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1、1 插装阀概述二通插装阀是插装阀基本组件(阀芯、阀套、弹簧和密封圈)插到特别设计加工的阀体内,配以盖板、先导阀组成的一种多功能的复合阀。因每个插装阀基本组件有且只有两个油口,故被称为二通插装阀,早期又称为逻辑阀。1.1 二通插装阀的特点二通插装阀具有下列特点:流通能力大,压力损失小,适用于大流量液压系统;主阀芯行程短,动作灵敏,响应快,冲击小;抗油污能力强,对油液过滤精度无严格要求;结构简单,维修方便,故障少,寿命长;插件具有一阀多能的特性,便于组成各种液压回路,工作稳定可靠;插件具有通用化、标准化、系列化程度很高的零件,可以组成集成化系统。1.2 二通插装阀的组成二通插装阀由插装元件、控制盖
2、板、先导控制元件和插装块体四部分组成。图1是二通插装阀的典型结构。 图1 二通插装阀的典型结构控制盖板用以固定插装件,安装先导控制阀,内装棱阀、溢流阀等。控制盖板内有控制油通道,配有一个或多个阻尼螺塞。通常盖板有五个控制油孔:X、Y、Z1、Z2和中心孔a(见图2)。由于盖板是按通用性来设计的,具体运用到某个控制油路上有的孔可能被堵住不用。为防止将盖板装错,盖板上的定位孔,起标定盖板方位的作用。另外,拆卸盖板之前就必须看清、记牢盖板的安装方法。 图2 盖板控制油孔先导控制元件称作先导阀,是小通径的电磁换向阀。块体是嵌入插装元件,安装控制盖板和其它控制阀、沟通主油路与控制油路的基础阀体。插装元件由
3、阀芯、阀套、弹簧以及密封件组成(图3)。每只插件有两个连接主油路的通口,阀芯的正面称为A口;阀芯环侧面的称作B口。阀芯开启,A口和B口沟通;阀芯闭合,A口和B口之间中断。因而插装阀的功能等同于2位2通阀。故称二通插装阀,简称插装阀。 图3 插装元件根据用途不同分为方向阀组件、压力阀组件和流量阀组件。同一通径的三种组件安装尺寸相同,但阀芯的结构形式和阀套座直径不同。三种组件均有两个主油口A 和B、一个控制口x,如图4所示。a)方向阀组件 b)压力阀组件 c)流量阀组件1-阀套 2-密封件 3-阀芯 4-弹簧 5-盖板 6-阻尼孔 7-阀芯行程调节杆图3-89 插装阀基本组件2 插装阀主要组合与功
4、能2.1 插装方向控制阀插装阀可以组合成各式方向控制阀。1 作单向阀如图5a和5b,将x腔和A或B腔连通,即成为单向阀。连接方法不同,其导通方式也不同。若在控制盖板上如图5c连接一个二位三通液动换向阀,即可组成液控单向阀。图52作二位二通阀如图6a和6c连接二位三通阀,即可组成二位二通电液阀。3作二位三通阀如图7连接二位四通阀,即可组成二位三通电液换向阀。4作二位四通阀如图8连接二位四通阀,即可组成二位四通电液换向阀。5作三位四通阀O型换向阀如图9连接三位四通阀换向阀和单向阀,即可组成三位四通阀中位为O型电液换向阀。6作多机能四通阀如图10连接换向阀,利用对电磁换向阀的控制实现多机能功能。先导
5、阀控制状态下的机能如表1。电磁铁的带电状态用符号“+”表示;断电状态用“-”表示。表1 先导阀控制的滑阀机能1YA2YA3YA4YA中位机能1YA2YA3YA4YA中位机能2.2 插装压力控制阀对插装阀的x腔进行压力控制,便可构成压力控制阀。1作溢流阀或顺序阀如图11a,在压力型插装阀芯的控制盖板上连接先导调压阀(溢流阀),当出油口接油箱,此阀起溢流阀作用;当出油口接另一工作油路,则为顺序阀。2作卸荷阀 如图11b连接二位二通换向阀,当电磁铁通电时,出口接油箱,则构成卸荷阀。3作减压阀采用插装阀芯和溢流阀如图11c连接,则构成减压阀。液压油从P1流入P2流出,出口油液通过阀芯上的中心阻尼孔、盖
6、板和先导阀接通。当减压阀出口的压力较小,不足以顶开先导阀芯时,主阀芯上的阻尼孔只起通油作用,使主阀芯上、下两腔的液压力相等,而上腔又有一个小弹簧作用,必使主阀芯处在下端极限位置,减压阀芯大开,不起减压作用;当压力增大到先导阀的开启压力时,先导阀打开,泄漏油液单独流回油箱,实行外泄。减压阀在调定压力下正常工作时,由于出口压力与先导阀溢流压力和主阀芯弹簧力的平衡作用,维持节流降压口为某定值。当出口压力增大,由于阻尼孔液流阻力的作用产生压力降,主阀芯所受的力不平衡,使阀芯上移,减小节流降压口,使节流降压作用增强;反之,出口的压力减小时,阀芯下移,增大节流降压口,使节流降压作用减弱,控制出口的压力维持
7、在调定值。2.3 插装流量控制阀插装流量阀同样有节流阀和调速阀等型式。1作节流阀在方向控制插装阀的盖板上安装阀芯行程调节器,调节阀芯和阀体间节流口的开度便可控制阀口的通流面积,起节流阀的作用,如图12a。实际应用时,起节流阀作用的插装阀芯一般采用滑阀结构,并在阀芯上开节流沟槽。2作调速阀插装式节流阀同样具有随负载变化流量不稳定的问题。如果采取措施保证节流阀的进、出口压力差恒定,则可实现调速阀功能。如图12b连接的减压阀和节流阀就起到这样的作用。3 插装阀设计使用注意事项1)插装阀在工作中,由于复位弹簧力较小,因此阀的状态主要决定于作用在A、B、X三腔的油液压力,而pA、pB由系统或负载决定。若
8、采用外控(即控制油来自工作系统之外的其他油源),则px是可控的;若采用内控(即控制油来自工作系统本身),则px也将受到负载压力的影响。所以负载压力的变化及各种冲击压力的影响,对内控控制压力的干扰是难免的。因此,在进行插装阀系统设计时必须经过仔细分析计算,清楚了解整个工作循环中每个支路压力变化的情况,尤其注意分析动作转换过程冲击压力的干扰,特别是内控方式。须重视梭阀和单向阀的运用,否则将造成局部误动作或整个系统的瘫痪。 2)如果若干个插装阀共用一个回油或泄油管路,为了避免管路压力冲击引起意外的阀芯移位,应设置单独的回油或泄油管路。 3)应注意面积比、开启压力、开启速度及密封性对阀的工作影响。 4
9、)由于插装阀回路均是由一个个独立的控制液阻组合而成,所以它们的动作一致性不可能像传统液压阀那样可靠。为此,应合理设计先导油路,并通过使用梭阀或单向阀等元件的技术措施,以避免出现瞬间路通而导致系统出现工作失常甚至瘫痪现象。 5)阀块又称集成块或通道块,它是安装插装元件、控制盖板及与外部管道连接的基础阀体。阀块中有插装元件的安装孔(也称插入孔)及主油路孔道和控制油路孔道,有安装控制盖板的加工平面、安装外部管道的加工平面及阀块的安装平面等。二通插装阀的安装连接尺寸及要求应符合国家标准(GB2877)。阀块可选用插装阀制造厂商的标准件,也可根据需要自行设计。4 插装阀集成液压系统的油路标示与识图插装阀
10、构成的液压系统油路比一般系统要复杂,通过油路标示可较好地展示油路走向。4.1 液压系统相关资料某3150kN液压机插装阀系统如图13所示。系统包括五个插装阀集成块。由F1、F2组成进油调压回路,F1为单向阀,用以防止系统中的油液向泵倒流,F2的先导溢流阀2用来调整系统压力,先导溢流阀1用于限制系统最高压力,缓冲阀3与电磁换向阀4配合,用于液压泵卸载、升压缓冲;由F3、F4组成上缸上腔油液三通回路,先导溢流阀6为上缸上腔安全阀,缓冲阀7与电磁换向阀8配合,用于上缸上腔泄压缓冲;由F5、F6组成上缸下腔油液三通回路,先导溢流阀11用于调整上缸下腔平衡压力,先导溢流阀10为上缸下腔安全阀;由F7、F
11、8组成下缸上腔油液三通回路,先导溢流阀15为下缸上腔安全阀,单向阀14用于下缸作液压垫时,活塞浮动下行时上腔补油;由F9、F10组成下缸下腔油液三通回路,先导溢流阀18下缸下腔安全阀。另外,进油主阀F3、F5、F7、F、9的控制油路上都有一个压力选择梭阀,用于保证锥阀关闭可靠,防止反压使之开启。 图13 3150kN液压机插装阀集成系统 系统实现上缸加压、下缸顶出自动工作循环的工作原理如下。 (1)启动 按启动按钮,电磁铁全部处于失电状态,三位电磁阀4处于中位。插装阀F2控制腔经阀3、阀4与油箱连通,主阀开启。泵输出油液经阀F2流回油箱,泵空载启动。 (2)上缸快速下行 电磁铁1Y、3Y、6Y
12、得电,插装阀F2关闭,F3、F6开启,泵向系统供油,输出油经阀Fl、F3进入上缸上腔。上缸下腔油液经阀F6快速排回油箱。于是液压机上滑块在自重作用下加速下行,上缸上腔产生负压,通过充液阀21从上部油箱充液。 (3)上缸减速下行 当滑块下降至一定位置触动行程开关2s后,电磁铁6Y失电,7Y得电,插装阀F6控制腔与先导溢流阀11接通,阀F6在阀1 1的调定压力下溢流,上缸下腔产生一定背压。上缸上腔压力相应增高,充液阀21关闭。上缸上腔进油仅为泵的流量,滑块减速。 (4)上缸工作行程 当上缸减速下行接近工件时,上缸上腔压力由压制负载决定,上缸上腔压力升高,变量泵输出流量自动减小。当压力升达先导溢流阀
13、2调定压力时,泵的流量全部经阀F2溢流,滑块停止运动。 (5)保压 当上缸上腔压力达到所要求的工作压力后,电接点压力表发信号,使电磁铁1Y、3Y、7Y全部失电,阀F3、F6关闭。上缸上腔闭锁,实现保压。同时阀F2开启,泵卸载。 (6)泄压 上缸上腔保压一段时间后,时间继电器发信号,使电磁铁4Y得电,阀F4控制腔通过缓冲阀7及电磁换向阀8与油箱相通,由于缓冲阀7的作用,阀F4缓慢开启,从而实现上缸上腔无冲击泄压。 (7)上缸回程 上缸上腔压力降至一定值后,电接点压力表发信号,使电磁铁2Y、5Y、4Y、12Y得电,插装阀砣关闭,阀F5、F4开启,充液阀21开启,压力油经阀F1、阀F5进入上缸下腔,
14、上缸上腔油液经充液阀21和阀F4分别至上部油箱和主油箱。上缸实现回程。 (8)上缸停止 当上缸回程到达上端点,行程开关1S发信号,使全部电磁铁失电,阀F2开启,泵卸载。阀F5将上缸下腔封闭,上滑块停止运动。 (9)下缸顶出及退回 令电磁铁2Y、9Y、10Y得电,插装阀F9、F8开启,压力油经阀F1、F9进入下缸下腔,下缸上腔油液经阀F8排回油箱,实现顶出。 令电磁铁9Y、10Y失电,2Y、8Y、11Y得电,插装阀F7、F10开启,压力油经阀F1、F7进入下缸上腔,下腔油液经阀F10排回油箱,实现退回。 表2为其电磁铁动作顺序表。表2 3150KN液压机插装阀系统电磁铁动作顺序表2 液压系统油路标示插装式液压系统有一定的特殊性,识图与油路分析往往有困难。在此,根据上述资料,标示部分动作的油路,主进油路用粗实线与实箭头标示,主回油路用粗实线与虚箭头标示;控制油进油路用细虚线与实箭头标示,控制油回油路用细虚线与虚箭头标示;电磁铁得电用“+”标示。图14所示为主缸快速下行时的油路,图15所示为主缸回程时的油路。其他动作的油路可参照这两图标示。 图14 主缸快速下行油路 图15 主缸回