李偉濤

LI Wei-tao

深圳東風(fēng)汽車有限公司 廣東深圳 518000

技術(shù)論壇

專用汽車液壓系統(tǒng)新型差動(dòng)控制閥的研制

李偉濤

LI Wei-tao

深圳東風(fēng)汽車有限公司 廣東深圳 518000

針對(duì)專用汽車液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)差動(dòng)快進(jìn)功能所采用的傳統(tǒng)差動(dòng)控制閥在差動(dòng)過程中壓力損失過大、過程壓力偏高，從而導(dǎo)致壓力信號(hào)失真、油溫偏高、溢流閥異常開啟等現(xiàn)象，通過技術(shù)分析，研制了一款新型差動(dòng)控制閥，摒棄了傳統(tǒng)滑閥式結(jié)構(gòu)，運(yùn)用錐閥式結(jié)構(gòu)，解決了以上缺點(diǎn)，并能自動(dòng)啟動(dòng)差動(dòng)快進(jìn)功能，有效地滿足了專用汽車液壓系統(tǒng)對(duì)差動(dòng)控制閥的要求，可為同行提供相關(guān)的技術(shù)借鑒。

專用汽車 新型差動(dòng)控制閥 滑閥式結(jié)構(gòu) 錐閥式結(jié)構(gòu)

1 前言

專用汽車專用裝置的功率傳遞主要通過液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。驅(qū)動(dòng)專用裝置傳遞功率過程中，在液壓系統(tǒng)流量不變的前提下，通過差動(dòng)控制，達(dá)到“流量再生”效果，以實(shí)現(xiàn)差動(dòng)快進(jìn)功能。

目前實(shí)現(xiàn)差動(dòng)快進(jìn)功能所采用的傳統(tǒng)差動(dòng)控制閥一般為滑閥式結(jié)構(gòu)的電磁換向閥，差動(dòng)回路工作時(shí)，壓力損失過大，過程壓力偏高繼而容易出現(xiàn)壓力信號(hào)失真、油溫偏高、溢流閥異常開啟等現(xiàn)象。

本文從傳統(tǒng)差動(dòng)控制閥缺點(diǎn)的原因分析、新型差動(dòng)控制閥研制與技術(shù)對(duì)比分析、試驗(yàn)驗(yàn)證等方面介紹如何通過技術(shù)分析研制新型差動(dòng)控制閥，解決傳統(tǒng)差動(dòng)控制閥的缺點(diǎn)，以滿足專用汽車液壓系統(tǒng)對(duì)新型差動(dòng)控制閥的要求，以期為同行提供技術(shù)借鑒。

2 傳統(tǒng)差動(dòng)控制閥缺點(diǎn)的原因分析

2.1 差動(dòng)回路控制在專用汽車上的應(yīng)用

高位無泄漏壓縮垃圾車如圖1所示，以此樣車為例，分析傳統(tǒng)差動(dòng)控制閥應(yīng)用于專用汽車的缺點(diǎn)和原因。

壓縮式垃圾車工作示意如圖2所示，翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)進(jìn)料后，滑板油缸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)差動(dòng)快速前行至車廂后端，換向后滑板油缸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)回程動(dòng)作進(jìn)行垃圾壓縮?；逵透昨?qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)前行時(shí)，沒有壓縮作業(yè)，此時(shí)滑板油缸需要差動(dòng)回路控制，以達(dá)到差動(dòng)快進(jìn)功能，提高作業(yè)效率。

圖1 壓縮式垃圾車(高位無泄漏壓縮式垃圾車)

圖2 壓縮式垃圾車工作示意圖

2.2 傳統(tǒng)差動(dòng)控制閥實(shí)現(xiàn)差動(dòng)回程控制的原理

差動(dòng)控制閥采用滑閥式結(jié)構(gòu)的電磁換向閥控制，傳統(tǒng)差動(dòng)控制閥在專用汽車上的應(yīng)用示意如圖3所示。DT1和DT通電時(shí)，從泵供出高壓油后通過換向閥進(jìn)入滑板油缸無桿腔，滑板油缸活塞桿伸出；滑板油缸有桿腔回油，因換向閥DT1工作位單向閥阻止作用，有桿腔回油從V1口通過差動(dòng)控制閥進(jìn)入V2并行進(jìn)入滑板油缸無桿腔，通過差動(dòng)控制閥實(shí)現(xiàn)了滑板油缸差動(dòng)回路的控制，使滑板機(jī)構(gòu)差動(dòng)快進(jìn)前行。

圖3 傳統(tǒng)差動(dòng)控制閥在專用汽車上的應(yīng)用示意圖

差動(dòng)控制閥采用滑閥式結(jié)構(gòu)的電磁換向閥控制，傳統(tǒng)差動(dòng)控制閥在專用汽車上的應(yīng)用示意如圖3所示。DT1和DT通電時(shí)，從泵供出高壓油后通過換向閥進(jìn)入滑板油缸無桿腔，滑板油缸活塞桿伸出；滑板油缸有桿腔回油，因換向閥DT1工作位單向閥阻止作用，有桿腔回油從V1口通過差動(dòng)控制閥進(jìn)入V2并行進(jìn)入滑板油缸無桿腔，通過差動(dòng)控制閥實(shí)現(xiàn)了滑板油缸差動(dòng)回路的控制，使滑板機(jī)構(gòu)差動(dòng)快進(jìn)前行。

2.3 傳統(tǒng)差動(dòng)控制閥缺點(diǎn)的原因分析

專用汽車液壓系統(tǒng)，系統(tǒng)流量較大，以液壓系統(tǒng)流量30 L/min、60 L/min、90 L/min、120 L/min、150 L/min、180 L/min ，滑板油缸無桿腔與有桿腔面積比為2:1為例，分析傳統(tǒng)差動(dòng)控制閥，傳統(tǒng)差動(dòng)控制閥即電磁換向閥剖面結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 傳統(tǒng)差動(dòng)控制閥的原理及其滑閥式結(jié)構(gòu)圖

傳統(tǒng)差動(dòng)控制閥采用滑閥式結(jié)構(gòu)，當(dāng)DT 不通電時(shí)，滑芯由復(fù)位彈簧作用下處于原位，V1口與V2口在閥芯作用下斷開，當(dāng)DT 通電時(shí)，電磁鐵產(chǎn)生電磁力，閥芯右移，滑口打開，V1口與V2口連通，液流從V1口流向V2口。

電磁鐵電磁力與液流力相互影響，電磁力受到一定限制，為保證閥芯正常換向工作，取閥芯最大直徑d=10 mm，滑芯最大行程y=6 mm，由閥芯與閥體配合的滑閥結(jié)構(gòu)型式可知：

原閥口面積公式：

閥口流量公式[1]：

由公式(1)、(2)、(3)得出：

式中，S1為閥口面積；Q1為閥口流量；△P1為通過閥口的壓力損失；ρ為液壓油的密度；Qi1為液壓系統(tǒng)流量；C為閥口系數(shù)；d 為閥芯最大直徑，d=10 mm；y 為滑芯最大行程，y=6 mm。

由公式(4)修正（考慮管道流速）后可以得出傳統(tǒng)差動(dòng)控制閥的流量與閥口壓力損失曲線圖，如圖5所示。

圖5 傳統(tǒng)差動(dòng)控制閥的流量與閥口壓力損失曲線圖

由表1及圖5可以看出，傳動(dòng)差動(dòng)控制閥隨著系統(tǒng)流量Qi增加，壓力損失△P1越來越大，Qi1較小時(shí)（小于30 L/min），壓力損失也較小，僅0.87 MPa；隨著Qi1越來越大，通過閥口的壓力損失越來越大，可達(dá)7.83～31.32 MPa甚至更大。

從分析中可知，傳統(tǒng)差動(dòng)控制閥其差動(dòng)過程壓力損失過大，過程壓力偏高的原因是采用了滑閥式結(jié)構(gòu)并受到電磁力限制，滑閥式結(jié)構(gòu)的差動(dòng)控制閥只能應(yīng)用于小流量場(chǎng)合（小于30 L/min），對(duì)于流量較大的專用汽車來說，是不適用的。

3 新型差動(dòng)控制閥研制與技術(shù)對(duì)比分析

3.1 新型差動(dòng)控制閥原理方案及結(jié)構(gòu)圖

新型差動(dòng)控制閥摒棄了傳統(tǒng)滑閥式結(jié)構(gòu)，采用了錐閥式結(jié)構(gòu)：由二個(gè)單向閥、一個(gè)復(fù)位彈簧、錐形閥芯等組成，進(jìn)油口V1、V2，四個(gè)出油口C1′ 、C1″ 、C2′ 、C2″對(duì)稱布置，更適用于專用汽車的管路布置，如圖6、7所示。

錐形閥芯在復(fù)位彈簧作用下，形成內(nèi)液控式二位二通閥，當(dāng)V2進(jìn)油進(jìn)入滑板油缸無桿腔時(shí)，錐形閥芯在液控力作用下，作用于錐形閥芯，使滑板油缸無桿腔與有桿腔連通，形成差動(dòng)回路。可以看出，差動(dòng)回路功能自動(dòng)啟動(dòng)，不需要電磁力推動(dòng)閥芯來實(shí)現(xiàn)，錐形閥芯直徑不受電磁力影響，理論上，通徑不受限制，通流能力大大提高。

圖6 新型差動(dòng)控制閥的原理圖

圖7 新型差動(dòng)控制閥的錐閥式結(jié)構(gòu)立體圖

新型差動(dòng)控制閥摒棄了傳統(tǒng)滑閥式結(jié)構(gòu)，采用了錐閥式結(jié)構(gòu)，并能自動(dòng)啟動(dòng)差動(dòng)功能，不受電磁力限制，這就解決了傳統(tǒng)差動(dòng)控制閥的技術(shù)缺點(diǎn)。

3.2 新型差動(dòng)控制閥研制與分析

新型差動(dòng)控制閥工作時(shí)，利用V2口先導(dǎo)壓力進(jìn)行閥芯換向而實(shí)現(xiàn)差動(dòng)回程控制，V2口液壓先導(dǎo)壓力，完全滿足大直徑錐形閥芯換向要求，閥芯直徑不受限制，完全滿足通流能力需要，為了與傳統(tǒng)差動(dòng)控制閥比較，假設(shè)閥芯直徑為D=25 mm。

圖8 新型差動(dòng)控制閥的錐閥式結(jié)構(gòu)剖面圖

由圖8可以看出，錐形閥芯在V2口的先導(dǎo)壓力下上移換向，復(fù)位彈簧剛度較小，閥芯可以完全脫離閥口，此時(shí)閥口開口即為閥芯直徑所形成的通徑，可知：

新型閥口面積公式：

閥口流量公式[1]：

由公式(5)、(6)、(7)得出：

式中，S2為新型閥口面積；Q2為新型閥口流量；△P2為通過閥口的壓力損失；ρ為液壓油的密度；Qi2為液壓系統(tǒng)流量；D為新型閥芯直徑，D=25 mm。

由公式(8)（考慮管道流速）后得出新型差動(dòng)控制閥的流量與閥口壓力損失曲線如圖9所示。

圖9 新型差動(dòng)控制閥的流量與閥口壓力損失曲線圖

由表1及圖9可以看出，新型差動(dòng)控制閥隨著流量Qi2增加，通過閥口壓力損失△P2緩慢加大，在小于180 L/min的流量下，壓力損失小于7.2 MPa，專用汽車液壓系統(tǒng)流量一般在180 L/min內(nèi)，完全可以滿足專用汽車液壓系統(tǒng)的要求。

3.3 傳統(tǒng)差動(dòng)控制閥與新型差動(dòng)控制閥技術(shù)對(duì)比分析

兩種差動(dòng)控制閥的壓力損失對(duì)比曲線如圖10所示，相同Qi下，新型差動(dòng)控制閥壓力損失遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)差動(dòng)控制閥，在小于180 L/min的流量下，新型差動(dòng)控制閥壓力損失為7.2 MPa，而傳統(tǒng)差動(dòng)控制閥的壓力損失為31.32 MPa，壓力損失降低了近80%。

圖10 兩種差動(dòng)控制閥的壓力損失對(duì)比曲線圖

專用汽車液壓系統(tǒng)流量較大，通常為60～180 L/min，故新型差動(dòng)控制閥特別適用于專用汽車液壓系統(tǒng)，不需要電氣控制，能自動(dòng)啟動(dòng)差動(dòng)功能，解決了傳統(tǒng)差動(dòng)控制閥因壓力損失過大造成差動(dòng)過程壓力偏高、壓力信號(hào)失真、液壓油溫偏高、溢流閥異常開啟等差動(dòng)回路控制效果差的問題。

3.4 新型差動(dòng)控制閥的應(yīng)用

新型差動(dòng)控制閥在專用汽車上的應(yīng)用示意如圖11所示，為實(shí)現(xiàn)差動(dòng)快進(jìn)前行功能，采用了錐閥式結(jié)構(gòu)的新型差動(dòng)控制閥。換向閥DT1通電時(shí)，從泵供出高壓油后通過換向閥進(jìn)入油缸無桿腔，同時(shí)V2口先導(dǎo)壓力推動(dòng)錐型閥芯上移換向;滑板油缸有桿腔回油，由于單向閥阻止作用，有桿腔回油通過的錐形閥芯閥口進(jìn)入V2口，實(shí)現(xiàn)油缸差動(dòng)功能，使滑板機(jī)構(gòu)差動(dòng)快進(jìn)前行。

從圖11可以看出，油缸實(shí)現(xiàn)差動(dòng)回程控制時(shí)，不需要電磁鐵通電信號(hào)，能自動(dòng)啟動(dòng)差動(dòng)功能。

4 試驗(yàn)驗(yàn)證

筆者采用同一臺(tái)高位無泄漏壓縮垃圾車，分別應(yīng)用傳統(tǒng)差動(dòng)控制閥和新型差動(dòng)控制閥進(jìn)行試驗(yàn)，如圖12所示。試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。

圖11 新型差動(dòng)控制閥在專用汽車上的應(yīng)用示意

圖12 試驗(yàn)樣車

表 1 新型差動(dòng)閥與傳統(tǒng)差動(dòng)閥試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比表

5 結(jié)語

通過以上專用汽車液壓系統(tǒng)新型差動(dòng)控制閥的技術(shù)研究與對(duì)比分析、試驗(yàn)驗(yàn)證，可以看出：

a. 新型差動(dòng)控制閥摒棄了傳統(tǒng)滑閥式結(jié)構(gòu)，運(yùn)用了錐閥式結(jié)構(gòu)，并能自動(dòng)啟動(dòng)差動(dòng)功能，不受電磁力限制，特別適用于專用汽車。

b. 新型差動(dòng)控制閥解決了傳統(tǒng)差動(dòng)控制閥的缺點(diǎn)，同時(shí)也為技術(shù)人員提供了技術(shù)借鑒。

[1] 黃人豪,濮鳳根.二通插裝閥控制技術(shù)在中國(guó)的應(yīng)用研究和發(fā)展綜述[J].液壓氣動(dòng)與密封,2003(02):1-12.

Development of Purpose Special Vehicle Hydraulic System of New Type Differential Control Valve

The abnormal phenomena such as pressure signal distortion, high oil temperature, overflow valve abnormal open were caused by huge pressure loss, high process pressure while using traditional differential control value during special purpose vehicle hydraulic system adopting differential fast-forward function. Based on technology analysis, a new differential control valve was designed，which replace cone valve structure to traditional slide valve structure solving the problem. And the new differential valve can start the fast-forward function automatically, which can meet the requirement of hydraulic system of differential control valve in special purpose vehicle and provide technology reference.

special purpose vehicle; new differential control valve; slide valve structure; cone valve structure

U469.6+.91

A

1004-0226(2017)05-0086-04

李偉濤，男，1974年生，工程師，現(xiàn)從事專用汽車產(chǎn)品研發(fā)及相關(guān)液壓系統(tǒng)研發(fā)。

2016-12-19