先导阀与分配阀调速特性匹配分析

韦茂志

（广西柳工机械股份有限公司，广西 柳州 545007）

装载机作为一种重要的工程机械设备已广泛应用在煤矿、矿山、沙土等复杂工况，先导阀、分配阀作为装载机中液压的主要部件，其匹配的合理性关系到用户使用过程中的操控性、微动性和调速性等性能，因此在设计中必须予以重视。

1 装载机液压系统介绍

装载机液压系统由工作液压系统、转向液压系统、制动系统组成，而工作液压系统包括油箱、泵总成、动臂油缸管路、转斗油缸管路、分配阀管路、先导管路、散热管路、放油管路等基本管路系统。

工作液压系统是用于控制装载机工作装置中动臂和转斗以及其他附加工作装置动作。如控制装载机工作装置完成铲斗收斗、卸料，动臂提升、下降、浮动的动作，而先导阀与分配阀就是工作液压系统中主要的控制元件。

2 先导阀介绍

常见先导阀由动臂操纵联和转斗操纵联组成。动臂操纵联中包含有2组计量阀组，分别用于实现动臂的提升、下降及浮动3个动作。转斗操纵联中包含有2组计量阀组，分别用于实现转斗的收斗及卸料2个动作。通过操纵先导操纵阀的动臂操纵手柄和转斗操纵手柄，可以控制动臂操纵联和转斗操纵联中各个阀组的动作。并且在各计量阀内，阀芯的位移与操纵手柄的操纵角度位移量成比例关系。操纵手柄的操纵角度越大，工作装置的动作速度也就越快。

3 先导阀结构与原理分析

（1）当手柄在中位时，在复位弹簧的作用下进油口P被阀芯封闭，控制压力输出口A与回油口T相连。

（2）当手柄向左或右（前或后）方向摆动时，阀芯向下运动，进油口P与压力输出口A的通道逐渐开启，压力输出口A与回油口T的通道关闭。

（3）当手柄上的力撤销时，阀芯在A口压力和回位弹簧力的作用下上移，进油口P与压力输出口A的通道关闭，A与回油口T相连。

该先导阀特点是定值减压阀式结构，作用在阀芯上的A口压力与调压弹簧力、摩擦力平衡；控制压力随手柄摆角的变化而成比例的变化。

由直线方程公式及点到直线的距离公式可以推导出柱塞向下运动的距离

图1 典型先导阀结构图

对公式求导得

因此，控制阀芯向下运动的位移h与手柄 转过的弧长相等，即h=a·θ。

由先导阀芯受力平衡方程

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可以得出d

即初始转角θ1由控制阀芯的遮盖量Le决定，由调压弹簧的预紧力确定。先导阀手柄转角θ3由蝶形转盘与柱塞的导座极限转角决定。先导阀的线性输出段的曲线斜率是由调压弹簧的刚度KB决定的。

4 分配阀结构原理分析

4.1 分配阀的结构原理

（1）改变油液的流动方向和工作口流量大小；

（2）整体双联式滑阀结构；

图2 柱塞运动机构图

图3 先导阀静特性曲线

（3）串并联形式，转斗优先，实现阶梯型作业。

图4 分配阀剖面图

4.2 分配阀调速特性

（1）0-S1段，无流量输出，无效位移区段。

（2）S1-S2段，配阀工作油口的输出流量随阀杆位移的变化而变化，通过改变分配阀阀杆位移可以改变输出流量的大小，调速区段；

（3）S2-S3段，阀杆位移增加，输出流量不变，为全开区段。

图5 分配阀节流调速特性

5 先导阀与分配阀调速特性分析

将先导阀的静特性曲线、分配阀的阀芯行程—压力曲线、分配阀的流量特性曲线综合在一起，绘制出四象限坐标图作为理想情况下的调速特性曲线。

匹配要求：

（1）当Pxd=Pmin时，S=Smin，Q=Qmin=0；

（2）当Pxd=Pmax时，S=Smax，Q=Qmax。

图6 先导阀与分配阀调速特性曲线

X——先导阀阀芯位移/先导手柄角度；

Pxd——先导阀输出压力；

S——分配阀阀芯位移；

Q——分配阀输出油口流量。

根据先导阀原理分析，当改变先导阀的结构参数，使得先导阀的位移—压力曲线发生变化时，将得到不同的调速特性（见表1）。

表1 结构参数变化对调速特性的影响

图7 分配阀节流调速特性曲线

6 结束语

根据上述理论分析，改变先导阀调压弹簧压缩量，可以改变先导阀死行程的大小，从而匹配不同的分配阀，达到更好的微动性能和调速性能。与此同时，改变分配阀的阀杆直径大小也可以达到此种效果，因而需要根据实际侧重点来选取不同的形式。