一種集成多流道的閥塊設計

摘 要：由于實際工程中的體積限制及其對液壓控制回路數量的要求，需要在有限空間內布置滿足需要的多路液壓管線，為此，采用了一種集成多路流道的閥塊設計方法，并進行了有關計算分析。

關鍵詞：閥塊；設計方法；集成多流道

引言

液壓控制模塊作為液壓控制系統中的核心部件，其承擔著控制液壓線路開閉的重要作用，一般而言，一個控制模塊可以控制十幾路甚至二十幾路的液壓管線。如何在有限的空間內布置下眾多的液壓管線一直都是需要解決的問題。

文章描述了一種多路液壓閥塊的設計，通過這種方式能夠較好地實現控制模塊的液壓管線布置。

1 設計與加工

1.1 概述

通常液壓控制模塊中的液壓管線分為進油路、控制輸出路、回油路、先導回路等，液壓管線上還需要按需要布置控制閥、流量計、壓力變送器等等，根據實際工程需求，所有管線及相應液壓元器件必須集成布置，盡可能減小體積和重量。

為滿足上述要求，并考慮相關液壓元器件的安裝方式，采用集成多路流道的閥塊來達到減少管線的目的，同時，將其作為液壓元器件的安裝基座，這樣布置的液壓管線其總體體積大致為720×720×500，整體布局大致如圖1所示。

閥塊總成由4個閥塊及相應管線、液壓控制閥等組成，總體略成正方體。每個閥塊上布置6路控制輸出路流道，這樣4個閥塊總共可以滿足24路控制輸出的需要，而共用的進油路、回油路等也根據需要布置在閥塊上或者閥塊總成內部空間內。

1.2 閥塊設計

閥塊是安裝閥和流量計以及相關管線的基座，閥塊內部根據實際需要在不同位置和不同方向上開有流道，在工作時，液壓油通過閥塊中的流道到達各路管線，因此在系統工作時，閥塊是主要的流體壓力承載部件。

由于工作環境以及液壓油介質的特殊性（腐蝕性環境，使用水基液壓油），閥塊材料選用321不銹鋼，其結構大致如圖2所示。

閥塊內部有多路流道，正面有與控制閥對接的接口，側面有與相鄰閥塊的螺栓連接和液壓流道密封。

相鄰閥塊的液壓密封采用NBR材質的O型密封圈作為密封材料。如圖3所示。

1.3 閥塊內部流道間距

閥塊主體尺寸為450×420×50，內部主要流道孔徑為5mm，各流道壓力不盡相同，但大部分控制閥結構形式相同，流道布置形式類似，這些區域的工作壓力最高為10000psi，取最大工作壓力1.5倍計算，則有：

將流道視作內壓容器，根據GB 150相關內容計算其壁厚為：

則相鄰流道之間的肉厚？啄≥2.6mm，即相鄰流道中心距不得小于7.6mm。

閥塊中有少數區域由于結構形式不同，流道布置形式與上述不同，受結構限制流道中心距不能滿足上述計算要求，這些區域工作壓力為5000psi，以同樣的方式計算，則壁厚為：

則相鄰流道之間的肉厚？啄≥1.05mm，即相鄰流道中心距不得小于6.05mm。

1.4 有限元分析

使用SolidWorks內置的Simulation有限元分析模塊對閥塊進行有限元分析，驗證其強度是否滿足實際需求。

為簡化計算過程，將閥塊的密封槽、部分螺紋孔等進行了簡化，以進油路、控制輸出路10000psi，先導回路、回油路5000psi壓力計算，計算結果如圖4所示。

由圖4可知，在所有流道的鄰近區域，其最大應力均不超過材料屈服強度，并且較大應力出現在流道交接處，但其影響范圍極小，閥塊能夠滿足實際應用要求。

1.5 加工

閥塊上的主要流道孔直徑僅5mm，而最大長徑比可達80：1，且需要有較好的光潔度和直線度，閥塊的最大加工難點正在于此。

對于此類深孔加工，考慮到成本等各方面因素，選擇槍鉆進行加工，其優點在于技術成熟，能適應于小孔的深孔加工，其加工表面質量能到達Ra3.2，滿足實際需要。圖5為槍鉆。

考慮到工作時對液壓油清潔度的要求，采用超聲波清洗機對加工完成的閥塊進行清洗，之后需要使用相應的液壓油對流道孔進行循環沖洗，以去除油污和雜質。

2 結束語

文章討論了一種閥塊的設計方法，同時對閥塊做了相應的分析計算，對加工工藝做了簡要的說明，其能夠滿足控制模塊對液壓管線數量和整體體積的要求，滿足實際生產需要。

后續需要對實際加工進行更深入的了解和跟蹤，同時，布置在閥塊總成內部的部分管線的進一步優化，使其功能在閥塊內部實現則是下一步工作重點。