先導(dǎo)閥與分配閥調(diào)速特性匹配分析

韋茂志

（廣西柳工機(jī)械股份有限公司，廣西 柳州 545007）

裝載機(jī)作為一種重要的工程機(jī)械設(shè)備已廣泛應(yīng)用在煤礦、礦山、沙土等復(fù)雜工況，先導(dǎo)閥、分配閥作為裝載機(jī)中液壓的主要部件，其匹配的合理性關(guān)系到用戶使用過(guò)程中的操控性、微動(dòng)性和調(diào)速性等性能，因此在設(shè)計(jì)中必須予以重視。

1 裝載機(jī)液壓系統(tǒng)介紹

裝載機(jī)液壓系統(tǒng)由工作液壓系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)組成，而工作液壓系統(tǒng)包括油箱、泵總成、動(dòng)臂油缸管路、轉(zhuǎn)斗油缸管路、分配閥管路、先導(dǎo)管路、散熱管路、放油管路等基本管路系統(tǒng)。

工作液壓系統(tǒng)是用于控制裝載機(jī)工作裝置中動(dòng)臂和轉(zhuǎn)斗以及其他附加工作裝置動(dòng)作。如控制裝載機(jī)工作裝置完成鏟斗收斗、卸料，動(dòng)臂提升、下降、浮動(dòng)的動(dòng)作，而先導(dǎo)閥與分配閥就是工作液壓系統(tǒng)中主要的控制元件。

2 先導(dǎo)閥介紹

常見(jiàn)先導(dǎo)閥由動(dòng)臂操縱聯(lián)和轉(zhuǎn)斗操縱聯(lián)組成。動(dòng)臂操縱聯(lián)中包含有2組計(jì)量閥組，分別用于實(shí)現(xiàn)動(dòng)臂的提升、下降及浮動(dòng)3個(gè)動(dòng)作。轉(zhuǎn)斗操縱聯(lián)中包含有2組計(jì)量閥組，分別用于實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)斗的收斗及卸料2個(gè)動(dòng)作。通過(guò)操縱先導(dǎo)操縱閥的動(dòng)臂操縱手柄和轉(zhuǎn)斗操縱手柄，可以控制動(dòng)臂操縱聯(lián)和轉(zhuǎn)斗操縱聯(lián)中各個(gè)閥組的動(dòng)作。并且在各計(jì)量閥內(nèi)，閥芯的位移與操縱手柄的操縱角度位移量成比例關(guān)系。操縱手柄的操縱角度越大，工作裝置的動(dòng)作速度也就越快。

3 先導(dǎo)閥結(jié)構(gòu)與原理分析

（1）當(dāng)手柄在中位時(shí)，在復(fù)位彈簧的作用下進(jìn)油口P被閥芯封閉，控制壓力輸出口A與回油口T相連。

（2）當(dāng)手柄向左或右（前或后）方向擺動(dòng)時(shí)，閥芯向下運(yùn)動(dòng)，進(jìn)油口P與壓力輸出口A的通道逐漸開(kāi)啟，壓力輸出口A與回油口T的通道關(guān)閉。

（3）當(dāng)手柄上的力撤銷時(shí)，閥芯在A口壓力和回位彈簧力的作用下上移，進(jìn)油口P與壓力輸出口A的通道關(guān)閉，A與回油口T相連。

該先導(dǎo)閥特點(diǎn)是定值減壓閥式結(jié)構(gòu)，作用在閥芯上的A口壓力與調(diào)壓彈簧力、摩擦力平衡；控制壓力隨手柄擺角的變化而成比例的變化。

由直線方程公式及點(diǎn)到直線的距離公式可以推導(dǎo)出柱塞向下運(yùn)動(dòng)的距離

圖1 典型先導(dǎo)閥結(jié)構(gòu)圖

對(duì)公式求導(dǎo)得

因此，控制閥芯向下運(yùn)動(dòng)的位移h與手柄 轉(zhuǎn)過(guò)的弧長(zhǎng)相等，即h=a·θ。

由先導(dǎo)閥芯受力平衡方程

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可以得出d

即初始轉(zhuǎn)角θ1由控制閥芯的遮蓋量Le決定，由調(diào)壓彈簧的預(yù)緊力確定。先導(dǎo)閥手柄轉(zhuǎn)角θ3由蝶形轉(zhuǎn)盤與柱塞的導(dǎo)座極限轉(zhuǎn)角決定。先導(dǎo)閥的線性輸出段的曲線斜率是由調(diào)壓彈簧的剛度KB決定的。

4 分配閥結(jié)構(gòu)原理分析

4.1 分配閥的結(jié)構(gòu)原理

（1）改變油液的流動(dòng)方向和工作口流量大小；

（2）整體雙聯(lián)式滑閥結(jié)構(gòu)；

圖2 柱塞運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)圖

圖3 先導(dǎo)閥靜特性曲線

（3）串并聯(lián)形式，轉(zhuǎn)斗優(yōu)先，實(shí)現(xiàn)階梯型作業(yè)。

圖4 分配閥剖面圖

4.2 分配閥調(diào)速特性

（1）0-S1段，無(wú)流量輸出，無(wú)效位移區(qū)段。

（2）S1-S2段，配閥工作油口的輸出流量隨閥桿位移的變化而變化，通過(guò)改變分配閥閥桿位移可以改變輸出流量的大小，調(diào)速區(qū)段；

（3）S2-S3段，閥桿位移增加，輸出流量不變，為全開(kāi)區(qū)段。

圖5 分配閥節(jié)流調(diào)速特性

5 先導(dǎo)閥與分配閥調(diào)速特性分析

將先導(dǎo)閥的靜特性曲線、分配閥的閥芯行程—壓力曲線、分配閥的流量特性曲線綜合在一起，繪制出四象限坐標(biāo)圖作為理想情況下的調(diào)速特性曲線。

匹配要求：

（1）當(dāng)Pxd=Pmin時(shí)，S=Smin，Q=Qmin=0；

（2）當(dāng)Pxd=Pmax時(shí)，S=Smax，Q=Qmax。

圖6 先導(dǎo)閥與分配閥調(diào)速特性曲線

X——先導(dǎo)閥閥芯位移/先導(dǎo)手柄角度；

Pxd——先導(dǎo)閥輸出壓力；

S——分配閥閥芯位移；

Q——分配閥輸出油口流量。

根據(jù)先導(dǎo)閥原理分析，當(dāng)改變先導(dǎo)閥的結(jié)構(gòu)參數(shù)，使得先導(dǎo)閥的位移—壓力曲線發(fā)生變化時(shí)，將得到不同的調(diào)速特性（見(jiàn)表1）。

表1 結(jié)構(gòu)參數(shù)變化對(duì)調(diào)速特性的影響

圖7 分配閥節(jié)流調(diào)速特性曲線

6 結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)上述理論分析，改變先導(dǎo)閥調(diào)壓彈簧壓縮量，可以改變先導(dǎo)閥死行程的大小，從而匹配不同的分配閥，達(dá)到更好的微動(dòng)性能和調(diào)速性能。與此同時(shí)，改變分配閥的閥桿直徑大小也可以達(dá)到此種效果，因而需要根據(jù)實(shí)際側(cè)重點(diǎn)來(lái)選取不同的形式。