多路换向阀尺寸设计计算

多路换向阀尺寸设计计算预设主阀的额定流量：Q =80L/min 预设主阀的额定压力：P S =31.4Mpa为了使换向阀的压力损失尽量小，应使得流道上任意端面的流速V 限制在2~6m/s 以内，高压时最大亦不应超过8m/s ，而且应使整个流道上的过流断面积只在很小范围内变化，以减小在过流断面积剧烈变化处附加压力损失。

故以下取速度V =6m/s 。

1 多路换向阀主要尺寸的确定1.1、进出油口的直径d从在进出油口的面积可以顺利通过额定流量考虑：Q V )d(≥⋅⋅π22即VQd ⋅π⋅≥4 (1-1) 式中d ——进出油口的直径；V ——进出油口直径d 处油液流速； Q ——主阀的额定流量；1.2 阀芯台肩大直径D 和小直径d 1，阀芯中间孔直径d 0 (1)、理论取值从强度考虑：d 1≥ 0.5×D ；从阀芯与阀体间环形通道流可以顺利通过额定流量考虑：0.25×π×(D 2-d 12)×V ≥ Q ； 由上两式解得：d D d VQ ⋅≤≤+⋅π⋅2421 (1-2) VQD d D 1⋅π⋅-≤≤⋅4212 (1-3) 式中D ——阀芯台肩大直径；d 1——阀芯台肩小直径；式(1-2)、(1-3)两式中对于阀芯无中间孔时常取：d 1=0.5×D (1-4) 以上计算所得的D 、d 1、都要圆整为标准值。

(2)、经验取值为使得阀芯中间孔壁厚面积42021d d ⋅-⋅ππ、阀杆外环形面积4212d D ⋅-⋅ππ、阀进出油口面积42d ⋅π相当。

当阀芯无中心孔时：取D =1.4×d ；d 1=d ； (1-5) 当阀芯有中心孔时：取D =1.7×d ；d １=1.4×d ；d 0=d ； (1-6) 式中d 0——阀芯中间孔直径；以上计算所得的D 、d 1、d 0都要圆整为标准值。

1.3、有效封油长度l f 和封油长度L f 及间隙δ的确定 (1)、按照理论选取上述参数l f 、L f 、δ从泄漏量需要小于允许的最大泄漏量考虑：q ≤[q ] (1-7)带偏心圆环缝隙泄漏量公式为：)5.11(12223δμδπe l P D q f ⋅+⋅⋅⋅⋅⋅= (1-8)有效封油长度与封油长度的关系为：l f =L f -Z×b ， (1-9)式中：D ——阀芯台肩大径；P ——缝隙前后压差； δ——单边间隙； μ——为油液黏度； e ——为偏心距离； Z ——均压槽个数； b ——均压槽宽度； [q ]——最大内泄漏允许值；结合目前加工工艺水平，设计时常定为[q ]=0.01Q 。

考虑当完全偏心时即e/δ=1此时内泄漏量最大。

由上式(1-7)、(1-8)、(1-9)解得：QP D l f ⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅≥μδπ01.0125.23(1-10)当完全偏心时,由式(1-9)得泄漏量与间隙成三次方的关系，为了减小泄漏量设计时取:δ=0.0035~0.01mm (1-11) (2)、按照经验选取有效封油长度l f表1-1 工作压力与封油长度推荐值1.4、沉割槽直径D 1及阀体沉割槽间距b阀体沉割槽直径D 1一般按下式计算：D 1=D +(5mm ~8mm )或D 1=(1.4~1.5)×D (1-12)、(1-13) 沉割槽间隔尺寸b ，一般b 不小于5~6 mm 或b =(2~3)×L f (1-14)2 多路阀铲斗联主要尺寸的确定2.1进出油口的直径d由式V Q d ⋅⋅≥π4取Q =80L/min ，V =6m/s 解得m VQd 016821.04=⋅⋅≥π 即进出油口直径d≥17mm 。

该联实际出油口直径选择了25mm ，满足要求。

2.2 阀芯台肩大直径D 和小直径d 1(1)、按式理论公式(1-2)、(1-3)计算上述参数当取d 1=0.5×D ，V =6m/s 时：解得m VQD 019423.0316=⋅⋅⋅≥π此时d 1≥0.009712m圆整后得D ≥20mm ，d 1≥10mm 。

该联实际情况下D =28mm ，d 1=18mm 满足要求。

当取D =28mm 时：带入式(1-3)中得14mm ≤d 1≤22.384mm ，圆整后得14mm ≤d 1≤22mm 。

该联实际情况下取d 1=18mm 满足要求。

当取d 1=18mm 时，带入式(1-2)中得25mm ≤D ≤36mm ，该联实际情况下取D =28mm 满足要求。

(2)、按经验公式(1-5)计算上述参数当取进出油口直径d=17mm 时带入式(1-5)得D =23.8mm ，d 1=17mm 。

当取进出油口直径d=25mm 时带入式(1-5)得D =35mm ，d 1=25mm 。

可见按式经验公式计算出来的阀芯台肩大、小径与实际有一定的差别。

2.3 有效封油长度l f 和封油长度L f ，及间隙δ的确定铲斗联阀芯处于中位时，选取间隙 δ=0.01mm ，考虑完全偏心时e/δ=1，取其运动黏度 μ=0.28448Kg/ms ，缝隙两端压差P =31.4Mpa ，阀芯台肩大直径D =28mm ，额定流量Q =80L/min 。

模型其均压槽个数Z =2，均压槽宽度b =0.4mm 。

将上列参数带入式(1-9)、(1-10)解得：mm .Q.P D .l f 517071*********=⋅μ⋅⋅δ⋅⋅⋅π⋅≥(1) mm .b Z l L f f 322≈⋅+≥如果按照经验选取则L f 应该在5mm 左右，此时l f =4.2mm 。

实际情况下铲斗联P →A 阀口、P →B 阀口处缝隙的封油长度L f 分别选取了4.5mm 、3.5mm 对应的l f 分别为3.7mm 、2.7mm ，其满足理论计算的范围。

2.4 沉割槽直径D1及阀体沉割槽间距b按照式(1-12)或(1-13)计算沉割槽的直径D1，取阀芯台肩大直径D=28mm，得：33mm≤D1≤36mm或39.2mm≤D1≤42mm合并得33mm≤D1≤42mm。

按照式(1-14)计算沉割槽间隔尺寸b，取L f=4.5mm，解得9mm≤b≤1.3.5mm。

测量多路阀铲斗联得沉割槽直径及阀体沉割槽间距参数：P口处沉割槽直径为40mm,A、B口沉割槽直径均为36mm。

A口与T口间的沉割槽间隔尺寸为12mm，P口与A口间及P口与A口间的沉割槽间隔尺寸均为11mm，B口与T 口间的沉割槽间隔尺寸为12.5mm。

这些尺寸都符合上列所求解的范围。

(其中P 为进油口，T为回油口，A、B为工作油口。

)3 多路阀其它联主要尺寸的确定：3.1、进出油口的直径d表3-1 进出油口的直径d单位(mm)3.2、阀芯台肩大直径D和小直径d1，阀芯中间孔直径d0表3-2 阀芯台肩大直径D和小直径d1，阀芯中间孔直径d0 单位(mm)备注：其中D＇、d1＇是取d1=0.5×D所求出的D和d1值，D＇＇表示取d1为实际值所求出的D值；d1＂表示取D为实际值所求出的d1值。

3.3、有效封油长度l f 和封油长度L f，及间隙δ的确定表3-3 效封油长度l f 和封油长度L f单位(mm)备注：以上参数均为以额定流量为80L/min，额的压力31.4Mpa，缝隙间隙取0.01mm求得。

其中封油长度L f的计算值和经验值可以根据l f的计算值和经验值按式(1-9)、(1-10)计算。

3.4、沉割槽直径D1及阀体沉割槽间距b表3-4 沉割槽直径D1及阀体沉割槽间距b单位(mm)备注：上述≈表示该处的沉割槽不是标准的圆形其，沉割槽直径D1用其等效水利直径代替，其中动臂2联结构与其它联不一致这里未给出。

4 换向阀换向可靠性分析及操作力计算换向阀的可靠性主要包括：1、换向信号作用下，阀芯能灵敏地动作到 指定位置。

2、在没有换向信号时，阀芯在弹簧力的作用下能自动复位到原始位置。

阀芯换向时：阀芯换向时阀芯受到摩擦阻力F m ，稳态液动力F W ，弹簧力P t ，阀芯两端压差引起的轴向力F Z 。

此处忽略了惯性力，如果换向阀高频连续换向，则惯性力不可忽略。

为满足换向可靠性即需满足F Z ≥F m +P t ±F W ；阀芯未换向时：阀芯换向时阀芯受到摩擦阻力F m ，稳态液动力F W ，弹簧力P t ，阀芯两端回油压差引起的轴向力F Z ＇。

为计算简便此处忽略F Z ＇，为满足复位功能P t ≥ F m ± F W 。

1、摩擦阻力F m换向阀的摩擦阻力包括纯牛顿流体剪切力F mJ ，液压卡紧力所引起的摩擦力F mK ＇，推杆与弹簧座及套筒密封表面的摩擦力F mf 。

(1)、牛顿流体剪切力F mJ由牛顿内摩擦定律：A vF mJ⋅⋅=δμ (4-1) 式中：μ—油液的运动黏度；v —阀芯的运动速度； δ—单边缝隙；A —阀芯与阀套接触的面积，A =π×D ×L -A (x )；其中L 为阀芯与阀体接触的长度（减去所有均压槽宽度的总和），A (x )为该接触长度下所有节流槽与阀体接触的上表面面积总和。

由于A(x)相比A 很小可以忽略不计。

(2)、液压卡紧力所引起的摩擦力F mK ＇由于阀芯与阀体不可能是完全精确的圆柱形，径向间隙会存在杂质且径向间隙不处处相等，所以不可避免的会出现液压卡紧力。

⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡-⋅-+∆⋅+∆⋅⋅-⋅⋅=14)2(24)(2221e t teP P L D F i mKπ (4-2) mKmK F f F ⋅='(4-3) 式中：D —滑阀直径；L i —滑阀长度； t —滑阀大小头半径差，e —滑阀偏心距；Δ—滑阀偏心距e =0时大端径向间隙； P 1、P 2—滑阀两端的油压；f —摩擦系数，对于矿物油其起到润滑作用，一般取f=0.04~0.08。

令∆=e 得:])/()/(4)/(2[][4)(221∆+∆⋅∆+⋅∆⋅=-⋅t t t t P P L D F i mKπ(4-4) 对式(4-4)左边求关于t /Δ的导数并令其等于0，得t /Δ=0.27时该式左边最大。

当阀芯处于一个固定的位置时上式左边的分母各参数为定值此时F mK 为最大值即：)(27.021P P D L F i mK -⋅⋅⋅≤ (4-5) 结合式(4-4)、(4-5)如果需要系数0.27尽可能的小,则需要t /Δ值尽可能的小即需要在阀芯和阀体孔的加工中尽量减小其锥度。

而精确的锥度在加工中又难以实现为此采用添加均压槽的方法。

实验表明在间隙密封的阀芯台肩处开一条均压槽后卡紧力减小为不开均压槽的40%。

开等距离的三条均压槽后卡紧力减小到不开均压槽的6%。

开等距离的7条均压槽后减小到不开均压槽的2.7%。