新型電控液壓鎖的設(shè)計(jì)與分析

劉世昌 張宇青

(中冶東方工程技術(shù)有限公司 山東青島266555)

新型電控液壓鎖的設(shè)計(jì)與分析

劉世昌①張宇青

(中冶東方工程技術(shù)有限公司 山東青島266555)

針對新型電控液壓鎖的關(guān)鍵部件閥塊進(jìn)行設(shè)計(jì)與分析，運(yùn)用三維設(shè)計(jì)軟件對閥塊路由進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，并進(jìn)行有限元分析其可靠性。該裝置具有設(shè)備重量小、安裝空間小、安裝容易、維護(hù)容易、可靠性高、節(jié)約成本等優(yōu)點(diǎn)。

液壓鎖 插裝閥 閥塊 有限元分析

1 引言

對于液壓系統(tǒng)，工藝設(shè)備動作的復(fù)雜性和要求的多樣性導(dǎo)致了液壓系統(tǒng)越來越復(fù)雜。例如，當(dāng)某個(gè)設(shè)備有多個(gè)執(zhí)行動作時(shí)，則需要同時(shí)用多個(gè)控制回路進(jìn)行控制，控制回路的增多使得在液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)液壓閥的數(shù)量大大增加，同時(shí)液壓閥塊的尺寸、重量增加，造成了液壓系統(tǒng)整體尺寸及重量的增大及故障診斷難度的增大，給設(shè)備的制造，運(yùn)輸和安裝等都帶來一定的不便。液壓閥塊越多，回路越復(fù)雜，液壓回路泄露的可能性就會越大，液壓系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性和安全性就會越低。這將大大提高液壓系統(tǒng)的成本，且相應(yīng)的電氣控制的成本也隨之提高，同時(shí)造成維護(hù)困難，液壓油的泄露也將帶來環(huán)境的污染及油液的浪費(fèi)。

為了精簡液壓系統(tǒng)的復(fù)雜回路，提高液壓系統(tǒng)的集成度，降低系統(tǒng)成本，減少不必要的回路泄露，本文開發(fā)設(shè)計(jì)了一種集成的電控液壓鎖來取代當(dāng)前廣泛使用的“二個(gè)外控外泄單向閥+電磁換向閥”組合，該電控液壓鎖包括兩個(gè)插裝式液控單向閥、一個(gè)插裝式電磁方向閥和閥體三部分。其中插裝閥采用歐洲進(jìn)口件，全部經(jīng)過精密加工和硬化處理，在單向閥關(guān)閉時(shí)，可實(shí)現(xiàn)無泄漏性能。閥體作為插裝閥的連接體，在液壓鎖的設(shè)計(jì)研究中占據(jù)至關(guān)重要的地位，因此，本文研究的重點(diǎn)是液壓鎖閥體的設(shè)計(jì)與分析。

2 新型液壓鎖簡介

在常規(guī)的液壓控制回路中，要達(dá)到液壓鎖定功能需要一個(gè)方向閥與兩個(gè)液控單向閥分別疊加裝配來實(shí)現(xiàn)，這種連接往往占用空間大，易泄露，成本高，其原理如圖1所示。而新型電磁控制液壓鎖則是將三個(gè)閥集成于一個(gè)油路塊上，去除多層疊加連接，以達(dá)到減少泄露、提高可靠性、減少體積、節(jié)約成本的目的，其原理如圖2所示。當(dāng)電磁方向閥得電，高壓油通過電磁方向閥進(jìn)入第一液壓單向閥以及第二液壓單向閥的控制油口，打開液控第一液壓單向閥以及第二液壓單向閥，從而連通液壓缸或液壓馬達(dá)，液壓缸或馬達(dá)進(jìn)入正常工作；當(dāng)電磁方向閥失電，高壓油被阻斷，第一液壓單向閥以及第二液壓單向閥的控制油口通過電磁方向閥連接回油口，第一液壓單向閥以及第二液壓單向閥閉合，從而使液壓缸或液壓馬達(dá)停止動作并保持在末位置不動，確保機(jī)構(gòu)安全或精確定位。

圖1 常規(guī)液壓鎖定控制回路

圖2 新型液壓鎖原理圖

3 新型液壓鎖閥塊三維設(shè)計(jì)

電磁控制液壓鎖閥塊的路由設(shè)計(jì)要充分考慮油路走向、布局以及液壓鎖的可靠性。既要保證液壓鎖加工的可行性也要保證液壓鎖工作的安全性，同時(shí)還要盡可能減小閥體尺寸，減輕閥塊重量。

應(yīng)用機(jī)械制造技術(shù)和加工工藝要求，合理布局油路走向及插裝閥的位置，保證液壓鎖功能的實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，閥塊底板平面與閥平面均滿足國際標(biāo)準(zhǔn)ISO4401，閥塊插裝孔均為標(biāo)準(zhǔn)插裝孔，符合SAE標(biāo)準(zhǔn)，UN/UNF安裝螺紋，08-10-16規(guī)格，這種孔型被業(yè)界廣泛使用，使閥塊具有良好的互換性。按照上述要求，應(yīng)用三維設(shè)計(jì)軟件對新型液壓鎖閥塊進(jìn)行設(shè)計(jì)分析，合理布局油路及插裝孔的位置分布。通過三維視圖可以直觀、清楚地表達(dá)油路的分布，使得油路設(shè)計(jì)更加合理、清晰，避免干涉、不相干油路串聯(lián)等問題的產(chǎn)生。設(shè)計(jì)的電磁控制液壓鎖閥塊三維圖各方向視圖及三維透視圖如圖3所示。

圖3 電控液壓鎖閥塊透視圖

4 新型液壓鎖閥塊有限元分析

應(yīng)用三維軟件對液壓鎖閥塊的油路進(jìn)行合理布局，并對液壓鎖閥塊進(jìn)行模型優(yōu)化，減小閥塊大小及重量，對液壓鎖進(jìn)行裝配，檢查是否有干涉及其他問題。檢驗(yàn)完成后運(yùn)用有限元分析軟件對閥塊的強(qiáng)度進(jìn)行校核。

圖4 液壓鎖功能閥塊網(wǎng)格劃分

首先將三維閥塊導(dǎo)入有限元分析軟件，設(shè)置閥塊參數(shù)，根據(jù)閥塊形狀選擇合適的網(wǎng)格劃分類型進(jìn)行網(wǎng)格的劃分，如圖4所示。

網(wǎng)格劃分完成后，對其進(jìn)行有限元分析，重點(diǎn)分析液壓鎖油路塊插裝孔處及相鄰管路薄壁處的應(yīng)力情況，設(shè)置路由內(nèi)壁壓強(qiáng)40MPa，分析結(jié)果如圖5所示。

圖5 ansys分析結(jié)果

從圖5中可以看出，閥塊整體受力均勻，無應(yīng)力集中處，相鄰路由間壁厚強(qiáng)度足以滿足工作需求，所以閥塊的油路設(shè)計(jì)是合理可行的。

5 小結(jié)

新型電磁控制液壓鎖的設(shè)計(jì)完成很好地解決了液壓回路中液壓油泄露的問題，大大減少了液壓系統(tǒng)的占用空間，提高了回路的可靠性，減少了油液泄露的幾率，易于安裝、維護(hù)。

新型電控液壓鎖閥塊油路的合理布局使得閥塊的加工制造難度降低，同時(shí)經(jīng)過強(qiáng)度校核也保證了閥塊回路的安全可靠性。

6 前景展望

隨著液壓系統(tǒng)越來越復(fù)雜，系統(tǒng)精度也越來越高，大量比例閥、伺服閥的使用，以及國家對環(huán)保和節(jié)能減排的高要求，開發(fā)一種精簡小巧、維護(hù)方便同時(shí)符合節(jié)能降耗、環(huán)保要求的電控液壓鎖將具有十分廣闊的市場前景。新型電控液壓鎖的開發(fā)有助于提高液壓系統(tǒng)控制水平、提高液壓系統(tǒng)的可靠性、降低制造成本、減少環(huán)境污染，同時(shí)該電控液壓鎖體積小、集成度高、易維修，符合節(jié)能降耗、環(huán)保要求。該電控液壓鎖配合比例閥使用，適用場所非常廣泛，使用頻繁。由于該功能閥組的使用廣泛，因此，具有高集成度、低成本、易維護(hù)、體積小等特點(diǎn)的電控液壓鎖必定具有廣闊的市場前景。目前，該液壓鎖已成功投放市場，在冶金行業(yè)得到應(yīng)用，取得了不錯(cuò)的效果，歡迎各位讀者咨詢訂貨。

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DesignandAnalysisofNewElectronicallyControlledHydraulicLock

Liu Shichang Zhang Yuqing

(BERIS Engineering and Research Corporation, Qingdao 266555)

In this paper, the key component of the valve block for the new electronically controlled hydraulic lock has been designed and analyzed, the routing of valve block has been designed rationally with three-dimensional design software, and reliability has been analyzed by finite element analysis. The advantages of device include, light weight, small installation space, easy to install, easy maintenance, high reliability, cost savings and so on.

Hydraulic lock Cartridge valve Valve block Finite element analysis

劉世昌，男，1986年出生，畢業(yè)于燕山大學(xué)機(jī)械電子工程專業(yè)，碩士，助理工程師，主要從事液壓、潤滑系統(tǒng)設(shè)計(jì)及工廠液壓系統(tǒng)優(yōu)化工作

TH137.5

B

10.3969/j.issn.1001-1269.2014.05.013

2014-05-09)