佳木斯大学学报JOURNAL OF JIAMUSI UNIVERSITY1999 年第 17 卷第 2 期VOL.17NO.21999多路组合换向阀卸荷性能分析及卸荷阀设计王丽梅刘宝田关忠杰臧克江张新宇刘宇辉 摘要分析了工程上常用的多路组合换向阀卸荷性能特点，并扼要地介绍了工程上广泛应用的卸荷阀设计方法关键词多路组合换向阀卸荷性能卸荷阀设计分类号TH 137.52THE UNLOADING PERFORMANCE ANALYSISING OF THE MULTIPLE TRACK SOMBINATION TUMBLER SWITCH AND THE DESIGNING OF THE UNLOADING VALVEWang LiMei Liu BaoTian Guan ZongJie(The Hydraulic Component Factory of the Jiamusi University,Jiamusi,154007)Zang Kejiang Zhang Xinyu Liu Yuhui ( Jiamusi University)ABSTRACTIn this paper, We analysed the unloading performance feature of the multiple track combination tumbler switch which is always used in the engineering and introduced simply the designing method of the unloading valve which is widely used in the engineering.KEYWORDSmultiple track combination tumbler, unloading performance, unloading valve design0引言多路组合换向阀，由于结构紧凑，便于集中操纵，油路短，压力损失小等优点，在农业机械、工程机械多执行元件的液压系统中广为应用多路组合换向阀又经常与单向阀、液控单向阀、安全阀等组为一体，因此除了其换向功能之外，还具有使系统限压、卸荷、执行元件的锁位等功能，特别是卸荷功能尤为重要在农业机械中，特别是联合收割机中，普遍使用多路组合换向阀，各执行元件间断工作，液压系统经常处于卸荷状态，卸荷性能的好坏对系统影响较大，如果卸荷压力高，能量损失大，系统温度升高，甚至使系统不能正常工作因此有必要对其卸荷性能进行分析，并合理地设计卸荷阀1卸荷性能分析多路组合换向阀的卸荷方式大体分以下几种1.1贯穿式卸荷如图 1a 所示，卸荷通道和压力阀分别设立卸荷时，各联阀芯均处于中立位置，油源来油经一条专用的贯穿各路阀的油道卸回油箱，卸荷油道贯穿各路换向阀当其中任一路阀工作 图 1多路组合换向阀卸荷原理图时（即把此卸荷油道切断）油源来油就从该路换向阀进入所控制的执行元件，工作压力大小由图中压力阀限定采用该种卸荷方式优点是换向阀阀杆从中立位置工作位置的移动过程中，卸荷油道是逐渐被关闭的，进入执行元件的油量逐渐增加，系统压力逐渐升高，执行元件启动平稳，无冲击，而且有一定调速性能，压力阀结构简单其缺点是卸荷油道长，压力损失大，尤其换向阀路数多时，弊端更为突出，该种卸荷方式多用于路数较少的场合1.2卸荷阀式卸荷该种卸荷方式又分两种1.2.1 贯穿控制式卸荷阀卸荷图 1b 所示，卸荷阀和安全阀为一体，组成先导式压力阀，该阀即是卸荷阀又是安全阀，有时又是溢流阀卸荷时其控制油道贯穿各路换向阀，同前述卸荷油道当各路换向阀处于中立位置时，卸荷阀的控制油道（见图 1b 和图 2）贯穿各路换向阀并与油箱连通卸荷时，大部分油液卸荷，通道短，压力损失低任一路阀换向工作，便切断控制油道，油源来油就从换向阀进入执行元件工作，其工作压力大小由导阀控制此时系统压力为导阀调整压力该种卸荷方式，既使换向阀路数增加，只是控制油道增加，卸荷压力增加不大，始终保持较低卸荷压力，此种卸荷方式多用于手动换向阀，卸荷可靠1.2.2 电磁阀控制式卸荷阀卸荷 该种卸荷方式与前种不同点是其控制油道与油箱通断与否，由电磁阀控制，见图 1c，卸荷油道短，卸荷时压力损失低，又便于自动控制，但卸荷的可靠性低，多用于电磁多路阀的场合2卸荷阀的设计工程上使用多路组合换向阀，就目前来看多为手动式，其卸荷方式多采用贯穿控制式卸荷阀卸荷，卸荷阀经常采用图 2 的结构形式，下面简要介绍一下其设计方法2.1主阀结构形式的选择卸荷阀（又是安全阀）的主阀按配合形式不同可分为三级同心、二级同心和滑阀式三类其中滑阀式结构工作压力低，控制压力精度不高；三级同心结构虽成熟，目前应用较广，但与二级同心式比较，不及二级同心式动作灵敏，规格相同，行程相同时，二级同心结构的通油能力远大于三级同心结构；二级同心式控制压力稳定，加工工艺性好，二级同心式应用前景广阔，这里以二级同心结构为例如图 2，讨论其结构尺寸设计方法图 2卸荷阀结构原理图2.2主要结构尺寸的确定2.2.1阀的通径 D0通径 D0也是整个多路阀的进口直径，D 0取的大，阀的结构尺寸就大，不经济，D 0取的小，油液流动不通畅，压力损失大，容易发热应使多路阀通过额定流量时其油液流速不超过允许值，即：(1) 因此(2)式中 V n通过阀额定流量时的液流速度 （m/s）;Q n 通过阀的额定的流量 （m 3/s）;V n 液流进入阀口时允许流速 （m/s）, 一般取为3m/s6m/s2.2.2主阀座孔直径 D2适当增大 D2有利于提高阀的灵敏度，但过大会使阀不易稳定，一般先根据经验公式确定主阀阀芯过流部分的直径 D1，然后决定 D2根据经验公式取(3)(4)2.2.3主阀芯大直径 D根据一般资料和经验可知，适当增加主阀芯大端直径 D，可以提高阀的灵敏度，降低阀的压力超调量，可提高阀的开启压力，保证阀工作稳定，不过，D 值过大，将使阀的结构尺寸和阀芯质量加大，主阀上腔容积增加，导致动态过程时间延长， 太小又保证不了静态特性要求，一般应保证：(5)2.2.4主阀芯半锥角 1主阀芯半锥角 1越大，则流量增益越大，有利定压精度提高，但锥角越大，则阀座的接触支反力越小，这对密封性不利，一般取(6)根据资料12，为保证阀芯关闭的密封性，把阀座也做成一定锥角，设其半锥角为 ，并使 - 1 3.52.2.5主阀芯阻尼孔 d0 及长度 l0主阀芯上阻尼孔 d0 越小，其长度 l0越长，则节流与阻尼作用越显著，阀的启闭特性好，动态稳定性好，但阀芯动作滞后大，灵敏度降低，增加了动态压力超调量，且易堵塞、工艺性也不好，一般根据经验取(7)(8)额定流量大时取大值2.2.6主阀芯最大升程 hmax主阀芯最大升程 hmax 可根据通过阀口的流量公式得(9) 式中： C 1-主阀口的流量系数（无因次），图 2 结构可取 C1=0.78油液密度，取 850900 kg/m 3P x 卸荷压力，通常取 Px=(0.20.5)MPa2.2.7主阀芯导向长度 l增大主阀芯导向长度 l,有利主阀芯工作稳定,减少啸叫和压力振摆,但过大，结构尺寸增加.建议 l 1.2D2.2.8导阀芯半锥角 2导阀要求有良好的密封性，而且导阀流量增益太大对稳定性不利，故一般导阀半锥角 2取为 202.2.9导阀座孔径 d，d 1导阀座孔直径 d 大，导阀芯工作稳定性好，则导阀弹簧力加大，结构尺寸增大，一般取 d=(25)d 0；另外，d 1对导阀动态特性影响较大，为使阻尼也起正常作用，设计中保证 dd 1 d 02.2.10主阀弹簧的予压量 h1根据经验公式取(10)2.2.11 主阀弹簧刚度 Ky当主阀欲开未开时，根据主阀受力关系（忽略摩擦力、阀芯自重等因素）(11)式中：A 1，A 2分别为主阀芯下、上腔承压面积（m 2)；p 1Q ，p 2Q分别为主阀欲开未开时，下、上腔油压力（Pa)为了使所设计的卸荷阀具有良好的启闭特性，可取(12)式中：P 1n -导阀调整的额定压力(13)式中：Q 20当主阀欲开未开时导阀的溢流量(m 3/s)通常取 Q20=(0.010.02)Q n (m3/s)C 2导阀口流量系数，通常取 C2=0.78 a 主阀芯阻尼孔断面面积（m 2）2.2.12 导阀弹簧予压量 x10和刚度 Kx可根据导阀欲开未开时导阀芯受力关系导出：(14)根据经验：(15)(16)式中：x 1 为主阀欲开未开时导阀开启量由(14),(15),(16)可确定x10和 Kx值3关于卸荷阀啸叫与压力振摆的讨论图 2 所示的卸荷阀同一般先导式溢流阀结构原理一样，在调试过程中，也存在啸叫与压力振摆现象根据有关资料3介绍，产生压力振摆主要原因：1）主阀芯导向长度太短，主阀芯工作中不稳；2）导阀的控制油路不应由主阀上腔引出，该处压力在主阀工作中就是变化的，随流量变化而变化，必然引起压力摆动；3）导阀芯处于悬空状态，工作中要偏移，导阀口径向间隙不均，必然产生啸叫和振动 减少啸叫和压力振摆方法，应保证零部件加工装配质量和合理的结构参数，适当加长主阀芯导向长度，使导阀芯加上导向支承作者简介：王丽梅，女，1945 年 10 月出生，1987 年毕业于佳木斯工学院大学机械制造专业，现任佳木斯液压件厂工程师。作者单位：王丽梅刘宝田关忠杰 （佳木斯大学液压件厂,佳木斯,154007）臧克江张新宇刘宇辉 （佳木斯大学工学院）参考文献1何存兴液压元件北京：机械工业出版社2曾祥荣等液压传动北京：国防工业出版社3周维科等DB 型先导式溢流阀啸叫问题的试验研究，机床与液压1998（5）收稿日期：1998-12-07