片式多路閥的結構優(yōu)化設計

陸林海

（上海商蔚機械科技有限公司，上海 201706）

換向閥是一種通過閥芯位置切換來溝通不同油口，從而控制執(zhí)行機構不同方向動作的液壓閥。它將主閥閥芯以及各種輔助性閥類如安全閥、節(jié)流閥、先導控制閥等集成安裝在鑄造閥體內部[1]。從結構形式上分類，換向閥一般分為片式多路閥和板式換向閥[2]。片式多路閥呈片狀，工作油口布置在閥底部，閥體兩側布置有進油聯(lián)和回油聯(lián)。板式換向閥是閥體底部安裝在閥塊上，底部包括壓油、回油以及工作油口。片式主閥在實際應用中多采用多片疊加的形式使用，以此增大通流量，是工程機械中常用的閥件。本文將以片式多路閥的結構優(yōu)化設計為例展開論述。

1 片式多路閥功能設計

片式多路閥從控制形式上，可分為手動控制式多路閥、電磁換向式多路閥、電比例換向式多路閥、液控換向式多路閥以及電液換向式多路閥[3]。實際工程中，應用最廣泛的是電磁換向式多路閥。通常是通過油路塊將這些閥件串接在一起控制機構動作，但存在零部件較多、裝配不方便、功能較為單一等缺點，無法滿足日益增長的工程機械智能化的發(fā)展需求。

針對現(xiàn)有的三位四通片式多路閥存在的缺點，本文提出了一種新的片式多路閥功能實現(xiàn)方法。常規(guī)的多路閥一般具備中位機能自鎖或卸荷、左位和右位分別對應不同的機構動作的功能，但是對于負載信號的反饋響應較慢且控制形式單一。在執(zhí)行元件工作的時候會出現(xiàn)動作不平穩(wěn)情況或是在負載壓力出現(xiàn)波動時動作速度也出現(xiàn)很大波動，無法完全實現(xiàn)無極調速[4]。

針對上述問題，本文對多路閥進行了優(yōu)化設計：具備過閥芯流量可控功能，不受負載波動影響；控制方式多樣，能夠實現(xiàn)手動應急操作；控制信號輸入濾波，保證穩(wěn)定的控制信號進入閥體兩端控制口；負載反饋信號濾波，保證主泵負載反饋信號的穩(wěn)定輸入。

2 片式多路閥原理設計

為了實現(xiàn)上述多路閥的功能，從原理上看，它需要具備兩種以上流動形式和兩個以上油口，通過閥芯不同的工作位置實現(xiàn)壓力油的溝通、切斷和換向。要在滿足控制執(zhí)行機構運動方向要求的同時能夠實現(xiàn)無極調速，一般要用到比例多路閥，要求速度不受到負載波動的影響，僅通過控制手柄信號來實現(xiàn)速度控制，此時需要在閥體上疊加壓力補償器。要能夠實現(xiàn)手動應急操作的功能，需要在閥芯控制口加上機械操作手柄控制閥芯運動。要能夠實現(xiàn)控制信號濾波的功能，需要在控制信號輸入口增加節(jié)流阻尼，以減小控制信號壓力脈動。要能夠實現(xiàn)負載反饋信號濾波，需要在多路閥的負載敏感口增加單向節(jié)流閥，以減小負載反饋信號的壓力沖擊。帶負載敏感的片式多路閥一般與負載敏感變量泵配合使用。本文設計的片式多路閥液壓原理，如圖1 所示。

泵出口壓力油通過P 口，經(jīng)過二通壓力補償器進入主閥芯內部。當左側有控制信號輸入的時候（控制信號可以是壓力油、電信號或者機械信號），推動主閥芯向右移動左位工作，壓力油經(jīng)過右側的回路到執(zhí)行機構驅動執(zhí)行機構動作。此時，左側為回油口，油液經(jīng)過左側油路到多路閥T 口流回油箱。當右側有控制信號輸入的時候，推動主閥芯向左移動右位工作，壓力油經(jīng)過左側的回路到執(zhí)行機構驅動執(zhí)行機構動作。此時，右側為回油口，油液經(jīng)過右側油路到多路閥T 口流回油箱。它的負載敏感口反饋給泵的壓力，則是從多路閥的A/B 口取壓力油經(jīng)過梭閥比較后，高壓油反饋給負載敏感泵。系統(tǒng)中在主油路的A/B 口和負載敏感回路的A/B 口均設置有溢流閥，防止系統(tǒng)過載發(fā)揮安全閥的作用。

3 片式多路閥結構設計

片式多路閥是多個換向閥做成片式本體，通過長螺釘串疊在一起，實現(xiàn)控制多個執(zhí)行元件動作的換向閥[5]。本文設計的負載敏感多路閥主要由前端進油聯(lián)閥體、片式比例多路閥和尾聯(lián)閥體3 部分構成。前端進油聯(lián)閥體上設計有截止閥、流量穩(wěn)定閥和減壓溢流閥；片式比例多路閥閥體上設計有壓差補償器、主閥芯、負載敏感壓力比較梭閥、主油路安全閥、負載敏感溢流閥以及控制油進油阻尼；尾聯(lián)閥體主要是在進油流量需求較大的時候，保證可以從首尾聯(lián)同時進油，降低主閥內部流道的壓力損失。本設計具有結構布置緊湊、輕量化、壓力控制穩(wěn)定的特點，同時擁有手動調節(jié)功能，可保證在控制信號斷電的情況下，手動應急操作多路閥的換向，實現(xiàn)緊急工況下的手動應急操作。它的結構設計如圖2 所示。

前端進油聯(lián)閥體連接片式比例多路閥閥體，片式比例多路閥的數(shù)量可以是一片也可以是多片，保證系統(tǒng)全流量經(jīng)過主閥時壓損低于2 000 kPa 即可。多路閥通過并聯(lián)的方式連接在一起，最后的尾聯(lián)閥體與最后一片多一路閥連接在一起。

前端進油聯(lián)閥體上設計有截止閥、流量穩(wěn)定閥和減壓溢流閥，工作時壓力油從進油口流入減壓溢流閥和流量穩(wěn)定閥，穩(wěn)定多路閥的控制口壓力。壓力油進過前端進油聯(lián)閥體后進入片式多路閥本體，通過壓力補償器再進入主閥閥芯內部，按控制口的信號指令進入對應的流道，實現(xiàn)機構的動作。

片式多路閥與前端進油聯(lián)和尾聯(lián)閥體間通過一定的螺桿穿過閥本體的安裝孔將本體一一串聯(lián)起來。連接螺桿的規(guī)格按照閥體本身的安裝孔選型，確定為M8 的螺桿。油口間的密封按要求選擇與油口規(guī)格對應的丁腈橡膠O 形圈密封。

片式多路閥本體上設計有手動應急操作手柄。在斷電的情況下，通過操作應急手柄能夠讓閥芯克服原來保持對稱的彈簧力，驅動閥芯向左或是向右動作，實現(xiàn)閥體內部油路的切換，從而實現(xiàn)執(zhí)行元件動作方向的切換。

片式多路閥進油聯(lián)閥體上設計有負載敏感口，輸出口的負載敏感壓力通過負載敏感口經(jīng)過單向節(jié)流閥后傳遞壓力信號到泵的負載敏感口，實現(xiàn)變量泵的負載敏感控制。

圖3為片式多路閥本體結構，通過數(shù)控加工出內部的流道和外部的安裝接口。

4 片式多路閥應用設計

片式多路閥是工程機械中常用的液壓元件之一。起重機作為較為常見的工程機械，一般具有臂架伸出縮回、臂架回轉、主鉤起升下降以及副鉤起升下降的功能。常規(guī)操作過程中也有需要用到手動操作的工況，本文設計的多路閥能很好地滿足起重機的工作需求。起重機片式多路閥應用液壓原理圖，如圖4 所示。

主泵供油到多路閥，多路閥通過換向切換到不同的工作位置，實現(xiàn)壓力油的換向，從而控制油缸的伸出和縮回。系統(tǒng)中的核心元件是片式多路閥，共5 片多路閥，分別用來控制主臂油缸、折臂油缸以及回轉擺缸的動作。

5 結語

與現(xiàn)有的片式比例多路閥相比，設計的多路閥具有體積小、質量小、系統(tǒng)壓力流量控制穩(wěn)定、可集成多片主閥控制以及帶有手動應急操作的功能，在斷電的情況下依然能執(zhí)行元件的應急操作等。本文從功能、原理、結構以及應用4 個方面論述了片式多路閥設計的可行性和必要性，能切實解決當下比例多路閥存在的控制方式單一、結構體積龐大以及安裝空間需求大等不足，提高工程適應性。