装载机用D32液动多路换向阀的研究

2013-03-17成国真熊艳伦陈荣戴俊

机床与液压 2013年16期

成国真，熊艳伦，陈荣，戴俊

(1.广州机械科学研究院有限公司，广东广州510700;2.广州市蕴泰精密机械有限公司，广东广州510530)

装载机是我国工程机械中最常见的主要机种之一，它集铲、装、运、卸作业于一体。由于其作业速度快、效率高、机动性好、操作轻便，被广泛应用到我国基建项目、房产建筑、公用事业、矿山和采掘、物料运送、农林等领域［1］。

装载机液压系统具有传动功率大、效率高、体积小、质量轻、结构简单和使用方便等优点，是液压装载机中重要的组成部分，装载机的动臂升降、铲斗翻转和整机转向等基本动作都需要通过液压系统来实现。

装载机多路阀是装载机液压系统中的关键核心液压元件，具有结构紧凑、管路连接简单等优点，在工程机械装载机中得到了广泛的应用。多路阀的主要作用是通过改变油液的流动方向来控制铲斗油缸或动臂油缸的运动方向，或使铲斗油缸和动臂油缸停留在某一固定位置，并且可以通过改变多路阀阀芯的开口面积来对铲斗油缸和动臂油缸进行速度控制，以满足装载机作业的动作要求。

2011年我国境内29 家主要装载机制造商累计销售装载机246 832 台，ZL50 作为中国装载机市场的主要机型，占市场份额的30%以上。作者以ZL50 型装载机的液压多路阀(D32 液控多路阀)为对象，具体介绍了多路阀的液压原理图、性能参数以及结构特点，并制定了多路阀的测试方案。

1 装载机D32 液控多路阀的原理

装载机用D32 多路阀由铲斗换向阀、动臂换向阀、安全阀、单向阀、过载阀、补油阀组成如图1所示。与其他手动换向多路阀相比，多路阀采用减压式比例先导阀控制，降低了多路阀换向的操纵力，提高了多路阀的微动特性。

图1 装载机D32 液控多路阀液压原理图

为了防止泵超载，在泵的出口和回油道之间设立安全阀，当系统压力超过额定压力时，安全阀打开，压力油流回油箱，保护液压系统不受过高压力而损坏［2］;过载补油阀是为了防止液压缸及其油管超载和避免吸空现象发生而设立的;单向阀是为了克服工作过程中出现的“点头”现象而设立的。

2 D32 装载机多路阀性能参数指标和结构特点

2.1 D32 多路阀的性能参数指示

D32 多路阀具有的性能参数指标如下:

公称压力:20 MPa;最大压力:25 MPa;

公称流量:250 L/min;最大流量:365 L/min;

黏度范围:28 ～50 mm2/s;油液温度范围:－20 ～80 ℃。

2.2 多路阀的结构特点

多路阀阀孔直径计算

式中:d 为多路阀油道直径(mm)，Q 为多路阀的最大流量(L/min)，v 为多路阀中液压油的平均流速(m/s)。按照短管道液压油推荐速度可取v=10 m/s，计算得:

额定压力和额定流量下多路阀所需的通流面积计算:

其中:Q 为多路阀额定流量250 L/min;Cd为阀口流量系数，取Cd= 0.7;ρ 为油液密度，取ρ = 889 kg/m3;Δp 为阀口压差，取Δp=0.9 MPa(国家标准规定不得超过此值)，计算得:

如图2所示，阀芯过流面积的总和必须大于132 mm2才能保证多路阀能通过额定流量的液压油。

图2 多路阀阀芯过流面积示意图

在油道结构上，通过以上计算多路阀阀孔直径必须保证28 mm;设计阀芯过流面积时，每条油路的阀芯开口过流面积不得小于132 mm2;另外多路阀的安全阀、过载阀、补油阀及单向阀等采用插装式结构，通用性好，便于维修，外形结构简单，安装方便，同时便于管路布置(图3所示)。油道结构简单(图4所示)，直接减少了系统的压力损失。

图3 多路阀外形结构以及连接油口

图4 装载机D32 多路阀油道结构

3 装载机D32 液控多路阀的试验研究

多路阀对装载机的控制性能、可靠性、工作效率及使用寿命等有着重要的影响，这就要求多路阀必须符合制造标准的要求，达到产品功能的完整性、性能的可靠性之后才能装到装载机上。多路阀的出厂测试(包括换向性能、内泄漏、压力损失、安全阀性能、其他辅助阀性能和背压试验)是指除多路阀产品型式测试以外所进行的测试，目的是筛选出不合格或有缺陷的产品，杜绝多路阀因性能或功能缺陷对主机造成影响，因此有必要在多路阀出厂前对多路阀进行全面的试验，合格之后才能出厂。另外对多路阀的各种性能及质量参数进行准确而综合的考核，对多路阀的研制、技术水平的提高有重要的意义。

目前我国有关装载机多路阀测试的相关标准主要有JB/T 8729.1-1998 《液压多路换向阀技术条件》和JB/T 8729.2-1998 《液压多路换向阀试验方法》，标准中有详细的出厂测试方法。