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1、连载讲座几种新型实用的液压控制阀张彦军3王晓宁第五讲 座阀式电磁换向阀3 沈阳工业大学机械工程系, 110023 沈阳市铁西区兴华 南街58号座阀式电磁换向阀是近年新开发的一种电磁阀。是以钢球作为阀芯的一种座阀式电磁换向阀,也称为球式电磁换向阀,简称电磁球阀。它以电磁铁的推力为动力,推动钢球式阀芯来实现油路的通断和切换。下面介绍这种阀的结构与工作原理、结构与性能特点、性能参数和应用场合。1 结构与工作原理111 二位三通电磁球阀图1 (a)所示为二位三通常开式电磁球阀的结构原理图。它主要由电磁铁1 ,杠杆2 ,左、右推杆3和7 ,左、右阀座4和6 ,隔套5 ,复位弹簧8和球阀芯9等组成。当电磁
2、铁断电时,阀芯9在复位弹簧8的作用下,通过推杆7 ,被推压在左边T腔阀座4上,此时A腔与T腔断开, P腔与A腔相通;当电磁铁通电时,产生电磁(a)结构原理图(b)功能符号图1 常开式二位三通电磁球阀11 电磁铁 21 杠杆 3、71 左、右推杆 4、61 左、右阀座51 隔套 81 复位弹簧 91 球阀芯推力,通过杠杆2和左推杆3将阀芯推压在右边P腔阀座6上,此时A腔与P腔断开, T腔与A腔相通。该阀的液压功能符号如图1 (b)所示。常闭式二位三通电磁球阀的结构与常开式略有不同,其阀芯为双球体结构,结构原理如图2 (a)所示。当电磁铁断电时,在复位弹簧8的作用下,右钢球阀芯被压在右端P腔阀座上
3、,而左钢球阀芯与左边T腔阀座脱开, P腔封闭, A腔与T腔相通;当电磁铁通电时,在电磁力的作用下,左钢球阀芯被压在T腔阀座上, T腔被封闭,右钢球阀芯与P腔阀座脱开,A腔与P腔相通。该阀的液压功能符号如图2 (b)所示。(a)结构原理图(b)功能符号图2 常闭式二位三通电磁球阀11 电磁铁 21 杠杆 3、71 左、右推杆 4、61 左、右阀座 51 隔套 81 复位弹簧 91 球阀芯112 二位四通电磁球阀二位四通电磁球阀的结构原理如图3 (a)所示。该阀由杠杆1、电磁铁2、小活塞3、钢球阀芯4、复位弹簧5、双锥形阀芯6和大活塞7等组成。a、b、c腔通过阀体内通道总与P口相通; d腔总与A口
4、相通,131997年第5期2 结构与性能特点(1)密封性好由于该种换向阀的阀芯为球形结构,切断油路是靠钢球压在阀座上来实现的,与阀座之间是线接触密封,而非滑阀式的间隙密封,因而可实现无泄漏密封,这对滑阀式电磁换向阀是无法做到的。(2)抗污染能力强可靠性高该种阀的主要活动部分是钢球,它与阀座孔是线接触,二者之间的相对运动不需要严格的导向,配合间隙可以很大,故即使油中有较大颗粒污染物,也不会出现一般电磁阀因污染物楔入滑阀的径向配合间隙而引起的阀芯卡死问题,从而可避免一般电磁换向阀易出现的阀芯卡死时,烧毁线圈的故障。(3)切换时间短换向频率高由于这种阀是靠钢球来换向,钢球的行程就是阀的开口量。而一般
5、电磁换向阀,它的行程是封油长度与开口量之和。如果两者的开口量一样,电磁球阀所需的行程就短,这就有效地缩短了换向和复位时间。电磁球阀的换向时间一般为01030104 s ,复位时间仅01020103 s;其换向频率大于4 Hz ,是一般电磁换向阀的4倍以上。(4)工作压力高这种阀不存在液压卡紧问题,受液流力的影响也较小,加上便于采取液压平衡措施,这就使电磁球阀换向和复位所需的力很小。又因钢球工作行程不大,故可以采用杠杆机构把电磁铁的推力放大(一般可放大34倍) ,这不但便于复位弹簧的设计,而且能有效地提高电磁球阀的操作力,再加上密封性好,这就使这种阀能在高达63MPa的工作压力下工作(T口背可达
6、20MPa)。(5)对工作介质的适应性强由于该种阀采用的是密封性好的钢球式密封结构,因而它既可以适用于粘度高的矿物油,也可以用于粘度低的乳化液、水等工作介质。这时,只需将其内部零件的材质及加工工艺,按其介质的适应性作相应的调整即可。(6)易实现远程和自动控制这种电磁换向阀和一般的滑阀电磁换向阀一样,具有易实现对液压系统的远程和自动控制的长处。(7)其他这种阀的滑阀机能的变更和组合比滑阀式电磁阀困难和复杂;通过相应流量的压力损失也比滑阀式电磁阀要大,故阀的额定流量一般较小。表3为同规格(通径)的电磁球阀与电磁滑阀主要性能的定性比较。3 典型产品实际结构及其技术参数电磁球阀目前国内只有二位三通阀,
7、图5和图6分别为常开式和常闭式二位三通电磁球阀的实际结构。上述典型产品SE系列电磁球阀的主要技术参数如表4所列。表3 电磁球、滑阀性能比较换向可靠性压力损失内泄漏量换向时间换向频率工作寿命电磁球阀好大无短高长电磁滑阀差小有长低短图5 常开式二位三通电磁球阀实际结构11 电磁铁 21 导向螺帽 31 弹簧 41 复位杆5、81 右、左阀座 6、121 钢球 71 隔套91 阀体 101 杠杆盒 111 定位球套 131 杠杆141 衬套 151 密封圈 161 推杆表4 SE系列电磁球阀技术参数型号通径(mm)额定压力(MPa)背压(MPa)换向时间(ms)压力降(MPa)换向频率(Hz)油液粘
8、度(cSt)额定流量(L/ min)3SE663115632030215 4 1380103SE101031156320402 4 1380364 应用场合及实例411 应用场合为了充分利用电磁球阀的突出长处,它主要应用于以下场合:(1)用于高压超高压小流量液压系统主油路的换向阀;(2)作为高压大流量液压系统中的电磁换向阀和二通插装阀的先导控制阀;(3)作为电液控制截止阀的先导控制阀;(4)作为保压性能要求较高的液压系统的控制阀;331997年第5期即通过该阀卸压。系统正常运转工况,靠电磁球阀4无泄漏性能而保持压力。412 应用实例图9为某陶瓷厂自制砖坯输送机液压系统,其工作原理如表5所列。液
9、压缸尺寸由于受主机总体结构布局的限制,故本系统选用了G5216高压齿轮泵、3SE1020/ 315高压电磁球阀等作为主要元件,组成了高压小流量系统图9(a)。主机之所以采用图9(a)所示系统而未采用由一般的三位四通阀等组成的图9(b)所示系统,除充分发挥上述的电磁球阀的长处外,更重要的是后者在性能上不如前者。这是因为它由工进转为快退工况时阀4由左位换到右位,切换过程中要通过中位(快进工况) ,致使工进转为快退的过渡过程有前冲现象。表5 电磁铁动作表电磁铁Y1Y2Y3快进111工进110快退101卸载000注:表中1、0分别表示电磁铁通、 断电参考文献宋学义主编.袖珍液压气动手册.北京:机械工业
10、出版社,1995531997年第5期是否与P口相通,取决于阀芯工作位置。a腔油压对小活塞3的有效作用面积和推力分别为A2和F2,且A1=A2; c腔油压对阀芯6的有效作用面积和推力分别为A3和F3, d腔油压对大活塞7的有效作用面积和推力分别为A4和F4,且A3A4。当电磁铁断电时,由于A1=A2,则F1=pA1=F2=pA2因而阀芯4在弹簧力作用下,被压在左端阀座上,于是A与T被阀芯4切断,而P与A相通。由于A3A4,则F3=pA3F4=pA4于是阀芯6被推向并压在右阀座上,因而P与B断开,B与T相通。当电磁铁通电时,电磁推力通过活塞3作用在阀芯4上,使其克服弹簧力被压在右阀座上,于是P与A
11、断开, T与A相通;又由于d与T相通,则阀芯6在C腔P口压力推动下向左移动并被压在左阀座上,于是P与B相通, B与T断开。(a)结构原理图(b)功能符号图3 二位四通电磁球阀11 杠杆 21 电磁铁 31 小活塞 41 钢球阀芯51 复位弹簧 61 双锥形阀芯 71 大活塞113 三位四通电磁球阀二位三通电磁球阀为球式电磁换向阀的基本结构形式(目前国内产品只有这种) ,由此可派生出不同工作位数和通路数的电磁球阀。比如在A口的管路上外接一单向阀即可构成二位二通阀;外加一阀板即构成二位四通阀等。将两个常开式二位三通阀并联可组成具有P型中位机能的三位四通阀,如图4 (a)所示。其动作原理如表1所列。
12、将两个常闭式二位三通电磁球阀并联即可构成具有Y型中位机能的三位四通电磁球阀,如图4 (b)所示,其动作原理如表2所列。(a)(b)图4 三位四通电磁球阀表1 电磁铁动作表电磁铁1Y2Y工作状态00P、A、B通, T封闭01P、A通, B、T通10P、B通, A、T通11P封闭, A、B、T通注:表中1、0分别表示电磁铁通电、断电表2 电磁铁动作表电磁铁1Y2Y工作状态00A、B、T通, P封闭01A、T通, B、P通10B、T通, A、P通11T封闭, A、B、P通注:表中1、0分别表示电磁铁通电、断电 23液压与气动(5)作为液压系统中无泄漏二通插装式液控单向阀的先导控制阀。图6 常闭式二位
13、三通电磁球阀实际结构11 复位杆 21 中间推杆 31 隔套 41 推杆图7(a)所示为无泄漏液控单向阀。当电磁铁不通电时,二通插装阀相当于一个单向阀,允许A腔向B腔流动,不允许反向流动;当电磁铁通电时,二通插装阀开启,A和B两腔的油液可以在两个方向自由流动。(a)无泄漏液控单向阀 (b)有泄漏液控单向阀图7 液控单向阀用一般的滑阀电磁换向阀控制二通插装阀(图7b)也能实现上述相同的两个工作状态。然而其保压性能不如前者。当电磁铁断时,A与B之间在主油路上依靠插装阀的锥面密封,无泄漏,但A腔引出的控制油,经过电磁滑阀的配合间隙总不可避免地有泄漏,这可称为有泄漏液控单向阀,故保压性能差。(6)作为液压系统油源的自动卸压阀图8所示为应用二位二通电磁球阀作为自动卸压阀的卸压与保压回路。一旦系统出现某种故障,即向二位二通电磁球阀4发出断电信号,蓄能器的油压立图8 应用二位二通电磁球阀的卸压回路11 液压泵 21 截止阀 31 蓄能器 41 溢流阀51 二位二通电磁球阀(a)电磁球阀式系统(b)电磁滑阀式系统图9 输送机液压系统11 液压泵 21 电磁溢流阀 31 电磁球阀 3 1 电磁滑阀 41 液压缸43液压与气动
