一种新型大流量高速开关阀

度太大，不能产生很好的缓冲效果；当挤压油膜厚度 ｈ。＝０．１ ｍｉｌｌ时，锥阀阀芯在到达６ ｍｍ行程时，阀芯位 移曲线平滑，阀芯没有振荡产生，挤压油膜的缓冲作用 良好。在测试过程中，挤压油膜厚度ｈ。＝１ ｍｍ时，阀
０．１
的厚度，能保证阀芯在快速关闭时得到最佳的缓冲
芯撞击阀套声音巨大，当挤压油膜厚度设置在ｈ。＝ ｍｍ时，阀芯与阀套之间的撞击声音基本没有听
摘要：介绍了一种大流量高速开关阀，其采用２Ｄ数字伺服阀作为导阀，控制大流量锥阀的二级结构 形式，为了减小锥阀阀芯快速关闭而产生的阀芯冲击和阀芯振荡，在锥阀阀芯右端设置有挤压油膜缓冲装 置。实验结果表明：在导控压力为２１ ＭＰａ，锥阀压力７ ＭＰａ的工作条件下，大流量高速开关阀的流量高达
４５０ ＩＭｍｉｎ，６
的旋转，控制导控油路方向，实现锥阀阀芯的开启和关
：
声ｊ｜ 三
ｔ／ｍｓ
ｔ／ｍｓ
ａ）＾０．１
ｒｌｌｌＴｌ
ｂ）ｈｏ＝０．１ｍｍ
厂Ｌ一
闭，激光位移用来测量锥阀的阀芯位移，示波器对控制 信号和阀芯位移信号进行实时监测，计算机进行数据 采集和处理；大流量高速开关阀样阀和实际测试系统
如图６所示。 ５结论
图７
阀芯位移响应实验曲线
目前，高速电磁开关阀应用广泛，但其响应速度却 受到螺线管驱动器体积、电磁力、惯性以及阀芯行程等 因素的限制，其很难同时获得高频响和大流量。提高 流量和工作压力得以牺牲响应速度为代价，反之亦然。 目前使用的高速开关阀，还不能同时达到流量１０
ＩＭｍｉｎ，工作压力２０ ＭＰａ，频响达到２００ Ｈｚ的性能。 为解决液压阀的高频响与大流量之间的矛盾，国内外
０．２
ｍｓ，工作压力为１３５ ＭＰａ，但阀工作流量甚小ⅢＪ。
本研究创新地设计了一种阀芯带挤压油膜的大流
量高速开关阀，其关闭时间大约８ ｍｓ，流量高达４５０
Ｌ／ｍｉｎ。
到的推力相等，阀芯处于平衡状态。当感应子式同步电 机通过齿轮传动机构驱动阀芯以顺时针方向旋转角度 ０时，低压孑Ｌ与螺旋槽重叠面积增大（即Ｒ．减小），高 压孑Ｌ与螺旋槽重叠面积减小（即Ｒ。增大），此时敏感
图７为大流量高速开关阀在阀芯挤压油膜厚度为
０．１
ｍｍ时阀芯位移试验曲线，横轴表示时间ｔ，纵轴表
万方数据
２０１３年第１ １期
ＤＯＩ：１０．１
液压与气动
１８３２／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－４８５８．２０１３．１ １．０２７
某型号矿用自卸车制动系统故障分析与 解决措施
孟有平，刘强，王逢全，高利军
Ｆａｕｌｔ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｂｒａｋｅ Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ Ｓｏｌｕｔｉｏｎ Ｍｅａｓｕｒｅｓ ｆｏｒ
万方数据
９８
液压与气动
百度文库
２０１３年第１１期
制油路出现故障时，能在弹簧的作用下，切断锥阀的进 油口和出油口，保证锥阀关闭，保证系统的安全。锥阀
阀芯右端的挤压油膜是由活塞凸缘的右面和右端盖左
示阀芯位移Ｙ的大小。由图７可知，从控制信号下降 沿开始到阀芯位移达到最大值６ ｍｍ的总时间大约为
８ ６
ｍｓ。当挤压油膜厚度ｈ。＝ｌ ｍｍ时，锥阀阀芯在到达
感腔内油压Ｐ。＝Ｐ。／２时，阀芯轴向受力相等保持平 衡状态。阀芯左端凸肩上对称地设置有一对高压孑Ｌ和 一对低压孑Ｌ，高压孔与进油口Ｐ。通过阀芯轴线长孔连 接，低压孑Ｌ与回油口丁直接相通（回油口压力为Ｐ，＝
０）。阀套左端内表面上轴对称地开设一对螺旋升角为 ａ的螺旋槽，螺旋槽与敏感腔连通，高压孔与低压孑Ｌ分
口，高压孑Ｌ节流口液阻为Ｒ。，低压孔节流口液阻为Ｒ¨ 从而在进油口与回油口之间形成如图３所示液压阻力 半桥，该半桥最大特点是液阻Ｒ。和Ｒ。联动。当阀芯处 于零位时，Ｒ。＝Ｒ¨此时Ｐ。＝Ｐ。／２，阀芯左右两端受
ｒａｉｎ ｏｌｏｊ。德国某公司开发的柴油机新型高压共轨式喷
油系统应用的超高压高速电磁开关阀，响应时间为
腔压力降低，高压腔油压力作用于阀芯的推力不变，阀
１大流量高速开关阀工作原理 图１为大流量高速开关阀的结构原理图，其采用 两级结构形式，导阀为２Ｄ数字伺服阀，通径为
１２．５
ｍｍ，２Ｄ数字伺服阀采用了伺服螺旋机构实现阀
芯旋转运动到阀芯轴向运动的转换，通过控制阀芯旋
转方向的实现阀芯的左右移动。主阀为二位二通的锥
图３
—茴 卜
ｋＰｃ
阀套
匕９ｒ＝０
阀芯左端的液压阻力半桥
３大流量锥阀的结构原理 图４为大流量锥阀的结构原理图，当导控制油口 Ａ进压力油时，压力油进入锥阀阀芯左控制腔，推动锥 阀阀芯向右移动，从而切断锥阀的进油口和出油口。 反之，当导控制油口Ｂ进压力油时，压力油进锥阀阀 芯右控制腔，推动锥阀阀芯向左移动，从而导通锥阀的 进油口和出油口。阀芯左端弹簧是为了保证在锥阀控
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液压与气动
１８３２／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－４８５８．２０１３．１ １．０２６
２０１３年第１ １期
ＤＯＩ：１０．１
一种新型大流量高速开关阀
江海兵１’２，阮健１
Ａ Ｎｅｗ Ｔｙｐｅ ｏｆ Ｌａｒｇｅ Ｆｌｏｗ Ｈｉｇｈ Ｓｐｅｅｄ Ｏｎ—ｏｆｆ Ｖａｌｖｅ
ＪＩＡＮＧ Ｈａｉ．ｂｉｎ９１一．ＲＵＡＮ Ｊｉａｎｌ （１．浙江工业大学特种装备制造与先进加工技术教育部重点实验室，浙江杭州３ １ ００１； ２．衢州学院机械工程学院，浙江衢州３２４０００）
阀结构形式，通径为４０ ｍｍ，在７ ＭＰａ的工作压力下， 通流量高达４５０ Ｌ／ｍｉｎ。大流量高速开关阀的工作原 理为：步进电机通过齿轮驱动２Ｄ伺服阀的阀芯旋转， 当导阀阀芯向左运动时，压力油与主阀左腔连通，推动
主阀阀芯向右运动，关闭主油路；当导阀芯向右运动 时，压力油与主阀右腔连通，驱动主阀芯向左运动，打 开主油路。
孔
国
Ｅ
图２
２Ｄ数字伺服阀螺旋伺服机构的工作原理
图１大流量高速开关阀的结构原理图
２
ｂ。
２Ｄ数字伺服阀的工作原理
２Ｄ数字伺服阀结构主要由感应子式同步电机、齿
轮传动机构和２Ｄ伺服阀构成。工作原理如图２所 示。阀芯左端与阀套之间形成敏感腔，阀芯右端与阀 套之间形成压力腔，敏感腔压力为Ｐ。，压力腔与进油 口直接相通，压力始终为Ｐ；，敏感腔作用于阀芯的面 积设计为Ａ。，压力腔作用于的面积设计为Ａ。／２，当敏
ｍｍ的阀芯行程下，阀芯关闭时间大约８ ｍｓ。该大流量高速开关阀流量大、响应速度快，阀芯缓
冲方案新颖，在大功率、快速性场合有重要应用价值。
关键词：高速开关阀；大流量；挤压油膜；快速响应
中图分类号：ＴＨｌ３７．５ 引言 文献标志码：Ｂ 文章编号：１０００－４８５８（２０１３）１
１－００９６－０４
用超磁致伸缩材料在磁场中能产生大的长度和体积变 高速开关阀是液压系统中重要元件之一，它具有 化这一特性工作的，国内某大学也利用ＧＭＭ技术对
ｍｓ、释放时间约为０．４ ｍｓ…。某大学开发了基于
超磁致伸缩的新型电液高速开关阀，该阀的响应速度
达到零点几毫秒［２ Ｊ。超磁致伸缩电一机械转换器是利
万方数据
２０１３年第１ １期
液压与气动
Ｌ／
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转速平稳，工作频率高达８４ Ｈｚ，流量高达４０
别位于螺旋槽两侧，并与螺旋槽之间形成弓形重叠，两 个弓形重叠在液压回路上形成高压节流口与低压节流
许多学者进行诸多研究，主要体现在四个方面： ①电一机械转换器的创新设计与理论研究；②新型功 能材料的理论与应用研究；③高速开关阀阀芯和阀体 结构改进与创新设计；④电一机械转换器的控制技术 研究与控制算法创新。某大学开发了锥阀结构的二通 高速开关阀，该阀电磁铁采用盘式结构，改善了电磁铁 的吸力特性，提高了阀的响应速度，阀的吸合时间约为
芯向左移，阀芯移动过程中，高压孔与螺旋槽的重叠面 积逐渐增大，低压槽与阀芯的重叠面积逐渐缩小，最后 高低压孔又重新对称于螺旋槽的两侧，使得两个弓形 重叠面积相等，敏感腔的油压力再次升至Ｐ。／２，阀芯 左右两端的推力再次相等，阀芯保持平衡状态，同理， 当阀芯逆时针方向旋转角度０时，阀芯向右移动一定
的距离后保持平衡。以上就是２Ｄ数字伺服阀阀芯的 双自由度控制，即通过阀芯周向定量转动控制来实现 阀芯的轴向定量移动控制。
ａ
Ｓｏｒｔ ｏｆ Ｍｉｎｉｎｇ Ｔｒｕｃｋ
Ｑｉａｎｇ，ＷＡＮＧ
Ｆｅｎｇ—ｑｕａｎ，ＧＡＯ
ＭＥＮＧ Ｙｏｕ—ｐｉｎｇ，ＬＩＵ
Ｌｉ－ｊｕｎ
（内蒙古北方重型汽车股份有限公司，内蒙古包头０１４０３０）
摘要：对某型号矿用自卸车制动系统故障进行了分析，提出了相应的解决措施，并收到了良好的效果。 关键词：矿用自卸车；制动系统；故障分析；解决措施
冲效果良好，大大降低了阀芯对阀套密封面的冲击力， 消除了阀芯振荡现象，从而大大降低了阀芯阀座密封 面的接触疲劳破坏，大大提高了阀密封性能、可靠性， 延长了使用寿命。
主油源 导控油源
图５大流量高速开关阀测试系统
盖手焉勇，蔡丰土民，程昌圻．柴油机电控燃油系中的高速电
磁阀设计［Ｊ］．兵工学报，（坦克装甲车与发动机分册）， １９９６（２）：３７—４１．
中图分类号：ＴＨｌ３７ 引言 文献标志码：Ｂ文章编号：１０００－４８５８（２０１３）ｌｌ－００９９－０２
于在维修时释放蓄能器内压力油。 矿用自卸车属于非公路自卸车，主要用于大型露
（１）行车制动，踩下制动踏板阀９，压力油分别从
天矿山矿石、矿料的运输，此型号矿用自卸车主要由车 架、发动机、发电机、轮马达、驾驶室、制动系统等组成， 由于其具有较高的性价比，在大型露天矿得到广泛的 应用，其中制动系统是矿用自卸车的重要组成部分，对 自卸车的安全性和可靠性有着非常重要的影响。
喷嘴挡板阀进行了控制＂。Ｊ。美国某公司与贵阳某集
密封性好、通流能力强、响应速度快、抗污染能力强、能
量损失小等特点，还可以实现高精度控制，在实际工程
获得了广泛应用。
团合作开发的一种螺纹插装式高速强力电磁阀
（ＨＳＶ），该阀通过推杆与分离销可方便地调整球阀开 度，且球阀阀芯具有自动对中功能。５、６。。美国某公司
开发的中压共轨液力增压式电控燃油喷射系统ＨＥＵＩ 上用的一种高速大流量电磁阀，其阀芯为空心结构，减 小了运动质量，并采用高低压平衡式，可消除液动力的
影响ｏ ７｜。日本田中裕久开发的电磁铁驱动高速开关 阀，该阀考虑了液动力补偿，故在２１ ＭＰａ工作条件下 流量也能达到１８ Ｌ／ｒａｉｎ，切换时间为３
ｍｓ坤－９１。Ｈａｉｎｋ
Ｉ．２
Ｃ．Ｔｕ设计的新型高速开关阀，依靠液压驱动阀芯旋 转，阀芯旋转时螺旋叶片就交替连通压力口和回油口， 通过改变阀芯轴向位置来改变该阀的工作频率，阀芯
收稿日期：２０１３－０５—１６ 基金项目：浙江省自然科学基金（ＬＹｌ２Ｅ０６００２）；衢州市科技 计划项目（２０１２１０５１），衢州学院中青年学术骨干培养计划 （ＸＮＺＱＮ２０１ １０４） 作者简介：江海兵（１９７８一），男，湖北麻城人，讲师，在读博 士，研究方向为电液直接数字控制。 通讯作者：阮健（１９６３一），男，教授，博士生导师，博士。
到，说明挤压油膜缓冲器缓冲效果很好。
塞
图６样阀和测试系统 图４大流量锥阀与挤压油膜缓冲的协调优化设计方案
４实验研究
：
５
大流量高速开关阀的动态性能测试系统如图５所 示，其中主油源的工作压力为７ ＭＰａ，控制油源的工作
压力为２１ ＭＰａ。其工作原理为：通过信号发生器产生
董；
２
控制信号，控制器对控制信号进行幅值和功率放大，驱 动２Ｄ伺服阀的步进电机，通过电机旋转来控制阀芯
端面组成，其主要作用是实现阀芯快速关闭时，实现阀 芯关闭末速度的缓冲，减小阀芯对发套密封面的冲 击，该挤压油膜的厚度在阀芯关闭过程中是始终发 生变化的，当锥阀阀芯关闭时，保持大约ｈ。＝０．１
效果。
弹簧弹簧套左端盖阀体 导控制 油ＩＺｌＡ 导控制 油ＩＺｌＢ 油膜厚度 调整螺钉
ｍｍ
ｍｍ行程时，产生了阀芯振荡，这主要是挤压油膜厚
该大流量高速开关阀具有响应速度快、通流能力 强的特点，该阀通流流量可达到４５０ Ｌ／ｍｉｎ，在６ ｍｍ 的行程内的阀芯关闭时间大约８ ｍｓ，能满足大功率液
压和快速响应系统应用要求；锥阀阀芯的挤压油膜缓 冲器缓冲效果随着油膜厚度的减小而增强，当油膜厚 度为０．１ ｍｍ时，阀芯位移曲线具有良好的平滑性，缓
１工作原理
Ｂ１和Ｂ２口进入后制动器和前制动器，起到制动的 作用； （２）停车制动，在装料或卸料的过程中，按下按钮 使停车制动阀７通电，压力油从ＬＢ口经梭阀８进入到 制动踏板阀的ＰＸｌ口，触发Ｂ１口输出压力油进入到 后制动器内，起到停车制动的作用。
该型号矿用自卸车制动系统包括行车制动、停车 制动和紧急制动这三种制动方式，其工作原理见图１， 高压油从阀块的Ｐ口经三个单向阀进入蓄能器内，同 时经阀块的ＢＶＲ和ＰＶ口进人制动踏板阀，排放阀用