逻辑插装阀简称插装阀。插装阀的主流产品是二通插装阀,它是在20世纪70年代初,根据各类控制阀阀口在功能上都可视作固定的、可调的或可控液阻的原理,发展起来的一类覆盖压力、流量、方向以及比例控制等的新型控制阀类。它的基本构件为标准化、通用化、模块化程度很高的插装式阀芯、阀套、插装孔和适应各种控制功能的盖板组件,具有通流能力大、密封性好、自动化程度高等特点,已发展成为高压大流量领域的主导控制阀品种。三通插装阀由于结构的通用化、模块化程度远不及二通插装阀,因此未能得到广泛应用。螺纹式插装阀原先多为工程机械用阀,且往往作为主要阀件(如多路阀)的附件形式出现,近10年来在二通插装阀技术的影响下,逐步在小流量范畴内发展成独立体系。
1.插装阀的组成及工作原理
图2-68所示为二通插装阀的结构原理及其图形符号。
二通插装阀由控制盖板5、插装阀单元(由阀套2、阀芯3、弹簧4及密封件组成)、阀体1和先导控制阀6(如先导阀为二位三通电磁换向阀)组成。图2-68b所示为插装阀的图形符号。
由于这种阀的插装单元在回路中主要起通、断作用,故又称二通插装阀。二通插装阀的工作原理相当于一个液控单向阀。图中A和B为主油路仅有的两个工作油口,K为控制油口(与先导阀相接)。当K口无液压力作用时,阀芯受到的向上的液压力大于弹簧力,阀芯开启,A口与B口相通,至于液流的方向,视A口、B口的压力大小而定。反之,当K口有液压力作用时,且K口的油液压力大于A口和B口的油液压力,才能保证A口与B口之间关闭。
图2-68 二通插装阀
a)结构原理 b)图形符号
1—阀体 2—阀套 3—阀芯 4—弹簧 5—控制盖板 6—先导控制阀
逻辑阀与各种先导阀组合,便可组成逻辑方向阀、逻辑压力阀和逻辑流量阀。
2.插装阀单元
图2-69所示为插装阀的基本单元。
就工作原理而言,插装阀相当于液控单向阀。A、B为插装阀主油路的两个仅有的工作油口,所以又称为二通逻辑单元。X口为控制油口。通过控制油口X的启闭和对压力大小的控制,即可控制主阀芯的启闭和油口A、B的流向与压力等。
图2-69a所示阀芯常用作方向阀插装单元;图2-69b所示结构采用锥阀芯,并在锥阀芯上开阻尼孔,常用作溢流、顺序阀插装单元;图2-69c所示结构采用滑阀芯,并在滑阀芯上开阻尼孔,常用作减压阀插装单元。
图2-69 二通插装阀阀芯的形式
a)普通锥阀芯 b)开阻尼锥阀芯 c)开阻尼滑阀芯
1—普通锥阀芯 2—锥阀芯开阻尼孔 3—滑阀芯开阻尼孔
3.插装方向控制阀
插装阀可以组合成各式方向控制阀。
(1)用作单向阀 如图2-70a、b所示,将X口和A口B口连通,即成为单向阀。连接方法不同,其导通方式也不同。若在控制盖板上连接一个二位三通液动换向阀,即可组成液控单向阀(见图2-70c)。本书为方便看图,画出了对应普通液压元件的图形符号(以下同)。
图2-70 插装式单向阀及液控单向阀
a)X-A单向阀 b)X-B单向阀 c)液控单向阀
(2)用作二位二通阀 如图2-71a、c所示,连接二位三通阀,即可组成二位二通电液换向阀。
图2-71 插装式二位二通阀
a)形式一 b)形式一的图形符号 c)形式二 d)形式二的图形符号
(3)用作二位三通阀 如图2-72所示,连接二位四通阀,即可组成二位三通电液换向阀。
图2-72 插装式二位三通阀
a)二位三通阀 b)图形符号
(4)用作二位四通阀 如图2-73所示,连接二位四通阀,即可组成二位四通电液换向阀。
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图2-73 插装式二位四通阀
a)二位四通阀 b)图形符号
(5)用作三位四通阀O形换向阀 如图2-74所示,连接三位四通阀换向阀和单向阀,即可组成三位四通阀中位为O形的电液换向阀。
图2-74 插装式三位四通阀O形电液换向阀
a)三位四通阀 b)图形符号
(6)用作多机能三位四通阀 如图2-75所示,连接换向阀,利用对电磁换向阀的控制实现多机能功能。先导阀控制状态下的滑阀机能见表2-7,表中电磁铁带电状态用符号“+”表示,断电状态用“-”表示。
图2-75 插装式多机能三位四通阀
表2-7 先导阀控制的滑阀机能
4.插装压力控制阀
对插装阀的X口进行压力控制,便可构成压力控制阀。
(1)用作溢流阀或顺序阀 如图2-76a所示,在压力型插装阀芯的控制盖板上连接先导调压阀(溢流阀),当出油口接油箱,此阀起溢流阀作用;当出油口接另一工作油路,则为顺序阀。
图2-76 插装压力控制阀
a)作为溢流阀或顺序阀 b)作为卸载阀 c)作为减压阀
(2)用作卸荷阀 如图2-76b所示,连接二位二通换向阀,当电磁铁通电时,出口接油箱,则构成卸荷阀。
(3)用作减压阀 如图2-76c所示,采用插装阀芯和溢流阀连接,则构成减压阀。出口油液通过阀芯上的中心阻尼孔、盖板和先导阀接通。当减压阀出口的压力较小,不足以顶开先导阀阀芯时,主阀芯上的阻尼孔只起通油作用,使主阀芯上、下两腔的液压力相等,而上腔又有一个小弹簧作用,必使主阀芯处在下端极限位置,减压阀阀芯打开,不起减压作用;当压力增大到先导阀的开启压力时,先导阀打开,泄漏油液单独流回油箱,实行外泄。减压阀在调定压力下正常工作时,由于出口压力与先导阀溢流压力和主阀芯弹簧力的平衡作用,维持节流降压口开度为某定值。当出口压力增大,由于阻尼孔液流阻力的作用产生压力降,主阀芯所受的力不平衡,使阀芯上移,减小节流降压口开度,使节流降压作用增强;反之,出口的压力减小时,阀芯下移,增大节流降压口开度,使节流降压作用减弱,控制出口的压力维持在调定值。
图2-77 插装式流量控制阀
a)作为节流阀 b)作为调速阀
5.插装流量控制阀
插装流量控制阀同样有节流阀和调速阀等形式。
(1)用作节流阀 在方向控制插装阀的盖板上安装阀芯行程调节器,调节阀芯和阀体间节流口的开度便可控制阀口的通流面积,起节流阀的作用,如图2-77a所示。实际应用时,起节流阀作用的插装阀阀芯一般采用滑阀结构,并在阀芯上开节流沟槽。
(2)用作调速阀 插装式节流阀同样具有随负载变化流量不稳定的问题。如果采取措施保证节流阀的进、出口压差恒定,则可实现调速阀功能。图2-77b所示连接的减压阀和节流阀就起到这样的作用。
6.插装阀的应用特点
1)能实现一阀多能的控制 一个插装阀配上相应的先导控制机构,可以实现换向、调速或调压等多种功能,使一阀多用。尤其是在复杂的液压系统中,完成同样的功能比用普通阀所用的阀数量少。
2)液体流动阻力小,通流能力大。
3)结构简单,便于制造和集成化。插装阀的结构要素相同或近似,加工工艺简单,非常便于集成化,可使多个插装阀共处于一个逻辑阀块体中。
4)动态性能好,换向速度快。由于插装阀从其结构上不存在一般滑阀结构那样阀芯运动一段行程后阀口才能打开的搭合密封段,因此锥阀的响应动作迅速且灵敏。
5)密封性能好,内泄漏很小。插装阀采用锥面线接触密封,密封性好,因此,新的锥阀内泄漏为零。其泄漏一般发生在先导控制阀上,而先导阀是小通径的,故泄漏较小。
6)工作可靠,对工作介质适应性强。先导阀可使主插装阀实现柔性切换,减小了冲击。插装阀抗污染能力强,阀芯不易堵塞,对高水基液工作介质有良好的适应性。
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