农机液压旋转驱动器集成阀块的设计*

徐明锐，赵 军

（黑龙江八一农垦大学，黑龙江 大庆 163000）

近年来，随着农业机械朝着集成化、信息化的方向飞速发展，出现了各种各样的后置悬挂式农具。这些农具的出现极大地提升了劳动生产效率，解放了劳动力。但大部分悬挂式和半悬挂式农具都需要拖拉机为它们提供工作时所需要的动力。这些机械均是采用不同方式安装在拖拉机上进行作业，而且这些机具大多选用液压控制的方式进行操控，驱动动力来自于发动机，由皮带、齿轮、变速箱等装置实现动能传输，安装时需要对拖拉机的液压系统和发动机进行部分改装，会导致拖拉机自带的液压功能无法正常使用，而且降低了前置式机具的互换性和通用性，增加其制造成本和安装匹配的难度[1]。在传统的液压系统中，需要将所有的液压元件逐级连接，使液压管路体积庞大且复杂，因此，需要一种简单且易于更换和维护的液压集成阀块，使液压系统中的部分元件集中在一起，使其组成集成阀块。

1 工作原理及过程

以拖拉机液压泵作为动力源，当换向阀处于左位时，由液压泵输出的液压油可驱动液压马达进行正向旋转，达到为农具提供动力的目的；当换向阀处于右位时，液压油可反向驱动液压马达使其反向旋转，可反向驱动农具或排除障碍和故障。其中，双溢流制动阀的作用是当液压马达在工作中负载突然增大的时候防止液压油回流，具有保护油路安全的功能。手动换向阀可改变液压油的流动方向，达到控制液压马达转向的目的。流量控制阀可对油路的流量进行控制，达到控制液压马达转速的目的。

由上述液压集成阀的工作原理可绘制液压原理图，使用CAD软件绘制，液压原理图如图1所示。

图1 液压原理图

2 集成阀块的设计

2.1 总体设计

集成阀块的设计应根据液压油路的走向，对电磁阀、溢流阀、换向阀等进行合理的布置。在设计之前，应该根据油路图合理安排，尽量减少阀块中的弯道设计，从而尽量减少油的压力损失。阀块里的油孔和壁厚必须能够承受最大功率时流量的冲击压力。而且必须要考虑到各个油路通道之间的关系，做到使其互不相通、互不干涉。

另外，液压元件的选择也是液压集成阀块设计的重要环节，应依据其流量和压力范围以及流量-压力曲线，选择合适的液压元件。液压元件选型过小，压力损失较大，系统发热加剧；液压元件选型过大，又会提高成本，造成不必要的浪费[2]。

2.2 液压阀的选型

根据具体的工作环境，对集成阀块内的液压阀进行选择。流量控制阀选择海德福斯公司生产的PV08-30A型电磁比例流量控制插装阀。其主要参数如表1所示。

表1 PV08-30A参数

换向阀采用海德福斯公司生产的MP10-47A三位四通手动换向阀。其最高工作压力为24 MPa，最大流量为15.14 lpm。

双向溢流制动阀选择合肥纳博诺特液压动力设备有限公司生产的VAU3/8''，其最高工作压力为350 MPa。

2.3 阀块尺寸的确定

阀块尺寸应考虑3个安装阀的类型及外形尺寸，在保证阀内油道孔径的最小尺寸的原则下，使其尽量做到结构紧凑、体积小、质量轻。阀块的布局以及连接螺钉孔和外形尺寸确定：在Y坐标方向的宽度y，根据压力阀类、流量控制阀类的阀孔布局以及连接螺钉和外形尺寸确定；在Z坐标方向的高度H，应按块体所安装元件的高度来确定。各种单元回路块的高度H可以相等，也可以不相等。若根据每个单元回路块的实际需要确定高度H，固然可以省材料，但会造成高度尺寸不统一，使设计制造和安装不便。高度H可以取几种固定尺寸或全部取成一致[3]。

2.4 阀块内孔道的设计

阀块内的孔道直径小，弯道多，液压油损失的压力就大。孔道直径大，弯道少，液压油损失的压力就小，但是会增加集成阀块的体积。因此，在设计集成阀块内的孔道时，应该合理地确定孔道的直径和长度，减少弯道，从而达到液压油损失压力最小的效果。在设计集成阀块孔道时，首先根据内部各阀的顺序和油口的方向，互相连通的元件应放在2个相互垂直的面上，以简化孔道布置。然后，先连通主回路，再完成其他控制油路。油道孔的通径尺寸要适中，最小壁厚要满足强度要求[4]。

2.5 阀块3D设计图

集成阀块的3D设计图，如图2所示。

图2 集成阀块的3D设计图

2.6 材料选择及技术要求

阀块的材料可以用球墨铸铁、Q235钢、35号钢、45号钢或铝合金。但是因驱动液压马达时内部有较高的压力，因此，此集成阀块选用35号钢。集成阀块，其法兰的表面粗糙度应达到Ra=0.8，油道孔的内表面粗糙度Ra=12.5，插装阀安装孔的粗糙度Ra=0.8。可对材料强度进行校核：[σ]=式中，[σ]——块体材料的许用应力，MPa；σb——块体材料的抗拉强度，MPa；n——安全系数。35号钢的最大抗拉强度为530 MPa，安全系数取n=5，带入公式中可得许用应力[σ]=106 MPa，大于最大工作压力。

3 结论

本课题介绍了一种控制液压马达的集成阀块的设计流程，包括了内部油路图的设计，工作原理及过程的解释，集成阀外形总体设计，内部油道孔径的设计以及材料的选择和技术要求。此集成阀块最大限度地简化了液压系统中的外部元件，使其在维修时更加容易和快捷，大大地减少了维护时间。将集成阀块和液压马达相连后，可以为需要动力的农业机具提供所需的动力，且模块化程度高，易于拆装和维修。