整體式多路換向閥閥芯結構研究

摘要：現代大型工程機械無論是民用還是軍用中的液壓係統中都采用有多路換向閥。換向閥性能的好壞直接影響到液壓係統的穩定性。閥芯上閥肩與閥體之間的配合，閥芯上節流槽、均壓槽的設計等直接影響整個閥的使用性能和閥的使用壽命。本文所研究的對象為礦用裝岩機機械液壓係統整體式多路換向閥中回轉聯滑閥閥芯的結構。剖解整體式多路換向閥閥芯的結構，采取對閥芯節流口的麵積進行數學03manbetx 、減小閥芯所受的徑向力的方法對閥芯結構、節流槽、均壓槽進行研究。主要研究閥杆上的節流槽、均壓槽等閥杆的微小結構對閥使用性能的影響。對閥杆的設計具有重要的參考價值。

關鍵字：閥芯；節流槽；均壓槽；換向閥；微小結構；

0引言

大型工程機械無論是民用還是軍用中的液壓係統中都采用有多路換向閥。換向閥性能的好壞直接影響到液壓係統的穩定性。閥芯上閥肩與閥體之間的配合，閥芯上節流槽、均壓槽的設計等直接影響整個閥的使用性能和閥的使用壽命。

礦用裝岩機中液壓換向閥係統由於其結構簡單、布局靈活、元件之間自潤滑性較好，便於和其他的傳動方式聯合使用，在礦用裝岩機上廣泛的使用，一般閥芯液壓係統都為封閉式管路係統，具有故障隱蔽、處理困難的缺點，且機械換向閥閥芯在經過加工的過程中，因加工誤差帶有朝向高壓腔的倒錐，或在閥芯的動作期間局部凸起或殘留毛刺致使換向閥閥芯出現液壓卡緊現象；至於手動換向閥，由於其結構上閥芯、閥孔都比較長，存在有直線度誤差，且殘餘應力存在，時長會使換向閥閥芯在使用中產生彎曲，產生機械式卡緊。

本文以礦用裝岩機機械液壓係統整體式多路換向閥中回轉聯滑閥閥芯的結構為研究對象，剖解整體式多路換向閥閥芯的結構，采取對閥芯節流口的麵積進行數學03manbetx 、減小閥芯所受的徑向力的方法對閥芯結構、節流槽、均壓槽進行專項研究來解決以上現象。此聯換向閥的使用要求為壓力35Mpa，公稱流量為400L/min，具有流量微動特性和啟動平穩性等要求。

1閥芯結構

換向閥是利用閥芯與閥體間相對位置的不同，來變換閥體上各主油口的通斷關係，實現各油路連通、切斷或改變液流方向的閥。換向性能的好壞，直接影響液壓係統工作性能。對換向閥性能的主要要求有：液流通過換向閥時壓力損失要小；液流在各關閉油口之間的縫隙泄漏量小，換向可靠，動作靈敏；換向平穩無衝擊等。

圖1高壓大流量換向閥閥芯結構圖

Fig.1 The structure of the valve core of high pressure and large flow reversing valve

該圖1閥芯有七節凸肩組成，在閥芯的每個閥瓣上有螺旋形或環形的均壓槽，其進出口處的節流槽的形狀有三角形和U形。在閥的左右兩端有兩個凸台，一個是六方形的，一個是圓柱形的，該凸台是考慮到安裝和更換閥芯時的方便而設計的。並且在主閥芯的左右兩側均設計了閥芯位移限製機構，保證閥芯的最大位移不超過該閥的設定值。

2節流槽

在一個液壓回路中，應用到的控製閥，其閥口的開口形式有兩種：一是全周開口，一是非全周開口。本文研究的多路閥閥口開口形式為非全周。其作用是來獲得不同的流量控製特性。隨著控製閥閥口開度的不斷變化，其節流麵的位置、形狀、射流角均發生改變。而閥芯凸肩上的節流槽形式類型比較多，傳統的分為基本型和組合型。基本型包括了U形、V形等，組合型包括U-V形，U-U形等。本文介紹的閥芯結構中的節流槽有兩種，一種是V形槽，一種是U形槽。下麵對這兩種節流槽的節流麵積進行數學03manbetx 。

2.1U形節流槽

U形節流槽即我們也經常稱之為矩形節流槽。

其結構可以分為頭部和尾部兩個部分：頭部為半圓槽形，尾部為矩形。如：圖2。

圖2U形節流槽閥口結構示意圖

Fig.2 A schematic diagram of the structure of the valve mouth of a U shaped slot slot

圖3U形閥口過流麵積圖

Fig.3Overflow area diagram of U shaped valve mouth

在圖2所建直角坐標中，表示閥口的開度。閥與殼體相匹配的圓柱麵的相貫線可用代數方程表述為：

①

當閥開口時：

②

③

當閥開口時：

④

⑤

為U形口端口半徑，為閥芯直徑，—節流槽深度，為節流槽的個數，為開口時U形槽豎直麵的麵積，為開口時U形槽上表麵麵積。

式中的，。

通過求取U形槽的、，控製閥的閥芯通流麵積取其中的較小值。

2.2V形節流槽

V形節流槽閥芯凸肩上的V形節流槽,是利用成型銑刀（角度為90°）加工出來的。

其形狀可以看作圓錐麵與圓柱麵相貫而成。圖4為在V形槽上建的笛卡爾坐標係。在此坐標係中，對其過流麵積進行數學計算。為閥口位移。

圖4V型節流槽閥口結構示意圖

Fig.4A schematic diagram of the structure of the valve mouth of the V type slot slot

圖5 V形閥口過流麵積圖

Fig.5Overflow area diagram of V shaped valve mouth

節流槽相貫線方程為：

⑥

槽底線的方程：

⑦

⑧

⑨

⑩

為閥芯在開口穩定時，節流槽在豎直麵上的麵積，為相貫線在凸肩圓柱麵上所圍成的麵積，為所用刀具頭部半夾角，為某開口處在軸上的位置，—某開口處在軸上的位置，為閥芯的直徑，為V形節流口的個數。如果設：，

則有：

由以上各式得：

（11）

節流槽的過流麵積變化的程度反映流出閥口開度的大小，從側麵反映出流經閥的流量的多少。其麵積的變化規律可看出閥的微動特性的好壞。

3均壓槽

對於所有換向閥來說，都存在著換向可靠性問題，尤其是電磁換向閥。為了使換向可靠，必須保證電磁推力大於彈簧力和閥芯摩擦力之和，方能可靠換向，而彈簧力必須大於閥芯摩擦阻力，才能保證可靠複位，由此可見，閥芯的摩擦阻力對換向閥的換向可能性影響很大。閥芯的摩擦阻力主要是由液壓卡緊力引起的。液壓卡緊力是指主閥閥芯壓緊在主閥閥體上的徑向力，主閥閥芯移動時的液壓卡緊阻力便是由此所產生的主閥閥芯移動時的附加阻力。均壓槽的設計目的就是減小閥芯所受的徑向力。如：圖6。

圖6均壓槽的結構圖

Fig.6Structure diagram of pressure sharing grooves

主閥閥芯開了均壓槽後，凸台肩的圓周方向就有了通道，一方麵可以把高壓側的油液引入低壓側，保證閥芯上的壓力相等，從而平衡掉一部分徑向液壓力，使得整個凸台肩縫隙處壓力分布不均勻的狀況得到改善，大大的減小了側向力。此外還可以起到潤滑的作用。

四、結論

1.通過對閥芯節流口的麵積進行數學03manbetx ，通過MATLAB軟件對其進行編程繪製其過流麵積的變化趨勢圖，在設計中可有效的對節流口麵積進行設定，節省了產品試驗階段的時間。

2.均壓槽的主要作用是減小閥芯所受的徑向力，一定程度的避免出現閥芯的卡死現象。增加了閥的安全性能。