上海方工閥門制造有限公司
SHANGHAI FANGGONG VALVES Manufacturing Co., Ltd.
400-820-4057
訂購電話:
15年閥業(yè)專業(yè)生產(chǎn)企業(yè)
前沿科技 精工品質(zhì) 你身邊的閥門廠家! 
微信
NEW CENTER
新聞中心
您的當前位置:????
【上海閥門】6DBF10型六聯(lián)電液比例閥研制原理
目前井下礦山設備已廣泛采用液壓傳動和液壓控制技術來實現(xiàn)設備所需要的動作,因此井下礦山設備遙控操縱的一個關鍵問題是,如何把多路電信號輸入轉(zhuǎn)換成多路液壓能輸出。6DBF-10 型六聯(lián)電液比例閥正是為解決這一問題而研制的新產(chǎn)品。該產(chǎn)品不但實現(xiàn)了多路電信號到多路液壓能的成比例轉(zhuǎn)換,還具有體積小、質(zhì)量輕、輸出線性好、重復精度高、響應快等優(yōu)點。木文就該閥的結(jié)構(gòu)設計、工作原理、設計計算、性能測試、加工制造、應用等方面進行了論述。
來源:http://m.sh-hb.com.cn/news.html | 作者:fanggong | 發(fā)布時間: 584天前 | 3504 次瀏覽 | 分享到:

1 引言

上海閥門了解到地下礦山有些地點的作業(yè)環(huán)境十分惡劣,為了保護操作人員的安全,使用遙控操縱的礦山設備是非常必要的。在國外,無線遙控的鏟運機、有線遙控的混凝土噴射車、電腦控制的全自動鑿巖臺車等礦山設備已經(jīng)得到廣泛應用,取得了良好的使用效果,改善了作業(yè)條件,降低了勞動強度,在保障作業(yè)人員安全的同時又提高了作業(yè)效率。在國內(nèi),遙控操縱的礦山設備的研制生產(chǎn)還處于起步階段,存在的一個重要問題是如何把多路控制電信號成比例地轉(zhuǎn)換成多路液壓能輸出,完成電-液的轉(zhuǎn)換工作。為實現(xiàn)這一突破,北京礦冶研究總院、楓陽液壓電磁元件廠、白銀有色金屬公司、北京重型汽車制造廠合作研制了適合礦山機械使用的 6DBF-10 型六聯(lián)電液比例閥[1],該閥在實驗室的測試數(shù)據(jù)達到國外同類產(chǎn)品的先進水平。為了驗證該閥的實際使用性能,在中國有色金屬工業(yè)總公司礦山機械化攻關項目 HPC-11 型混凝土噴射車研制過程中,替代進口比例閥產(chǎn)品,取得了良好的使用效果,保證了該攻關項目的順利完成。

2 結(jié)構(gòu)設計和工作原理

2.1 結(jié)構(gòu)設計

6DBF-10 型六聯(lián)電液比例閥主要由主閥、先導減壓閥、比例電磁鐵和輔助閥四部分組成,見圖1。主閥是該比例閥的主體,包括主閥體、主閥芯和彈簧等。

(1)主閥體。其大小直接影響整個比例閥的體積,因此主閥體應盡可能設計得小些。國內(nèi)一般采用每聯(lián)一片的分片式主閥體或整體式主閥體兩種形式。由于主閥體內(nèi)部通油孔道很多,又是主閥芯和輔助閥的包容殼體,在連接螺栓及內(nèi)部高壓油的作用下容易變形。比例閥是靠電磁力及先導油壓控制的,操縱力較小,容易卡閥,因此要求主閥體有較好的強度和剛度,防止閥芯卡住。分片式閥體比較單薄,很難同時滿足強度、剛度大而體積又小的要求。雖然可采取整體式的主閥體,加大主閥體的剛度,減小主閥體的體積,但多聯(lián)閥共用一個主閥體,主閥體的重量很大,內(nèi)部結(jié)構(gòu)過于復雜,大大增加了加工難度,鑄件的廢品率也顯著增加,導致生產(chǎn)成本提高。另外,用戶在選用比例閥為不同的主機配套時,對比例閥的聯(lián)數(shù)及閥的中位機能會有不同要求,整體式主閥體的靈活性、互換性、通用性都很差,難以滿足要求。所以,在比例閥的設計中,采用每兩聯(lián)閥使用一個主閥體,即形成塊式的主閥體,這樣就兼顧了鑄造、加工、強度、剛度幾方面的要求,同時也有利于用該閥體組成不同聯(lián)數(shù)的比例閥,滿足用戶的不同需求。

此外,主閥體上還設計了輔助閥(包括過載閥、防空穴閥、單向閥)插裝孔,以便根據(jù)液壓系統(tǒng)需要插裝不同的輔助閥,使系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)十分緊湊。

在主閥體與主閥體之間連接螺栓孔處,設計了薄墊片,減小主閥體在螺栓頂緊力下的整體變形,防止卡閥。

(2)主閥芯。采用圓弧節(jié)流槽作為主閥閥口,與三角形節(jié)流閥口相比,具有輸出線性好、抗污能力強、主閥芯不易被卡住等優(yōu)點,這對保證比例閥可靠工作是很重要的。

(3)先導減壓閥。布置在主閥體的兩側(cè),每一聯(lián)主閥用兩個先導減壓閥來控制,每一個先導減壓閥控制主閥芯位移的一個方向和大小,達到控制流量大小和方向的目的。由于先導減壓閥是壓力控制元件,反饋的是油壓,對閥體沉割槽尺寸精度要求不高,設計中采用鉆閥通油孔同時形成閥體沉割槽的方式,減少機加工量,降低成本。

(4)比例電磁鐵。比例電磁鐵是電流一機械力轉(zhuǎn)換器件,鐵芯的純度、扼鐵的尺寸精度和摩擦性能都有很高要求。為了少走彎路,縮短研制周期,采用 GP 系列比例電磁鐵,該產(chǎn)品是德國 BSO 控制技術有限公司許可證產(chǎn)品,線性好、滯環(huán)小、質(zhì)量可靠,能夠滿足使用要求。

(5)輔助閥。為了簡化液壓系統(tǒng),減少管路連接,該電液比例閥除主閥、先導減壓閥、比例電磁鐵外,還在主閥體上集成有單向閥、減壓閥、安全閥、過載閥和防空穴閥,組成了多功能電液比例閥。

各輔助閥的功能為:①單向閥。安裝在每一聯(lián)的進油路上,可防止工作時各聯(lián)的相互干擾,避免“點頭”現(xiàn)象。②減壓閥。減壓閥用來把工作系統(tǒng)高壓油減到 3.5MPa,作為控制油源,省掉專門的先導供油回路,簡化液壓系統(tǒng)。③安全閥。該閥是用來防止液壓系統(tǒng)油壓過高,保護液壓閥及系統(tǒng)安全。④過載閥和防空穴閥。該電液比例閥的每一聯(lián)都可插裝過載閥和防空穴閥。過載閥可防止執(zhí)行機構(gòu)因受過大外力而引起的回路油壓過高,保護比例閥、液壓執(zhí)行元件及管路的安全。防空穴閥可對油路進行補油,防止空穴產(chǎn)生。如果某一聯(lián)閥不需要過載閥或防空穴閥,可在插裝過載閥或防空穴閥的位置上加堵即可。

2.2工作原理

電液比例閥液壓原理(圖2)

圖2 電液比例閥液壓原理(1.先導減壓閥 2.比例電磁鐵 3.主閥 4.安全閥 5.單向閥 6.減壓閥 7.過載閥 8.防空穴閥)

首先,比例電磁鐵與先導減壓閥之間以比例電磁鐵定力-先導減壓閥定壓的方式相關連。比例電磁鐵在輸入電流后輸出機械力,推動先導減壓閥閥芯動作,關閉泄油口,接通先導供油油源,有先導油壓產(chǎn)生。先導油壓力反向作用于先導減壓閥閥芯,使其反向移動,直至與機械力平衡,產(chǎn)生與輸入電流成比例的先導控制油壓。

其次,主閥與先導減壓閥之間以先導定壓--主閥彈簧定位的方式耦連。由先導減壓閥輸出的控制油壓,在主閥芯端面上產(chǎn)生一個液壓作用力,使主閥芯克服彈簧彈力而移動,關閉中位泄荷閥口,開啟負載閥口。當主閥芯上液壓作用力與彈簧力達到平衡時,主閥芯停留在與先導控制油壓相對應的位置上,使主閥負載閥口產(chǎn)生一定的開度,有相應的流量輸出。

總之,在額定電流范圍內(nèi),改變比例電磁鐵控制電流,先導減壓閥控制油壓隨之改變,主閥的負載閥口及輸出流量大小也隨之改變,從而起到成比例控制流量的作用。

當比例閥某些聯(lián)不需要成比例控制時,只要把這些聯(lián)上的比例電磁鐵和先導減壓閥換成普通的電磁換向閥,就可改變成沒有中間狀態(tài)、只有開和關兩種狀態(tài)的普通液壓閥。

3 設計計算

比例電磁鐵、先導減壓閥及主閥三者之間的合理匹配是設計的關鍵環(huán)節(jié)。

3.1 先導控制油壓與主閥芯位移

六聯(lián)電液比例閥輸出流量是由主閥芯位移量來控制的,主閥芯的位移量又是由先導控制油壓產(chǎn)生的作用力,克服主閥芯復位彈簧彈力、摩擦力、液動力的結(jié)果。因摩擦力、液動力均很小,忽略不計。主閥芯有大、小兩個復位彈簧。取主閥芯直徑為 16mm,通過彈簧結(jié)構(gòu)參數(shù)的選取和彈簧彈力的設計計算,可得下面計算公式:

p=0.13+0.28x

其中:p 為先導控制油壓;x 為主閥芯的位移(x≤6)

當主閥芯移動到行程終點時(x=6mm),對應的先導控制油壓為最大值 pmax=0.13+0.28×6=1.8MPa。由于有 2mm 的死區(qū),對應閥口即將開啟時的先導控制油壓為最小值 pmin=0.13+0.28×2=0.7MPa。先導控制油壓變化范圍應為 0.7~1.8MPa。

3.2 先導減壓閥閥芯所需推力

為了使主閥芯正常換向,先導減壓閥輸出油壓應在 0.7~1.8MPa 之間變化。取減壓閥閥芯直徑為 5mm,通過減壓閥復位彈簧參數(shù)的選取可計算出先導減壓閥閥芯所需的推力范圍是 19~40.6N。

3.3 比例電磁鐵額定工作電流

比例電磁鐵選用型號為 GP35-4-A,該比例電磁鐵最大輸入電流為 1.2A,最大輸出推力可達 63N。由該產(chǎn)品樣本特性曲線可得,當輸出推力為 40.6N 時,對應的輸入電流為 800mA,此即為比例電磁鐵額定工作電流。

4 加工制造

該比例閥的核心組成部分是閥體和閥芯,這也是加工制造的關鍵。由于主閥體和主閥芯較先導閥體和先導閥芯在結(jié)構(gòu)上復雜得多,因而是加工制造的重點。

4.1 主閥體

主閥體由于內(nèi)部結(jié)構(gòu)復雜、通油孔道很多,對鑄件質(zhì)量要求很高。設計中主閥體采用高強度球墨鑄鐵材料,這種材料具有強度高、韌性好的特點,還有較好的鑄造性能、機加工性能和減磨性能。在制造過程中采用特殊的電化學清砂方法,在化學腐蝕和熱應力的共同作用下,無論是閥體表面還是深孔中的砂子都將從鑄件上剝離下來,清砂效果很好。

4.2 主閥芯

主閥芯工作時換向頻繁,易產(chǎn)生磨損,要求很高的表面硬度。為此采用 38CrMoAl 合金材料,配合滲氮處理,HV 達到 1000 以上,較好地滿足了使用要求。

4.3 配合間隙保證

主閥體與主閥芯配合間隙有很高要求。國外一般采用金剛石鉸刀加工閥孔,保證其尺寸公差和形位公差。由于制造專用金剛石鉸刀費用很高,因此在研制過程中采用研配工藝,閥孔研好,用氣動量頭精確測量閥孔的尺寸,然后根據(jù)該尺寸配磨閥芯,直至達到配合間隙 0.00800.015mm。

5 性能測試及主要技術參數(shù)

5.1 性能測試

六聯(lián)電液比例閥在進行組裝和出廠調(diào)試后,在浙江大學液壓實驗室進行了性能測試[4]。

輸出流量(Q)與穩(wěn)態(tài)輸入電流(I)特性曲線見圖 3。通過多次 Q--I 曲線測試得到,,滯環(huán) 6.1%,重復精度 1.9%,達到設計要求。國外同類產(chǎn)品該項的測試結(jié)果為:滯環(huán) 6.2%,重復精度 1.8%。國產(chǎn)元件與國外同類產(chǎn)品性能指標基木相同。

Q-I特性曲線(圖3)

圖3 Q-I特性曲線

5.2 主要技術參數(shù)

6DBF-10 型六聯(lián)電液比例閥的主要技術參數(shù)為:公稱通徑 10mm、額定壓力 20MPa、額定流量 4OL/min、先導控制油源壓力 3.5MPa、回油口允許背壓 2MPa、比例電磁鐵額定電流 800mA、開關電磁鐵額定電壓 12V、滯環(huán) <7%、重復精度 <2%、頻寬 5Hz、質(zhì)量 31kg。

6 應用

為了考核 6DBF-10 型六聯(lián)電液比例閥的實際使用性能,將其應用在新研制的 HPC-11 型混凝土噴射車上,用來控制該車上的有線遙控噴射機械手。噴射機械手的液壓系統(tǒng)原理見圖4。

噴射機械手的液壓系統(tǒng)(圖4)

圖4 噴射機械手的液壓系統(tǒng)(1.油泵 2.背壓溢流閥 3.六聯(lián)電液比例閥 4.雙向平衡閥 5.舉升油缸 6.油馬達 7.制動器 8.液動順序換向閥 9.梭閥 10.伸縮油缸 11.傾動油缸 12.折迭油缸 13.擺動油缸)

該比例閥的特點是可接收電控信號,而電控信號在運算、處理、傳輸方面優(yōu)勢突出。因此,與該比例閥配套的有線遙控器上只需要兩個操縱手柄,即可完成對六聯(lián)比例閥的控制。噴射機械手上的六個動作油缸是由該比例閥控制的,因此實際工作時工人只需操縱有線遙控器上的兩個手柄,即可完成對噴射機械手六個動作的操縱控制。

上海閥門認為HPC-11 型混凝土噴射車在礦山井下進行了 400h 的工業(yè)試驗。該車由于采用了六聯(lián)電液比例控制,噴射機械手實現(xiàn)了有線遙控功能,噴射機械手的動作可遠距離無級調(diào)節(jié)與控制,操縱自如。通過使用有線遙控器,操作者可在現(xiàn)場選擇適宜的工作地點,以獲得較好的觀察角度,也使反彈的噴射料不會打到操作者身上,在提高作業(yè)安全性的同時,還提高了作業(yè)效率,減輕了工人的勞動強度,因此深受現(xiàn)場工人的歡迎。在整個工業(yè)試驗期間,該六聯(lián)電液比例閥工作良好,未出現(xiàn)任何故障,為混凝土噴射車研制工作的順利完成創(chuàng)造了有利條件。

7 結(jié)語

(1)6DBF-10 型六聯(lián)電液比例閥是一種新型的電液接口元件,實現(xiàn)了多路電信號到多路液壓能的成比例轉(zhuǎn)換。該閥的滯環(huán)、重復精度和頻寬等主要技術指標達到國際先進水平,可以替代同類進口產(chǎn)品,為國家節(jié)約外匯。

(2)該比例閥與傳統(tǒng)的手動操縱液壓閥相比,系統(tǒng)布置柔性加大、操縱方便、安全性好,可有線或無線遙控主機。由于以電信號為控制輸入信號,可以將計算機技術、數(shù)字技術、自動控制技術引入到主機的控制之中,使主機上等級,擴大使用范圍,提高工效,提高競爭能力。

(3)該比例閥適合在多種礦山設備上使用,如混凝土噴射車、鑿巖臺車、鏟運機等。此外,還適合工程機械及建筑機械使用,如高空作業(yè)車、小型挖掘機、小型裝載機等,其推廣應用前景十分廣闊。


文章鏈接來源網(wǎng)址:http://www.bannige.cn/news1.html