换向阀的结构设计与受力计算    花都云梯车出租, 花都云梯车租赁, 花都云梯车价格  换向阀的工作原理, 大流量换向阀工作原理：为换向阀的结构图，先导阀1为三位四通电磁换向阀，其滑阀机能为“P”型，主阀3为三位四通液动换向阀，其滑阀机能为“O”型。控制油通过先导阀1出油口流经阀体内油孔和单向节流阀2进入到主阀3的端部。当电磁铁不通电时，阀1的滑阀处于中间位置，控制油路的各油口均不相通，阀3的阀芯在左、右端弹簧力的作用下处于中间位置，主油路的油液进口P与油液出口T，A，B均不相通。当先导阀1左端电磁铁通电后，先导阀1的滑阀向右移动，此时P’腔与B’腔相连通，A’腔与T’腔相连通，控制油路的压力油由P’腔流入阀1，打开右边油路上阀2的单向阀流入到阀3的滑阀右端，使滑阀向左移动到左端位置，同时滑阀左端的油液经左边油路的阀2的节流口流回阀1的A’腔，再从T’腔流出。主阀3的滑阀处于左端位置，P腔与A腔相连通，B腔与T腔相连通，实现换向。反之，当先导阀1右边电磁铁通电后，先导阀1滑阀左移，P’与A’腔相连通，B’腔与T’腔相通，压力油路的压力油由P’腔流入阀1，经A’腔流入主阀3左端，使阀3的滑阀右移至右边的位置，同时滑阀右边油路的油液经阀2的节流口流回阀1的B’腔，再从T’腔流出。此时，阀3的P腔与B腔相通，A腔与T腔相通。 

    换向阀的设计要求大流量换向阀的结构参照某公司提出的方案进行设计，阀的组成部分包括先导电磁阀和主阀。由于球阀工艺简单，密封性能好，但压力平衡性很差，滑阀工艺性好，易实现压力平衡，但存在一定泄露，而锥阀密封性能好，可实现压力平衡，但工艺复杂，对材料要求高，因此主阀阀芯阀套采用滑阀结构。结合工艺，安装的方便性，采用分体式的结构。主阀由两个三位三通阀结构组成，单个三位三通阀包括“零”位和工作位，有一个进油口P，一个回油口O和一个工作油口，因此其可以等效为一个三位四通的阀。采用两组等效的三位四通阀组合，设计成换向阀组，从而满足流量要求，下文主要分析一组等效的三位四通阀组成的换向阀设计。（1）设计的要求：公称压力：35MPa，公称流量：1100L/min，主阀压力损失：3bar，内泄漏量：公称流量的1%左右，换向时间：理论要求换向时间0.1s，换向时间可控。（2）结构形式滑阀的外接油路数目：单个阀芯阀套为三通阀，有一个通向负载的通路，阀芯阀套组为四通阀，有两个通向负载的通路。主阀组的两个进油口、回油口分别通过钢管结构相连，减少复杂管路的设计，减少油液的沿程压力损失。滑阀工作边数的选择：两沉割槽之间的台肩与阀芯的台肩构成控制边。单个阀芯阀套为双边滑阀，阀芯阀套组为四边滑阀。阀芯凸肩数的选择：根据典型结构的滑阀设计，采用三沉割槽，二台肩的滑阀结构。每个结构拥有一个完整的阀腔和一个非完整的阀腔。单个阀芯阀套为两台肩，三个沉割槽结构，阀芯阀套组件为四台肩，六个沉割槽结构，既有控制液流的作用，又有导向和密封的作用。中位时节流口的形式：负开口滑阀，正重叠。  设计中可参照以下原则：换向阀的阀芯与阀体配合后实现各种滑阀机能，需要必要的封油长度和开口量，以满足内泄漏量和压力损失的设计要求，等效结构的中位机能形式。阀芯与14阀体台肩尺寸的确定，要尽量使各种滑阀机能的阀在不同封油处的封油长度和阀口开口量趋于一致，使阀结构紧凑，有利于阀芯的动作。主阀的最大通流量，由阀芯直径、开口和阀芯最大位移决定。主要零件的具体设计过程如下： 主阀阀芯阀套设计滑阀的阀芯为圆柱体，与阀套相配合。当阀口开度x远小于阀芯直径D，滑阀阀口的通流面积近似为A=Wx=πDx；因滑阀阀口为薄刃型，因此流经阀口的流量为：2dQCWxp    x为阀芯位移，D为阀芯台肩大直径，A为滑阀阀口开度为x时的过流面积，W为阀口圆周长度，Q为流经阀口的流量，Cd为流量系数，p为油液密度，Δp为阀口压差。（1）进油口直径d0根据公称流量，结合计算公式，进油口的直径确定：104Qd  初取阀体油流流速v=7.8m/s，取整得进油口直径d0=60mm。

    （2）阀芯台肩大直径D和小直径d1从强度考虑1d1/2D 为防止油液流量在阀腔通道中饱和，而使节流口失控，阀腔的通道面积至少为最大节流窗口面积的4倍。通过主阀芯与阀体间的环形通道流量公式为：D=63mm，d1=32mm。

   （3）滑阀阀口最大开口量max15由于油液流经阀口的最大开口位置时，容易产生扩散损失，因此为避免扩散损失的产生，所设计的阀口面积不能够大于主阀阀芯和阀体之间的环形截面积。max=12mm。滑阀阀口关闭时为间隙密封，因此需有足够的密封长度，以提高密封性能。但密封长度的存在一方面使阀口开启存在一个死区，影响阀芯动作的灵敏性，另一方面在阀芯总行程有限的情况下，使阀的开口减小。

   （4）有效封油长度lf和封油长度Lf设计换向阀的有效封油长度，可根据设计所需的内泄漏量以及换向阀主阀阀芯和阀体的单边配合间隙确定，而阀的内泄漏量是阀芯在某一位置时各泄漏面泄漏量的总和。D为主阀芯直径；Δr为主阀芯直径与阀套间的单边配合间隙。P为公称压力；u为油液动力粘度；Zf为f处均压槽数；初取为1；[qnx]为公称内泄漏量；lf为有效封油长度。换向阀的动作可靠性和泄露量的大小与阀芯和阀体孔之间的配合间隙直接相关。若配合间隙过小，易造成阀芯动作不灵敏，且在油液温度升高后阀芯容易卡死；若配合间隙过大，则泄漏量会增大。根据无密封装置时阀芯直径与配合间隙的关系选取阀的配合间隙。

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    （5）阀芯的行程SmaxfuSS=22mm，其中过流槽长度lu=5mm。

   （6）控制活塞直径d2WVKb  ΣF’W为主阀芯换向到设定的开口量位置时打开阀口处的稳态液动力总和；ΣF’V为主阀芯换向到设定的开口量位置时，主阀芯和操纵活塞的运动阻力之和；pK为先导控制压力；pb为控制油回油背压。结合设计经验及试凑法，初取d2=63mm。

  （7）阀芯颈部长度L根据经验选取：01.12fLdLL=80mm。（8）阀芯台肩长度L222 L2=90mm。

  （9）均压槽由于开均压槽对液压卡紧力的减小有良好的效果。在主阀阀芯的台肩上开一条均压槽，可将阀芯所受的液压卡紧力减小到不开时的40%，开等间距的三条均压槽，可将液压卡紧力减小到不开时的6%，开等间距的7条均压槽，可将液压卡紧力减小到不开时的2.7%。由于阀芯台肩直径大，所以在台肩处开多条均压槽，以减少液压卡紧力作用。根据设计经验，阀体台肩处开15×0.5×0.3条均压槽。其余台肩端部尺寸根据安装与加工工艺适当选取. 

 （10）阀套进、出油口面积进，出油口直径为d0=60mm，若取阀套圆周面进，出油口数为6，则阀套处油口直径为25mm，为使阀口处油液顺利通过，初取阀套油口直径为d6=30mm。

   （11）阀芯阀套轴向尺寸1）阀体沉割槽直径：D5=（1.4~1.5）d0（2.12）D5=95mm。2）主阀阀套处沉割槽宽度B换向阀主阀的阀套沉割槽之间的距离设计原则：保证主阀阀芯在向左或者向右移动后，连接执行机构的油口不被盖住。阀体沉割槽槽宽度，槽间壁厚尺寸确定：B=(3~4)δmax（2.13）B=36mm。进油口处沉割槽宽度取B=1.1d0，以满足从阀套沉割槽外开出进油口。3）槽间壁厚的确定b阀芯台阶的最大遮盖量为5mm，为满足阀芯左，右运动均能满足最大遮盖量，阀套台阶长度为：b=2Lf+2Lu（2.14）b=20mm。其他安装尺寸与工艺尺寸，不作详细说明。

     （12）阀芯、阀套的材料，热处理方案选择阀芯在阀套内的运动，组成一对滑动摩擦副，该摩擦副的工作状态直接决定了阀的性能。所以对阀芯，阀套的材料与热处理的选择就非常重要。阀芯可采用20CrMnTi，预处理为正火，正火温度为920～1000℃，空冷，正火硬度为156HBW～207HBW，最终热处理为渗碳淬火，渗碳温度920～940℃，油淬火，低温回火，回火温度180℃，表面硬度为58HRC～62HRC，渗碳深度为0.6～1.0mm。阀套可采用42CrMo，预处理为调质，硬度要求为29HRC～32HRC，最终热处理为氮碳共渗，共渗温度为570±10℃，表面硬度为450HV～500HV，渗氮层深度为0.01～0.02mm。