二通插装阀发展与结构特性综述

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二通插装阀发展与结构特性综述**（********************）摘要：介绍了二通插装阀的发展现状，并介绍了二通插装阀的工作原理及其技术特点。关键字：二通插装阀；发展前景；结构特点1前言自60年代以来，随着液压技术的飞速发展，液压设备的不断更新，对液压传动系统提出了许多新要求。主要有：提高工作压力、加大流量、缩小体积和减轻重量、提高控制精度、尽量减少管路、提高工作可靠性和延长使用寿命、降低噪声、提高三化程度、降低成本、提高效率和节省能量等。而对液压控制元件的发展趋势大致可以归纳为：高压化、大容量化、小型化、精密化、复合化、通用化、低噪声化和节能化等。在这种形势下，自30年代以来一直广泛应用的以滑阀式结构为主的传统液压控制阀，由于受其结构形式所限，在许多方面已不适应液压技术发展的需要。例如滑阀流动阻力大、通流能力小，最大通径80mm，公称流量也仅1250L/min，不能满足高速或大型液压设备对流量的要求。因此，当系统需要控制更大流量时，不得不采用两个或多个阀并联使用，或者设计非标准的大通径阀，以解决燃眉知急。这样不仅使设备结构庞大，而且增加了成本，降低了三化程度。同时，滑阀的结构尺寸将随着通径的加大而急骤增加（Ø48mm通径滑阀的外形尺寸己达752mm×366mm×360mm，重量约270kg)。阀芯尺寸大、质量大、行程长，所以响应慢、换向时间长；同时因尺寸大，泄漏量大，换向冲击也大。另外，滑阀由于采用间隙密封，其抗污染能力差，容易卡死，换向可靠性差，且不适用于低粘废水基介质。再有，现行传统液压阀多为单机能阀，组成系统非常复杂，大流量系统集成起来就更困难。当通径大于32mm时，至今只有法兰连接一种形式，因此，目前采用传统阀可以集成化的系统流量也只限于流量为200L/min以内。由于大流量的管式连接系统存在许多弊病，因此这种系统的集成问题就摆在了人们面前。在这种情况下，国外70年代初开始出现了一种新型的液压控制元件——二通插装阀。插装阀在西欧最初叫做“流体逻辑元件”、“液压逻辑阀”、“座阀式方向阀”，后根据德国制定的标准DIN24342统一叫做“二通插装阀”，简称2-wev阀。英美简称“插装阀”，即CV阀。我国由于译名与理解的原因，叫法很多，有锥阀、逻辑阀、插入阀等。1981年由液压气动标准化委员会审定有关标准，为与国际标准接轨，定名为：二通插装阀，简称“插装阀”。 二通插装阀的出现不仅开发了一种新型的控制元件，它的推广应用也使液压技术的发展提高到一个崭新的阶段。由于它具有一系列独特的优点，如结构紧凑、工艺性好、流动阻力小、通流能力大、响应快、抗污染能力强、工作可靠、寿命长、密封性好、适用于水基介质、效率高、具有多种机能、变型方便、可以高度集成、三化程度高等。因此，这种阀的出现在很大程度满足了液压技术发展的要求，同时得到了世界各国普遍的重视，发展异常迅速。目前世界上生产这种阀最多的公司有：德国的Rexroth、美国的SperryVickers和Denison公司。其中，美国的Denison和德国Rexroth起步较早，而SperryVickers虽起步迟了一些，但产品批量几乎和Rexroth并驾齐驱，列世界第二位，这是由于插装阀是从座阀式控制阀的基础上发展起来的。这种座阀在国内一般叫“单向阀式”、“二级同心式”，在单向阀及溢流阀中早已采用。而美国的Denison和德国的Rexroth公司的传统系列压力阀结构就是座阀式，因此它们的插装阀就是由传统的压力阀系列移植过来的。而美国SperryVickers公司的压力阀系列采用三级同心结构，这种结构不适于插装装，故起步较晚。而SperryVickers的技术实力强，发展较快，现已超过了Denison。英国及日本在引进方面也是发展较快的国家。我国是从70年代中期开始研究和设计开发二通插装阀的。现已陆续完成了从16~160mm通径整个系列的开发定型工作。产品已由专业液压元件生产厂家批量生产，供应市场。包括二通插装主阀单元、控制盖板、集成块及成套液压系统。二通插装阀控制技术已日益广泛应用于锻压机械、塑料机械、冶金机械、船舶、铸造机械、矿山以及其它工程领域，取得了很好的经济技术和社会效益。在“液压控制技术回顾与展望”一文中，笔者从液压技术发展历程中回顾了发生在先导控制、主级结构和连接方式以及集成化中的技术演变，更深入思考了未来液压控制技术的特征以及二通插装阀技术的发展潜力。着眼于未来，着眼于中国，笔者不禁大胆假设:在新一轮的液压控制技术进步中，能否把握住应该属于我们自己的机会?我们大都了解国内液压控制技术发展的历程，从仿制、联合设计到引进，在改革开放之初遭遇了国外技术的冲击，然后以叠加阀和二通插装阀为代表的自主开发形成了一定的符合国情的技术实力，在世纪之交我们又一次而临国外技术更强烈的冲击。现在，一方而全球化和国际化加剧了竞争，加入WTO又使得中国的液压工业处境更为严峻;另一方面，作为发展中国家的基础工业，根基薄弱，整体上技术落后、市场落后，长期跟随、模仿和照抄，自主创新困难重重。摆在我们而前的，只有主动进取、突破常规实现跨越式发展。幸运的是，近20年来我们抓住了改革开放的大好时机，使得二通插装阀技术在中国开花结果并持续保持与国外同步发展。笔者始终坚信，插装阀技术是有望实现在某些点和而上超越发达国家的候选技术，同时又看到国家综合实力不断增强，市场经济发展前景持续看好，更应当满怀信心。2二通插装阀控制系统的一般形式 任何形式的液压系统，无论是传动系统还是控制系统，其中控制元件的基本职能都是实行调速、调压及换向。因此系统中就要有实现上述机能的各种控制阀，对于电液控制系统就会有各种电液伺服阀或各种电液比例阀：对于传动系统就要有各种压力阀、流量阀、换向阀等。现在以图2.1所示系统为例，要完成液压缸的换向动作，靠图中的三位四通电液换向阀即可实现。如果三位四通电液换向阀的主阀采用普通滑阀结构，我们可以把它分解为图2.2的形式。这时可以把三位四通液控滑阀看成是由4个单个的滑阀通过阀杆机械地连接在一起。同时，利用三位四通电磁先导阀对先导油路中的压力油进行控制，使液控主滑阀完成液流由P→A、B→T或P→B、A→T的流动。这时相应的阀口被机械同步地接通或断开。图2.1图2.2如果我们采用单个的座阀代替滑阀，各阀之间用油路相连，而不是机械地连在一起。通过先导油路的变换独立地控制各阀口的开或关。如用图2.3中的油路来完成液控四通滑阀的功能，这样就构成了二通插装阀控制系统。它的原理就是通过控制每个先导油路压力Pc 的变化来独立地控制每个座阀的开关状态。对于图2.3，虚线表示具有一定压力的先导压力油，当座阀的C2和C4与油箱相通时，座阀2、4开启，液流自P→A、B→T，液压缸活塞向右运动。而当C1和C3与油箱相通时，液流自P→B、A→T，液压缸反向，于是完成了液压缸的换向动作。如果对先导液流的压力进行控制，座阀即可实现压力阀控制功能；如果先导压力信号是连续地或按比例调节，座阀就可实现伺服阀或比例阀的控制功能。可见，这种座阀控制起来是相当灵活的。同时，座阀在结构上也克服了传统滑阀工艺性差及径向间隙泄漏的缺点，其密封性好，通流能力强的优点被明显的展露出来，这是插装阀得以迅速发展的根本原因。图2.3用一个简单的例子来说明插装阀的一般形式，即座阀加上先导控制油路即可构成括装阀。图2.3就是由4个插入元件(或称主阀单元)及先导控制油路C1~C4构成的一个液控四通换向阀。一个二通插装阀通常是由插入元件3、先导元件1,控制盖板2和插装块体4等四个部分组成的，如图2.4所示。插入元件是二通插装阀的主级或称功元件，插装在阀体或集成块体中，通过它的开启、关闭动作和开启量的大小来控制液流的通断或压力的高低、流量的大小，以实现对液压执行元件方向、压力和速度的控制。插入元件的工作状态是通过各种先导元件控制的，所以先导元件是二通插装阀的控制级。先导元件除了以板式连接或叠加连接安装在控制盖板上以外，还经常以插入连接方式安装在控制盖板内部，有时也固定在阀体上。控制盖板不仅起盖住个固定插入元件的作用，还起着连接插入元件与先导元件的桥梁作用，更重要的是它本身还具有各种控制机能，它与先导元件一起共同构成二通插装阀的先导部分，是控制级的重要组成部分:在控制盖板上除了按需要加工有相应的控制流道和安装连接孔口外，内部还经常装一些先导元件。插装阀体即我们通常所说的集成块或阀块，上面加工有插入元件和控制盖板等的安装连接孔口和各种流道。由于二通插装阀主要采用集成式连接方式，一般没有独立的阀体，在一个阀体中往往插装有多个插入元件。根据工作要求选择一定形式的插入元件，配上相应的先导元件和控制盖板，便可组合成 具有某中或多种工作机能的液压控制阀或集成块。图2.4插装阀控制单元是一种“单个控制液阻”。该控制液阻通过先导控制可以实现各种不同的控制功能。同时由于先导控制具有容易复合的特点，因此主级单元可以具有多种功能。3技术和经济优势插装阀控制单元的主级采用插装式座阀结构，可以带来一系列好处，具有明显的技术和经济优势。1适用于高压、大流量。同传统的滑阀结构相比，由于二通插装阀采用了座阀结构，从理沦上讲，它己不受流量和压力的限制了、对于高压、大流量的控制系统，插装阀几乎是唯一的选择、目前控制压力可达(42-60)MPa，流量在10000L/min以上。2适用与各种工作介质，座法结构保证了插装阀可以适用与各种水基介质，甚至是纯水介质，例如矿山、化工等依然易爆场合以及海上深水作业的液压机具等。3适用与集成化、组合化、插装式结构有利于高度集成化与组合化、目前流量大于200L/min的液压系统，采用集成化连接插装阀可以说是唯一的选择。另外插装阀还具有控制特性好、抗污染能力强，性能可靠，寿命长等优点。4结束语二通插装阀的出现，使现代液压机液压控制技术实现了从滑阀向二通插装阀的一次质的飞跃。特别是近年来出现的比例插装控制技术，把比例控制和二通插装阀控制技术有机结合，使传统的几通插装阀控制技术从粗放控制进入高精度的比例控制新时代，满足了液压机控制要求的高压化、大流量化、高精度化的控制要求，使二通插装阀控制技术在液压机上的应用更加广泛。 参考文献[1]唐英干．二通插装阀.济南：济南铸造锻压机械研究所，1986.[2]雷天觉．液压工程手册．北京：机械工业出版社，1990.[3]黄人豪．二通插装阀控制技术上海：上海实用科技研究中心，1985.[4]杜育章.CAD设计液几集成块.兵工自动化[J].1990./(4).[5]董华，谢琳，孙庆华.集成式液几系统油路块CAPP系统开发研究.大连理工大学学报.1993./33(1)45-50.[6]袁德荣.插装阀块设计中的CAD技术.锻压机械[J].1986./(5)48-49.[7]雷天觉.新编液压工程手册[M].北京:北京理工大学出版社，1998.[8]黄人豪,淮风根.二通插装阀控制技术在中国的应用研究和发展综述[B].液压气动与密封，2003.[9]王庆国.二通插装阀控制技术.北京:机械工业出版社，2001.[10]郑淑丽.二通插装阀及其液压系统实例分析.山东工业大学学报.2003,22(2):63-65.[11]黄人豪.二通插装阀控制技术.上海:上海实用科技中心，1986.