一種集成多流道的閥塊設(shè)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(shù)量的要求，需要在有限空間內(nèi)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(shè)計方法，并進行了有關(guān)計算分析。

關(guān)鍵詞：閥塊；設(shè)計方法；集成多流道

引言

液壓控制模塊作為液壓控制系統(tǒng)中的核心部件，其承擔(dān)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(nèi)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(shè)計，通過這種方式能夠較好地實現(xiàn)控制模塊的液壓管線布置。

1 設(shè)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(dǎo)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(jù)實際工程需求，所有管線及相應(yīng)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(guān)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(yīng)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(jù)需要布置在閥塊上或者閥塊總成內(nèi)部空間內(nèi)。

1.2 閥塊設(shè)計

閥塊是安裝閥和流量計以及相關(guān)管線的基座，閥塊內(nèi)部根據(jù)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(tǒng)工作時，閥塊是主要的流體壓力承載部件。

由于工作環(huán)境以及液壓油介質(zhì)的特殊性（腐蝕性環(huán)境，使用水基液壓油），閥塊材料選用321不銹鋼，其結(jié)構(gòu)大致如圖2所示。

閥塊內(nèi)部有多路流道，正面有與控制閥對接的接口，側(cè)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(zhì)的O型密封圈作為密封材料。如圖3所示。

1.3 閥塊內(nèi)部流道間距

閥塊主體尺寸為450×420×50，內(nèi)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(jié)構(gòu)形式相同，流道布置形式類似，這些區(qū)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(nèi)壓容器，根據(jù)GB 150相關(guān)內(nèi)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(shù)區(qū)域由于結(jié)構(gòu)形式不同，流道布置形式與上述不同，受結(jié)構(gòu)限制流道中心距不能滿足上述計算要求，這些區(qū)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(nèi)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(dǎo)回路、回油路5000psi壓力計算，計算結(jié)果如圖4所示。

由圖4可知，在所有流道的鄰近區(qū)域，其最大應(yīng)力均不超過材料屈服強度，并且較大應(yīng)力出現(xiàn)在流道交接處，但其影響范圍極小，閥塊能夠滿足實際應(yīng)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(yōu)點在于技術(shù)成熟，能適應(yīng)于小孔的深孔加工，其加工表面質(zhì)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(yīng)的液壓油對流道孔進行循環(huán)沖洗，以去除油污和雜質(zhì)。

2 結(jié)束語

文章討論了一種閥塊的設(shè)計方法，同時對閥塊做了相應(yīng)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(shù)量和整體體積的要求，滿足實際生產(chǎn)需要。

后續(xù)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(nèi)部的部分管線的進一步優(yōu)化，使其功能在閥塊內(nèi)部實現(xiàn)則是下一步工作重點。