農機液壓旋轉驅動器集成閥塊的設計*

徐明銳，趙 軍

（黑龍江八一農墾大學，黑龍江 大慶 163000）

近年來，隨著農業機械朝著集成化、信息化的方向飛速發展，出現了各種各樣的后置懸掛式農具。這些農具的出現極大地提升了勞動生產效率，解放了勞動力。但大部分懸掛式和半懸掛式農具都需要拖拉機為它們提供工作時所需要的動力。這些機械均是采用不同方式安裝在拖拉機上進行作業，而且這些機具大多選用液壓控制的方式進行操控，驅動動力來自于發動機，由皮帶、齒輪、變速箱等裝置實現動能傳輸，安裝時需要對拖拉機的液壓系統和發動機進行部分改裝，會導致拖拉機自帶的液壓功能無法正常使用，而且降低了前置式機具的互換性和通用性，增加其制造成本和安裝匹配的難度[1]。在傳統的液壓系統中，需要將所有的液壓元件逐級連接，使液壓管路體積龐大且復雜，因此，需要一種簡單且易于更換和維護的液壓集成閥塊，使液壓系統中的部分元件集中在一起，使其組成集成閥塊。

1 工作原理及過程

以拖拉機液壓泵作為動力源，當換向閥處于左位時，由液壓泵輸出的液壓油可驅動液壓馬達進行正向旋轉，達到為農具提供動力的目的；當換向閥處于右位時，液壓油可反向驅動液壓馬達使其反向旋轉，可反向驅動農具或排除障礙和故障。其中，雙溢流制動閥的作用是當液壓馬達在工作中負載突然增大的時候防止液壓油回流，具有保護油路安全的功能。手動換向閥可改變液壓油的流動方向，達到控制液壓馬達轉向的目的。流量控制閥可對油路的流量進行控制，達到控制液壓馬達轉速的目的。

由上述液壓集成閥的工作原理可繪制液壓原理圖，使用CAD軟件繪制，液壓原理圖如圖1所示。

圖1 液壓原理圖

2 集成閥塊的設計

2.1 總體設計

集成閥塊的設計應根據液壓油路的走向，對電磁閥、溢流閥、換向閥等進行合理的布置。在設計之前，應該根據油路圖合理安排，盡量減少閥塊中的彎道設計，從而盡量減少油的壓力損失。閥塊里的油孔和壁厚必須能夠承受最大功率時流量的沖擊壓力。而且必須要考慮到各個油路通道之間的關系，做到使其互不相通、互不干涉。

另外，液壓元件的選擇也是液壓集成閥塊設計的重要環節，應依據其流量和壓力范圍以及流量-壓力曲線，選擇合適的液壓元件。液壓元件選型過小，壓力損失較大，系統發熱加劇；液壓元件選型過大，又會提高成本，造成不必要的浪費[2]。

2.2 液壓閥的選型

根據具體的工作環境，對集成閥塊內的液壓閥進行選擇。流量控制閥選擇海德福斯公司生產的PV08-30A型電磁比例流量控制插裝閥。其主要參數如表1所示。

表1 PV08-30A參數

換向閥采用海德福斯公司生產的MP10-47A三位四通手動換向閥。其最高工作壓力為24 MPa，最大流量為15.14 lpm。

雙向溢流制動閥選擇合肥納博諾特液壓動力設備有限公司生產的VAU3/8''，其最高工作壓力為350 MPa。

2.3 閥塊尺寸的確定

閥塊尺寸應考慮3個安裝閥的類型及外形尺寸，在保證閥內油道孔徑的最小尺寸的原則下，使其盡量做到結構緊湊、體積小、質量輕。閥塊的布局以及連接螺釘孔和外形尺寸確定：在Y坐標方向的寬度y，根據壓力閥類、流量控制閥類的閥孔布局以及連接螺釘和外形尺寸確定；在Z坐標方向的高度H，應按塊體所安裝元件的高度來確定。各種單元回路塊的高度H可以相等，也可以不相等。若根據每個單元回路塊的實際需要確定高度H，固然可以省材料，但會造成高度尺寸不統一，使設計制造和安裝不便。高度H可以取幾種固定尺寸或全部取成一致[3]。

2.4 閥塊內孔道的設計

閥塊內的孔道直徑小，彎道多，液壓油損失的壓力就大。孔道直徑大，彎道少，液壓油損失的壓力就小，但是會增加集成閥塊的體積。因此，在設計集成閥塊內的孔道時，應該合理地確定孔道的直徑和長度，減少彎道，從而達到液壓油損失壓力最小的效果。在設計集成閥塊孔道時，首先根據內部各閥的順序和油口的方向，互相連通的元件應放在2個相互垂直的面上，以簡化孔道布置。然后，先連通主回路，再完成其他控制油路。油道孔的通徑尺寸要適中，最小壁厚要滿足強度要求[4]。

2.5 閥塊3D設計圖

集成閥塊的3D設計圖，如圖2所示。

圖2 集成閥塊的3D設計圖

2.6 材料選擇及技術要求

閥塊的材料可以用球墨鑄鐵、Q235鋼、35號鋼、45號鋼或鋁合金。但是因驅動液壓馬達時內部有較高的壓力，因此，此集成閥塊選用35號鋼。集成閥塊，其法蘭的表面粗糙度應達到Ra=0.8，油道孔的內表面粗糙度Ra=12.5，插裝閥安裝孔的粗糙度Ra=0.8。可對材料強度進行校核：[σ]=式中，[σ]——塊體材料的許用應力，MPa；σb——塊體材料的抗拉強度，MPa；n——安全系數。35號鋼的最大抗拉強度為530 MPa，安全系數取n=5，帶入公式中可得許用應力[σ]=106 MPa，大于最大工作壓力。

3 結論

本課題介紹了一種控制液壓馬達的集成閥塊的設計流程，包括了內部油路圖的設計，工作原理及過程的解釋，集成閥外形總體設計，內部油道孔徑的設計以及材料的選擇和技術要求。此集成閥塊最大限度地簡化了液壓系統中的外部元件，使其在維修時更加容易和快捷，大大地減少了維護時間。將集成閥塊和液壓馬達相連后，可以為需要動力的農業機具提供所需的動力，且模塊化程度高，易于拆裝和維修。