基于SecoMAN的液壓插裝閥集成塊的設計

邵珠振，張 玉，蘇本福，張 強

（濟南鑄造鍛壓機械研究所有限公司，山東 濟南 250022）

0 前言

上世紀60年代以來，隨著液壓技術的不斷發(fā)展，對液壓傳動系統(tǒng)和元件提出了新的要求，主要表現(xiàn)在：工作壓力提高、通過流量增大、體積和重量減小、控制精度提高、管路減少等，同時要求提高工作可靠性和使用壽命、降低噪聲、降低成本，等等。在此背景下，國外在70年代初發(fā)展了一種新型控制元件——二通插裝閥（亦稱邏輯閥、錐閥）。它不僅是一種新元件，而且還是一種嶄新的液壓控制回路技術。其具有一系列優(yōu)點，如結(jié)構(gòu)緊湊、制造方便、流阻小、通油能力大、動作快、沖擊小、噪聲低、工作可靠、壽命長、密封性好、泄漏少、具有多機能、變型方便、易于集成化、適用于各種工作介質(zhì)、經(jīng)濟性好，等等，很大程度上滿足了液壓傳動進一步發(fā)展的需要，獲得了世界普遍重視，發(fā)展迅速。目前國外各大液壓元件公司都已成系列地生產(chǎn)這種新元件，并已大量推廣應用于各大行業(yè)。

1 插裝閥

在國內(nèi)，從1976年開始開展了二通插裝閥的設計研究工作，現(xiàn)已基本完成了從通徑16mm～160mm的整個系列的開發(fā)定型工作，產(chǎn)品已由專業(yè)液壓元件廠成批生產(chǎn)供應市場，包括元件、二通插裝閥集成塊以及整套液壓集成系統(tǒng)。

如圖1所示，一個二通插裝閥通常由插入元件1、先導元件2、控制蓋板3和插裝閥體4四部分組成。

插入元件是二通插裝閥的主級或功率元件，插裝在閥體或集成塊體中，通過其開啟關閉動作和開啟量大小來控制液流通斷、壓力高低以及流量大小，亦即實現(xiàn)對液壓執(zhí)行機構(gòu)的方向、壓力和速度的控制。

圖1 二通插裝閥的結(jié)構(gòu)簡圖

插入元件的形狀與通用的單向閥相似，由閥芯、閥套、彈簧以及相應的密封圈組成。它有兩個工作腔A和B，一個控制腔C閥芯在閥套中滑動，其間的配合間隙很小以減少B腔和C腔間的泄漏。閥芯頭部的錐面緊貼在閥套孔內(nèi)的閥座上，形成一個可靠的座閥式密封，保證A腔與B腔間沒有泄漏。閥套上的三處密封圈防止了A、B、C三腔之間沿閥套外緣的泄漏。

插入元件的工作狀態(tài)是由作用在閥芯上的合力的方向和大小決定的。不計閥芯重量和摩擦阻力的閥芯上的力平衡式為：

式中：PC——控制腔C的壓力；

PA——工作腔A的壓力；

PB——工作腔B的壓力；

AA——工作腔A的作用面積；

AB——工作腔B的作用面積；

AC——工作腔C的作用面積，AC=AA+AB；

F1——彈簧力；

F2——液動力，與通過的流量及開口大小有關，在開口較小時才起作用，作用力方向向下。

當合力為正，即ΣF>0時，閥芯關閉；當合力為負，即ΣF<0時，閥芯開啟；當合力為零，即ΣF=0時，閥芯停止在該平衡位置上。由此可見，這個插入元件具有二位二通換向閥和單向閥的機能，可以實現(xiàn)方向控制功能。

2 SecoMAN

液壓集成塊的結(jié)構(gòu)一般比較復雜，大多依靠設計人員的經(jīng)驗和空間想象能力進行方案的制訂、設計、檢驗等工作。不僅腦力勞動繁重、耗費時間，往往還保證不了質(zhì)量。目前一些應用于液壓集成塊設計的CAD技術，雖然大多能提供一些輔助手段，在一定程度上方便了交互式設計，但仍難以獲得高質(zhì)量的設計結(jié)果。

隨著產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，為實現(xiàn)系統(tǒng)的精密、微細控制，人們對集成塊重要性的認識也在不斷提高。但傳統(tǒng)設計方式存在設計時間過長（占全部系統(tǒng)設計的50%～60%）、設計錯誤難以發(fā)現(xiàn)、安裝調(diào)試微細控制難等諸多問題。SecoMAN是在三維圖中構(gòu)思油路并在二維圖中進行設計，快捷、方便；具有完美的檢查功能（油路壁厚、油路交叉面積、功能性油路的連接錯誤檢查功能），使設計錯誤為零；可提供用于加工的透視圖并自動生成加工清單，還可靈活轉(zhuǎn)換到AutoCAD。

3 設計實例

某鑄造設備的液壓系統(tǒng)，其中一插裝閥集成塊如圖2所示。由原理可知，集成塊共包含四個插件，經(jīng)理論計算選擇插件的通徑后，借助SecoMAN軟件對該集成閥塊進行設計。

圖2 泵頭塊液壓原理圖

（1）布置數(shù)據(jù)庫，按設計需要把數(shù)據(jù)庫布置到各個面，不必計算孔坐標，利用對齊命令進行孔對齊。

（2）連接油路，利用孔連接命令進行直線連接、斜線連接，還可自動生成工藝孔進行連接，連接時不需要計算孔的深度及坐標。

（3）檢查油路，油路連接后，利用檢查命令對油路壁厚、交叉面積、不通孔之間的連接等進行檢查。根據(jù)錯誤提示進行修改，做到100%準確設計。

（4）輸出各種信息，包括二維工程圖、三維模型（圖3）以及孔清單（圖4）等。

圖3 SECOMAN中三維可視化模型

圖4 孔隙列表

4 小結(jié)

SecoMAN軟件在油路塊設計中的成功應用已在諸多項目中得以驗證。其主要有以下優(yōu)勢：①設計過程可實時檢查，防止油路連接錯誤；②提供精準的加工信息，防止加工出現(xiàn)誤差；③提供數(shù)據(jù)庫，設計準確、快捷。但該軟件也存在不足之處,如二維圖和三維圖之間不關聯(lián),閥、法蘭安裝底板在修改時不能直接替換成其他同類閥、法蘭安裝底板等。

[1]唐英千.液壓集成元件——二通插裝閥.鍛壓裝備與制造技術，1991，26（1）.

[2] 黃人豪.二通插裝閥控制技術.上海：上海實用科技中心，1986.

[3] 吳作為.Solidwork在液壓閥塊設計中的應用[J].裝備制造技術，2011，（11）：135－136.

[4] 曹 銘，曾良才，等.Pro/Engineer在液壓閥塊設計中的應用[J].機床與液壓，2007，35（1）.

[5] 王益民.二通插裝閥在小型液壓系統(tǒng)中的應用.鍛壓裝備與制造技術，1988，23（5）：29.