螺纹插装阀技术

螺纹插装阀技术螺纹插装阀技术
张海平
2006-11
目录目录
前言
1. 各类螺纹插装阀：构造，工作原理和性能
2. 发展历史与现状
3. 螺纹插装阀的应用
4. 螺纹插装阀的局限性
前言前言
螺纹插装阀具有体积小、结构紧凑、应用灵活、使用方便、价格低等一系列优点，在欧美被广泛应用在农机、废物处理、起重机、拆卸设备、钻井、铲车、公路建设、消防车、林业机械、轮船、油井、矿井、扫路车、挖掘机、多用途车、金属切削、金属成型、机械手、铸造、成型、造纸、纺织、包装设备、动力单元、试验台等。

1. 各类螺纹插装阀：构造各类螺纹插装阀：构造，工作原理和性能，工作原理和性能，工作原理和性能
插装阀(Cartridge Valve)从安装方式上可分为滑入式(Slip-in)和螺旋式(Screw-in)这两类。

滑入式即通常所称的二通插装阀或逻辑元件，它一般都还需要附加先导控制阀才能工作。

螺旋式即本文要述及的螺纹插装阀，它(装入安装孔后)一般都能独立完成一个或多个液压功能，如溢流阀、电磁方向阀、流量控制阀、平衡阀等。

以下摘取自一些国际市场上可见产品的使用说明书，供读者具体了解螺纹插装阀。

1.1单向阀单向阀
Sterling 公司的D02B2：工作压力42MPa，最大流量80升/分，总长33.7mm，安装孔内部分长27.2mm。

1.2 溢流阀
Sterling公司的A04R2M：工作压力0.5-35MPa，最大流量60升/分，总长123mm，
安装孔内部分长46mm，直径22mm。

1.1.33电磁方向阀电磁方向阀::滑阀滑阀
Hydraforce 公司的SV10-47C：工作压力21MPa，最大流量22升/分，总长188mm，孔内部分长62mm，直径22mm。

驱动线圈功率24W。

座阀座阀
Sterling 公司的GS0408：工作压力35MPa，最大流量75升/分，总长94mm，孔内部分长33mm，直径22mm。

驱动线圈功率19W。

1.4 流量控制阀流量控制阀
二通式：Hydraforce 公司的FR12-23，工作压力24MPa，最大流量77升/分，总长107mm，安装孔内部分长61mm，直径25mm。

安装孔内部分长74mm，直径30mm。

平衡阀
1.1.55平衡阀
SUN公司有很丰富的平衡阀品种，这里是其中一类，工作压力28MPa，最大流量480升/分。

比例压力阀
1.6 比例压力阀
Sterling公司的AP04G2YR，工作压力35MPa，最大流量95升/分，总长90mm，安装孔内部分长32mm，直径22mm。

比例流量阀
1.1.77比例流量阀
Hydraforce 公司的PV72-30，工作压力21MPa，最大流量64升/分，总长156mm，安装孔内部分长71mm，直径25mm。

由于螺纹插装阀结构相对简单，加工容易，通用件多，便于大批量生产，因此价格比相同功能的板式阀，管式阀低一些。

发展历史与现状
发展历史与现状
2.2.发展历史与现状
液压出现于20世纪初，大发展则在二次大战期间。

1950年在美国出现了最早的螺纹插装阀—为美国空军，装在飞机燃料泵体上的溢流阀。

但直到60年代初，螺纹插装阀还局限于简单的功能，如止回阀，溢流阀和二位二通电磁阀。

由于重量轻，空间紧凑，被应用于农业、采矿，航海和建筑机械等中压低流量的场合。

在1970年前后,当时螺纹插装阀的主要生产商Fluid Control在欧美各地的代理商，纷纷建立了自己的生产基地和设计机构，发展自己的产品。

例如，Modular, Sun, Sterling, Wandflu, Comatrol等。

螺纹插装阀出现了大发展。

由于螺纹插装阀可以有4端口，甚至6端口，因此相对二通插装阀有大得多的变化可能性。

到了80年代，形成了全方位供应商，被市场普遍接受。

迄今世界上已有上百家公司可以提供螺纹插装阀、阀块，并为顾客设计专用集成块。

主要基地在美国的有Hydraforce、Sun hydraulics、Fluid Power Systems、Delta Power、Waterman-Parker Hannifin、Fluid Control (Danfoss)、Eaton-Vickers等，在英国的有Sterling hydraulics、Integrated hydraulics，在瑞士的有Wandfluh、Bucher-Frutigen，在意大利的有Comatrol、Oil-Control，在德国的有Bosch-Rexroth、HYDAC、IMAV、Tries、Fluid Team等等。

其中许多厂的螺纹插装阀及阀块的年销售值都达到几千万乃至上亿美元。

2002年，仅Bosch-Rexroth集团一家就生产了350万件螺纹插装阀。

螺纹插装阀经过许许多多大大小小公司成千上万的技术人员持续研究改良几十年，品种纷繁。

例如，Integrated Hydraulics 公司2003年的产品样本有约300页，260种基本类型，SUN 公司2001/02年的产品样本有四百余页，约280种基本类型；ST 公司2003年的产品样本有585页，约320种基本类型；HF 公司2003年的产品样本约900页，介绍了约400类产品。

他们为顾客提供特殊设计的产品品种还数倍于此。

例如, 溢流阀溢流阀
普通溢流阀：直动型(a1) 球阀型、锥阀型、带增强阻尼型、侧面入流型、滑阀型、
先导型(a2);
压力保险阀(b1); 带反向单向阀的溢流阀(c1);双向型溢流阀(d1, d2);
遥控型溢流阀：失压卸荷型(e1)、加压卸荷型(e2)、卸荷加压型(e3) 、气控比例(e4)、电控开关型(e5)，电控比例型(e6、e7)。

还有许多特种溢流阀，如埋入式热保护，双通道先导用溢流阀，软溢流阀。

图2.2.1 1 1 各类制作成螺纹插装形式的溢流阀各类制作成螺纹插装形式的溢流阀各类制作成螺纹插装形式的溢流阀
顺序阀顺序阀..
图2.2.22 各类制作成螺纹插装形式的顺序阀
二通常闭型顺序阀：普通型(a1)、保险型(a2)、加压开启型(a3)、加压卸荷型(a4)、带反向单向阀型 (a5)、气控比例型(a6);
二通常开型顺序阀：加压关闭型(b3)、加压卸荷关闭型(b4);
三通型顺序阀：普通型(c1)、保险型(c2)、外加压换向型(c3);
平衡阀
2.33各类制作成螺纹插装形式的平衡阀
图2.
a1)普通三通口型 a2)控制口带附加阻尼型 a3)带附加溢流阀型
b1)四通口，带单独背压出口型 b2)无背压(背压通大气)型 b3)无背压无溢流阀型 电磁阀
反向仅有少量泄漏 双向可通
1a
2a
-
.2 二位二通常闭型电磁阀的大致类型二位二通常闭型电磁阀的大致类型
二位二通常闭型电磁阀的大致类型
得电
3
关闭但不完全密封 仅单向关闭密封，反向可通
关闭且双向密封
3b
表2.3
.3 二位二通常开型电磁阀的大致类型
二位二通常开型电磁阀的大致类型
二位二通常开型电磁阀的大致类型
a b c
d e
f1 f2 g
图2.4二位三通的图形符号
二位三通的图形符号
这些生产商各有特色，相互竞争，相互学习。

没有生产商能够提供所有类型。

精益求精，不断创新
已有宽广的产品型谱，相当的可靠性。

但还在不断改进，不断扩展，每年推出新产品，追求完美。

•平衡阀不同阻力特性，以适应不同负载速度的需要
流量曲线
节流特性不同的阀的控制压力--流量曲线
图2.5节流特性不同的阀的控制压力
•软溢流阀有效消除压力尖峰
工作原理图
2.6 工作原理图
图2.6
高集成度Integrated 液控单向阀x2 +溢流阀
2.7 图形符号
图形符号
图2.7
图2.8结构图
3. 螺纹插装阀的应用
螺纹插装阀的最大特点是应用灵活。

它可以单独装入与其配用的单阀块或双阀块(阀供货商一般都能同时提供这类阀块)，成为管式元件。

它也可以装入液压马达、液压泵体，或液压缸接口处，作为控制阀。

它也可以装入带CETOP接口的阀块，成为竖式叠加阀、或横向片状组装阀。

它也可以装入二通插装阀的控制盖板，作为先导控制。

最后，它也可以装入自行设计的专用(纯)螺纹插装阀集成块，例如以下三个由笔者自行或指导设计的阀块。

例一。

这个回路可以控制一组单向液压缸，按预设定的速度升，靠自重降。

最大输入流量可达70升/分，输出流量0至30升/分，压力至21Mpa。

7个螺纹插装阀(Sterling公司)。

铝合金阀块135X 135X60mm，连阀占用空间245X225X 60mm。

例一
例二。

这个回路使用比例流量阀和比例溢流阀，可以控制两组单向液压缸，独立或并行，按给定的速度升，靠自重降，限速，可调。

最大输入流量可达60升/分，两路输出流量分别为0至22升/分，压力至21Mpa。

10个螺纹插装阀，多为Hydraforce产品。

铝合金阀块140X140X80mm，连阀占用空间280X230X80mm。

例一和例二的纵向都限制在80mm以下，垂直和水平向所允许的空间也极其有限，包
括其一些功能要求，都是用普通的管式和板式阀是很难实现的。

例二
例三。

前二例皆为电控，此阀块系为配合手动阀而设计，可以分别控制两组半双向液
压缸，按预设定的速度和压力升出和收回。

最大输入流量可达40升/分，压力至21Mpa。

14个螺纹插装阀，使用SUN和Sterling等的产品，铝合金阀块90X90 X198mm。

连阀占
用空间90X186X288mm。

四个与阀连接的接口间距与阀的出口间距相同，因此可以用短
直管连接。

比以前使用管式阀大大缩小了占用空间，缩短了组装时间，特别是在装配流水线上的组装时间，减少了可能泄漏的部位数，降低了管道与接头引起的压力损失，便于整块更换，降低了对现场维修人员的技术水平要求，缩短系统停工期。

例三
螺纹插装阀的局限性
4. 螺纹插装阀的局限性
当然，螺纹插装阀也有其局限性，表现在以下几方面。

互换性差
4.1互换性差
除电磁线圈不兼容以外，安装孔也不一样，不能简单换。

从1982年起，就在蕴酿制定国际标准，统一安装孔形式，以改善互换性，但直到1998年使用公制螺纹的ISO7789才获多数通过。

但仅两年后，12个美国螺纹插装阀生产商就又提出了一个使用UN(Unified Coarse thread)和UNF(Unified Fine thread)螺纹的国际标准草案CAD17209，得到了不少赞成票，但在美国有重要市场地位的SUN公司既未参加也未拒绝。

欧洲许多专家则表示反对，一是认为安全问题未得到足够重视，二是反对一个产品两个标准。

另一方面ISO7789的市场化进展也非常缓慢，至今仍无一家公司推出完整的ISO系列阀。

正如所比喻的，“火车已经(向四面八方)开走了，”再要它们回到一条轨道上来，就很难了。

中小流量
4.4.22中小流量
由于螺纹强度和紧固扭矩的限制(500Nm)，螺纹插装阀的直径只能做到48mm，相应于二通插装阀通径16，25，流量400、500升/分左右，再大就是二通插装阀的天地了。

三通，四通滑阀由于电磁线圈功率和液动力的限制，最大流量仅30至60升/分。

性能问题
4.3 性能问题
由于螺纹插装阀起步比传统板式、管式晚，而且受体积和布局限制，由此早期某些性能不如传统板式、管式，具体表现在例如溢流阀的滞回、分流阀的分流精度、流量阀的动态响应性能等。

如已述及，螺纹插装阀早期的发展是由于行走机械的需求推动起来的，它们因为受空间与重量的限制，必须用螺纹插装阀，对性能就不那么苛求。

随着螺纹插装阀
的蓬勃发展，现在一些公司的产品已达到与传统阀相近或相同的水平，也被用于固定设备的液压。

出于以上技术及经济的原因，今天，液压阀的集成安装形式已大致形成这样一个格局。

1) 大流量的系统，流量大致在400至1000升/分以上，主回路主要采用盖板式插装阀。

控制回路则由板式阀，叠加阀或螺纹插装阀构成。

2) 大批量生产的组件，大致每年上万件以上，往往采用专用阀或专用阀块，其中也应用一些螺纹插装阀。

3) 批产量很小的系统，每年几十件以下，采用叠加阀更经济，灵活，设计生产周期短。

当中的叠加块也大量应用螺纹插装阀。

4) 批产量居中的系统，普遍使用专用集成块。

其中，流量小的系统，往往全部使用螺纹插装阀。

流量大一些采用ISO接口的板式换向阀加螺纹插装阀。

5) 在行走液压中，由于传统原因，换向阀还相当普遍地使用片式结构。

即使换向已采用电控或气控这些遥控手段，但还保留手柄，作为故障时的人为干预手段。

其他控制阀则采用带螺纹插装阀的集成块。

6) 只能完成单一功能的纯管式元件的应用已越来越少了。

即使由于种种原因，必须使用管式连接，也往往使用用螺纹插装阀组成的带管式接口的阀块。

7) 板式的流量阀和压力阀的应用也越来越少了，被作成叠加式的螺纹插装阀所取代。

结束语
结束语
综上所述可见，螺纹插装阀技术既不是新技术，也不是什么了不起的技术，但是是一个能解决问题的技术，一个不难掌握的技术，一个还有相对生命力的技术。

笔者相信，随着中国现代化的进程，特别是各式各样的行走机械大量增加，螺纹插装阀在中国的应用必定会越来越广泛。

参考文献
参考文献
[1] Jeff Cooper, Sun Hydraulics Corp.: Evolution of Cartridge Hydraulic Valves
[2] Wayland Tenkku, Sun Hydraulics Corp.: Cartridge Hydraulic Valve Cavities. SAE (The Engi-
neering Society For Advancing Mobility Land Sea Air and Space) Technical Paper Series 931192.
April 1993.
[3] O+P-Gespaechsrunde：Anwendung von Einbau- und Einschraubventilen in der Hydraulik, <O+P>,
2001-8.。