□ 徐成東

四川建筑職業(yè)技術學院 交通與市政工程系 四川德陽 618000

1 換向閥中位機能概述

換向閥用于控制液壓回路中液流的方向和通斷，其最終目的是控制執(zhí)行元件的進退、正反轉(zhuǎn)、啟動或停止，是液壓回路中必不可少的構成元件。三位換向閥在中間位置時各油口的連通方式稱為換向閥的中位機能[1]。

中位機能不同，換向閥對系統(tǒng)的控制功能也不相同[2]。

中位機能不僅直接影響液壓系統(tǒng)的工作性能，而且在換向閥由中位向左位或右位轉(zhuǎn)換時對液壓系統(tǒng)的工作性能也有影響。因此，在使用時應合理選擇換向閥的中位機能[3]。

常用的換向閥中位機能除了O型、H型外，還有Y型、K型、M型、P型等。常見的換向閥中位機能圖形符號如圖1所示。

圖1 換向閥中位機能圖形符號

2 Y型中位機能

2.1 特點

Y型中位機能與H型的相同之處為，工作油口A、B和回油口T相通，工作機構處于浮動狀態(tài)，可隨外力的作用而運動[4]。

Y型中位機能與H型的不同之處為，換向閥處于Y型中位時，液壓泵的輸出油液不能流回油箱，不能實現(xiàn)泵的卸荷。

2.2 應用

2.2.1 用于鎖緊、平衡等回路中液控閥的卸壓

由中位機能的特點可知，Y型與H型相同，可用于實現(xiàn)液控閥的卸壓。采用液控單向閥的鎖緊回路如圖2所示。當三位四通換向閥處于左位時，壓力油經(jīng)左液控單向閥進入液壓缸左腔。右液控單向閥起初處于閉鎖狀態(tài)，液壓缸右腔油液受到壓縮產(chǎn)生壓力，進油路壓力升高，油液頂開右液控單向閥的控制活塞，閥芯打開，油液從右液控單向閥反向進入油箱。反之，當三位四通換向閥處于右位時，壓力油進入液壓缸右腔并將左液控單向閥打開，使液壓缸左腔回油。當三位四通換向閥處于Y型中位時，控制口的油液直接流回油箱，液控單向閥因控制油路的壓力立即消失而關閉，液壓缸也因兩腔油路被封閉而雙向鎖緊[5]。液控單向閥為座閥式結構，密封性能良好，液壓缸活塞可以長時間被鎖緊在停止時的位置。這種鎖緊回路主要用于汽車起重機的支腿油路和礦山機械的液壓支架油路中。

圖2 鎖緊回路

液控單向閥和單向節(jié)流閥組成的平衡回路如圖3所示，目的是防止立式液壓缸及其工作部件在懸空停止期間因自重而自行下滑，或在下行運動過程中由于自重而造成失控超速等不穩(wěn)定運動。液控單向閥屬于錐閥式閥芯結構，具有良好的反向密封性能，可將液壓缸活塞及工作部件長時間保持在某一位置，但此時控制油口必須卸壓，否則無法實現(xiàn)閉鎖。圖3中三位四通換向閥采用Y型中位機能，在工作部件下降到預定位置時，可使液控單向閥的控制油口卸壓，使液控單向閥反向鎖緊，液壓缸及其工作部件在懸空期間不會下滑。

2.2.2 用于電液換向閥的先導閥

圖3 平衡回路

電液換向閥是由電磁換向閥和液動換向閥組成的復合閥。電磁換向閥為先導閥，可用于改變控制油路的方向。液動換向閥為主閥，可用于改變主油路的方向。這種閥的優(yōu)點是可以用小規(guī)格的電磁換向閥方便地控制大流量的液動換向閥[6]。

電液換向閥的圖形符號和簡化符號如圖4所示，其中P口和P’口的壓力油可以由同一油源供油，也可以由不同的油源供油。當先導閥（電磁換向閥）左邊電磁鐵得電時，左位接入控制油路，從P’口進入的控制壓力油通過左端單向閥進入主閥（液動換向閥）的左端油腔。主閥的右腔油液可通過右端節(jié)流閥和先導閥的工作位流入油箱，主閥閥芯在左端油液推力的作用下移至右端，主閥左工作位接入主油路，主油路通油狀態(tài)為P通A，B通T。反之，當先導閥右邊電磁鐵得電時，主閥閥芯移至左端，主閥右位工作，主油路通油狀態(tài)為P通B，A通T。

圖4 電液換向閥

當先導閥兩端電磁鐵均不得電時，換向閥處于中位，此時，主閥兩油腔的油液分別通過各自的節(jié)流閥和先導閥中位返回油箱，主閥閥芯在兩端的彈簧作用力下回歸至中位。需要指出的是，先導閥必須采用Y型中位機能，否則，先導閥處于中位時，主閥兩油腔的油液無法及時卸壓，導致主閥不能回歸至中位。若采用H型中位機能，控制油液會直接流入油箱，而無法形成控制壓力。

3 K型中位機能

3.1 特點

采用K型中位機能，進油口P與工作油口A、回油口T連通，另一工作油口B封閉。液壓泵可以卸荷，兩個方向換向時性能不同。

3.2 應用

由K型中位機能的特點可知，該中位可用于液控閥的卸壓和泵的卸荷。

常用的保壓回路如圖5所示，該回路可用于液壓壓力機等液壓系統(tǒng)。所謂保壓回路，就是在執(zhí)行元件停止工作或僅有因工件變形而產(chǎn)生微小位移的工況下保持壓力穩(wěn)定不變的回路[7]。

圖5 保壓回路

保壓功能的實現(xiàn)方法有多種。通過換向閥的中位機能可實現(xiàn)保壓。如果換向閥使用M型中位機能，雖然液壓泵可以卸荷，減小能量損耗，但是因為滑閥式結構普遍存在嚴重的泄漏問題，所以也僅僅適用于保壓時間較短的場合。

圖5中的保壓回路采用了液控單向閥。由于液控單向閥的閥芯為錐閥式結構，因而泄漏小，密封性能良好，保壓效果好。無桿腔進油時，活塞桿伸出到預定位置，此時進油腔壓力上升。當壓力上升到規(guī)定值時，壓力繼電器發(fā)出電信號，三位四通換向閥回歸K型中位，液壓泵卸荷，同時液控單向閥關閉，實現(xiàn)無桿腔的保壓。當無桿腔壓力下降至壓力繼電器的下限值時，壓力繼電器再次發(fā)出電信號，右邊電磁鐵得電，換向閥換向至右位。液壓泵再次向無桿腔供油，直至達到規(guī)定值，繼續(xù)保壓。通過K型中位機能的使用，不僅可以實現(xiàn)長時間保壓，而且可以使液壓泵卸荷，節(jié)省功率。

4 M型中位機能

4.1 特點

采用M型中位機能，工作油口A、B關閉，因而工作機構可以停留在任意位置。進油口P、回油口T直接相連，液壓泵輸出的油液可直接流回油箱，實現(xiàn)卸荷。

4.2 應用

不難看出，M型中位機能也可以適用于短時間鎖緊及保壓回路。此外，M型中位機能可用于卸荷回路及互鎖回路等。

4.2.1 用于卸荷回路

設計卸荷回路，可以采用帶有M型中位機能的小規(guī)格電磁換向閥。但這種卸荷方式結構簡單，液壓系統(tǒng)在極低的壓力下運轉(zhuǎn)，切換時壓力沖擊較大，只適用于低壓小流量的系統(tǒng)。

帶有M型中位機能的電液換向閥卸荷回路如圖6所示。由于電液換向閥配有調(diào)節(jié)換向時間的節(jié)流閥，因此換向時液壓沖擊較小，適用于高壓大流量的場合。需要指出的是，由于控制油路直接接入了主油路，即先導閥的控制油液來自于主油泵，因此當換向閥采用M型或H型中位機能時，回路中必須設置背壓閥，即圖6中單向閥，使控制油路中的油液保持一定的壓力，推動主閥閥芯移動。

圖6 卸荷回路

4.2.2 用于執(zhí)行元件的互鎖回路

圖7 互鎖回路

在多種工程機械的液壓系統(tǒng)中，常常要求兩個或多個執(zhí)行元件不能同時動作，即其中一個執(zhí)行元件動作時，其余執(zhí)行元件必須保持靜止狀態(tài)。這種要求可以通過互鎖回路實現(xiàn)。圖7所示為由兩個三位四通換向閥中位串聯(lián)形成的互鎖回路。左換向閥采用M型中位機能，右換向閥根據(jù)需要可采用H型、M型或K型中位機能。當左液壓缸前進或后退時，右換向閥處于中位，右液壓缸不工作。反之，當右液壓缸工作時，左換向閥處于M型中位，左液壓缸停止運動。兩個換向閥工作位的改變方式視操縱方式而定：當換向閥操縱方式為手動時，工作位的改變可以通過手動進行；當換向閥操縱方式為電磁驅(qū)動時，可采用行程開關發(fā)送電信號的方式，必要時可增設時間繼電器。此類回路可用于液壓壓力機液壓系統(tǒng)或液壓起重機支腿機構液壓回路。

5 P型中位機能

5.1 特點

采用P型中位機能，回油口T關閉，進油口P與工作油口A、B相通。對于直徑相同的雙桿雙作用液壓缸，活塞兩端所受的液壓力彼此平衡，工作機構停止不動。但是對于單桿液壓缸或者直徑不同的雙桿雙作用液壓缸，因工作機構不能處于靜止狀態(tài)而會形成差動回路[8]。

5.2 應用

當雙作用單桿式活塞液壓缸兩腔同時通入壓力油時，在忽略兩腔連通油路壓力損失的情況下，兩腔的油液壓力相等。但由于無桿腔的受力面積大于有桿腔，活塞向右的作用力大于向左的作用力，活塞桿作伸出運動，并將有桿腔的油液擠出，流進無桿腔，加快活塞桿的伸出速度。單桿液壓缸兩腔都通入壓力油的這種油路連接方式稱為差動連接。差動連接是在不增加液壓泵流量的前提下實現(xiàn)快速運動的有效方法，圖8所示為采用三位四通換向閥P型中位機能實現(xiàn)差動連接回路。

圖8 差動連接回路

實際應用中，液壓系統(tǒng)常通過控制閥來改變單桿缸的油路連接，使其有不同的工作方式，從而獲得差動連接—無桿腔進油—有桿腔進油的工作循環(huán)。差動連接被廣泛應用于組合機床的液壓動力滑臺和各類專用機床中。

6 換向閥中位機能的合理應用

丁基膠涂布機廣泛應用于中空玻璃門窗的密封。圖9所示為丁基膠涂布機液壓系統(tǒng)原理圖。液壓泵啟動后，三位四通換向閥右位工作，液壓缸無桿腔進油，活塞向左運動。當無桿腔的壓力上升到電觸點壓力表的上限值時，壓力表通過電觸點發(fā)出信號，右位電磁鐵失電，換向閥回歸至中位，液壓泵卸荷，液壓回路通過蓄能器進行保壓。此時液壓缸開始工作，將膠缸中的膠擠出進行涂膠密封。當無桿腔壓力下降到壓力表的下限值時，壓力表再次發(fā)出信號，換向閥換向至右位，液壓泵再次向液壓缸無桿腔供油，壓力上升至上限值，回路進入保壓狀態(tài)，液壓缸活塞向左移動，通過膠缸進行涂膠密封。若換向閥采用O型或M型中位機能，回路進入保壓狀態(tài)后，液壓缸有桿腔無法實現(xiàn)回油，活塞運動受限，會導致擠出的膠越來越細，直至斷流。若采用Y型或H型中位機能，則液壓缸無桿腔的油液會迅速卸壓，液壓缸不能動作。此外，Y型和O型中位機能也無法實現(xiàn)液壓泵的卸荷，且功率損耗太大。

圖9 丁基膠涂布機液壓系統(tǒng)

圖9所示回路中的換向閥采用K型中位機能，無桿腔壓力上升至換向閥回歸中位后，可以有效實現(xiàn)保壓。液壓缸有桿腔可以實現(xiàn)回油，液壓缸帶動膠缸正常工作，且液壓泵可以卸荷?？梢姡琄型中位機能的選用正確合理。

圖10所示為YZ10G型振動壓路機振動液壓回路。這種振動壓路機采用質(zhì)量調(diào)節(jié)式偏心塊調(diào)幅機構，通過改變振動軸，即液壓馬達的旋轉(zhuǎn)方向來改變質(zhì)量和偏心距，從而獲得兩種不同的振幅[9]。振動泵為單向泵，電液換向閥為起振閥，控制振動液壓馬達的轉(zhuǎn)向。獲得的高低兩種不同的振幅可以滿足土方工程中非黏性和半黏性土壤的壓實工作。雖然電液換向閥的主閥采用H型中位機能，但是先導閥不由振動泵供油，而是由輔助液壓泵單獨供油，因此主回路不需要設置背壓閥。先導閥采用Y型中位機能，可控制主閥的換向和中位回歸。

圖10 振動壓路機振動液壓回路

7 結束語

三位換向閥是液壓系統(tǒng)中應用最為廣泛的一種換向閥[10-13]。換向閥的使用離不開其中位機能。在設計液壓系統(tǒng)時，合理應用換向閥中位機能是十分重要的。中位機能的合理應用可以優(yōu)化或者簡化液壓系統(tǒng)的設計。在選擇中位機能之前，一定要充分了解各類中位機能的特點、應用要求及場合等。

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