)動(dòng)阻力173.2主閥結(jié)構(gòu)的總體設(shè)計(jì)183.2.1 4個(gè)主要換向閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)183.2.2直線行走閥的設(shè)計(jì)203

4、.2.3閥體主要結(jié)構(gòu)的確定213.2.4主要幾何尺寸的確定223.3 多路閥輔助裝置結(jié)構(gòu)的確定233.3.1 溢流閥概述233.3.2 反向流動(dòng)控制閥結(jié)構(gòu)的確定233.3.3 主溢流閥結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)243.3.4 二次溢流閥結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)263.3.5 單向閥概述結(jié)構(gòu)的確定2734多路閥結(jié)構(gòu)的確定284多路換向閥的零部件計(jì)算294.1 換向閥的計(jì)算設(shè)計(jì)294.1.1 換向閥主要幾何尺寸的確定294.1.2 受力計(jì)算304.1.3性能計(jì)算344.2單向閥的簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)計(jì)算344.2.1主溢流閥上的單向閥344.3溢流閥的設(shè)計(jì)計(jì)算374.3.1 幾何尺寸的確定374.3.2 彈簧的計(jì)算375多路換向閥的工藝設(shè)

5、計(jì)405.1多路閥閥體的工藝設(shè)計(jì)405.1.1 多路閥閥體的加工方法405.1.2 多路閥閥體的材料405.1.3 對(duì)于閥體鑄件還有以下幾項(xiàng)基本的技術(shù)要求：405.2多路閥閥芯工藝405.2.1多路閥閥芯的加工方法405.3工藝尺寸的確定40致 謝42參考文獻(xiàn)431 緒論1.1 課題研究的目的和意義由于液壓傳動(dòng)及控制具有功率傳遞密度大，動(dòng)態(tài)特性好，傳輸控制較方便等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)在工程機(jī)械領(lǐng)域得到了廣泛地應(yīng)用。在全球經(jīng)濟(jì)周期性平穩(wěn)增長(zhǎng)的推動(dòng)下，工程機(jī)械領(lǐng)域不斷呈現(xiàn)出飛速增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)，這也大大刺激了市場(chǎng)對(duì)于液壓元件的需求。從我國(guó)這幾年的發(fā)展來(lái)看，為了配合城市的現(xiàn)代化建設(shè)，為了完善各地區(qū)的道路狀況，工程機(jī)

6、械的需求每年都已成倍的速度增長(zhǎng)，其中以挖掘機(jī)的銷售量最為明顯。在建筑、修路、水利、采礦、天然氣管道鋪設(shè)等各個(gè)方面到處都能看到挖掘機(jī)的身影。而現(xiàn)代的挖掘機(jī)可以說就是液壓在工程機(jī)械領(lǐng)域運(yùn)用的一個(gè)典型的例子。隨著上世紀(jì)液壓技術(shù)的發(fā)展與成熟，將液壓與其他機(jī)械產(chǎn)品有機(jī)結(jié)合成為了熱點(diǎn)，挖掘機(jī)也就在當(dāng)時(shí)經(jīng)歷了從內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)到液壓驅(qū)動(dòng)的飛躍?，F(xiàn)代的挖掘機(jī)實(shí)際上都是液壓驅(qū)動(dòng)的，是機(jī)電液一體化的產(chǎn)物。因此對(duì)于挖掘機(jī)強(qiáng)大的需求，也就間接推動(dòng)了對(duì)于挖掘機(jī)內(nèi)部液壓元件的需求。工程機(jī)械都有一個(gè)共有的特點(diǎn)就是執(zhí)行機(jī)構(gòu)較多，需要在實(shí)際作業(yè)中完成多種功能。挖掘機(jī)作為工程機(jī)械的代表機(jī)種，功能自然也十分強(qiáng)大。挖掘機(jī)具有類似于人手的機(jī)

7、械裝置，多自由度，能完成復(fù)雜的工程作業(yè)。而這一系列復(fù)雜動(dòng)作的背后都是依靠其核心液壓部件的支持，也就是本課題的研究對(duì)象多路換向閥來(lái)實(shí)現(xiàn)的。通過一系列液壓閥的換向和通斷組合，可以達(dá)到不同執(zhí)行元件動(dòng)作所需的力和速度，從內(nèi)部液壓系統(tǒng)而言，就是油缸或馬達(dá)所需的流量和壓力。液壓挖掘機(jī)的迅速發(fā)展都是建立在液壓系統(tǒng)的發(fā)展與多路閥技術(shù)的成熟基礎(chǔ)之上的。因此企業(yè)要能在巨大的液壓挖掘機(jī)市場(chǎng)上站穩(wěn)腳步，對(duì)于液壓元件特別是多路閥這類元件的研究是必不可少的。近幾年國(guó)內(nèi)有許多廠家都看到了這一點(diǎn)，投入了大量的精力，展開了對(duì)多路閥的研制過程，但都僅限于小流量低壓的場(chǎng)合。本課題試圖通過對(duì)高壓大流量多路換向閥的研究，希望能設(shè)計(jì)出具

8、有一定生產(chǎn)工藝性的多路閥，一方面能達(dá)到挖掘機(jī)的需要，另一方面具有一定的可靠性。最終能為各廠家在這方面的研發(fā)提供基礎(chǔ)與依托，為我國(guó)在多路閥方面的發(fā)展起到推波助瀾的作用。1.2 多路換向閥概述本課題設(shè)計(jì)的是用于挖掘機(jī)上的多路閥，因此先介紹一些與多路閥有關(guān)的知識(shí)。多路換向閥簡(jiǎn)稱多路閥，它是以兩個(gè)以上換向閥為主體，集換向閥、單向閥、過載閥、補(bǔ)油閥和制動(dòng)閥等于一體的多功能集成閥。多路閥在液壓回路中的主要作用是對(duì)油流進(jìn)行多路方向的切換控制。由于它具有結(jié)構(gòu)緊湊、壓力損失小、工作可靠、管路簡(jiǎn)化、操作方便等優(yōu)點(diǎn)，在機(jī)械領(lǐng)域被廣泛使用。1.2.1 多路閥的發(fā)展概況 (1)手動(dòng)六通多路閥優(yōu)點(diǎn)：流量微調(diào)特性較好，操作

9、、替換簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)：容易受壓差影響，負(fù)載變化是操作不穩(wěn)定，中位位置的壓力損失較大。(2)帶壓力補(bǔ)償器的四通多路閥（負(fù)載補(bǔ)償）針對(duì)六通多路閥易受負(fù)載變化影響的缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)者根據(jù)二通調(diào)速閥遠(yuǎn)離發(fā)展了帶壓力補(bǔ)償器的四通多路閥。 優(yōu)點(diǎn)：通過負(fù)載補(bǔ)償技術(shù)使多路閥壓差近似不變，提高了控制性能。 缺點(diǎn)：補(bǔ)償技術(shù)本身是依靠消耗能量來(lái)得到的，容易引起嚴(yán)重的發(fā)熱。在控制精度高的場(chǎng)合，由于壓力補(bǔ)償器在初始狀態(tài)是全開的，補(bǔ)償特性較差，不能用于負(fù)載速度閉環(huán)。(3)負(fù)載敏感技術(shù)引入負(fù)載敏感：系統(tǒng)壓力總是和壓力最高聯(lián)負(fù)載相適應(yīng)。 優(yōu)點(diǎn)：零位壓差非常低，與執(zhí)行器數(shù)目無(wú)關(guān)；不同工作壓力的閥可同時(shí)動(dòng)作，控制靈敏度高(4)電液比例多路

10、閥 電液比例技術(shù)的成熟及廣泛應(yīng)用為電液比例多路閥的產(chǎn)生奠定基礎(chǔ)。 電液比例技術(shù)對(duì)多路閥的發(fā)展體現(xiàn)在：用電液比例先導(dǎo)閥驅(qū)動(dòng)多路閥的換向閥芯，實(shí)現(xiàn)比例調(diào)速；用比例溢流閥或電液比例泵實(shí)現(xiàn)電液負(fù)載敏感。 優(yōu)點(diǎn)：整機(jī)布局靈活、提高動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力，大大拓展了多路閥的應(yīng)用領(lǐng)域。(5)抗流量飽和技術(shù)和負(fù)流量技術(shù)出現(xiàn)對(duì)于多路閥各聯(lián)內(nèi)部采用二通壓力補(bǔ)償器實(shí)現(xiàn)負(fù)載壓力補(bǔ)償，用定差溢流閥或負(fù)載敏感泵實(shí)現(xiàn)負(fù)載敏感控制系統(tǒng)中，當(dāng)泵的流量出現(xiàn)飽和，泵的輸出壓力下降，使得進(jìn)入最高壓力聯(lián)的流量減少，速度降低，而進(jìn)入其他的流量不變，不能實(shí)現(xiàn)工程上的多缸同時(shí)操作的要求。 負(fù)載傳感補(bǔ)償系統(tǒng)：解決了四通多路閥抗流量飽和的問題。 負(fù)流量技

11、術(shù)：減小六通多路閥中旁路回油損失和節(jié)流損失。(6)與負(fù)載口獨(dú)立控制技術(shù)相結(jié)合 負(fù)載口獨(dú)立控制電液比例多路閥采用雙閥芯結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)進(jìn)油側(cè)調(diào)流量、出油側(cè)調(diào)壓力。采用電液負(fù)載補(bǔ)償，補(bǔ)償特性較好，并且可用于速度閉環(huán)反饋。 微處理器集成到每一聯(lián)閥體，可根據(jù)實(shí)際負(fù)載通過編程的方式改變控制策略達(dá)到優(yōu)良的控制性能和效率。而且通過編程方式實(shí)現(xiàn)壓力流量可選擇控制，實(shí)現(xiàn)豐富的控制功能。負(fù)載口獨(dú)立控制電液比例多路閥存在的問題：?jiǎn)螆?zhí)行器的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性問題；如何在變負(fù)載、變工礦的工程機(jī)械上對(duì)執(zhí)行器進(jìn)油側(cè)壓力進(jìn)行補(bǔ)償。 總的來(lái)說，傳統(tǒng)進(jìn)出口聯(lián)動(dòng)多路閥從節(jié)能的角度出發(fā)，發(fā)展了負(fù)載敏感技術(shù)、副流量控制技術(shù)；從控制性能角度而言，發(fā)展了

12、負(fù)載補(bǔ)償技術(shù)、電液比例技術(shù)和抗流量飽和技術(shù)，這些技術(shù)的融合交叉又促進(jìn)了工程機(jī)械的節(jié)能效果、控制性能等的進(jìn)一步提高。1.2.2 國(guó)內(nèi)多路閥的發(fā)展現(xiàn)狀我國(guó)目前主要的多路閥制造水平還停留在低壓小流量范圍，在小功率市場(chǎng)上國(guó)產(chǎn)的多路閥已經(jīng)逐漸占有了一定比例的市場(chǎng)份額。但對(duì)于30mpa以上的高壓多路閥，暫時(shí)還是不具備制造能力，全部都依靠進(jìn)口國(guó)外產(chǎn)品維持。國(guó)內(nèi)的一些大的液壓廠家由于多方面的原因在多路閥的研制上與國(guó)外知名企業(yè)的差距目前還是相當(dāng)明顯，特別是在多路閥的制造上。因此制造出的多路閥在可靠性等方面仍舊存在著巨大的不足。1.2.3 多路閥發(fā)展展望(1）在未來(lái)的多路閥研制過程中，將更多地引入其他領(lǐng)域的技術(shù)成

13、果，如電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、摩擦磨損技術(shù)及新材料、新工藝等，從而推動(dòng)工程機(jī)械產(chǎn)品向節(jié)能、高可靠性和環(huán)保型方向發(fā)展。(2）在多路閥的設(shè)計(jì)中加入更多的個(gè)性化成分，使得多路閥能更好迎合用戶的需要。1.2.4 多路閥的分類(1) 按閥體的結(jié)構(gòu)形式分：分片式多路換向閥和整體式多路換向閥整體式多路換向閥：把具有固定數(shù)目的多個(gè)換向閥體鑄造成一個(gè)整體，所有換向閥滑閥及各種閥類元件均裝在這一閥體內(nèi)。這類閥壓力損失小，通流能力大，剛性好，結(jié)構(gòu)也十分緊湊。但閥體鑄造工藝復(fù)雜、通用性差，因此適合在大批量生產(chǎn)和相對(duì)穩(wěn)定的液壓設(shè)備上使用?？紤]到結(jié)構(gòu)上的要求以及壓力損失，本課題所涉及到的多路閥采用的

14、就是整體式。其結(jié)構(gòu)見圖1-1。圖1-1 整體式多路換向閥 分片式多路換向閥：由進(jìn)油前蓋、回油后蓋及各路閥體拼裝組成，一個(gè)換向閥稱為一片或一聯(lián)。各片可按不同的使用要求用螺栓疊加起來(lái)，形成不同的通路數(shù)量已達(dá)到不同的功能。這類多路閥通用性強(qiáng)，加工制造容易，但分片式多路閥體積較大，片間必須密封，組裝時(shí)閥體容易變形而卡阻閥芯，拆卸后組裝工藝性差，內(nèi)泄漏較為嚴(yán)重。圖1-2為分片式多路換向閥的結(jié)構(gòu)圖。這種分片式多路換向閥為了減少拼裝的閥體數(shù)，將第一路閥體和進(jìn)油前蓋、末路閥體和回油后蓋分別制成整體結(jié)構(gòu)，相對(duì)地減小了組合式多路換向閥的外形尺寸，又保持了拼裝組合的靈活性。圖1-2 分片式多路換向閥(2) 按滑閥的

15、連通方式分：并聯(lián)油路多路換向閥、串聯(lián)油路多路換向閥、串并聯(lián)油路換向多路換向閥、復(fù)合油路多路換向閥。并聯(lián)油路：如圖1-3a)所示，多路閥內(nèi)進(jìn)油口的壓力油直接通到各聯(lián)換向閥的進(jìn)油腔，各閥的回油腔又直接通到多路閥的總回油口，各閥可各自獨(dú)立操作，但當(dāng)操作兩個(gè)或兩個(gè)以上換向閥時(shí)，壓力油總是先進(jìn)入油壓較低的執(zhí)行元件，因此負(fù)載輕的執(zhí)行元件先動(dòng)作，此時(shí)分配到各執(zhí)行元件油液僅是泵流量的一部分。并聯(lián)油路的多路閥一般壓力損失較小。串聯(lián)油路：如圖1-3b)所示，每一聯(lián)閥的進(jìn)油腔都和其前一聯(lián)的中立位置油道相通，其回油腔又都和其后一聯(lián)的進(jìn)油腔相通，該油路可實(shí)現(xiàn)兩個(gè)或兩個(gè)以上執(zhí)行元件同步工作。液壓泵出口壓力等于各執(zhí)行元件壓

16、力的總和，按串聯(lián)油路設(shè)計(jì)的多路閥的阻力一般總要大些。 串并聯(lián)油路：如圖1-3c)所示，各聯(lián)閥之間進(jìn)油路串聯(lián)，回油路是并聯(lián)。當(dāng)某一聯(lián)閥換向時(shí)，其后各聯(lián)閥的進(jìn)油道都被切斷，因而一組多路閥中不可能有任何兩聯(lián)同時(shí)工作，故這種油路也稱單動(dòng)油路。但在某一聯(lián)閥微調(diào)范圍內(nèi)操縱時(shí)，后一聯(lián)閥尚能控制該執(zhí)行元件的動(dòng)作。復(fù)合油路：當(dāng)多路閥聯(lián)數(shù)較多時(shí)，常常采用上述幾路油路聯(lián)接形式的組合。 a）并聯(lián)式 b）串聯(lián)式 c）串并聯(lián)式圖1-3 多路閥的油路形式(3) 按控制形式分：直動(dòng)型和先導(dǎo)型直動(dòng)型：一般指用手柄直接操作主閥芯而使其動(dòng)作的形式，一般用于工作壓力和流量較小的場(chǎng)合。先導(dǎo)型：先導(dǎo)閥控制先導(dǎo)油液，先導(dǎo)油再控制主閥的形式

17、。這種形式已經(jīng)經(jīng)過功率放大，可用于工作壓力和流量較大的場(chǎng)合。先導(dǎo)型法又可分為機(jī)械先導(dǎo)和電液先導(dǎo)。而用于多路閥先導(dǎo)機(jī)控制的閥通常也有幾種：先導(dǎo)減壓閥，先導(dǎo)溢流閥，雙節(jié)流閥，高速電磁開關(guān)閥，隨動(dòng)式先導(dǎo)閥。1.2.5 多路換向閥主要零件的制造方法多路閥的設(shè)計(jì)過程中，需要確立閥的制造方法，以便確立材料以及精度等級(jí)和粗糙度等，這對(duì)于多路閥的后期制造起著至關(guān)重要的地位，現(xiàn)在許多國(guó)內(nèi)企業(yè)無(wú)法加工出高壓大流量多路閥的其中一個(gè)原因就是不夠注重制造方面的確定。圖1-4 液壓挖掘機(jī)的作業(yè)循環(huán)組成多路換向閥主要是由閥體和閥芯組成，因此對(duì)多路閥制造方法的確立主要是針對(duì)閥體、閥芯制造方法的確立。閥體主要有兩種制造方法，鑄

18、造和加工中心加工。閥芯的加工一般在車床和一些普通機(jī)床上完成，對(duì)于大批量的主要是在一些專用機(jī)床上完成。1.3 挖掘機(jī)基本動(dòng)作考慮到設(shè)計(jì)的多路閥是用于挖掘機(jī)上的，因此對(duì)挖掘機(jī)所要實(shí)現(xiàn)的功能和工作過程稍作介紹。液壓挖掘機(jī)的工作有4 個(gè)基本動(dòng)作，如圖1-4分別是：挖掘滿斗舉升回轉(zhuǎn)卸載返回。除此以外還有液壓挖掘機(jī)的行走以及一些輔助動(dòng)作。下面主要討論液壓挖掘機(jī)的挖掘、滿斗舉升回轉(zhuǎn)、卸載、返回以及行走這幾個(gè)主要過程。1.3.1 挖掘通常以鏟斗液壓缸或斗桿液壓缸進(jìn)行挖掘，或兩者配合進(jìn)行挖掘，因此，在此過程中主要是鏟斗和斗桿的復(fù)合動(dòng)作，必要時(shí)，配以動(dòng)臂動(dòng)作。平整土地和切削斜坡時(shí), 須同時(shí)操縱動(dòng)臂和斗桿, 使斗尖

19、能沿直線移動(dòng)(圖1-5) , 此時(shí)斗桿收回和動(dòng)臂抬起, 希望斗桿和動(dòng)臂分別由獨(dú)立泵供油,以保證彼此獨(dú)立、互不干擾, 并要求泵供油流量小、油缸動(dòng)作慢, 容易控制, 使鏟斗保持一定切削角并按一定軌跡進(jìn)行切削, 或用斗底來(lái)壓整地面,則需鏟斗、斗桿、動(dòng)臂三者同時(shí)作用完成復(fù)合動(dòng)作(圖1-6) 。 圖1-5 斗尖沿直線掘削 圖1-6 鏟斗保持切削角進(jìn)行切削和壓整地面1.3.2 滿斗舉升回轉(zhuǎn)挖掘結(jié)束后，動(dòng)臂液壓缸將動(dòng)臂頂起，滿斗提升，同時(shí)回轉(zhuǎn)液壓馬達(dá)使轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)向卸土處，此時(shí)，主要是動(dòng)臂和回轉(zhuǎn)的復(fù)合動(dòng)作。1.3.3 卸載轉(zhuǎn)到卸土點(diǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)臺(tái)制動(dòng)，用斗桿液壓缸調(diào)節(jié)卸載半徑，然后鏟斗液壓缸回縮，鏟斗卸載，為了調(diào)整卸載

20、位置，還要有動(dòng)臂液壓缸的配合，此時(shí)形成的是斗桿和鏟斗的復(fù)合動(dòng)作，其間配以動(dòng)臂動(dòng)作。1.3.4 返回卸載結(jié)束, 轉(zhuǎn)臺(tái)反向回轉(zhuǎn), 同時(shí)動(dòng)臂缸和斗桿缸相互配合動(dòng)作, 把空斗放到新的挖掘點(diǎn)。此工況是回轉(zhuǎn)、動(dòng)臂和斗桿復(fù)合動(dòng)作。由于動(dòng)臂因有重力作用, 下降快，而變量泵流量大, 因此該工況的供油情況是一個(gè)泵全部流量供回轉(zhuǎn), 另一泵大部分油供動(dòng)臂, 少部分油經(jīng)節(jié)流供斗桿。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在低轉(zhuǎn)速時(shí)油泵供油量小, 為防止動(dòng)臂因重力作用迅速下降、動(dòng)臂油缸產(chǎn)生吸空現(xiàn)象, 可采用動(dòng)臂下降再生補(bǔ)油, 利用重力將動(dòng)臂缸無(wú)桿腔的油供至有桿腔。1.3.5 行走本課題研究設(shè)計(jì)的就是用于挖掘機(jī)上的多路閥，因此多路閥必須能夠滿足上述的單動(dòng)

21、作以及復(fù)合動(dòng)作的要求，這也是設(shè)計(jì)原理的依托。1.4 本課題的主要解決問題和指導(dǎo)思想本課題主要是對(duì)整體式多路閥的原理、結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要解決如下幾點(diǎn)問題：如何根據(jù)實(shí)際多路閥的應(yīng)用場(chǎng)合設(shè)計(jì)出閥的原理圖；如何根據(jù)原理圖以及工況設(shè)計(jì)出閥的結(jié)構(gòu)圖；如何根據(jù)現(xiàn)有的知識(shí)對(duì)閥的材料以及工藝尺寸進(jìn)行確定。主要的指導(dǎo)思想是以現(xiàn)有的國(guó)外先進(jìn)技術(shù)為基石，進(jìn)行一定的改造與變化。使得設(shè)計(jì)好的多路閥既能滿足挖掘機(jī)的各項(xiàng)功能，又能具有一定的工藝性和實(shí)際意義。2 多路換向閥的原理設(shè)計(jì)2.1 多路換向閥的概念多路換向閥即多路閥，是由若干個(gè)換向閥、安全溢流閥、單向閥和補(bǔ)油閥等組合而成的集成閥，可用來(lái)控制多個(gè)執(zhí)行元件按預(yù)定要求動(dòng)作。

22、由于高度地繼承性，主要用于行走機(jī)械多個(gè)執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)方向和速度的集中控制。2.2 多路換向閥功能的確立本課題設(shè)計(jì)的多路閥是用于挖掘機(jī)液壓回路中的，其功能可根據(jù)挖掘機(jī)所要實(shí)現(xiàn)的動(dòng)作確立。挖掘機(jī)一般要能可靠地實(shí)現(xiàn)挖掘、滿斗舉升回轉(zhuǎn)、卸載、返回和行走等主要功能，本課題討論斗桿、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和行走機(jī)構(gòu)。因此在挖掘機(jī)液壓回路中所使用的多路閥，它的主要功能是實(shí)現(xiàn)斗桿液壓缸以及回轉(zhuǎn)，左、右行走馬達(dá)等三個(gè)執(zhí)行元件的換向、單動(dòng)和復(fù)合動(dòng)作。除此之外，多路閥還應(yīng)具備以下幾種功能1）當(dāng)操作桿在空檔位置或部分移動(dòng)位置時(shí)，實(shí)現(xiàn)反向流動(dòng)控制。這是由于考慮到六通閥本身的缺點(diǎn)，即中位位置的壓力損失較大，而特別需要附加的功能。通過反

23、向流動(dòng)控制，希望能使多路閥中位位置時(shí)的回油損失降低到最少，能盡可能地節(jié)省能源的浪費(fèi)。2）各執(zhí)行元件油路之間不相互干擾。3）限制油路總的最大壓力以及二次側(cè)的最大壓力。2.3 多路換向閥總液壓原理圖的確立根據(jù)上述功能要求可以初步地確立多路閥內(nèi)部大致的組成及相互關(guān)系2.3.1 主要元件的確立(1) 動(dòng)力源的種類、數(shù)量和參數(shù)的確定為了達(dá)到預(yù)定的控制，實(shí)現(xiàn)挖掘機(jī)各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的不同動(dòng)作，采用雙泵技術(shù)，即主液壓系統(tǒng)由兩個(gè)主泵驅(qū)動(dòng)，按照設(shè)計(jì)參數(shù)的要求（流量為80l/min），每個(gè)泵在空載時(shí)的流量為40l/min。由于流量的實(shí)際大小是根據(jù)要求而變化的，因此采用變量泵 。除此之外，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)換向閥等的控制，還需要

24、一個(gè)先導(dǎo)液壓回路。相應(yīng)的需要配套一個(gè)先導(dǎo)泵，它在額定載荷下的流量設(shè)定為20l/min。所有來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)的功率都用于兩個(gè)主泵和一個(gè)先導(dǎo)泵。(2) 主要控制閥的種類、數(shù)量的確定多路閥一般都采用多個(gè)三位換向閥集合而成，這是因?yàn)榭紤]到缸或馬達(dá)除了雙向控制以外，還需要一定中位機(jī)能，以確保執(zhí)行機(jī)構(gòu)在一些場(chǎng)合的正常動(dòng)作。多路閥按載荷方式分可分為六通型多路閥（中位回油卸荷）和四通型多路閥（卸荷閥卸荷）兩種，如圖2-1。圖2-1a)所示是六通多路閥，當(dāng)所有換向閥閥芯都回到中位時(shí)，入口壓力油經(jīng)一條專門的直通油道，即中位回油道（pp1ct）而卸荷。當(dāng)多路閥任何一聯(lián)換向時(shí)，都會(huì)把此油道切斷，液壓泵來(lái)的油液，就從這聯(lián)閥已

25、接通的工作油口，進(jìn)入所控制的執(zhí)行元件。因?yàn)樵趽Q向閥閥桿的移動(dòng)過程中，中位位置回油道是逐漸減小、最后被完全切斷，因此從此閥口回油箱的流量是逐漸減小，并一直減小到零；而進(jìn)入執(zhí)行元件的流量，則從零逐漸增加，并一直增加到泵的最大流量。也就是說，對(duì)于六通多路閥而言，具有良好的多路閥微調(diào)特性，即不需要增加其它的任何裝置，本身就具有初級(jí)的手動(dòng)比例控制特性。因此執(zhí)行元件啟動(dòng)平穩(wěn)而無(wú)沖擊，調(diào)速性能好。這類閥的缺點(diǎn)是很難實(shí)現(xiàn)負(fù)載壓力補(bǔ)償或負(fù)載敏感控制功能，因此無(wú)法應(yīng)用于控制特性要求很高的領(lǐng)域。圖2-1b)所示的是四通多路閥，當(dāng)所有閥都回到中位時(shí)，入口壓力又是經(jīng)卸荷閥卸荷的。這種閥在中位時(shí)壓力損失較小，但由于卸荷閥

26、的控制口b被切斷的瞬時(shí)，閥是突然關(guān)閉的，所以會(huì)形成一定的液壓沖擊，另外與六通閥相比也失去了滑閥的微調(diào)性能。對(duì)于這次設(shè)計(jì)的多路閥通過參閱各方面資料，特別是知名品牌卡特比勒的產(chǎn)品，確定采用六通多路閥。 a) 六通型多路閥 b) 四通型多路閥圖2-1 多路閥系統(tǒng)的卸荷方式經(jīng)過多路閥在挖掘機(jī)上主要實(shí)現(xiàn)功能以及上述基本形式的分析，可得出本次設(shè)計(jì)的多路閥內(nèi)需要4個(gè)三位六通換向閥。四個(gè)閥的用途分別是用于控制左、右行走（2個(gè)），控制回轉(zhuǎn)（1個(gè)），控制斗桿（1個(gè)）。2.3.2 四個(gè)主要換向閥控制方式的確定從性能參數(shù)上來(lái)看多路閥的壓力和流量都比較大，電磁換向閥由于受電磁鐵推力限制，因此無(wú)法適用于此次設(shè)計(jì)的多路換向

27、閥。如圖2-2所示，采用的是液動(dòng)控制，通過壓力控制油來(lái)推動(dòng)閥芯換向，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)大流量換向閥的控制。圖2-2 彈簧對(duì)中型三位四通液動(dòng)換向閥2.3.3 多路閥液壓原理圖的確立 根據(jù)上面已經(jīng)分析過的多路換向閥所要實(shí)現(xiàn)的主要功能，再加上已經(jīng)確立的基本元件，參照國(guó)外先進(jìn)多路閥原理圖，可得到總的多路閥液壓原理圖，如圖2-3所示。1.斗桿油缸 2.回轉(zhuǎn)馬達(dá) 3.左行走馬達(dá) 4.右行走馬達(dá) 5.上泵 6.先導(dǎo)泵 7.下泵8.油箱 9.斗桿控制閥 10.回轉(zhuǎn)控制閥 11.左行走控制閥 12.直線行走閥 13.壓力控制閥 14.右行走控制閥 15.管道溢流閥 16.主溢流閥 圖2-3 多路閥液壓原理圖2.4 多路

28、換向閥液壓原理圖詳細(xì)說明設(shè)計(jì)的多路閥安裝在液壓泵和執(zhí)行元件之間的液壓系統(tǒng)中。多路閥控制來(lái)自上泵、下泵和先導(dǎo)泵的流量和壓力，以實(shí)現(xiàn)執(zhí)行元件以最佳的速度和正確的方向工作。按功能設(shè)計(jì)的多路閥是并聯(lián)了換向閥、壓力控制閥、溢流閥這幾種閥，其中包括了不同的閥桿、閥口通道和節(jié)流孔，即允許換向閥單獨(dú)操作，又允許與其他部分聯(lián)合操作。2.4.1 單閥的動(dòng)作(1) 主要換向控制閥主要換向閥：借助于閥芯與閥體之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，對(duì)來(lái)自上泵、下泵和先導(dǎo)泵的壓力油的流向進(jìn)行改變。其操作過程以斗桿控制閥為例作簡(jiǎn)要地闡述。斗桿控制閥(空檔位置)如圖2-4所示。當(dāng)所有的先導(dǎo)操作閥均處于空檔位置時(shí)，先導(dǎo)操縱閥不向先導(dǎo)油口5和6輸油。

29、閥桿在彈簧的作用下進(jìn)入空檔位置。上泵的油經(jīng)中心旁路通道8進(jìn)入液壓油箱。1. 斗桿控制閥 2.彈簧 3、4油口 5、6.先導(dǎo)油口 7.通道8.中心旁路通道 9.負(fù)載單向閥 10.回油通道 11.平行供油通道圖2-4 斗桿控制閥（空檔位置）當(dāng)操作斗桿控制閥使斗桿關(guān)閉時(shí)，從先導(dǎo)油口6來(lái)的油使閥桿向左移動(dòng)，中心旁路通道8關(guān)閉。平行供油通道11中來(lái)自上泵的油，經(jīng)負(fù)載單向閥9和通道7進(jìn)入油口3。斗桿油缸活塞桿伸出，使活塞桿末端排出的油流入油口4。油口4的油進(jìn)入回油通道10，返回液壓油箱。(2) 負(fù)載單向閥回路中用到大量的負(fù)載單向閥，例如圖2-4所示。負(fù)載單向閥用于多路閥中的功能：當(dāng)一個(gè)壓力較高的油路和一個(gè)

30、壓力較低的油路平行同時(shí)操作時(shí)，為防止油流入壓力較低的油路。比如負(fù)載較小的斗桿油缸在回轉(zhuǎn)馬達(dá)動(dòng)作時(shí)，回轉(zhuǎn)馬達(dá)內(nèi)的高壓油就會(huì)試圖向壓力低的斗桿油缸內(nèi)流動(dòng)。如果油路中沒有負(fù)載單向閥，回轉(zhuǎn)速度就會(huì)下降。除此之外，單向閥還能防止壓力油從油缸端頭進(jìn)入油箱。(3) 二次溢流閥和補(bǔ)油閥為了能夠限制住各自油路的壓力，在液壓缸及其控制閥之間的管道上都設(shè)置了二次溢流閥和補(bǔ)油閥。例如在斗桿缸進(jìn)油口4、5上連著一個(gè)二次溢流閥，如圖2-5所示。當(dāng)先導(dǎo)油進(jìn)入閥的先導(dǎo)油口8時(shí)，閥產(chǎn)生向右移動(dòng)，主液壓油經(jīng)過平行供油通道1進(jìn)入換向閥，又從油口5流出進(jìn)入油缸9。當(dāng)外部載荷很大時(shí)，油缸及油路內(nèi)作用在控制閥上的壓力不斷增大。二次溢流閥

31、7將最大的壓力限定在35000kpa，當(dāng)壓力超過這一數(shù)值，壓力油就會(huì)從溢流閥7流向回油通道2。當(dāng)外部壓力作用在工作裝置油缸上時(shí)（控制閥處于空檔位置），工作裝置油缸的活塞將移動(dòng)，油缸內(nèi)將形成真空。補(bǔ)油閥向油缸輸送部分低壓油，改變油缸內(nèi)的真空狀態(tài)。參見圖2-5，油可從油箱經(jīng)過回油路2、補(bǔ)油閥6流回油缸9。 1.平行供油通道 2.回油通道 3、4、5.油口 6 .單向閥 7.二次溢流閥 8.先導(dǎo)油口 9. 斗桿油缸圖2-5 斗桿控制閥（打開位置）2.4.2 多路閥空檔操作多路閥處于空檔位置時(shí)如圖2-6所示。上泵經(jīng)輸入口2、中心旁路通道8和平行供油通道3向右閥體供油。下泵經(jīng)輸入口1、中心旁路通道9和平

32、行供油通道10向左閥體供油。當(dāng)操作桿位于空檔位置時(shí)（機(jī)器空載），上泵中來(lái)自輸入油口2的油經(jīng)過旁路通道8、反向流動(dòng)控制節(jié)流孔6及回油通道4、最后由回油口7排出，流回液壓油箱。下泵中來(lái)自輸入油口1的油，流經(jīng)中心旁路通道9、反向流動(dòng)控制節(jié)流孔12、回油通道11、回油口12，最后回到液壓油箱。上、下泵供給平行供油通道的油保持不變。圖2-6 多路閥原理圖（空檔位置）2.4.3 反向流動(dòng)控制技術(shù)考慮到六通多路閥的中位壓力損失較為嚴(yán)重，采用反向流動(dòng)控制技術(shù)。主要手段是在出油口前加入溢流閥，并且在相應(yīng)的換向閥上開節(jié)流孔，通過溢流閥與節(jié)流孔的有機(jī)結(jié)合達(dá)到反向流動(dòng)控制。目的是使得功率損失得到有效地減少。(1) 相

33、關(guān)元件的說明反向流動(dòng)節(jié)流孔的功能：通過節(jié)流效應(yīng)，控制出口信號(hào)壓力，以達(dá)到控制主泵變量的目的。反向流動(dòng)溢流閥的功能：當(dāng)油流在中心旁路通道中突然增加時(shí)，為防止壓力對(duì)機(jī)器部件造成沖擊，反向流動(dòng)控制溢流閥通過部分打開形式，使部分油流經(jīng)過閥體回到回油通道，從而起到一定的緩沖作用。(2) 方向流動(dòng)控制的過程反向流動(dòng)控制液壓原理圖（局部）如圖2-7所示。來(lái)自中心旁路通道的反向流動(dòng)控制壓力信號(hào)在下列情況下發(fā)生作用：1） 當(dāng)油缸或馬達(dá)未操作時(shí)；2） 當(dāng)先導(dǎo)操作閥需進(jìn)行微調(diào)控制時(shí)其控制過程如下：上泵12中的油流經(jīng)中心旁路通道2、通道3及節(jié)流孔8到回流通道11。流經(jīng)節(jié)流孔8的油受到約束，使通道3的壓力增加。反向流動(dòng)

34、控制信號(hào)壓力經(jīng)通道4和反向流動(dòng)控制管道9流入油泵調(diào)節(jié)器。調(diào)節(jié)器的反向流動(dòng)控制使油泵開始動(dòng)作。1、2.中心旁路通道 3、4.通道 5.節(jié)流孔 6.反向流動(dòng)控制溢流閥 7.反向流動(dòng)控制管道 8.節(jié)流孔 9.反向流動(dòng)控制管道 10.反向流動(dòng)控制溢流閥 11.回油通道 12.上泵 13.下泵圖2-7 反向流動(dòng)控制液壓原理圖（局部）當(dāng)所有操作桿都處于空檔位置時(shí)，控制閥的中心旁路通道中的油流流量是最大的，流入中心旁路通道的油流被反向流動(dòng)節(jié)流孔節(jié)流，反向流動(dòng)控制信號(hào)壓力在管道內(nèi)增大。調(diào)節(jié)器根據(jù)此控制信號(hào)對(duì)變量泵進(jìn)行控制，使得泵的回轉(zhuǎn)角度減小，泵的柱塞行程縮短，得到相應(yīng)的流量也就下降。根據(jù)節(jié)流定理，此時(shí)的是最

35、大的，因此油泵的排量始終保持最小。只有當(dāng)操縱桿輕微移動(dòng)，進(jìn)行微調(diào)控制操作時(shí)，上泵的部分油流進(jìn)入平行供油通道，降低了中心旁路通道中的油流流量，使得節(jié)流效應(yīng)減小了，反向流動(dòng)控制信號(hào)壓力也相應(yīng)減少，泵缸體的回轉(zhuǎn)有了更大的角度，使得泵的柱塞行程增加，油流量增大。2.4.4 主溢流閥主溢流閥的功能：起安全作用，限制主液壓系統(tǒng)的最大工作壓力。根據(jù)性能參數(shù)的要求，回路的最大壓力在行走時(shí)為35mpa，挖掘及回轉(zhuǎn)工況工作壓力為31.4mpa，即主溢流閥為兩級(jí)控制。如圖2-8所示，主溢流閥的工作原理：來(lái)自先導(dǎo)泵的油9經(jīng)管道7到達(dá)先導(dǎo)通道2和3，行走時(shí)通道3內(nèi)壓力增加。當(dāng)操作工作或回轉(zhuǎn)裝置時(shí)，由于換向閥的換向，使得

36、先導(dǎo)油路阻斷，原本通道2的壓力油是與油箱通過先導(dǎo)油路相通的，現(xiàn)在通道2內(nèi)的壓力由于油道的阻斷會(huì)變大。當(dāng)單獨(dú)進(jìn)行行走操作時(shí)，通道3內(nèi)的先導(dǎo)油流經(jīng)壓力控制閥4和先導(dǎo)通道6到達(dá)主溢流閥的底部，使得主溢流閥5的設(shè)定壓力增大。當(dāng)進(jìn)行工作或回轉(zhuǎn)裝置操作時(shí)，由于通道2內(nèi)的壓力增大，促使換向閥4的閥芯左移，作用在主溢流閥底部的控制壓力油經(jīng)通道1回油箱，變成低壓油。當(dāng)再次恢復(fù)到單獨(dú)行走操作后，由于通道2的油壓小于彈簧的壓力，使閥芯右移，打開通道，這使通道3中的先導(dǎo)油流經(jīng)先導(dǎo)通道6，再次到達(dá)溢流閥底部。1.泄油通道 2、3通道 4.壓力控制閥 5.主溢流閥 6.先導(dǎo)通道 7.管道 8.上泵 9.先導(dǎo)泵 10.下泵

37、圖2-8 多路閥原理圖（部分）2.4.5 先導(dǎo)油路先導(dǎo)泵向先導(dǎo)回路中連續(xù)輸送壓力油，先導(dǎo)操作壓力由先導(dǎo)溢流泵設(shè)定，壓力為3.45mpa。當(dāng)操作操縱桿或踏板時(shí)，先導(dǎo)油進(jìn)入主控制閥，其壓力推動(dòng)主控制閥桿，使主泵中的油流入液壓缸和液壓馬達(dá)的供油回路中。來(lái)自先導(dǎo)泵24的先導(dǎo)壓力油經(jīng)先導(dǎo)油總管22，再經(jīng)管道21進(jìn)入主控制閥13。隨后油流被分成兩路：一路經(jīng)節(jié)流孔17到先導(dǎo)通道11，另一路經(jīng)節(jié)流孔16再分成兩股油流。一股油流直接進(jìn)入先導(dǎo)通道9，該通道與用于工作裝置和回轉(zhuǎn)的壓力開關(guān)8相連。另一股油流直接到達(dá)通道18。當(dāng)僅操作行走控制閥時(shí)，通道18打開先導(dǎo)通道6。在這種情況下，供給主控制閥的先先導(dǎo)油油路如下：1

38、）先導(dǎo)通道11的先導(dǎo)油：來(lái)自先導(dǎo)通道11的先導(dǎo)油用于主溢流閥5，限制行走油路的工作壓力。2）先導(dǎo)通道9的先導(dǎo)油：來(lái)自先導(dǎo)通道9的先導(dǎo)油用于主溢流閥5，限制工作裝置回轉(zhuǎn)油路的工作壓力。3）先導(dǎo)通道6的先導(dǎo)油：來(lái)自先導(dǎo)通道6的先導(dǎo)油用于操作直線行走控制閥4，以使機(jī)器直線行走。1.回轉(zhuǎn)控制閥 2.左行走控制閥 3.回轉(zhuǎn)停車制動(dòng)器控制閥 4.直線行走控制閥 5.主溢流閥 6、9、11.先導(dǎo)通道 7.壓力控制閥 8.壓力開關(guān)（工作裝置/回轉(zhuǎn)） 10.下泵 12.右行走控制閥13.主控制閥 14.斗桿控制閥 15.泄油通道 16、17.節(jié)流孔 18、19、20.通道 21.管道22.先導(dǎo)油總管 23.上泵

39、 24.先導(dǎo)泵圖2-9 主控制閥內(nèi)的先導(dǎo)油路原理圖2.4.6 直線行走控制在挖掘機(jī)行走過程中操作回轉(zhuǎn)裝置或其他工作裝置時(shí)，會(huì)對(duì)直線行走產(chǎn)生影響。直線行走閥的使用，可以避免左、右行走機(jī)構(gòu)流量不同的情況，確保挖掘機(jī)的直線行走。其工作原理參見圖2-10。 1.右行走控制閥 2.直線行走控制閥 3.左行走控制閥 4.主控閥 5、6.油管 7.上泵 8.下泵圖2-10 直線行走控制液壓原理圖當(dāng)挖掘機(jī)的回轉(zhuǎn)裝置或其他工作裝置不工作而僅僅行走時(shí)，來(lái)自上泵7的油驅(qū)動(dòng)右行走馬達(dá)，來(lái)自下泵8的油驅(qū)動(dòng)左行走馬達(dá)。因?yàn)閮蓚€(gè)行走回路彼此獨(dú)立，挖掘機(jī)繼續(xù)直線行走，除非在左右履帶上產(chǎn)生不同的行走阻力。在挖掘機(jī)行走的同時(shí)操作

40、回轉(zhuǎn)裝置或其他工作裝置，如果沒有直線行走控制系統(tǒng)，則上泵和下泵供給行走馬達(dá)的油量不同，因此不能確保挖掘機(jī)直線行走。當(dāng)直線行走控制閥2在先導(dǎo)壓力油的作用下動(dòng)作時(shí)，上泵7不僅給右行走回路供油，而且也給左行走回路供油，平行地驅(qū)動(dòng)兩個(gè)行走馬達(dá)。下泵8給回轉(zhuǎn)裝置和其他工作裝置回路供油。在挖掘機(jī)行走過程中。回轉(zhuǎn)裝置和其他工作裝置回路要求的流量不大，剩余的壓力油被分給左右行走回路，有助于驅(qū)動(dòng)左、右行走馬達(dá)平行、快速地運(yùn)轉(zhuǎn)。直線行走閥的動(dòng)作條件：行走控制閥換向，并且任何一個(gè)別的執(zhí)行元件工作。這是因?yàn)橄葘?dǎo)油道與斗桿控制閥、回轉(zhuǎn)控制閥、鏟斗控制閥和動(dòng)臂控制閥是連通的，如果這些閥中的任何一個(gè)閥動(dòng)作，油道和油道的通道

41、就被關(guān)閉，在油道中的先導(dǎo)油壓增大，推動(dòng)直線行走控制閥動(dòng)作。當(dāng)斗桿控制閥、回轉(zhuǎn)控制閥的所有操作桿都處于空檔位置時(shí)，先導(dǎo)油道就通過油道和排油道與泵的吸油管連通，先導(dǎo)油道的先導(dǎo)油壓不足以推動(dòng)直線行走控制閥動(dòng)作。3 多路換向閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)通過前面的原理設(shè)計(jì)確定了整體多路閥的組成部分，其中主要是由4個(gè)換向閥集合而成。除此之外，還一些輔助閥也集成在整體多路閥的內(nèi)部。輔助閥中包括：壓力控制閥、溢流閥和單向閥。因此關(guān)于多路閥的設(shè)計(jì)其實(shí)是一個(gè)對(duì)于多種不同液壓閥設(shè)計(jì)的過程。本章主要涉及到的是各個(gè)閥的基本理論和相應(yīng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。3.1 方向控制閥方向控制閥是用來(lái)改變液壓系統(tǒng)中各油路之間液流通斷關(guān)系的閥類。3.1.1 向

42、控制閥的閥芯結(jié)構(gòu)閥芯結(jié)構(gòu)有以下三種：1）滑閥：閥芯為多端圓柱體，閥芯相對(duì)閥體作軸向運(yùn)動(dòng)2）錐閥：閥芯為錐柱體，閥芯相對(duì)閥體作軸向運(yùn)動(dòng)3）轉(zhuǎn)閥：閥芯為帶圓周方向槽的圓柱體，閥芯相對(duì)閥體轉(zhuǎn)動(dòng)3.1.2 芯驅(qū)動(dòng)與閥芯運(yùn)動(dòng)阻力 滑閥工作時(shí)，液體作用于閥芯上有各種力。這些力有時(shí)可能很大，成為損害閥體本身工作或液壓系統(tǒng)的主要原因。因此，必須了解主要對(duì)閥芯作用的力的來(lái)由、大小和特性。1） 作用在圓柱滑閥上的穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力 滑閥開口一定（穩(wěn)定流動(dòng)）時(shí)，由于流經(jīng)閥腔和閥口的液流截面積及方向的改變而引起液流速度的改變，導(dǎo)致液流動(dòng)量的變化而產(chǎn)生的液動(dòng)力。參見圖3-1。 (3-1) 式中：液體作用于閥芯上的軸向穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力

43、單位時(shí)間內(nèi)流過閥口液體的質(zhì)量閥口液流速度閥口液流速度方向與軸線的夾角圖3-1 作用在帶平衡活塞的滑閥上的穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力2） 作用在滑閥上的液壓卡緊力 閥芯與閥孔配合時(shí)，由于液體從高壓到低壓通過通過間隙時(shí)在其中造成壓力分布不對(duì)稱，將會(huì)形成側(cè)壓摩擦力。由流體力學(xué)理論得知，壓力分布隨間隙變化規(guī)律而變化。在間隙變化對(duì)軸線不對(duì)稱時(shí)，間隙內(nèi)的壓力分布也不對(duì)稱（平行縫隙除外），而壓力分布不對(duì)稱就會(huì)在閥芯上出現(xiàn)側(cè)壓力，參見圖3-2。因此，閥芯與閥孔不同心或閥芯歪斜或由于加工精度不夠使間隙不對(duì)稱都會(huì)引起側(cè)壓力。如果側(cè)壓力作用是閥芯進(jìn)一步偏心，間隙更加不對(duì)稱，則嚴(yán)重時(shí)引起閥芯與閥孔間隙內(nèi)的油膜被擠壞，形成半干摩擦，造

44、成閥芯摩擦力大大增加，即出現(xiàn)所謂的液壓卡緊。 （3-2）式中：作用在滑閥上的液壓卡緊力液壓卡緊系數(shù)摩擦系數(shù)，可取0.040.08封油長(zhǎng)度閥芯臺(tái)階大直徑兩端壓力差開一條均壓槽時(shí)，k0.4；開三條等距槽時(shí)，k0.063；開七條槽時(shí)，k0.027倒錐 順錐 傾斜圖3-2 作用在滑閥上的液壓卡緊力3.2 主閥結(jié)構(gòu)的總體設(shè)計(jì)3.2.1 4個(gè)主要換向閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)多路閥主閥主要是由9個(gè)換向閥構(gòu)成的，對(duì)于結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，其實(shí)就是對(duì)每個(gè)換向閥的設(shè)計(jì)以及不同換向部件間油道的設(shè)計(jì)。通過前面已經(jīng)擬定的多路閥原理圖，如圖3-3，可大致根據(jù)滑閥的功能和流道的分布初步確定主閥內(nèi)部的結(jié)構(gòu)。同時(shí)也可初步確定閥體與換向閥閥芯之間的配

45、合。圖3-3 多路閥原理圖（局部）(1) 斗桿控制閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)斗桿控制閥的原理如圖3-4所示。 1.平行供油通道 2.回油通道 3、4、5.油口 6 .單向閥 7.二次溢流閥 8.先導(dǎo)油口 9.斗桿油缸圖3-4 斗桿控制閥（打開位置）1）方向控制閥閥芯結(jié)構(gòu)的確定：轉(zhuǎn)閥型換向閥由于閥芯上的液壓徑向力不易平衡使操作力矩較大，且密封性較差，故只適合于低壓小流量的系統(tǒng)中。相對(duì)滑閥型換向閥應(yīng)用廣泛，其優(yōu)點(diǎn)是由于其閥芯上的液壓徑向力易于平衡，對(duì)油污不太敏感，易于實(shí)現(xiàn)多種機(jī)能，工作可靠而且工藝性相對(duì)較好，因此采用滑閥型換向閥。2）閥體上沉割槽數(shù)目和閥芯上臺(tái)階數(shù)目的確定：可根據(jù)通路的要求，鏟斗控制閥是三位六通

46、閥，需要至少六個(gè)沉割槽，再加上旁邊控制部分還需至少兩個(gè)沉割槽，一共至少八個(gè)沉割槽，考慮到換向機(jī)能和回油道的設(shè)計(jì)，采用12個(gè)沉割槽。臺(tái)階數(shù)目與沉割槽數(shù)目相對(duì)應(yīng)。閥體的結(jié)構(gòu)圖如圖3-5所示。圖3-5 斗桿控制閥閥體結(jié)構(gòu)圖3） 方向閥的控制方式：根據(jù)前面原理設(shè)計(jì)采用液動(dòng)控制，即要在兩邊端蓋和上設(shè)置先導(dǎo)油口、彈簧和、活塞之類的。考慮到閥的密封性問題，還需外加密封墊。參見圖3-6。圖3-6 斗桿控制閥裝配圖1. 閥芯2. 閥體3, 8. 密封墊4, 10. 端蓋5. 活塞6,9. 彈簧7. 閥桿11. 彈簧墊4） 調(diào)整裝置的確定：使用調(diào)整閥桿，一邊通過螺紋連接，與閥芯合成一體。另一邊通過旋動(dòng)螺母，可對(duì)彈

47、簧進(jìn)行一定的調(diào)節(jié)。5） 卸荷槽：由于右邊彈簧腔內(nèi)的配合關(guān)系，壓力油較容易進(jìn)入彈簧腔。考慮到密閉彈簧腔內(nèi)如果有壓力油存在，會(huì)使得局部壓力增大，閥芯無(wú)法有效的換向。因此采用閥芯內(nèi)開槽的結(jié)構(gòu)，使得彈簧腔變小時(shí)，壓力油能通過內(nèi)部卸荷槽進(jìn)行卸荷。(2) 其余換向閥結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)其余控制閥的設(shè)計(jì)與上述過程類似。對(duì)設(shè)計(jì)好的控制閥，再將它們依循原理圖3-3有效地組合起來(lái)，將需要連接的油路連通，就得到了4個(gè)換向閥的結(jié)構(gòu)圖。結(jié)構(gòu)圖如圖3-9所示。3.2.2 直線行走閥的設(shè)計(jì)直線行走閥的原理圖如圖3-7所示。在挖掘機(jī)行走過程中，回轉(zhuǎn)裝置和其他工作裝置回路要求的流量不大，剩余的壓力油將被分給左右行走回路，這樣可以有助于驅(qū)

48、動(dòng)左、右行走馬達(dá)平行、快速地運(yùn)轉(zhuǎn)。因此在直線行走控制閥內(nèi)還設(shè)計(jì)了一個(gè)單向閥和一個(gè)節(jié)流孔，這樣可保證部分提供給回轉(zhuǎn)裝置和其他工作裝置的壓力油一部分流入左右行走馬達(dá)裝置。圖3-7 直線行走閥原理圖直線行走閥的主要閥芯結(jié)構(gòu)、控制方式和槽數(shù)目等的確定都與前面的控制閥設(shè)計(jì)相似。在這主要是設(shè)計(jì)閥芯內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，用以實(shí)現(xiàn)單向閥和節(jié)流孔的功能。在閥芯內(nèi)部打孔3，使得相應(yīng)的流道能夠按照原理圖的要求在換向時(shí)相通。在閥芯內(nèi)部裝上錐閥芯5和活塞7等，組成一個(gè)小的單向閥。考慮到閥芯磨損等問題，在主閥芯中還裝上了閥套4。其結(jié)構(gòu)如圖3-8所示。1. 閥體 2. 閥芯 3. 油道 4. 閥套 5. 錐閥芯 6. 彈簧 7. 活

49、塞 8. 螺塞 9. 閥蓋 10. 彈簧 11. 密封墊 12. 進(jìn)油口 13. 活塞 14. 螺塞 圖3-8 直線行走閥結(jié)構(gòu)3.2.3 閥體主要結(jié)構(gòu)的確定 由于此次設(shè)計(jì)的多路閥是整體式多路閥，根據(jù)原理圖3-3，須將上述的換向閥通過油路聯(lián)合，集合稱為一個(gè)整體。結(jié)構(gòu)總圖如圖3-9所示。圖3-9 多路閥閥體結(jié)構(gòu)圖（剖面）3.2.4 主要幾何尺寸的確定(1) 進(jìn)、出油口直徑 多路閥的進(jìn)出油口是多路閥性能的重要指標(biāo)，因此在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的同時(shí)也對(duì)其具體尺寸加以確定。進(jìn)油口位置如圖3-8所示，出油口位置如圖3-9所示。 (3-3)式中：進(jìn)、出油孔直徑通過閥的最大流量允許的流速由多路閥的性能參數(shù)?？紤]到壓力

50、損失，一般回路的允許流速。這里取允許流速=4m/s。根據(jù)gb2878.11983 取公稱直徑3.3 多路閥輔助裝置結(jié)構(gòu)的確定3.3.1 溢流閥概述溢流閥是壓力控制閥的一種，其主要作用有以下幾種：1）維持系統(tǒng)中的壓力近似于恒定2）對(duì)液壓系統(tǒng)實(shí)行調(diào)壓3）防止液壓系統(tǒng)超載，起安全作用。4) 對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行卸荷，以降低系統(tǒng)的功率損耗和熱量。溢流閥按結(jié)構(gòu)可分為以下兩類：直動(dòng)式溢流閥和先導(dǎo)式溢流閥。(1) 直動(dòng)型溢流閥直動(dòng)式溢流閥是作用在閥芯上的主油路液壓力與調(diào)壓彈簧力直接相平衡的溢流閥。直動(dòng)型溢流閥因閥口和測(cè)壓面結(jié)構(gòu)型式不同，形成了三種基本結(jié)構(gòu)。如圖3-10所示。無(wú)論何種結(jié)構(gòu)，均是由調(diào)壓彈簧和調(diào)壓手柄、

51、溢流閥口、測(cè)壓面等三個(gè)部分構(gòu)成。 滑閥式溢流口，端面測(cè)壓 錐閥式溢流口 ，端面測(cè)壓 錐閥式溢流口，錐面測(cè)壓 圖3-10 直動(dòng)型溢流閥基本結(jié)構(gòu)形式(2) 先導(dǎo)型溢流閥先導(dǎo)型溢流閥的主要特點(diǎn)：由主閥芯負(fù)責(zé)控制系統(tǒng)的壓力，先導(dǎo)級(jí)負(fù)責(zé)向主閥提供指令力，作用在主閥芯上的主油路液壓力與先導(dǎo)級(jí)所輸出的“指令壓力”相平衡。3.3.2 反向流動(dòng)控制閥結(jié)構(gòu)的確定反向流動(dòng)控制的原理圖參見圖2-7。根據(jù)設(shè)計(jì)階段的內(nèi)容，反向流動(dòng)控制技術(shù)的引入是為了有效抑制六通閥中位損失嚴(yán)重這一問題。其中，用到了一個(gè)反向流動(dòng)溢流閥和節(jié)流孔5。對(duì)于反向流動(dòng)控制閥結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，是通過對(duì)一個(gè)普通的溢流閥的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造而實(shí)現(xiàn)的。其結(jié)構(gòu)圖如圖3-1

52、0所示。1. 溢流閥閥體 2. 錐閥芯 3. 彈簧 4. 螺塞 5. 節(jié)流孔圖3-10 反向流動(dòng)控制閥結(jié)構(gòu)反向溢流閥結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)依托：當(dāng)油流在中心旁路通道內(nèi)發(fā)生變化時(shí)，反向流動(dòng)控制壓力也會(huì)發(fā)生突然變化，為了防止壓力對(duì)于及機(jī)器部件造成沖擊，設(shè)計(jì)的溢流閥應(yīng)具備使部分油流經(jīng)過閥 再流回回油道的功能，以實(shí)現(xiàn)緩沖的目的。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：考慮到上述功能，反向溢流閥可采用直動(dòng)式，通過螺塞4來(lái)調(diào)整溢流閥的壓力，節(jié)流孔打在溢流閥閥體1上，可一方面使得油能通過節(jié)流孔流道回油通道，另一方面截流效應(yīng)所產(chǎn)生的壓力信號(hào)又能直接被溢流閥的閥芯獲得，即溢流閥能對(duì)主油路壓力的變化做出較及時(shí)的反應(yīng)。 3.3.3 主溢流閥結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)按照原

53、理圖的要求，主溢流閥不僅要能實(shí)現(xiàn)一般溢流閥的安全作用，還要具備能實(shí)現(xiàn)兩級(jí)溢流壓力調(diào)定的功能。為了實(shí)現(xiàn)這一功能，在溢流閥上還配備了一個(gè)壓力控制閥，用以給溢流閥發(fā)出“指令”。主溢流與壓力閥的設(shè)計(jì)以參考為主，參考的結(jié)構(gòu)圖如圖3-11所示。(1) 對(duì)于主溢流閥結(jié)構(gòu)參考圖的分析1）關(guān)閉位置如圖3-12所示，當(dāng)通道11的主油泵油壓小于設(shè)定的主溢流閥壓力時(shí)，錐閥28在彈簧29的作用下關(guān)閉，通道11的油流經(jīng)節(jié)流孔31進(jìn)入彈簧腔26。因?yàn)橥ǖ?1與彈簧腔26的壓力相等，閥芯25在彈簧27的壓力作用下向左移動(dòng)，關(guān)閉通道30，從通道11到回油通道32之間就沒有油流。1直線行走閥 2. 主控制閥 3. 卸油通道 4. 壓力控制閥 5、6、11、21、22、23. 通道 7.右行走閥8、9. 單向閥 10. 先導(dǎo)通道 12. 主溢流閥 13. 活塞 14、15、16. 管道 17.上泵 18. 下泵 19.先導(dǎo)泵 20