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液壓閥是一種用壓力油操作的自動化元件,它受配壓閥壓力油的控制,通常與電磁配壓閥組合使用,可用于遠距離控制水電站油、氣、水管路系統的通斷。而液壓閥的核心部件即為液壓閥塊,液壓閥塊在液壓閥中起到控制液流的方向、壓力和流量的重要作用。液壓閥塊的使用不僅能簡化液壓系統的設計和安裝,而且便于實現液壓系統的集成化和標準化,有利于降低制造成本,提高精度和可靠性。
液壓閥塊在液壓系統中的重要性已被越來越多的人們所認識,其應用范圍也越來越廣泛。液壓閥塊的使用不僅能簡化液壓系統的設計和安裝,而且便于實現液壓系統的集成化和標準化,有利于降低制造成本,提高精度和可靠性。
然而,隨著液壓系統復雜程度的提高,也增加了液壓閥塊的設計、制造和調試的難度,若設計考慮不周,就會造成制造工藝復雜、加工成本提高、原材料浪費、使用維護煩瑣等一系列問題。今天我們就通過下面的介紹,一同來了解下液壓閥塊的相關內容。
2.1 設計要求
液壓閥塊的油路符合液壓系統原理圖是設計的首要原則。設計閥塊前,先要確定哪一部分油路可以集成。每個塊體上包括的元件數量應適中 元件太多閥塊體積大,設計、加工困難;元件太少,集成意義不大,造成材料浪費。以濟鋼第一煉鋼廠方坯連鑄機剪機液壓系統為例,該液壓系統采用插裝閥控制系統流量,動作精度要求較高,并且對系統運行可靠性提出了較高要求。方坯剪切機液壓系統閥塊原理如圖1所示。
1)溢流閥:為保護電機起動或停泵時在低壓區完成,故選擇電磁溢流閥,并保證高壓大流量的工作需求,選擇帶插裝件的溢流閥;2)換向閥:其作用是保證液壓剪油缸換向平穩,無沖擊,并保證只在需剪切時才允許工作,以免發生誤動作;3)平衡閥:本閥作用是為實現平移控制的差動回路,用于液壓剪來進行的定尺切割時油缸差動,在鋼坯剪切時該閥動作;4)卸荷閥:為保證液壓剪快速返回,在旁通處加一常閉閥,此閥只在液壓剪返回時工作;在閥塊的設計中,油路應盡量簡捷,盡量減少深孔、斜孔和工藝孔。閥塊中孔徑要和流量相匹配,特別應注意相貫通的孔必須保證有足夠的通流面積,注意進出油口的方向和位置,應與系統的總體布置及管道連接形式相匹配,并考慮安裝操作的工藝性,有垂直或水平安裝要求的元件,必須保證安裝后符合要求。對于工作中須要調節的元件,設計時要考慮其操作和觀察的方便性,如溢流閥、調速閥等可調元件應設置在調節手柄便于操作的位置。須要經常檢修的元件及關鍵元件如比例閥、伺服閥等應處于閥塊的上方或外側,以便于拆裝。另外,閥塊設計中要設置足夠數量的測壓點,以供閥塊調試用。對于重量30kg以上的閥塊,應設置起吊螺釘孔。但在滿足使用要求的前提下,閥塊的體積要盡量小。設計閥塊時,閥的一組尺寸應自成一體,其安裝面上標出基準螺釘孔的位置,其余相關的尺寸以基準螺釘孔為標準。另外,該視圖上還應標出所裝元件油口代號,同時標出油口的大小和深度,便于孔道的加工和校驗。閥塊應設計裝配圖,保證所裝的元件、管件、密封件安裝后互不干涉。裝配圖上要標注外形尺寸。在布置閥塊孔道時,首先根據系統的總體布置確定各油口的方位,互相溝通的元件應盡量置于互相垂直的相鄰面上以簡化孔道布置,然后先走通主油路,再完成小通徑的油路和控制油路。采用深孔流道時,必須考慮鉆頭的長度及鉆孔時發生偏斜的可能,一般長徑比應小于1mm。所有孔距的確定應保證其壁厚有足夠的強度,對于中高壓系統而言,采用鑄鐵塊的壁厚應大于5mm,采用鋼材的應大于或等于3mm,如果是深孔,還應考慮鉆頭在允許范圍內的偏斜,應適當加大孔距。另外,還應校驗元件的安裝螺釘孔是否與其它孔道貫通。液壓閥塊上安裝閥、法蘭的表面粗糙度應達到Ra0.4,末端管接頭的密封面的表面粗糙度應達到Ra3.2。另外,安裝管接頭的螺孔與其外貼合面之間的垂直度允差至少應為8級。閥塊上所有螺孔應有加工精度要求,一般選7H,螺紋式插裝閥的安裝孔的加工精度應附合產品樣本的要求,插裝閥安裝孔的粗糙度為Ra0.8,此外,還要有尺寸公差和形位公差要求。0型圈溝槽的表面粗糙度為Ra3.2,一般流道的表面粗糙度為Ra12.5。高壓閥塊最好采用35 鍛鋼,一般的閥塊采用A3鋼即可,在用氣割從板材上裁制閥塊材料時,應留有足夠的加工余量,最好將閥塊的毛坯進行鍛造后再加工。1. 根據閥塊在系統中的布置和管路布局初步確定各外接油口在閥塊上的相對位置,并根據流量確定接頭規格;2. 根據閥組工作原理、系統布局、各閥本身特性和維護性能初步確定各控制閥在閥塊上的安裝位置;3. 設計并反復優化各外接口和閥件間的流道,使各流道依據所設計的原理實現正確、合理的溝通。1. 設計閥塊時應考慮系統管路走向,同時應考慮扳手操作空間;對于位置相近且易接錯的油口,應盡量設計或選用不同通徑的管接頭和膠管以便于區分。2. 閥塊上的各油口旁均應標注注油口標識(例如:P、A、T、B、A1、A2、B1、B2、M1、M2),其中,板式閥安裝面的油口標識僅在圖紙上體現,而用于與膠(鋼)管相連接的外接油口和測壓口旁則必須在閥塊體上打相應鋼印,為保證安裝管接頭(或法蘭)后不將標識覆蓋,鋼印距離相應油口邊緣大于7mm(可在技術要求中注明)。3. 閥塊上的外接油口、測壓口應根據管接頭連接尺寸設計,沉孔外徑、深度和螺紋深度均應留有合適的余量,避免安裝時干涉。4. 合理選擇各控制閥的結構形式,同時應避免閥塊集成度過高,尤其應避免在同一閥塊上集成過多的螺紋插裝閥,否則會使閥塊工藝孔成倍增加,油路曲折,壓力損失高,同時造成加工、檢驗和排故困難;但是對于功能相關,油路并聯的板式閥組應盡量集成,以便簡化系統管路。5. 閥塊上采用的板式液壓控制閥安裝面應按廠家樣本提供的尺寸設計,其表面加工質量可參考標準“ISO 4401 Hydraulic fluid power - Four-port directional control valves - Mounting surfaces”或“GB/T 2514液壓傳動 四油口方向控制閥安裝面”的相關規定。6. 閥塊上采用的螺紋插裝閥安裝孔應按廠家樣本提供的尺寸設計,盡量選用和其他品牌型號通用性強和有現有加工刀具的插件。7. 設計閥塊體的孔道時應考慮盡可能減小流阻損失及加工方便。一般工作管路推薦流速為8m/s,回油管路推薦流速為4m/s。8. 閥塊的孔深數值是指從孔道所在視圖表面計算并包括鉆尖的深度。9. 為便于去毛刺和避免污染物沉積,相交孔的結構形式應采用T形結構,其中一個孔的孔深為該孔端面到與之相通孔道的軸線位置,不得采用十字形結構。10. 應避免采用傾斜孔道,必須采用斜孔時,孔道的傾斜角度宜不超過35°,并須保證孔口的密封良好。11. 為防止系統使用中被擊穿,閥塊中間兩兩相鄰(相交或平行)孔道(含安裝螺紋孔)之間的最小壁厚應不小于4mm。但在受布局和結構限制,且孔道所受壓力小于6.3MPa時,孔道之間的最小壁厚可不小于3mm。12. 考慮到集成閥塊上的油孔細而長,鉆孔加工時可能會鉆偏,實際壁厚應在計算基礎上適當取大一些。13. 為避免鉆頭損壞,通常鉆孔深度不宜超過孔徑的25倍。14. 工藝孔道應采用螺塞、法蘭等可拆方式封堵,以便孔道的清理、清洗和檢查。在位置不允許時,對直徑不大于12mm 的孔道,允許采用球漲式堵頭封堵,球漲式堵頭的安裝尺寸應符合“JB/T 9157-1999液壓氣動用球漲式堵頭安裝尺寸”的規定。15. 建議閥塊的工藝孔口部堵頭不凸出安裝面表面。16. 閥塊表面鍍鎳,鍍鎳層厚度0.008～0.015mm。17. 對于不能用剖視圖清晰表示內部孔道相交狀況的復雜閥塊,應用孔系表注明各孔的相交狀況,以便于閥塊檢驗。同時,建議將閥塊的工作原理圖和三維軸測圖附在工程圖中。1. 液壓閥塊設計中,油路應盡量簡捷,盡量減少深孔、斜孔和工藝孔。閥塊中孔徑要和流量相匹配,特別應注意相貫通的孔必須保證有足夠的通流面積,注意進出油口的方向和位置,應與系統的總體布置及管道連接形式相匹配,并考慮安裝操作的工藝性,有垂直或水平安裝要求的元件,必須保證安裝后符合要求。2. 對于工作中須要調節的元件,設計時要考慮其操作和觀察的方便性,如溢流閥、調速閥等可調元件應設置在調節手柄便于操作的位置。3. 須要經常檢修的元件及關鍵元件如比例閥、伺服閥等應處于閥塊的上方或外側,以便于拆裝。另外,閥塊設計中要設置足夠數量的測壓點,以供閥塊調試用,對于重量30kg以上的閥塊,應設置起吊螺釘孔,但在滿足使用要求的前提下,閥塊的體積要盡量小。加工閥塊的材料須要保證內部組織致密,不得有夾層、沙眼等缺陷,必要時應對毛坯探傷。鑄鐵塊和較大的鋼材塊在加工前應進行時效處理和預處理。銑、刨閥塊毛坯等粗加工后,進行鉗工劃線,應留出最后精磨的余量。閥塊的表面粗糙度一定要達到設計要求,尤其是液壓閥、法蘭、管接頭的安裝面上不得有劃線痕跡和其它缺陷,否則會造成滲漏。閥塊的機加工完成后,必須要倒棱、去刺,閥塊中所有的流道,尤其是相貫流道的交叉處必須徹底清除毛刺,這與整個液壓系統的可靠性息息相關,切不可忽視。閥塊進入裝配前必須徹底清洗,最好設置專用的清洗設備,清洗液宜采用防銹清洗液,亦可采用煤油或機油。沖洗時最好有一定的壓力,所有流道特別是盲孔必須清洗干凈,不留有任何鐵屑、污垢和雜物。清洗后的閥塊應馬上進入裝配,否則應涂上防銹油,并將油口蓋住,防止銹蝕和再次污染。閥塊裝配前應再次校對孔道的連通情況是否與原理圖相符,校對所有待裝的元件及零部件,保證所裝配的元件、密封件及其它部件均為合格品。閥塊上的螺堵應加厭氧膠助封,使用厭氧膠前必須對結合面清除油垢,加膠擰緊,24小時后才能通油。1. 液壓閥塊上安裝閥、法蘭的表面粗糙度應達到Ra0.4,末端管接頭的密封面的表面粗糙度應達到Ra3.2。另外,安裝管接頭的螺孔與其外貼合面之間的垂直度允差至少應為8級。2. 閥塊上所有螺孔應有加工精度要求,一般選7H,螺紋式插裝閥的安裝孔的加工精度應附合產品樣本的要求,插裝閥安裝孔的粗糙度為Ra0.8,此外,還要有尺寸公差和形位公差要求。0型圈溝槽的表面粗糙度為Ra3.2,一般流道的表面粗糙度為Ra12.5。3. 高壓閥塊最好采用35鍛鋼,一般的閥塊采用A3鋼或球墨鑄鐵,在用氣割從板材上裁制閥塊材料時,應留有足夠的加工余量,最好將閥塊的毛坯進行鍛造后再加工。加工閥塊的材料須要保證內部組織致密,不得有夾層、沙眼等缺陷,必要時應對毛坯探傷。鑄鐵塊和較大的鋼材塊在加工前應進行時效處理和預處理。制閥塊材料時,應留有足夠的加工余量,最好將閥塊的毛坯進行鍛造后再加工。加工閥塊的材料須要保證內部組織致密,不得有夾層、沙眼等缺陷,必要時應對毛坯探傷。鑄鐵塊和較大的鋼材塊在加工前應進行時效處理和預處理。液壓閥塊調試前應先進行l0～20min回路沖洗,沖洗時應不斷切換閥塊上的電磁換向閥,使油流能沖洗到閥塊所有通道。若閥塊上有比例閥和伺服閥,應先改裝沖洗板,以防損壞精密元件。閥塊調試包括耐壓試驗和功能試驗。試驗時可采用系統本身油源也可采用專用試驗臺。 4. 1 耐壓試驗 液壓閥塊的試驗壓力根據系統的工作壓力Ps來選取,如表l所示。耐壓試驗中應逐級升壓,達到試驗壓力后保壓5～10min,所有連接面不得有滲漏�？紤]到組成試驗臺或液壓系統元件為常規元件,故試驗壓力一般不超過31.5 MPa。
耐壓試驗中如果發現液壓閥與閥塊的結合面上有滲漏現象,應查明滲漏原因,針對問題合理處理,不應采用在結合面上加涂密封膠的方法來堵滲漏。耐壓試驗時,閥塊回路中壓力閥的調壓彈簧應調到最松,節流閥應調到最大。做完耐壓試驗后,應將閥塊上的溢流閥及安全閥調到系統的設定壓力。閥塊上的每一回路的每個閥都應對照液壓系統原理圖進行功能試驗。首先將所試回路的P、T、A、B、X、Y油13連通,其余回路的油13暫時用螺堵或悶蓋法蘭堵住。一般情況下可接溢流閥加載,假如回路中有比例閥、調速閥、節流閥,則應接液壓缸或液壓馬達做試驗。將閥塊上P口的壓力調到工作壓力后,試驗回路的動作功能,要求各元件的動作準確可靠。將閥塊上的壓力閥及壓力繼電器調到系統設定壓力的位置并鎖定,對于減壓閥要求其在外負荷變化時,超調值應符合標準。閥塊上的電磁閥中位機能應正確,換向靈敏,動作可靠,并要多次(5次以上)重復試驗。調節閥塊上的調速閥、節流閥、比例及伺服閥等,觀察輸出流量應隨輸入信號改變。調試中遇到故障時,不要急于拆檢,要先從原理分析,列出引起故障的各種因素,從主到次逐一檢查,并可借助于測壓接頭檢測關鍵點的實際壓力。功能試驗后,及時堵住外露的油口,防止臟物侵入。
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