多路换向阀的基本特性与新发展_一_孔晓武

瑶 位置回油道 （Ｐ → Ｐ１ → Ｃ → Ｔ） 而卸荷。当多路阀任何
一联换向阀换向时，都会把此油道切断，液压泵来的
油液，就从这联阀已接通的工作油口，进入所控制的
执行元件 （负载）。因为在换向阀阀杆的移动过程中，
中立位置回油道是逐渐减小、最后被切断的，所以从
此阀口回油箱的流量是逐渐减小，并一直减小到零；
节流孔后产生反映流量大小的控制压力信号。将此压 偿器的敏感阀芯，也是依靠“感应到负载的变化”才进
力信号引至具有负流量控制功能的变量泵的先导压力 行相应的补偿动作，所以，从广义上讲，负载补偿也
油入口 （图 ３ｂ） 中的 Ｘ１，随着这个压力信号的增加， 泵的排量相应减小，实现所谓的负流量控制 （Ｘ１ 处的 控制油压越高，泵变量缸摆角越小，提供的流量越 小）。也可以采用正流量控制泵，但中间要进行负流量 控制转换。工作时，如需要执行器作缓慢动作，就需 要部分流量经主换向阀中间通道直接回油箱，所以这 时负流量控制阀也起作用，减小泵的排量，从而减少 压力损失。
统共同完成。因此，液压执行机构的动作，需要多个 且换向阀的联数越多，压力损失也越大。值得注意的
液压阀来控制。多路阀是一种能控制多个液压执行机 构 （负载）的 换向阀组合，它是以两个以上的换向阀为 主体，集换向阀、单向阀、安全阀、补油阀、分流 阀、制动阀等于一体的多功能集成阀。多路阀的出 现，使多执行机构液压系统变得结构紧凑，管路简 单，压力损失小。
本
２ 六通多路阀的流量微调与压力
栏 目
微调特性
编
２．１ 形成微调特性的机理
辑
（ａ） 六通型多路阀 （ｂ） 四通型多路阀
图 １ 多路阀系统的卸荷方式
张
代
图 １ａ所 示的六通多路阀，当所有换向阀芯都回到 中位时，入口压力油经一条专用的直通油道，即中立
作者简介：孔晓武，男，１９７５ 年生，新疆石河子市人，２００３ 年 １０ 月获得博士学位，现为浙江大学机械电子控制工程研究所博士后，主要从 事工程机械电液比例控制方面的研究工作。
位卸荷的 Ｐ１→ Ｃ→ Ｔ 状态，过渡到 Ｐ → Ａ → Ｂ → Ｔ （Ｐ → Ａ，Ｂ → Ｔ 阀口完全打开） 的过程为：
在挖掘机等工程机械使用的多路阀系统中，为了 减小六通多路阀各联换向阀芯都回中位时，所产生的 旁路回油 （非工作流量）损 失，新近发展了对用户很有 吸引力的负流量控制，提高了系统的节能效果。这是
ＬＵＤＶ 抗流量饱 和的负载感应系 统
当出现流量饱和时，系统将限制 所有受控负载的工作速度，但此时各 负载之间工作速度的比例关系，仍保 持原设定值不变。这是多路阀近２０年 来最重要的技术进步之一。
可根据需要在多路阀的任何联上加
负载
二通型压力补偿器，使通过的流量仅
补偿
与输入信号 （操作杆摆角等） 成比例，
而与负载变化无关。
开中心 （仍有部分
在定量泵的出口并联配置三通型
多余流量的溢流损 压力补偿器，与高压优先梭阀网络配
失）
合，使泵的出口压力始终仅比各联中
的最高负载高一个定值，实现负载压
力适应控制，多余流量从三通补偿器
箱。这种多路阀的优点是，滑阀在中位时的压力损失 与换向阀的联数无关，始终保持为较小的数值。但由 于卸荷阀的控制通口 Ｂ被 切断的瞬时，卸荷阀是突然 关闭的，所以会产生液压冲击，另外还失去滑阀的微
讲
调特性。这种阀本身不具有微调特性，但能方便地实
现比例控制、负载压力补偿或负载敏感控制功能，适
座
应控制性能要求较高的应用领域。六 通型多路阀与四 通型多路阀重要特性对比，可参见表１ 。
阀） 和卸荷阀卸荷 （四通阀） ２ 种，如图 １ 。注意：这
通路油口 Ｂ 与回油路接通，压力油流经卸荷阀回油
里的通路油口 （简称“通”），仅仅指主流量的通路油 口，不包括控制油的通路油口。如图 １ｂ所 示，表面上 像有 ６个 通路油口，但中间虚线表示的是卸荷阀（ 溢流 阀）的 控制油通油口，不应计入，所以是四通阀。
负流量控制本质上是一种恒流量控制，通过在多 路阀旁路回油通道上设置流量检测元件，最终是要达
到控制旁路回油流量为一个较小的恒定值，从而达到 减小旁路损失的目的。
属于负载敏感的范畴。 负载压力补偿控制，是通过消耗一部分能量，来
换取工作节流阀口的压差基本不变 （如前所述，负载 敏感是为了节能）。其工程实施，就是在节流阀 （单个 节流阀，方向节流阀 —— 方向阀，多个并联的方向节 流阀 —— 多路阀 ）的 基础上，加上压力补偿器，使其 具有所控制的流量不受负载变化影响的调速阀。
力。限制这类阀进一步广泛应用的要害是，这类阀很 难实现负载压力补偿或负载敏感控制功能，在对控制
阀与四通型多路阀
特性要求较高的领域，不得不让位给四通多路阀。 图 １ｂ所 示的四通多路阀，当所有换向阀芯都回到
按系统的卸荷方式，多路阀分中位回油卸荷 （六通
中位时，入口压力油是经卸荷阀 Ｇ卸 荷的：阀的控制
抗流量饱和的同步操作系统在沿用了30余年的各联内部用二通压力补偿器定差减压阀实现负载压力补偿开中心负载敏感系统用三通压力补偿器定差溢流阀开中心负载敏感系统或负载敏感泵闭中心负载敏感系统实现系统的负载适应控制系统中当泵的流量出现饱和同时动作的执行机构流量需求之和超过泵的最大流量可变节流时泵的输出压力下降即丌可能达到比任一时刻最高第一级梭阀负载压力高出补偿阀定压差使迚入最高压力联负载四通多路阀的闭中心负载敏感系统的流量减少速度降低
量液压泵变量机构中实现负流量控制。 图 ３ａ是 某种负流量控制系统的原理简图。当多路
变，即使流量 qＶ 仅受过流面积 A （输入信号对应的参 量） 变化的影响。
阀各联阀芯 （阀杆） 都处于中位时，泵的流量通过多路
阀的 Ｐ１ → Ｃ 通道后直接通到负流量控制阀 Ｗ。负流 量控制阀的控制口经由主换向阀上的二位二通阀 （图上
程，实际上就是常规的旁路节流，由此形成了后述多 路阀的流量与压力微调特性；
（ａ）负流量控制系统总体 （ｂ）具有负流量控制功能的变量泵原理图 图 ３ 负流量控制系统
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Mining & Processing Equipment
第 ３３ 卷 ２００５年第 ８期
两个方面：在多路阀中解决旁路回油流量检测，在变 是要在负载变化或油源压力波动时，基本保持ΔP 不
qV = KA
2 ∆ P = KXW ρ
2 ρ
∆P
（１）
传统的办法就是给节流阀口串联或并联一个压力
表示成 ３位 ）回 油箱。由此，在负流量控制阀芯中节流
补偿器，以保持节流阀口两端的压差基本不变，使负
孔两端产生压降，使负流量阀开启，主油路的流量经 载的运动速度基本不受负载变化的影响。由于压力补
是：针对这一缺陷，近年来，与变量泵配合，发展了 多路阀系统的负流量控制，使中立位置时的回油损 失，降低到尽可能小。在节能方面，又上了新台阶。 总之，传统六通多路阀由于自身具有微调特性，过 去、现在、将来都会在工程上得到广泛应用。加上增 加负流量控制特性，将增强六通多路阀的应用竞争
１ 按卸荷方式区分为六通型多路
２．２ 流量微调与压力微调特性
六通型多路阀的基本特性有流量 － 压力损失特 性，阀芯行程 － 压力特性；阀芯行程 － 操作力特性和 微调特性。其中最为重要的为流量微调特性，如图 ２ａ 所示。它表示了阀心位移 （横坐标，单位 ｍｍ）与 进入 执行器 （负载）的 流量之间的关系。它实际上是一种初 级的手动比例控制特性，有较大的零位死区，而且比 例控制范围还受系统压力的很大影响，随着压力的升 高，比例范围缩小。
（１）Ｐ → Ｐ１ → Ｃ → Ｔ p; Processing Equipment
第 ３３ 卷 ２００５ 年第 ８期
表 １ 六通型多路阀与四通型多路阀重要特性对比表
六通型多路阀
四通型多路阀
为“三位四通” 系统溢流阀控制油通油箱，主阀
＋“二位二通”功 口回油，损失小，且与联数无关；如果
（２）Ｐ → Ａ → Ｂ → Ｔ 与 Ｐ１→ Ｃ → Ｔ 并联流动期 （旁路节流） 在这期间，Ｐ → Ａ阀 口打开，而卸荷阀口 关小，但未关闭；部分油液流向负载，另一部分油液 以比最低卸荷压力为高的压力，流回油箱。随着阀芯 位移量的加大，流向负载的流量逐步增大，流向油箱 的那一部分油液的压力，也逐渐升高。这一转变过
对传统六通阀节能性能的重要改善。参见图 ３ａ，在六 通阀最后一联的旁路回油路上，设置流量检测装置， 控制泵的排量与旁路回油流量成负线性关系，从而减 小旁路回油功率损失。它分别牵涉到多路阀与液压泵
Ｐ１ → Ｃ中 位卸荷油口全开，全部压力油以最低压力卸 荷；包括阀芯虽然离开中位，但位移量小于阀口遮盖 量，Ｐ → Ａ阀 口尚未打开没有油液流向负载；
的Ｔ口回油箱。存在流量饱和时最高
广
压力联流量减小的缺陷。
义
闭中心
负
载
敏
感 负载 控 敏感 制
此系统的功能与开中心系统相似， 只是用一台压差调节泵代替定量泵和 三通压力补偿器。在零位，没有阀动 作，泵的倾角几乎为零，仅补偿内部泄 漏的流量损失。任何一联离开中位工 作时，泵的压力始终比所需负载压力 高出控制所需的压差。即泵总是仅以
第 ３３ 卷 ２００５年第 ８期
论文编号：１００１－３９５４（２００５）０８－０１４４－１４８
多路换向阀的基本特性与新发展 (一)
孔晓武
浙江大学机械电子控制工程研究所 浙江杭州 ３１００２７
包括工程机械在内的行走机械、矿上机械等 装置进行作业时，需要多个机构或多套液压系
击，调速性能好。 六通阀的缺点是：中立位置的压力损失较大，而
传统 能，“二位二通”解 不是电液比例多路阀，这存在起动和
中 方式 决中位阀内通道回 换向冲击。
位
油。损失大，且随联
回
数增多而增大。
油
增加 与具有负流量控 负流 制的变量泵配合， 量控 可使中位回油损失 制功 降到很低。 能
微调 不加任何装置，就具 特性 有流量微调和相应的压 （初级 力微调特性，避免启动 的手 冲击，且可调节性好。无 动比 法实现负载压力补偿。 例控
而进入执行元件的流量，则从零逐渐增加，并一直增
大到泵的供油量。这就形成了非常受用户欢迎的多路
阀微调特性，即不需增加其它装置，本身就具有初级
的手动比例控制特性。因而，执行元件启动平稳无冲
图 １ａ所 示原理图中，各主阀口的含义为：Ｐ 为压 力油口；Ｐ１ 为通往Ｃ口的压力油口，另一头总是与 Ｐ口 相通；Ａ 与 Ｂ 为 工作 （负载） 油口；Ｔ 为回油口；Ｃ 为 各联阀芯处于中位及中位附近位置时，Ｃ 口一头与Ｐ １ 口相通，另一头或直接与 Ｔ 口相通 （当系统只有一只 换向阀，或当系统有多只换向阀而按油流方向为最后 一只换向阀时），或与下一只多路阀的 Ｐ口 相联。从图 中可以看出，当系统中所有主阀芯都回到中位时，尽 管 Ｐ 口与 Ａ、Ｂ、Ｔ 三个油口都不相通，但系统可马 上通过 Ｐ → Ｐ１ → Ｃ → Ｔ 的通路，实现卸荷。由此， 可将六通阀理解为是由“ 三 位四通” ＋“ 二 位 二通” 组成，其中的二位二 通，解决中位卸荷。从下面分析 的切换过程可以看到，正是这种“ 三 位四通” ＋“ 二 位二通”的结构，给六通阀带来了重要的微调特性，使 六通型多路阀历来得以广泛应用。六通型多路阀从中
所需的负载压力输出所需流量，实现
整个系统的功率适应。同样存在流量
饱和时最高压力联流量减小的缺陷。
（ａ）流量微调特性 （ｂ）压力微调特性 图 ２ 六通阀的微调特性
正由于此地比例控制范围本身就小，又受系统压
制特
性）
不加其它装置，不具有微调特 性。 若配用负载补偿 （由定差减压阀保 持多路阀阀口压差基本不变），再用电 液比例控制，则比例控制特性由于传 统六通型阀的微调特性：比例控制范 围不受负载影响，通往负载的流量， 仅与输入信号成比例，无起到与制动 （过程时间可调） 冲击。
（３）Ｐ→Ａ→Ｂ→Ｔ 单独流动期 卸荷口全关闭，由 于系统只配置安全阀，所以油源油液全部进入系统。 说明：过程的实质是先旁路节流，后油源全流量通过 多路阀主阀口进入系统。
力影响，其可控作用，实际上只相当于阀口打开的开
始一小段，不仅有一个与普通四通换向阀阀口开缓冲
槽一样的缓冲效果，而且还可以粗略地小行程地调节
流量。因此，在工程上，将此称为微调特性，要比称 比例控制特性更合理。与此相对应，图 ２ｂ表 示了六通
讲
阀的压力微调特性。
座
３ 六通多路阀与变量泵配合的负
流量控制系统