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1、浙江机电职业技术学院成人教育学院毕 业 论 文论文题目 TJZF-L33DYTO-B型多路控制阀设计专 业 机械制造与设计 班 级 11机械数控 姓 名 李佳飞 学 号 指导教师 崔雷颢 起讫时间： 年 月 日 年 月 日（共 周） 摘 要分析了工程上常用的多路组合换向阀性能特点，并扼要地介绍了工程上广泛应用的阀设计方法多路阀作为挖掘机上的关键部件，它的性能与功能直接决定了挖掘机的性能与功能。目前国内市面上的中小型挖掘机用多路阀绝大多数都具有两个特点：一是非电控形式，即对多路阀的操作都是手动直接操纵阀芯动作；二是单阀芯控制方式，即执行机构的进油和回油都是通过一根阀芯来控制。这些特点使得挖掘机难
2、以实现大幅度节能、远程遥控作业、机群协同作业等功能。本课题的研究对象是国内最新引进的一款挖掘机用新型多路阀，为该阀在国内的设计、生产提供理论指导。关键词: 挖掘机；多路组合换向阀；阀设计目 录摘要I目 录III1绪论11.1课题研究的目的和意义11.2多路换向阀概述11.2.1 多路阀的发展概况11.2.2 国内多路阀的发展现状21.2.3 多路阀发展展望31.2.4 多路阀的分类31.2.5 多路换向阀主要零件的制造方法51.3挖掘机基本动作51.3.1 挖掘51.3.2 满斗举升回转61.3.3 卸载61.3.4 返回61.3.5 行走61.4本课题的主要解决问题和指导思想62多路换向阀的
3、原理设计72.1多路换向阀的概念72.2多路换向阀功能的确立72.3多路换向阀总液压原理图的确立72.3.1主要元件的确立72.3.2四个主要换向阀控制方式的确定82.3.3多路阀液压原理图的确立92.4多路换向阀液压原理图详细说明92.4.1单阀的动作92.4.2多路阀空档操作112.4.3反向流动控制技术112.4.4主溢流阀132.4.5先导油路132.4.6直线行走控制143多路换向阀的结构设计173.1方向控制阀173.1.1 向控制阀的阀芯结构173.1.2 芯驱动与阀芯运动阻力173.2主阀结构的总体设计183.2.1 4个主要换向阀的结构设计183.2.2直线行走阀的设计203
4、.2.3阀体主要结构的确定213.2.4主要几何尺寸的确定223.3 多路阀辅助装置结构的确定233.3.1 溢流阀概述233.3.2 反向流动控制阀结构的确定233.3.3 主溢流阀结构的设计243.3.4 二次溢流阀结构的设计263.3.5 单向阀概述结构的确定2734多路阀结构的确定284多路换向阀的零部件计算294.1 换向阀的计算设计294.1.1 换向阀主要几何尺寸的确定294.1.2 受力计算304.1.3性能计算344.2单向阀的简化设计计算344.2.1主溢流阀上的单向阀344.3溢流阀的设计计算374.3.1 几何尺寸的确定374.3.2 弹簧的计算375多路换向阀的工艺设
5、计405.1多路阀阀体的工艺设计405.1.1 多路阀阀体的加工方法405.1.2 多路阀阀体的材料405.1.3 对于阀体铸件还有以下几项基本的技术要求：405.2多路阀阀芯工艺405.2.1多路阀阀芯的加工方法405.3工艺尺寸的确定40致 谢42参考文献431 绪论1.1 课题研究的目的和意义由于液压传动及控制具有功率传递密度大，动态特性好，传输控制较方便等优点，已经在工程机械领域得到了广泛地应用。在全球经济周期性平稳增长的推动下，工程机械领域不断呈现出飞速增长的态势，这也大大刺激了市场对于液压元件的需求。从我国这几年的发展来看，为了配合城市的现代化建设，为了完善各地区的道路状况，工程机
6、械的需求每年都已成倍的速度增长，其中以挖掘机的销售量最为明显。在建筑、修路、水利、采矿、天然气管道铺设等各个方面到处都能看到挖掘机的身影。而现代的挖掘机可以说就是液压在工程机械领域运用的一个典型的例子。随着上世纪液压技术的发展与成熟，将液压与其他机械产品有机结合成为了热点，挖掘机也就在当时经历了从内燃机驱动到液压驱动的飞跃。现代的挖掘机实际上都是液压驱动的，是机电液一体化的产物。因此对于挖掘机强大的需求，也就间接推动了对于挖掘机内部液压元件的需求。工程机械都有一个共有的特点就是执行机构较多，需要在实际作业中完成多种功能。挖掘机作为工程机械的代表机种，功能自然也十分强大。挖掘机具有类似于人手的机
7、械装置，多自由度，能完成复杂的工程作业。而这一系列复杂动作的背后都是依靠其核心液压部件的支持，也就是本课题的研究对象多路换向阀来实现的。通过一系列液压阀的换向和通断组合，可以达到不同执行元件动作所需的力和速度，从内部液压系统而言，就是油缸或马达所需的流量和压力。液压挖掘机的迅速发展都是建立在液压系统的发展与多路阀技术的成熟基础之上的。因此企业要能在巨大的液压挖掘机市场上站稳脚步，对于液压元件特别是多路阀这类元件的研究是必不可少的。近几年国内有许多厂家都看到了这一点，投入了大量的精力，展开了对多路阀的研制过程，但都仅限于小流量低压的场合。本课题试图通过对高压大流量多路换向阀的研究，希望能设计出具
8、有一定生产工艺性的多路阀，一方面能达到挖掘机的需要，另一方面具有一定的可靠性。最终能为各厂家在这方面的研发提供基础与依托，为我国在多路阀方面的发展起到推波助澜的作用。1.2 多路换向阀概述本课题设计的是用于挖掘机上的多路阀，因此先介绍一些与多路阀有关的知识。多路换向阀简称多路阀，它是以两个以上换向阀为主体，集换向阀、单向阀、过载阀、补油阀和制动阀等于一体的多功能集成阀。多路阀在液压回路中的主要作用是对油流进行多路方向的切换控制。由于它具有结构紧凑、压力损失小、工作可靠、管路简化、操作方便等优点，在机械领域被广泛使用。1.2.1 多路阀的发展概况 (1)手动六通多路阀优点：流量微调特性较好，操作
9、、替换简单。缺点：容易受压差影响，负载变化是操作不稳定，中位位置的压力损失较大。(2)带压力补偿器的四通多路阀（负载补偿）针对六通多路阀易受负载变化影响的缺点，设计者根据二通调速阀远离发展了带压力补偿器的四通多路阀。 优点：通过负载补偿技术使多路阀压差近似不变，提高了控制性能。 缺点：补偿技术本身是依靠消耗能量来得到的，容易引起严重的发热。在控制精度高的场合，由于压力补偿器在初始状态是全开的，补偿特性较差，不能用于负载速度闭环。(3)负载敏感技术引入负载敏感：系统压力总是和压力最高联负载相适应。 优点：零位压差非常低，与执行器数目无关；不同工作压力的阀可同时动作，控制灵敏度高(4)电液比例多路
10、阀 电液比例技术的成熟及广泛应用为电液比例多路阀的产生奠定基础。 电液比例技术对多路阀的发展体现在：用电液比例先导阀驱动多路阀的换向阀芯，实现比例调速；用比例溢流阀或电液比例泵实现电液负载敏感。 优点：整机布局灵活、提高动态响应能力，大大拓展了多路阀的应用领域。(5)抗流量饱和技术和负流量技术出现对于多路阀各联内部采用二通压力补偿器实现负载压力补偿，用定差溢流阀或负载敏感泵实现负载敏感控制系统中，当泵的流量出现饱和，泵的输出压力下降，使得进入最高压力联的流量减少，速度降低，而进入其他的流量不变，不能实现工程上的多缸同时操作的要求。 负载传感补偿系统：解决了四通多路阀抗流量饱和的问题。 负流量技
11、术：减小六通多路阀中旁路回油损失和节流损失。(6)与负载口独立控制技术相结合 负载口独立控制电液比例多路阀采用双阀芯结构实现进油侧调流量、出油侧调压力。采用电液负载补偿，补偿特性较好，并且可用于速度闭环反馈。 微处理器集成到每一联阀体，可根据实际负载通过编程的方式改变控制策略达到优良的控制性能和效率。而且通过编程方式实现压力流量可选择控制，实现丰富的控制功能。负载口独立控制电液比例多路阀存在的问题：单执行器的动态稳定性问题；如何在变负载、变工矿的工程机械上对执行器进油侧压力进行补偿。 总的来说，传统进出口联动多路阀从节能的角度出发，发展了负载敏感技术、副流量控制技术；从控制性能角度而言，发展了
12、负载补偿技术、电液比例技术和抗流量饱和技术，这些技术的融合交叉又促进了工程机械的节能效果、控制性能等的进一步提高。1.2.2 国内多路阀的发展现状我国目前主要的多路阀制造水平还停留在低压小流量范围，在小功率市场上国产的多路阀已经逐渐占有了一定比例的市场份额。但对于30MPa以上的高压多路阀，暂时还是不具备制造能力，全部都依靠进口国外产品维持。国内的一些大的液压厂家由于多方面的原因在多路阀的研制上与国外知名企业的差距目前还是相当明显，特别是在多路阀的制造上。因此制造出的多路阀在可靠性等方面仍旧存在着巨大的不足。1.2.3 多路阀发展展望(1）在未来的多路阀研制过程中，将更多地引入其他领域的技术成
13、果，如电子技术、计算机技术、信息技术、自动控制技术、摩擦磨损技术及新材料、新工艺等，从而推动工程机械产品向节能、高可靠性和环保型方向发展。(2）在多路阀的设计中加入更多的个性化成分，使得多路阀能更好迎合用户的需要。1.2.4 多路阀的分类(1) 按阀体的结构形式分：分片式多路换向阀和整体式多路换向阀整体式多路换向阀：把具有固定数目的多个换向阀体铸造成一个整体，所有换向阀滑阀及各种阀类元件均装在这一阀体内。这类阀压力损失小，通流能力大，刚性好，结构也十分紧凑。但阀体铸造工艺复杂、通用性差，因此适合在大批量生产和相对稳定的液压设备上使用。考虑到结构上的要求以及压力损失，本课题所涉及到的多路阀采用的
14、就是整体式。其结构见图1-1。图1-1 整体式多路换向阀 分片式多路换向阀：由进油前盖、回油后盖及各路阀体拼装组成，一个换向阀称为一片或一联。各片可按不同的使用要求用螺栓叠加起来，形成不同的通路数量已达到不同的功能。这类多路阀通用性强，加工制造容易，但分片式多路阀体积较大，片间必须密封，组装时阀体容易变形而卡阻阀芯，拆卸后组装工艺性差，内泄漏较为严重。图1-2为分片式多路换向阀的结构图。这种分片式多路换向阀为了减少拼装的阀体数，将第一路阀体和进油前盖、末路阀体和回油后盖分别制成整体结构，相对地减小了组合式多路换向阀的外形尺寸，又保持了拼装组合的灵活性。图1-2 分片式多路换向阀(2) 按滑阀的
15、连通方式分：并联油路多路换向阀、串联油路多路换向阀、串并联油路换向多路换向阀、复合油路多路换向阀。并联油路：如图1-3a)所示，多路阀内进油口的压力油直接通到各联换向阀的进油腔，各阀的回油腔又直接通到多路阀的总回油口，各阀可各自独立操作，但当操作两个或两个以上换向阀时，压力油总是先进入油压较低的执行元件，因此负载轻的执行元件先动作，此时分配到各执行元件油液仅是泵流量的一部分。并联油路的多路阀一般压力损失较小。串联油路：如图1-3b)所示，每一联阀的进油腔都和其前一联的中立位置油道相通，其回油腔又都和其后一联的进油腔相通，该油路可实现两个或两个以上执行元件同步工作。液压泵出口压力等于各执行元件压
16、力的总和，按串联油路设计的多路阀的阻力一般总要大些。 串并联油路：如图1-3c)所示，各联阀之间进油路串联，回油路是并联。当某一联阀换向时，其后各联阀的进油道都被切断，因而一组多路阀中不可能有任何两联同时工作，故这种油路也称单动油路。但在某一联阀微调范围内操纵时，后一联阀尚能控制该执行元件的动作。复合油路：当多路阀联数较多时，常常采用上述几路油路联接形式的组合。 a）并联式 b）串联式 c）串并联式图1-3 多路阀的油路形式(3) 按控制形式分：直动型和先导型直动型：一般指用手柄直接操作主阀芯而使其动作的形式，一般用于工作压力和流量较小的场合。先导型：先导阀控制先导油液，先导油再控制主阀的形式
17、。这种形式已经经过功率放大，可用于工作压力和流量较大的场合。先导型法又可分为机械先导和电液先导。而用于多路阀先导机控制的阀通常也有几种：先导减压阀，先导溢流阀，双节流阀，高速电磁开关阀，随动式先导阀。1.2.5 多路换向阀主要零件的制造方法多路阀的设计过程中，需要确立阀的制造方法，以便确立材料以及精度等级和粗糙度等，这对于多路阀的后期制造起着至关重要的地位，现在许多国内企业无法加工出高压大流量多路阀的其中一个原因就是不够注重制造方面的确定。图1-4 液压挖掘机的作业循环组成多路换向阀主要是由阀体和阀芯组成，因此对多路阀制造方法的确立主要是针对阀体、阀芯制造方法的确立。阀体主要有两种制造方法，铸
18、造和加工中心加工。阀芯的加工一般在车床和一些普通机床上完成，对于大批量的主要是在一些专用机床上完成。1.3 挖掘机基本动作考虑到设计的多路阀是用于挖掘机上的，因此对挖掘机所要实现的功能和工作过程稍作介绍。液压挖掘机的工作有4 个基本动作，如图1-4分别是：挖掘满斗举升回转卸载返回。除此以外还有液压挖掘机的行走以及一些辅助动作。下面主要讨论液压挖掘机的挖掘、满斗举升回转、卸载、返回以及行走这几个主要过程。1.3.1 挖掘通常以铲斗液压缸或斗杆液压缸进行挖掘，或两者配合进行挖掘，因此，在此过程中主要是铲斗和斗杆的复合动作，必要时，配以动臂动作。平整土地和切削斜坡时, 须同时操纵动臂和斗杆, 使斗尖
19、能沿直线移动(图1-5) , 此时斗杆收回和动臂抬起, 希望斗杆和动臂分别由独立泵供油,以保证彼此独立、互不干扰, 并要求泵供油流量小、油缸动作慢, 容易控制, 使铲斗保持一定切削角并按一定轨迹进行切削, 或用斗底来压整地面,则需铲斗、斗杆、动臂三者同时作用完成复合动作(图1-6) 。 图1-5 斗尖沿直线掘削 图1-6 铲斗保持切削角进行切削和压整地面1.3.2 满斗举升回转挖掘结束后，动臂液压缸将动臂顶起，满斗提升，同时回转液压马达使转台转向卸土处，此时，主要是动臂和回转的复合动作。1.3.3 卸载转到卸土点时，转台制动，用斗杆液压缸调节卸载半径，然后铲斗液压缸回缩，铲斗卸载，为了调整卸载
20、位置，还要有动臂液压缸的配合，此时形成的是斗杆和铲斗的复合动作，其间配以动臂动作。1.3.4 返回卸载结束, 转台反向回转, 同时动臂缸和斗杆缸相互配合动作, 把空斗放到新的挖掘点。此工况是回转、动臂和斗杆复合动作。由于动臂因有重力作用, 下降快，而变量泵流量大, 因此该工况的供油情况是一个泵全部流量供回转, 另一泵大部分油供动臂, 少部分油经节流供斗杆。当发动机在低转速时油泵供油量小, 为防止动臂因重力作用迅速下降、动臂油缸产生吸空现象, 可采用动臂下降再生补油, 利用重力将动臂缸无杆腔的油供至有杆腔。1.3.5 行走本课题研究设计的就是用于挖掘机上的多路阀，因此多路阀必须能够满足上述的单动
21、作以及复合动作的要求，这也是设计原理的依托。1.4 本课题的主要解决问题和指导思想本课题主要是对整体式多路阀的原理、结构进行设计，主要解决如下几点问题：如何根据实际多路阀的应用场合设计出阀的原理图；如何根据原理图以及工况设计出阀的结构图；如何根据现有的知识对阀的材料以及工艺尺寸进行确定。主要的指导思想是以现有的国外先进技术为基石，进行一定的改造与变化。使得设计好的多路阀既能满足挖掘机的各项功能，又能具有一定的工艺性和实际意义。2 多路换向阀的原理设计2.1 多路换向阀的概念多路换向阀即多路阀，是由若干个换向阀、安全溢流阀、单向阀和补油阀等组合而成的集成阀，可用来控制多个执行元件按预定要求动作。
22、由于高度地继承性，主要用于行走机械多个执行元件的运动方向和速度的集中控制。2.2 多路换向阀功能的确立本课题设计的多路阀是用于挖掘机液压回路中的，其功能可根据挖掘机所要实现的动作确立。挖掘机一般要能可靠地实现挖掘、满斗举升回转、卸载、返回和行走等主要功能，本课题讨论斗杆、回转机构和行走机构。因此在挖掘机液压回路中所使用的多路阀，它的主要功能是实现斗杆液压缸以及回转，左、右行走马达等三个执行元件的换向、单动和复合动作。除此之外，多路阀还应具备以下几种功能1）当操作杆在空档位置或部分移动位置时，实现反向流动控制。这是由于考虑到六通阀本身的缺点，即中位位置的压力损失较大，而特别需要附加的功能。通过反
23、向流动控制，希望能使多路阀中位位置时的回油损失降低到最少，能尽可能地节省能源的浪费。2）各执行元件油路之间不相互干扰。3）限制油路总的最大压力以及二次侧的最大压力。2.3 多路换向阀总液压原理图的确立根据上述功能要求可以初步地确立多路阀内部大致的组成及相互关系2.3.1 主要元件的确立(1) 动力源的种类、数量和参数的确定为了达到预定的控制，实现挖掘机各个执行机构的不同动作，采用双泵技术，即主液压系统由两个主泵驱动，按照设计参数的要求（流量为80L/min），每个泵在空载时的流量为40L/min。由于流量的实际大小是根据要求而变化的，因此采用变量泵 。除此之外，为了实现对换向阀等的控制，还需要
24、一个先导液压回路。相应的需要配套一个先导泵，它在额定载荷下的流量设定为20L/min。所有来自发动机的功率都用于两个主泵和一个先导泵。(2) 主要控制阀的种类、数量的确定多路阀一般都采用多个三位换向阀集合而成，这是因为考虑到缸或马达除了双向控制以外，还需要一定中位机能，以确保执行机构在一些场合的正常动作。多路阀按载荷方式分可分为六通型多路阀（中位回油卸荷）和四通型多路阀（卸荷阀卸荷）两种，如图2-1。图2-1a)所示是六通多路阀，当所有换向阀阀芯都回到中位时，入口压力油经一条专门的直通油道，即中位回油道（PP1CT）而卸荷。当多路阀任何一联换向时，都会把此油道切断，液压泵来的油液，就从这联阀已
25、接通的工作油口，进入所控制的执行元件。因为在换向阀阀杆的移动过程中，中位位置回油道是逐渐减小、最后被完全切断，因此从此阀口回油箱的流量是逐渐减小，并一直减小到零；而进入执行元件的流量，则从零逐渐增加，并一直增加到泵的最大流量。也就是说，对于六通多路阀而言，具有良好的多路阀微调特性，即不需要增加其它的任何装置，本身就具有初级的手动比例控制特性。因此执行元件启动平稳而无冲击，调速性能好。这类阀的缺点是很难实现负载压力补偿或负载敏感控制功能，因此无法应用于控制特性要求很高的领域。图2-1b)所示的是四通多路阀，当所有阀都回到中位时，入口压力又是经卸荷阀卸荷的。这种阀在中位时压力损失较小，但由于卸荷阀
26、的控制口B被切断的瞬时，阀是突然关闭的，所以会形成一定的液压冲击，另外与六通阀相比也失去了滑阀的微调性能。对于这次设计的多路阀通过参阅各方面资料，特别是知名品牌卡特比勒的产品，确定采用六通多路阀。 a) 六通型多路阀 b) 四通型多路阀图2-1 多路阀系统的卸荷方式经过多路阀在挖掘机上主要实现功能以及上述基本形式的分析，可得出本次设计的多路阀内需要4个三位六通换向阀。四个阀的用途分别是用于控制左、右行走（2个），控制回转（1个），控制斗杆（1个）。2.3.2 四个主要换向阀控制方式的确定从性能参数上来看多路阀的压力和流量都比较大，电磁换向阀由于受电磁铁推力限制，因此无法适用于此次设计的多路换向
27、阀。如图2-2所示，采用的是液动控制，通过压力控制油来推动阀芯换向，即可实现对大流量换向阀的控制。图2-2 弹簧对中型三位四通液动换向阀2.3.3 多路阀液压原理图的确立 根据上面已经分析过的多路换向阀所要实现的主要功能，再加上已经确立的基本元件，参照国外先进多路阀原理图，可得到总的多路阀液压原理图，如图2-3所示。1.斗杆油缸 2.回转马达 3.左行走马达 4.右行走马达 5.上泵 6.先导泵 7.下泵8.油箱 9.斗杆控制阀 10.回转控制阀 11.左行走控制阀 12.直线行走阀 13.压力控制阀 14.右行走控制阀 15.管道溢流阀 16.主溢流阀 图2-3 多路阀液压原理图2.4 多路
28、换向阀液压原理图详细说明设计的多路阀安装在液压泵和执行元件之间的液压系统中。多路阀控制来自上泵、下泵和先导泵的流量和压力，以实现执行元件以最佳的速度和正确的方向工作。按功能设计的多路阀是并联了换向阀、压力控制阀、溢流阀这几种阀，其中包括了不同的阀杆、阀口通道和节流孔，即允许换向阀单独操作，又允许与其他部分联合操作。2.4.1 单阀的动作(1) 主要换向控制阀主要换向阀：借助于阀芯与阀体之间的相对运动，对来自上泵、下泵和先导泵的压力油的流向进行改变。其操作过程以斗杆控制阀为例作简要地阐述。斗杆控制阀(空档位置)如图2-4所示。当所有的先导操作阀均处于空档位置时，先导操纵阀不向先导油口5和6输油。
29、阀杆在弹簧的作用下进入空档位置。上泵的油经中心旁路通道8进入液压油箱。1. 斗杆控制阀 2.弹簧 3、4油口 5、6.先导油口 7.通道8.中心旁路通道 9.负载单向阀 10.回油通道 11.平行供油通道图2-4 斗杆控制阀（空档位置）当操作斗杆控制阀使斗杆关闭时，从先导油口6来的油使阀杆向左移动，中心旁路通道8关闭。平行供油通道11中来自上泵的油，经负载单向阀9和通道7进入油口3。斗杆油缸活塞杆伸出，使活塞杆末端排出的油流入油口4。油口4的油进入回油通道10，返回液压油箱。(2) 负载单向阀回路中用到大量的负载单向阀，例如图2-4所示。负载单向阀用于多路阀中的功能：当一个压力较高的油路和一个
30、压力较低的油路平行同时操作时，为防止油流入压力较低的油路。比如负载较小的斗杆油缸在回转马达动作时，回转马达内的高压油就会试图向压力低的斗杆油缸内流动。如果油路中没有负载单向阀，回转速度就会下降。除此之外，单向阀还能防止压力油从油缸端头进入油箱。(3) 二次溢流阀和补油阀为了能够限制住各自油路的压力，在液压缸及其控制阀之间的管道上都设置了二次溢流阀和补油阀。例如在斗杆缸进油口4、5上连着一个二次溢流阀，如图2-5所示。当先导油进入阀的先导油口8时，阀产生向右移动，主液压油经过平行供油通道1进入换向阀，又从油口5流出进入油缸9。当外部载荷很大时，油缸及油路内作用在控制阀上的压力不断增大。二次溢流阀
31、7将最大的压力限定在35000kPa，当压力超过这一数值，压力油就会从溢流阀7流向回油通道2。当外部压力作用在工作装置油缸上时（控制阀处于空档位置），工作装置油缸的活塞将移动，油缸内将形成真空。补油阀向油缸输送部分低压油，改变油缸内的真空状态。参见图2-5，油可从油箱经过回油路2、补油阀6流回油缸9。 1.平行供油通道 2.回油通道 3、4、5.油口 6 .单向阀 7.二次溢流阀 8.先导油口 9. 斗杆油缸图2-5 斗杆控制阀（打开位置）2.4.2 多路阀空档操作多路阀处于空档位置时如图2-6所示。上泵经输入口2、中心旁路通道8和平行供油通道3向右阀体供油。下泵经输入口1、中心旁路通道9和平
32、行供油通道10向左阀体供油。当操作杆位于空档位置时（机器空载），上泵中来自输入油口2的油经过旁路通道8、反向流动控制节流孔6及回油通道4、最后由回油口7排出，流回液压油箱。下泵中来自输入油口1的油，流经中心旁路通道9、反向流动控制节流孔12、回油通道11、回油口12，最后回到液压油箱。上、下泵供给平行供油通道的油保持不变。图2-6 多路阀原理图（空档位置）2.4.3 反向流动控制技术考虑到六通多路阀的中位压力损失较为严重，采用反向流动控制技术。主要手段是在出油口前加入溢流阀，并且在相应的换向阀上开节流孔，通过溢流阀与节流孔的有机结合达到反向流动控制。目的是使得功率损失得到有效地减少。(1) 相
33、关元件的说明反向流动节流孔的功能：通过节流效应，控制出口信号压力，以达到控制主泵变量的目的。反向流动溢流阀的功能：当油流在中心旁路通道中突然增加时，为防止压力对机器部件造成冲击，反向流动控制溢流阀通过部分打开形式，使部分油流经过阀体回到回油通道，从而起到一定的缓冲作用。(2) 方向流动控制的过程反向流动控制液压原理图（局部）如图2-7所示。来自中心旁路通道的反向流动控制压力信号在下列情况下发生作用：1） 当油缸或马达未操作时；2） 当先导操作阀需进行微调控制时其控制过程如下：上泵12中的油流经中心旁路通道2、通道3及节流孔8到回流通道11。流经节流孔8的油受到约束，使通道3的压力增加。反向流动
34、控制信号压力经通道4和反向流动控制管道9流入油泵调节器。调节器的反向流动控制使油泵开始动作。1、2.中心旁路通道 3、4.通道 5.节流孔 6.反向流动控制溢流阀 7.反向流动控制管道 8.节流孔 9.反向流动控制管道 10.反向流动控制溢流阀 11.回油通道 12.上泵 13.下泵图2-7 反向流动控制液压原理图（局部）当所有操作杆都处于空档位置时，控制阀的中心旁路通道中的油流流量是最大的，流入中心旁路通道的油流被反向流动节流孔节流，反向流动控制信号压力在管道内增大。调节器根据此控制信号对变量泵进行控制，使得泵的回转角度减小，泵的柱塞行程缩短，得到相应的流量也就下降。根据节流定理，此时的是最
35、大的，因此油泵的排量始终保持最小。只有当操纵杆轻微移动，进行微调控制操作时，上泵的部分油流进入平行供油通道，降低了中心旁路通道中的油流流量，使得节流效应减小了，反向流动控制信号压力也相应减少，泵缸体的回转有了更大的角度，使得泵的柱塞行程增加，油流量增大。2.4.4 主溢流阀主溢流阀的功能：起安全作用，限制主液压系统的最大工作压力。根据性能参数的要求，回路的最大压力在行走时为35MPa，挖掘及回转工况工作压力为31.4MPa，即主溢流阀为两级控制。如图2-8所示，主溢流阀的工作原理：来自先导泵的油9经管道7到达先导通道2和3，行走时通道3内压力增加。当操作工作或回转装置时，由于换向阀的换向，使得
36、先导油路阻断，原本通道2的压力油是与油箱通过先导油路相通的，现在通道2内的压力由于油道的阻断会变大。当单独进行行走操作时，通道3内的先导油流经压力控制阀4和先导通道6到达主溢流阀的底部，使得主溢流阀5的设定压力增大。当进行工作或回转装置操作时，由于通道2内的压力增大，促使换向阀4的阀芯左移，作用在主溢流阀底部的控制压力油经通道1回油箱，变成低压油。当再次恢复到单独行走操作后，由于通道2的油压小于弹簧的压力，使阀芯右移，打开通道，这使通道3中的先导油流经先导通道6，再次到达溢流阀底部。1.泄油通道 2、3通道 4.压力控制阀 5.主溢流阀 6.先导通道 7.管道 8.上泵 9.先导泵 10.下泵
37、图2-8 多路阀原理图（部分）2.4.5 先导油路先导泵向先导回路中连续输送压力油，先导操作压力由先导溢流泵设定，压力为3.45Mpa。当操作操纵杆或踏板时，先导油进入主控制阀，其压力推动主控制阀杆，使主泵中的油流入液压缸和液压马达的供油回路中。来自先导泵24的先导压力油经先导油总管22，再经管道21进入主控制阀13。随后油流被分成两路：一路经节流孔17到先导通道11，另一路经节流孔16再分成两股油流。一股油流直接进入先导通道9，该通道与用于工作装置和回转的压力开关8相连。另一股油流直接到达通道18。当仅操作行走控制阀时，通道18打开先导通道6。在这种情况下，供给主控制阀的先先导油油路如下：1
38、）先导通道11的先导油：来自先导通道11的先导油用于主溢流阀5，限制行走油路的工作压力。2）先导通道9的先导油：来自先导通道9的先导油用于主溢流阀5，限制工作装置回转油路的工作压力。3）先导通道6的先导油：来自先导通道6的先导油用于操作直线行走控制阀4，以使机器直线行走。1.回转控制阀 2.左行走控制阀 3.回转停车制动器控制阀 4.直线行走控制阀 5.主溢流阀 6、9、11.先导通道 7.压力控制阀 8.压力开关（工作装置/回转） 10.下泵 12.右行走控制阀13.主控制阀 14.斗杆控制阀 15.泄油通道 16、17.节流孔 18、19、20.通道 21.管道22.先导油总管 23.上泵
39、 24.先导泵图2-9 主控制阀内的先导油路原理图2.4.6 直线行走控制在挖掘机行走过程中操作回转装置或其他工作装置时，会对直线行走产生影响。直线行走阀的使用，可以避免左、右行走机构流量不同的情况，确保挖掘机的直线行走。其工作原理参见图2-10。 1.右行走控制阀 2.直线行走控制阀 3.左行走控制阀 4.主控阀 5、6.油管 7.上泵 8.下泵图2-10 直线行走控制液压原理图当挖掘机的回转装置或其他工作装置不工作而仅仅行走时，来自上泵7的油驱动右行走马达，来自下泵8的油驱动左行走马达。因为两个行走回路彼此独立，挖掘机继续直线行走，除非在左右履带上产生不同的行走阻力。在挖掘机行走的同时操作
40、回转装置或其他工作装置，如果没有直线行走控制系统，则上泵和下泵供给行走马达的油量不同，因此不能确保挖掘机直线行走。当直线行走控制阀2在先导压力油的作用下动作时，上泵7不仅给右行走回路供油，而且也给左行走回路供油，平行地驱动两个行走马达。下泵8给回转装置和其他工作装置回路供油。在挖掘机行走过程中。回转装置和其他工作装置回路要求的流量不大，剩余的压力油被分给左右行走回路，有助于驱动左、右行走马达平行、快速地运转。直线行走阀的动作条件：行走控制阀换向，并且任何一个别的执行元件工作。这是因为先导油道与斗杆控制阀、回转控制阀、铲斗控制阀和动臂控制阀是连通的，如果这些阀中的任何一个阀动作，油道和油道的通道
41、就被关闭，在油道中的先导油压增大，推动直线行走控制阀动作。当斗杆控制阀、回转控制阀的所有操作杆都处于空档位置时，先导油道就通过油道和排油道与泵的吸油管连通，先导油道的先导油压不足以推动直线行走控制阀动作。3 多路换向阀的结构设计通过前面的原理设计确定了整体多路阀的组成部分，其中主要是由4个换向阀集合而成。除此之外，还一些辅助阀也集成在整体多路阀的内部。辅助阀中包括：压力控制阀、溢流阀和单向阀。因此关于多路阀的设计其实是一个对于多种不同液压阀设计的过程。本章主要涉及到的是各个阀的基本理论和相应的结构设计。3.1 方向控制阀方向控制阀是用来改变液压系统中各油路之间液流通断关系的阀类。3.1.1 向
42、控制阀的阀芯结构阀芯结构有以下三种：1）滑阀：阀芯为多端圆柱体，阀芯相对阀体作轴向运动2）锥阀：阀芯为锥柱体，阀芯相对阀体作轴向运动3）转阀：阀芯为带圆周方向槽的圆柱体，阀芯相对阀体转动3.1.2 芯驱动与阀芯运动阻力 滑阀工作时，液体作用于阀芯上有各种力。这些力有时可能很大，成为损害阀体本身工作或液压系统的主要原因。因此，必须了解主要对阀芯作用的力的来由、大小和特性。1） 作用在圆柱滑阀上的稳态液动力 滑阀开口一定（稳定流动）时，由于流经阀腔和阀口的液流截面积及方向的改变而引起液流速度的改变，导致液流动量的变化而产生的液动力。参见图3-1。 (3-1) 式中：液体作用于阀芯上的轴向稳态液动力
43、单位时间内流过阀口液体的质量阀口液流速度阀口液流速度方向与轴线的夹角图3-1 作用在带平衡活塞的滑阀上的稳态液动力2） 作用在滑阀上的液压卡紧力 阀芯与阀孔配合时，由于液体从高压到低压通过通过间隙时在其中造成压力分布不对称，将会形成侧压摩擦力。由流体力学理论得知，压力分布随间隙变化规律而变化。在间隙变化对轴线不对称时，间隙内的压力分布也不对称（平行缝隙除外），而压力分布不对称就会在阀芯上出现侧压力，参见图3-2。因此，阀芯与阀孔不同心或阀芯歪斜或由于加工精度不够使间隙不对称都会引起侧压力。如果侧压力作用是阀芯进一步偏心，间隙更加不对称，则严重时引起阀芯与阀孔间隙内的油膜被挤坏，形成半干摩擦，造
44、成阀芯摩擦力大大增加，即出现所谓的液压卡紧。 （3-2）式中：作用在滑阀上的液压卡紧力液压卡紧系数摩擦系数，可取0.040.08封油长度阀芯台阶大直径两端压力差开一条均压槽时，K0.4；开三条等距槽时，K0.063；开七条槽时，K0.027倒锥 顺锥 倾斜图3-2 作用在滑阀上的液压卡紧力3.2 主阀结构的总体设计3.2.1 4个主要换向阀的结构设计多路阀主阀主要是由9个换向阀构成的，对于结构的设计，其实就是对每个换向阀的设计以及不同换向部件间油道的设计。通过前面已经拟定的多路阀原理图，如图3-3，可大致根据滑阀的功能和流道的分布初步确定主阀内部的结构。同时也可初步确定阀体与换向阀阀芯之间的配合。图3-3 多路阀原理图（局部）(1) 斗杆控制阀的结构设计斗杆控制阀的原理如图3-4所示。 1.平行供油通道 2.回油通道 3、4、5.油口 6 .单向阀 7.二次溢流阀 8.先导油口 9.斗杆油缸图3-4 斗杆控制阀（打开位置）1）方向控制阀阀芯结构的确定：转阀型换向阀由于阀芯上的液压径向力不易平衡使操作力矩较大，且密封性较差，故只适合于低压小流量的系统中。相对滑阀型换向阀应用广泛，其优点是由于其阀芯上的液压径向力易
