典型多路阀设计与分析

多路阀设计与分析

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目录

一、概述 (2)

二、我厂常用的几种典型液压阀口过流面积分析及计算 (3)

三、典型三位六通多路阀原理及其应用.... .. (10)

四、六通多路阀附加的负流量控制系统 (13)

五、四通阀的负荷传感控制 (15)

六、负荷传感多路阀的系统效率分析 (20)

七、总结和展望 (21)

典型多路阀设计与分析

一、概述

多路阀广泛用于行走机械中，在整个液压行业行走机械所创造的产值在50％以上，所以对多路阀的研究很重要，多路阀换向阀不是常规的换向阀，而是根据不同液压系统的要求，常常集合主安全阀、单向阀、过载阀、补油阀、分流阀、制动阀等，下面我对每个阀的功能作一个简单的介绍。

为防止液压泵超载，在多路换向阀进油腔设置主安全阀，作为整个液压系统的总安全阀。

根据不同的阀体结构，在阀体进油腔或滑阀内装设单向阀，其作用是当滑阀换向时，避免压力油向油箱倒流，从而克服工作过程中的“点头”

现象。

当某一机构的液压缸不工作时，相应的滑阀处于中立位置，两个工作油口被封闭，此时由于意外的撞击等原因，造成液压缸的油压急剧升高，为防止该液压缸及油管破坏，此油口应装过载阀。

当工作机构动作惯性较大，或者快速下降时，所需流量超过泵供油量时，可在多路换向阀内设置必要的补油阀以避免造成吸空现象。

因此，多路换向阀具有结构紧凑、管路布置简单、压力损失小和安装简单等优点，在行走机械中获得广泛应用。

多路阀中每一个换向阀称为联，各联换向阀之间可以是并联、串联、串并联混合。

按阀体的结构形式可分为：整体式和分体式；按操纵型式可分为手动直接式和先导控制式。

从泵的卸荷方式上看，多路阀可分为中位回油卸荷（六通型）和卸荷阀卸荷（四通型），六通型多路阀具有流量微调和压力微调特性，以及可

进行负流量控制，但在中位时压力损失较大。四通型多路阀优点是滑阀在中位时由卸荷阀卸荷因此压力损失小及压力损失与换向联数无关，这种阀通过和定差溢流阀或定差减压阀结合能方便实现负载压力补偿和负载敏感控制。

随着工程机械的发展，系统的高效节能问题已日益突出，对多路阀的要求：（1）流量可调节，以便精确控制执行器的速度，（2）节能降耗，尽可能降低无用功，降低系统的发热。目前，通过采用负流量反馈和负载传感控制，将泵控和阀控结合起来以实现节能目的。

无论是常规阀、负载传感控制阀设计最重要的是阀杆节流口形式和节流面积，节流口形式的确定将直接影响到系统操作时的微动特性及节能效率。

所以，本文主要从多路阀的流量调节和节能降耗两个方面来论述，包括1、液压阀阀杆节流口形式；2、典型三位六通型多路阀的原理及附加的负流量控制系统3、四通型多路阀的负载控制系统、4、负荷传感多路阀的系统效率分析。

二、常用的几种液压阀口过流面积分析及计算

由于多路阀阀杆上的节流口是多路阀设计的核心，节流口形式及其特性在很大程度上决定着多路阀的微调特性，本节主要分析了我厂主阀阀杆节流阀口常用的三种形式及阀口的等效面积公式。

2.1、典型阀口过流面积解析

2.1.1、L形阀口的过流面积

如图2-1所示，阀口是由小圆柱横向铣切阀芯凸肩形成，阀口面积是圆柱相惯线和阀座边在阀芯圆柱面所围成的部分圆柱面积。在某一阀口开X下，建立如图2-1所示的直角坐标系，其相惯线方程为：度

1

()⎩⎨⎧=+-=+2222

22R

z R y r y x (1) 阀口微元面积为：

dx R z ac R dx R dA sin

.2.2==β (2) 由方程（1）导出z(x),并代入式（2），积分得 A=n dx R

x r x r R ac R r h 22222sin .2.---⎰ (3)

图2-1 L 形阀口面积推导

式中：[]()h r x r h -=∈1,,0为阀口开度（见图2－1）。式（3）即为阀口面积的积分表达式，被积函数是复杂的非线性函数。代入具体参数；阀芯凸肩半径R=20mm,阀芯节流口处半径r=9mm,节流槽个数n=3。 采用8样条Newton-Cotes 公式数值积分得出阀口开度所对应的阀口面积，如图2-2所示。

用三阶多项式对曲线进行拟合，可以得出阀口面积近似表达式（4）：

A=-5.71+64.02x1+7.58x 21-0.358x 31 (4)

2-2 L 形阀口面积计算曲线

2.1.2、 U 形阀口的过流面积

U 形阀口结构简图如图2-3所示，节流槽前端有半圆槽，后部为等截面流道，等截面面积设为A 10。建立图2-3所示的直角坐标，x 1表示阀口开度。其圆柱面相惯线方程为：

()⎩

⎨⎧=+=+-2222

22R z y r z r x (5) x 1

dx R

z ac R dx R dA .sin .2.22==β (6) 式中：阀芯凸肩半径R=8mm,阀芯节流口处半径r=1mm,槽深h=1mm,n 为节流槽个数，此处n=2,由方程（5）导出y(x),并代入式（6），积分得： A 2=2n ()dx R r x r ac R x .sin .1

022⎰-- (7)

()()⎥⎦

⎤⎢⎣⎡-⎪⎭⎫ ⎝⎛+--=yz R z ar R h R y z n A sin 221221 (8) 式中：1A 为带圆弧段的截面积。

2A 为1x 变化的圆弧面积

图2-3 U 型阀口面积计算简图

由式（5）导出z=()2

2r x r -- y=()2

22r x r R -+-并代入式（7）、（8）

x 1〉r 时：A 2=A 20+(x-r)x2nR arsin 8

r (9) 式中：A 20等于式（7）在x 1=1mm 时A 2值

A 10=2arsin 8

r x R 2+2x ()1412---R X R U 形阀口过流面积的计算曲线如图2-4所示：

图2-4 U 形阀口过流面积特性