幾種常見換向閥的工作原理
1.換向閥的分類
換向閥按結(jié)構(gòu)類型及運動方式可分為滑閥式、轉(zhuǎn)閥式和錐閥式;按閥的安裝方式可分為管式、板式、法蘭式等;按閥體連通的主油路數(shù)可分為二通、三通、四通等;按閥芯在閥體內(nèi)的工作位置可分為二位、三位、四位等;按操縱閥芯運動的方式可分為手動、機動、電磁動、液動、電液動等;按閥芯的定位方式可分為鋼球定位和彈簧復(fù)位兩種。其中,滑閥式換向閥在液壓系統(tǒng)應(yīng)用廣泛,因此本節(jié)主要介紹滑閥式換向閥。
2.換向閥的工作原理
換向閥的工作是利用閥芯與閥體的相對工作位置改變,使油路連通、斷開或變換油流的方向,從而控制執(zhí)行元件的啟動、停止或換向。換向閥的工作原理如圖17所示。當(dāng)液壓缸兩腔不通液壓油,活塞處于停機狀態(tài)。若使換向閥的閥芯左移,閥體上的油口P和A連通、B和T連通。這時,液壓油經(jīng)P、A進入液壓缸左腔,右腔油液經(jīng)B、T回油箱,活塞向右運動。反之,若使閥芯右移,則P和B連通,A和T連通,活塞便向左運動。
3.幾種常見的換向閥
(1)機動換向閥。機動換向閥叉稱行程閥。它必須安裝在液壓缸附近,由運動部件上安裝的擋塊或凸輪壓下閥芯使閥換位。圖18所示為二位四通機動換向閥的結(jié)構(gòu)原理及符號。機動換向閥通常是彈簧復(fù)位式的二位閥。其結(jié)構(gòu)簡單,動作可靠,換向位置精度高,通過改變擋塊的迎角a和凸輪外形,可使閥芯獲得合適的換位速度,以減少換向沖擊。
機動換向閥的規(guī)格型號參見有關(guān)產(chǎn)品樣本。
(2)電磁換向閥。電磁換向閥是利用電磁鐵吸力操縱閥芯換位的換向閥。圖19所示為三位四通電磁換向閥的結(jié)構(gòu)原理圖及其符號。閥的兩端各有一個電磁鐵和一個對中彈簧,閥芯在常態(tài)時處于中位。當(dāng)右端電磁鐵通電吸合時,銜鐵通過推桿將閥芯推至左端,換向閥就在右位工作;反之,左端電磁鐵通電吸合時,換向閥就在左位工作。
圖20所示的是兩位四通電磁換向閥的符號,圖20 (a)所示的是彈簧復(fù)位式,圖20 (h)所示的是雙電磁鐵鋼球定位式,該閥在電磁鐵斷電時仍能保持通電時的狀態(tài),具有“記憶”功能。因此不但節(jié)約了能源,延長了電磁鐵的使用壽命,而且不會因為電源因故中斷引起系統(tǒng)失靈或出現(xiàn)事故,常用于自動化機械及自動線上。
電磁鐵按使用電源的不同,可分為交流和直流兩種。交流電磁鐵使用方便,啟動力大,但換向時間短,需0.01~0.07s,換向沖擊大,噪聲大,換向頻率低(每分鐘約30次),而且當(dāng)閥芯被卡住或電壓低等原因吸合不上時,易燒壞線圈。直流電磁鐵換向時間長,需0.1~0.15s,換向沖擊小,換向頻率高達(dá)每分鐘240次,工作可靠性高,但需有直流電源,成本較高。此外,還有一種本整型(本機整流型)電磁鐵,其上附有二極管整流線路和沖擊電壓吸收裝置,能把接人的交流電整流后自用,因而兼有前述兩者的優(yōu)點。
電磁換向閥產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)如下表所示。
電磁換向閥產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)
型號 |
通徑(mm) |
壓力(MPa) |
流量(L/min) |
生產(chǎn)單位 |
聯(lián)合設(shè)計
H 系列 |
6 10 |
31.5 |
10~40 |
油研 |
聯(lián)合設(shè)計
H 系列 |
6 10 |
21.14 |
7~30 |
|
WE |
5 6 10 |
21~31.5 |
16~100 |
力士樂 |
(3)液動換向閥。液動換向閥是利用壓力油來推動閥芯移動的換向閥。液動換向閥的結(jié)構(gòu)原理及符號如圖21所示。當(dāng)控制壓力油從控制口K輸入后,閥芯在壓力油的作用下,壓縮彈簧產(chǎn)生移動,使閥換位。其工作原理與電磁閥相似。
(4)電液換向閥。電磁換向閥布置靈活,易于實現(xiàn)自動化,但電磁鐵吸力有限,難以切換大的流量;而液動換向閥一般較少單獨使用,需用一個小換向閥來改變控制油的流向,故標(biāo)準(zhǔn)元件通常將電磁閥與液動閥組合在一起組成電液換向閥。電磁閥(稱先導(dǎo)閥)用于改變控制油的流動方向,從而導(dǎo)致液動閥(稱主閥)換向,改變主油路的通路狀態(tài)。
圖22所示為電液換向閥的結(jié)構(gòu)原理及符號。其中,圖22 (a)所示為兩端帶主閥芯行程調(diào)節(jié)機構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖。工作原理可結(jié)合圖22(b)帶雙點畫線方框的組合閥圖形符號加以說明。常態(tài)時,先導(dǎo)閥和主閥都處于中位,控制油路和主油路均不進油。當(dāng)左端電磁鐵通電時,先導(dǎo)閥處于左位工作,控制油自P經(jīng)先導(dǎo)閥作用在主閥左腔K.,使主閥換向處于左位工作,主閥右端油腔K經(jīng)先導(dǎo)閥回油至油箱,此時,主油路P與B、A與T相通。反之,當(dāng)先導(dǎo)閥左電磁鐵斷電,右電磁鐵通電時,則主油路油口換接,此時,P與A、B與T相通,實現(xiàn)了換向。圖22 (d)所示為電液換向閥的簡化符號。在回路中常以簡化符號表示。
下面介紹電液換向閥控制油的進油和回油方式及閥的附加裝置。
1)控制油的進油和回油方式。若進入先導(dǎo)閥的壓力油(即控制油)來自主閥的P腔,這種控制油的進油方式稱內(nèi)部控制,即電磁閥的進油口與主閥的P腔是溝通的。其優(yōu)點是油路簡單,但因泵的工作壓力通常較高,故控制部分能耗大,只適用于電液換向閥較少的系統(tǒng)。若進入先導(dǎo)電磁閥的壓力油引自主閥P腔以外的油路,如專用的低壓泵或系統(tǒng)的某一部分,這種控制油的進油方式稱為外部控制。若先導(dǎo)電磁閥的回油口單獨接油箱,這種控制油的回油方式稱為外部回油。若先導(dǎo)閥的回油口與主閥的T腔相通,則稱為內(nèi)部回油。內(nèi)回式的優(yōu)點是無須單設(shè)回油管路,但先導(dǎo)閥允許背壓較小,主回油路的背壓必須小于它才能采用,而外回式不受此限制。由此可見,先導(dǎo)閥的進油和回油可以有外控外回、外控內(nèi)回、內(nèi)控外回、內(nèi)控內(nèi)回4種方式。圖22所示為外控外回式。
2)電液換向閥供選用的附加裝置主要如下。
①換向時間調(diào)節(jié)器。又稱阻尼調(diào)節(jié)器,是一疊加式單向節(jié)流閥,可疊放在先導(dǎo)閥與主閥之間。圖22 (c)所示為裝有雙阻尼調(diào)節(jié)器的電液換向閥的符號。左電磁鐵通電后,控制油經(jīng)左單向閥抵主閥芯左控制腔,右控制腔回油需經(jīng)右節(jié)流閥才能通過先導(dǎo)閥回油箱。調(diào)節(jié)節(jié)流閥開口,即可調(diào)節(jié)主閥換向時間,從而消除執(zhí)行元件的換向沖擊。
②主閥芯行程調(diào)節(jié)機構(gòu)。圖22 (a)中,調(diào)節(jié)主閥閥蓋兩端的螺釘,則主閥芯換位移動的行程和各閥口的開度便可調(diào)節(jié),通過主閥的流量也隨之變化,因而對執(zhí)行元件有粗略的速度調(diào)節(jié)作用。
③預(yù)壓閥。以內(nèi)控方式供油的電液換向閥,若在常態(tài)位使泵卸荷,為克服閥在通電后因無控制油壓而使主閥不能動作的缺陷,在主閥進油口中插裝一個預(yù)壓閥(即具有較硬彈簧的單向閥),使其在卸荷狀態(tài)下仍有一定的控制油壓,足以使主閥芯換向。圖23所示為一具有M型中位機能、裝有預(yù)壓閥f的內(nèi)控外回式電液換向閥的符號。
④插入式阻尼器。即一固定小孔節(jié)流器,必要時插人先導(dǎo)閥的進油口,以限制進入先導(dǎo)閥的流量,從而控制主閥的換向速度。
電液換向閥技術(shù)參數(shù)如下表所示。
電液換向閥技術(shù)參數(shù)
型號 |
通徑(mm) |
壓力(MPa) |
流量(L/min) |
生產(chǎn)單位 |
聯(lián)合設(shè)計
E
Y
D |
16 20 32
50 65 80 |
21 31.5 |
75~1250 |
|
WEH |
16 25 32 |
31.5 |
170~1100 |
力士樂 |
(5)手動換向閥。手動換向閥是用手動杠桿操縱閥芯換位的換向閥。圖24所示的是手動換向閥的符號。按換向定位方式的不同,分為鋼球定位式和彈簧復(fù)位式兩種。當(dāng)操縱手柄的外力取消后,前者因鋼球卡在定位溝槽中,可保持閥芯處于換向位置,后者則在彈簧力作用下使閥芯自動回復(fù)到初始位置。
手動換向閥結(jié)構(gòu)簡單,動作可靠,有的還可以人為地控制閥口的大小,從而控制執(zhí)行元件的運動速度。但由于需要人工操縱,故只適用于間歇動作而且要求人工控制的場合。在使用時必須將定位裝置或彈簧腔的泄漏油排除,否則會由于漏油的積聚而產(chǎn)生阻力影響閥的操作,甚至不能實現(xiàn)換向動作。如推土機、汽車起重機、叉車等油路的控制都是手動換向的。
(6)轉(zhuǎn)閥式換向閥。通過手動或機動使閥芯旋轉(zhuǎn)換位,實現(xiàn)改變油路狀態(tài)的換向閥。圖25 (a)所示的是三位四通O形轉(zhuǎn)閥的結(jié)構(gòu)及符號。在圖示位置時,P通過環(huán)槽c和閥芯上的軸向槽b與A相通,B通過閥芯上的軸向槽e和環(huán)槽a與T相通。若將手柄2順時針方向轉(zhuǎn)動90°,則P通過槽c和d與B相通,A通過槽e和a與T相通。如果將手柄轉(zhuǎn)動45°至中位,則4個油口全部關(guān)閉。通過擋塊撥桿3、4可使轉(zhuǎn)閥機動換向。由于轉(zhuǎn)閥密封性差,徑向力不易平衡及結(jié)構(gòu)尺寸受到限制,一般多用于壓力較低、流量較小的場合。轉(zhuǎn)閥式換向閥的圖形符號如圖25 (b)和(c)所示。