淺談換向閥在液壓系統中的合理使用

換向閥在液壓系統中是一種控制調節元件，其主要功用是改變油流方向進而控制執行元件的運動方向。

一、換向閥的選用

選擇換向閥時應根據系統的動作循環和性能要求，結合不同元件的具體特點、適用場合來選取。

(1)根據系統的性能要求，選擇滑閥的中位機能及位數和通數。

(2)考慮換向閥的操縱要求。如人工操縱的用手動式、腳踏式;自動操縱的用電動式、液動式、電液動式;遠距離操縱的用電動式、電液式;要求操縱平穩的用機動式或主閥芯移動速度可調的電液式;可靠性要求較高的用機動式。

(3)根據通過該閥的最大流量和最高工作壓力來選取。最大工作壓力和流量一般應在所選定閥的范圍之內，最高流量不得超過所選閥額定流量的120%，否則壓力損失過大，引起發熱和噪聲。

(4)除注意最高工作壓力外，還要注意最小控制壓力是否滿足要求(對于液動閥和電液動換向閥)。

(5)選擇元件的連接方式——管式(螺紋聯接)、板式和法蘭式，要根據流量、壓力及元件安裝機構的形式來確定。

(6)流量超過63L/min時，不能選用電磁閥，否則電磁力太小，推不動閥芯。此時可選用其他控制形式的換向閥，如液動、電液動換向閥。

二、換向閥在回路中的合理使用

1.鎖緊回路

鎖緊回路的功用是使執行元件在任意位置上停留，并且停留后不會因為外力作用而移動位置。圖1為使用液控單向閥的鎖緊回路(雙向液壓鎖)。液控單向閥閥心一般是錐閥式結構，內泄很少，鎖緊精度比較高。為了保證液壓鎖的鎖緊性能，在回路中應該選擇H型或者Y型機能的換向閥。當換向閥處于中位時，執行元件處于預定停留位置，液控單向閥控制油口經過換向閥中位直接和油箱相通，控制壓力充分卸荷，液控單向閥反方向截止，液壓缸因兩腔油液被封閉而鎖緊。實際應用中有換向閥中位機能選擇不當的情況，如某電廠翻滾車機，其液壓系統中鎖緊回路換向閥的機能是M型的，有時鎖緊效果不好，經過更換Y型機能換向閥后，鎖緊性能大為改善。研究其原因，是原系統換向閥的中位機能選擇不當，M型機能的換向閥在中位時，液控單向閥控制油口的油壓不能盡快消失，液壓鎖不能立即關閉，所以鎖緊效果不好。

2.夾緊油路

在一些數控車床和半自動車床上，廣泛應用著由液壓傳動裝置控制工件夾緊與松開的液壓卡盤。液壓卡盤一般由液壓系統中減壓回路(夾緊油路)控制，通過卡盤機械裝置實施對工件的夾緊與松開。因此，關于夾緊油路的設計除應考慮提供穩定的、滿足需求的夾緊力外，一個十分重要的問題是要保證工件夾緊的安全可靠。

圖2為某半自動車床液壓系統中的夾緊油路，夾緊油路中減壓閥的作用是調整所需要的夾緊力，滿足液壓卡盤夾緊需求;單向閥阻止液體反向流動，起到短時保壓作用，同時單向閥的反向截流作用阻止了反向液壓沖擊，對液壓泵起到了保護作用;換向閥在該回路中的作用是控制卡盤夾緊或者松開工件。因此，換向閥的選擇對于設備安全運行顯得十分重要。換向閥的選擇原則應該是即使設備工作時突然斷電，仍然能夠保證卡盤可靠地夾緊工件。因此常常選用斷電夾緊的二位四通電磁換向閥。如果選擇通電夾緊的二位四通電磁換向閥，在意外情況突然斷電時，卡盤松開，工件還在轉動，后果不堪設想。

另外為了避免通電夾緊等問題，可以選擇具有記憶功能(不自動復位)的二位電磁換向閥，斷電時換向閥閥芯位置不變，油路不變，可以實現保壓夾緊。其次選擇0型或者M型中位機能的三位換向閥也是一種值得考慮的方法。

3.多級調壓回路

圖3(a)(b)所示為一種采用兩個溢流閥的二級調壓回路。溢流閥2的調整壓力是P1，溢流閥3的調整壓力是P2，圖3(a)所示情況系統壓力為P1，在二位二通閥切換后，閥3為遠程調壓閥，且閥3的出油口與油箱接通，這時系統的最大壓力就決定于閥3的調整壓力P2了，其中P1>P2。在這種回路中，二位二通閥分別置于圖3(a)(b)兩個位置，都能實現上述功能，但從系統壓力轉換時的壓力穩定性考慮，圖3(a)布置應該比圖3(b)布置合理。這是因為圖3(a)回路中的二位二通閥4接在閥3的出油口處，這樣，從閥2的遠程控制口到二位二通閥4的油路里經常充滿壓力油，閥4切換時系統壓力從P1降到P2，不會產生很大的壓力沖擊。而圖3(b)回路中，閥3與閥5間的油路內沒有壓力，閥5切換時溢流閥2遠程控制口處的瞬間壓力由P1下降到幾乎為零后再回升到P2，系統將產生較大的液壓沖擊，產生噪聲。

4.電液換向閥

電液換向閥由液動換向閥(主閥)和電磁換向閥(導閥)組合而成。電磁閥起先導作用，用來控制油液的方向，使液動閥換向，液動閥來控制執行元件的運動。由于電液換向閥閥芯的移動速度可調，因而就調節了執行元件液壓缸換向停留時間，并可使換向無沖擊。它的換向性能好，使用于高壓大流量場合。如中、大型液壓機液壓系統的回路，YT4543型動力滑臺液壓系統都是應用電液換向閥的實例。而在這些液壓系統中，電液換向閥的電磁閥(先導閥)都采用的是Y型中位機能，這是因為在中位時進油口被封住，可保持控制油液的壓力;二是它的兩個工作油口此時與主閥芯兩端控制腔相同，且和油箱相通，在主閥兩端彈簧力的作用下，使主閥芯能從左位(或右位)回到中位。若采用O型或M型中位機能，當先導閥回復到中位后，主閥芯兩端的控制油路立刻處于切斷狀態，從而使主閥芯無法從左位(或右位)回到中位。

圖4所示設計的回路中，當電磁鐵1YA或2YA帶電時，液壓缸不動作。究其原因是圖4回路中電液換向閥的導閥(電磁閥)，其中位機能是M型的，液壓泵啟動后經閥的中位卸荷，其輸出油壓為零或很低，盡管1YA或2YA通電，但由該泵所提供的控制油壓卻推不動主閥——液動閥的閥芯，故電液換向閥不能移動、切換，因此液壓缸不動。

改進方法:將電液換向閥的導閥(電磁閥)中位機能換成Y型或O型的。

5.復雜換向回路

專用液壓設備換向回路如圖5所示，設計上不僅要實現液壓缸的前進、后退，而且還要求液壓缸活塞能在其行程中的任意位置上停止。

圖5 專機液壓系統換向回路

如圖5所示，圖5(a)存在的問題是:在調試過程中發現，在液壓缸活塞向左運動的過程中(即1YA通電，閥2處于右位，閥3處于左位時)，如果lYA斷電，按設計要求，閥2本應處于中位，閥3處于右位，液壓缸活塞停止運動。但實際上，液壓缸活塞卻繼續向左運動，直至走完全行程才停下。

問題原因分析:經分析、檢測的知，這是由于液動二位三通換向閥3的左端控制油路，與具有一定背壓的液壓缸有桿腔回油管相通的緣故。這樣，盡管三位四通電磁換向閥2由右位換到中位，即由控制液壓缸前進(活塞向左運動)位置，變換到液壓缸停止位置，但由于回油管的背壓，使液控閥3不能復位至右位，致使液壓缸無桿腔仍通壓力油;因而液壓缸繼續不停地向前運行，直至行程終點。

改進措施:圖5(b)為改進后的回路，它克服了原回路的毛病，達到了設計要求。同時液控換向閥在設計使用中，應該注意其控制油路與主回油路的干擾問題。

(作者單位:新疆昌吉職業技術學院)