裝載機用D32液動多路換向閥的研究

成國真，熊艷倫，陳榮，戴俊

(1.廣州機械科學研究院有限公司，廣東廣州510700;2.廣州市蘊泰精密機械有限公司，廣東廣州510530)

裝載機是我國工程機械中最常見的主要機種之一，它集鏟、裝、運、卸作業于一體。由于其作業速度快、效率高、機動性好、操作輕便，被廣泛應用到我國基建項目、房產建筑、公用事業、礦山和采掘、物料運送、農林等領域［1］。

裝載機液壓系統具有傳動功率大、效率高、體積小、質量輕、結構簡單和使用方便等優點，是液壓裝載機中重要的組成部分，裝載機的動臂升降、鏟斗翻轉和整機轉向等基本動作都需要通過液壓系統來實現。

裝載機多路閥是裝載機液壓系統中的關鍵核心液壓元件，具有結構緊湊、管路連接簡單等優點，在工程機械裝載機中得到了廣泛的應用。多路閥的主要作用是通過改變油液的流動方向來控制鏟斗油缸或動臂油缸的運動方向，或使鏟斗油缸和動臂油缸停留在某一固定位置，并且可以通過改變多路閥閥芯的開口面積來對鏟斗油缸和動臂油缸進行速度控制，以滿足裝載機作業的動作要求。

2011年我國境內29 家主要裝載機制造商累計銷售裝載機246 832 臺，ZL50 作為中國裝載機市場的主要機型，占市場份額的30%以上。作者以ZL50 型裝載機的液壓多路閥(D32 液控多路閥)為對象，具體介紹了多路閥的液壓原理圖、性能參數以及結構特點，并制定了多路閥的測試方案。

1 裝載機D32 液控多路閥的原理

裝載機用D32 多路閥由鏟斗換向閥、動臂換向閥、安全閥、單向閥、過載閥、補油閥組成如圖1所示。與其他手動換向多路閥相比，多路閥采用減壓式比例先導閥控制，降低了多路閥換向的操縱力，提高了多路閥的微動特性。

圖1 裝載機D32 液控多路閥液壓原理圖

為了防止泵超載，在泵的出口和回油道之間設立安全閥，當系統壓力超過額定壓力時，安全閥打開，壓力油流回油箱，保護液壓系統不受過高壓力而損壞［2］;過載補油閥是為了防止液壓缸及其油管超載和避免吸空現象發生而設立的;單向閥是為了克服工作過程中出現的“點頭”現象而設立的。

2 D32 裝載機多路閥性能參數指標和結構特點

2.1 D32 多路閥的性能參數指示

D32 多路閥具有的性能參數指標如下:

公稱壓力:20 MPa;最大壓力:25 MPa;

公稱流量:250 L/min;最大流量:365 L/min;

黏度范圍:28 ～50 mm2/s;油液溫度范圍:－20 ～80 ℃。

2.2 多路閥的結構特點

多路閥閥孔直徑計算

式中:d 為多路閥油道直徑(mm)，Q 為多路閥的最大流量(L/min)，v 為多路閥中液壓油的平均流速(m/s)。按照短管道液壓油推薦速度可取v=10 m/s，計算得:

額定壓力和額定流量下多路閥所需的通流面積計算:

其中:Q 為多路閥額定流量250 L/min;Cd為閥口流量系數，取Cd= 0.7;ρ 為油液密度，取ρ = 889 kg/m3;Δp 為閥口壓差，取Δp=0.9 MPa(國家標準規定不得超過此值)，計算得:

如圖2所示，閥芯過流面積的總和必須大于132 mm2才能保證多路閥能通過額定流量的液壓油。

圖2 多路閥閥芯過流面積示意圖

在油道結構上，通過以上計算多路閥閥孔直徑必須保證28 mm;設計閥芯過流面積時，每條油路的閥芯開口過流面積不得小于132 mm2;另外多路閥的安全閥、過載閥、補油閥及單向閥等采用插裝式結構，通用性好，便于維修，外形結構簡單，安裝方便，同時便于管路布置(圖3所示)。油道結構簡單(圖4所示)，直接減少了系統的壓力損失。

圖3 多路閥外形結構以及連接油口

圖4 裝載機D32 多路閥油道結構

3 裝載機D32 液控多路閥的試驗研究

多路閥對裝載機的控制性能、可靠性、工作效率及使用壽命等有著重要的影響，這就要求多路閥必須符合制造標準的要求，達到產品功能的完整性、性能的可靠性之后才能裝到裝載機上。多路閥的出廠測試(包括換向性能、內泄漏、壓力損失、安全閥性能、其他輔助閥性能和背壓試驗)是指除多路閥產品型式測試以外所進行的測試，目的是篩選出不合格或有缺陷的產品，杜絕多路閥因性能或功能缺陷對主機造成影響，因此有必要在多路閥出廠前對多路閥進行全面的試驗，合格之后才能出廠。另外對多路閥的各種性能及質量參數進行準確而綜合的考核，對多路閥的研制、技術水平的提高有重要的意義。

目前我國有關裝載機多路閥測試的相關標準主要有JB/T 8729.1-1998 《液壓多路換向閥技術條件》和JB/T 8729.2-1998 《液壓多路換向閥試驗方法》，標準中有詳細的出廠測試方法。

3.1 多路閥測試步驟

(1)將多路閥安裝于試驗臺(見圖5)，觀察多路閥各油口通斷情況，檢查油路型式與滑閥機能;

圖5 安裝在試驗臺上的多路閥

(2)對多路閥進行耐壓試驗和背壓試驗，若試驗不合格，則結束試驗;

(3)對多路閥進行內泄漏測試;

(4)進行安全閥調壓范圍試驗、安全閥壓力穩定性試驗、安全閥開啟與閉合特性試驗，若試驗不合格，則更換安全閥后重新進行這一步驟試驗;

(5)過載閥密封性試驗、補油閥密封性試驗，若試驗不合格，則更換過載閥或補油閥后重新進行這一步驟試驗;

(6)對二聯閥進行壓力損失試驗，換向性能試驗;

(7)試驗結束［3］。

3.2 多路閥測試方案原理圖

如圖6所示，裝載機D32 多路閥裝到試驗臺上可以一次性安裝完成測試，避免了實驗人員頻繁拆裝油管的麻煩，提高了測試效率，降低了測試人員的勞動強度［4］。

圖6 裝載機D32 多路閥測試原理圖

4 結論

基于工程機械裝載機液壓系統實現的功能，闡述了裝載機ZL50 的D32 液動多路換向閥的功能特性，介紹了多路閥的液壓原理圖、性能參數和結構上必須保證的數據以及外形結構特點，最后制定了多路閥的測試步驟和測試方案。這些研究結果為多路閥的設計開發奠定基礎，為同行業從事多路閥生產的企業提供參考。

【1】徐曉美，唐倩倩，王哲.混合動力裝載機的研究現狀及發展趨勢［J］.工程機械，2012，43(2):62－65.

【2】陳莉，王新慧，王祥.一種輪式裝載機整體式新型手動換向閥［J］.建筑機械，2009(2):127－129.

【3】王福山，陳建長，萬箭波.液壓多路換向閥試驗臺研制［J］.工程機械，2006，37(12):48－53.

【4】陳建長，王福山，孟祥富，等.液壓多路換向閥試驗過程工作油口控制［J］.工程機械，2010，41(10):61－64.