二通插装阀控制单元设计实例及研究.pdf

二通插装阀控制单元设计实例及研究吴瑞楠（太重集团榆次液压工业有限公司，山西榆次0 3 0 6 0 0）WU Rui-nan液压气动与密封/2 0 2 4 年第2 期doi:10.3969/j.issn.1008-0813.2024.02.021摘要：设计了一个二通插装阀控制系统，介绍了该系统设计流程,并对开发的油路块进行了装配试验，解决了该系统在测试过程中的问题，最终优化设计，满足使用要求。关键词：二通插装阀；控制系统；测试；优化中图分类号：TH137(Taiyuan Heavy Machinery Group Yuci Hydraulic Industry Co.,Ltd.,Yuci 030600,China)Abstract:This article designs a logic valves control system,introduces the design process of the system,and conducts tests on the developedoil circuit block,solves the problems in the testing process of the system.Finally,the design is optimized to meet the usage requirements.Key words:logic valves;control system;testing;optimization0引言随着液压技术的不断发展，液压设备的不断更新，液压控制元件也逐步向高压化、大容量化、复合化、通用化发展。二通插装阀具有结构紧凑、通流能力大、响应快、变形方便，可以高度集成、三化（通用化、系列化、模块化）程度高等特点而得以迅速发展。二通插装阀总是以插装式连接，以集成化的形式出现，且不受压力和通径的限制，可通过不同组合实现不同功能,本研究以一个二通插装阀控制单元实例来介绍其设计流程及需要注意的问题。1控制系统设计1.1系统设计输入本设计的控制系统主要用于实现等同于6 2 通径电液换向阀的功能,最高工作压力3 1.5MPa,中位为0型机能（P，T，A，B截止），可以满足液压系统3000 L/min通流能力。由于二通插装阀属于液控阀,所以插装阀控制系统回路需要包括主级回路及控制级回路两部分，并且插装阀系统是一种集成化的系统，因此还涉及油路块收稿日期：2 0 2 3-0 8-2 3作者简介：吴瑞楠（19 8 8-）,女,山西长治人,工程师,硕士,研究方向为液压元件设计与制造。116文献标志码：A文章编号：10 0 8-0 8 13(2 0 2 4)0 2-0 116-0 3Design Example and Research on Control Unit of Logic ValveDN50,因此先导级选DN10通径。从使用工况及经济性上考虑，先导控制压力油源采用主回路内部供油，同时为了避免动作转换过渡过程中压力变化的影响，在控制油选择油路上设置了3个单向阀,使系统动作可靠。1.4控制系统原理及动作分析该控制单元设计的原理图如图1所示，先导级方向阀中位机能选用P机能。初始状态时,P口压力油通过控制油路及先导级阀作用于二通插装阀上腔，由于上腔作用面积大，主阀在上腔压力的作用下均为关闭状态，各主阀在控制油作用下将油路截断,互不相通。实现中位O型机能。的设计。1.2主阀设计根据设计要求，该控制系统只需要实现简单的进、回油节流回路，因此主阀选用4 个承压面积比为2：1（环形面积为阀座面积的50%）的方向阀功能插件，控制盖板采用带行程调节器的控制盖板。为了满足通流能力,选用DN50的二通方向插装阀即可实现。1.3先导级设计先导级设计中先导级通径随主阀单元的通径而定，一般情况下，当主级为DN16,DN25,DN32时,先导级为NG6；而主级为DN4063时，先导级DN10；主级为DN80以上时，先导级为DN162 0。此处主级为Hydraulics Pneumatics&Seals/No.2.2024A?RXFig.1 Control unit principle diagram当先导级阀换至左位，即控制油路PA通、BT通时,来自P口的控制油将左起第1、第3 个二通插装阀关闭,第2 个及第4 个二通插装阀由于上腔压力通回油，主阀在压力油作用下打开,实现主阀PA通、BT通。同理,先导级换至右位，即控制油路PB通、AT通时,来自P口的控制油将左起第2 个、第4 个二通插装阀关闭,第1个及第3 个二通插装阀打开,实现主阀PB通、AT通。1.5油路块及阀组设计由于安装空间有限,且该阀为代替6 2 通径电液换向阀使用，阀组底面需要与安装面连接，因此底面设有密封圈槽，安装有密封件。该控制单元油路块及阀组设计如图2 所示，4 个二通插装阀分别设置于阀块顶面及两端面。为了便于油路沟通，先导级方向阀与竖直方向偏转一定角度安装，使各控制油口油路在有限空间与4 个盖板控制油路相通；主级阀由于油口通径大，为了沟通主级阀油口与底面工作油口，在阀块上通过切除部分实体多出2 个斜面,通过在斜面上加工两个不同朝向的工艺孔即可实现。由于阀块通流量大，多处工艺孔采用法兰闷盖封堵。2BA7BPTP图1控制单元原理图32测试及分析研究2.1测试方案设计由于阀组底面为带有0 形圈的安装面,为了保证密封性并方便测试，设计了专门的试验块来验证设计的正确性。试验方案如图3 所示，阀组底面的工作油口经配合的安装面转换至试验块侧面,P口接试验台压力油,T口、R口及Y口通过接头连接直接合流后接回油箱。A口、B口分别接油缸的有杆腔及无杆腔用来模拟负载。2.2测试结果系统上压后P口压力表显示为零，且操作先导级换向阀油缸并无动作，从回油管流速声音可断定压力油液直接从回油管路到油箱，从而导致系统失压。但从测试结果发现系统也不是全无动作，等待3 5 min后,P口压力会上升至系统压力,先导级方向阀换向至PB通时油缸伸出,但换向至PA通后油缸又无动作,隔一段时间先导级方向阀换向至PA通时油缸缩回，但换向至P一B通后油缸又无动作。通过调节行程调节杆将主阀行程缩短，该现象仍然存在。虽然测试结果与预先设计不符，但从测试动作可知，该系统油路块设计无误。+?1.油路块2.带行程调节的二通插装阀3.电磁换向阀4.插装式单向阀5.法兰闷盖图2 阀组外形图Fig.2Valveblock outlinedrawing图3 阀组试验Fig.3Value block test2.3i试验解决方案从原理上分析，该控制系统设计并无问题，从测试动作可知，该系统油路块设计无误，但试验结果却与预先设计不符。从现象上来说阀组动作响应慢，初步考虑是系统响应慢的问题，为此先排除了以下原因：117液压气动与密封/2 0 2 4 年第2 期（1）排除由于管路容积过大导致此现象，试验时将A口、B口直接换接为压力表,系统仍是此现象。（2）将T口串接单向阀以提供一定背压,系统压力仍然建立不起来。排除上述原因后，怀疑可能是由先导压力不能快速建立，相较于主阀有一定延迟，为了解决该问题，现作如下几种方案。方案一：将二通插装阀盖板上的阻尼去掉,可以排除预设阻尼针对大流量引起的压降问题。方案二：拆掉3 个插装单向阀的弹簧,排除由于单向阀开启压降带来的导阀响应慢问题。采取上述两种方案后该问题仍不能解决，依旧是主阀先于导阀动作前打开，锁定该问题并不是响应快慢影响的。由二通插装阀的受力分析可知,初始状态在控制油压力未传递至主阀上腔时，主阀上部受弹簧预压缩向下的力及主阀环形面积受入口压力油作用向上的力，只有当主阀上部受力大于下部受力时，主阀才能处于关闭状态，受力方程如下所示：P人口S环F聊贫式中，P人口一阀组人口压力S环一主阀座部环形面积F弹货一主阀上腔弹簧的初始压缩力由于本控制单元4 个主阀选用的开启压力均为0.1 MPa,由计算可知主阀环形面积受力大于上腔所受的弹簧力,不满足上式,因此锁定问题是主阀开启压力选择不当导致。最终解决方案为将中间2 个二通插装阀更换为开启压力满足式(1)的型号,最终满足了设计要求。3结论本研究对1个二通插装阀控制单元实例的设计开发全周期,重点对原理设计、元件选型、油路块设计及阀组设计等过程进行了详细论述，并对测试过程中遇到的问题及故障排查进行了探讨，最终解决了问题，使阀组性能达到最初设计要求。通过此实例的测试结果可以发现，先导回路若采用内部供油，不仅需要重视单向阀的应用，防止动作转换过渡过程的压力干扰，而且需要结合设计原理充分引用本文：吴瑞楠.二通插装阀控制单元设计实例及研究 J.液压气动与密封,2 0 2 4,4 4(2）：116 118.WU Ruinan.Design Example and Research on Control Unit of Logic Valve J.Hydraulics Pneumatics&Seals,2024,44(2):116-118.考虑主阀关闭的有效压差,避免关阀速度较慢导致系统出现动作误差。该实例对于推广二通插装阀组合应用有一定的指导意义。参考文献1宋锦春.液压与气压传动M.北京：科学出版社,2 0 0 6.SONG 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