液压集成块三维设计方法研究.pdf

设计 研 究 汽 车 实 用 技术 AUWOMOBILE APPLI ED TECHNOLOGY 2 0 l 3 年 第6 期 2Ol 3 N0．6 液压集成块三维设计方法研究 王 忠 瑞 大连智云 自动化装备股份有限公司，辽宁 大连 1 1 6 0 3 6 摘 要针对液压元件技术的快速发展，提 出一种可适用于板式阀、二通插装 阀、叠加 阀混用的 液压集成块三维设计方法。根据各类阀的结构特点和安装使用方式，构造 了相应的液压阀布局 设计方法从集成块设计角度，将液压阀油孔分 为底面油孔和侧 油孔，从而涵盖 了三类液压阀 在液压集成块设计过程中的各种油路连通方式 。 关键词液压集成块三维设计 液压阀 中图分类号T H一 3 文献标识码 A文章编号 1 6 7 1 7 9 8 8 2 0 1 3 0 6 3 8 0 3 Thr e e di me ns i o na l de s i g n me t ho d f o r hy dr a ul i c ma ni f o l d bl o c k W a n g Zh o n g r u i d a l i a n Z h i Y u n a u t o ma t i o n e q u i p me n t C o ． ， L T D． D a l i a n l i a o n i n g 1 1 6 0 3 6 Abs t r a c t Th e r a p i d d e v e l o p me n t o f h y d r a ul i c c o mp o n e n t s ，i s pr o p o s e d t o b e a pp l i e d t o t h e p l a t e v a l v e ， t wo - wa y c a r t r i d g e v a l v e ， s u p e r i mpo s e d o n a t h r e e d i me n s i o na l d e s i g n me t h o d f o r h y dr a u l i c ma ni f o l d b l o c k v a l v e mi x ．Ac c o r d i n g t o t h e s t r u c t u r a l c h a r a c t e r i s t i c s o f a l l k i n d s o f va l v e s a n d i ns t a l l a t i o n u s e wa y , c o ns t ruc t i n g the c o r r e s p o n d i n g h ydra ul i c v a l ve l a y o u t d e s i g n me tho d ；f r o m the a n g l e o f man i f o l d b l o c k d e s i gn ， the h y dra ul i c v a l ve ho l e i n t o the u n d e r s i d e ho l e an d s i d e h o l e ， whi c h c o ve r s t hre e t y p e s o f h y dra u l i c v a l v e s wa y c o n n e c t i v i t y i n a va r i e t y o f o i l i n t h e h y dra ul i c man i f o l d bl o c k i n the d e s i gn p r o c e s s ． Ke y wo r ds h y dr a ul i c m a n i f o l d bl o c ks ； 3 d de s i g n； hy dr a y l i c va l v e s CLC N0． T H- 3 Do c u me n t Co d e A Ar t i c l e I D 1 6 7 1 7 9 8 8 2 O 1 3 0 6 - 3 8 - 0 3 引言 液压集成块是集成式液压系统的关键部件 ，它 既是液压件油路连通 的通道体，又是液压件的承装 载体，材料一般采用可锻铸铁或 4 5号钢 ，为保证 介质的清洁度，阀块体 的管道和表面常采用镀镍或 镀锌处理；由于 内部孔道交错复杂，采用二维设计 时，对设计人员 的空 间想象能力要求非常高，并 作者简介 王忠瑞 ， 就职于大连智云 自 动化装备股份有限公 司，从事流体设计工作。 且需要长 时间的注意力高度集 中，否则很容易 出 现设计失误，且在设计阶段难 以发现，一直 以来 都是集成式液压系统设计的关键和瓶颈所在 。随着 三维 C A D软件 的普及应用， 国内外学者对基于三 维 C A D软件的液压集成块设计、 液压集成块油路 智能优化设计 、 油路连通关系 的校核等进行了广 泛的研究 。 1 、液压集成块三维设计依据 液压集成块的设计依据是液压原理图，液压原 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 3 9 汽车实用技术 2 0 1 3 年第 6期 理 图为集成块设计提供了液压 阀的规格型号，以及 所有油孔之间的连通关系。液压集成块的设计工作 包括液压装配关系设计 布局1 、 液压集成块油路连 通关系设计 布孔 和最小壁厚校核， 液压集成块详 细设计的 3个过程是集成块设计的关键。 液压 阀模型 中的设计信息面向对象 的液压 阀 系统模型如图 1所示， 其中基本阀为虚拟阀， 包含 了所有液压阀及附件的公共信息。 1 、装配关系设计是确定阀块体 的总体尺寸、 液压阀的安装面／ 安装位置／ 安装角度、公共油15／ 管 接15 ／ 控制油口以及其它特殊油口的设计过程。 装配关系的设计要求 ①满足用户对装配关系的一些特殊关系要 求 ； ②承装元件要有足够 的安装调试空问； ③布局应为连通关系设计创造有利条件； ④结构紧凑，体积尽可能小； 装配关系的设计主要是以设计人员的经验和 现场的操作需求为主 ， 确定重要原件和管接 口的装 配信息，而其它次要的安装信息将根据孔道连通情 况进行适当的调整。 根据 以上原则，液压 阀块布局的优化方法如 下 1 t t l 果在液压阀块某面上的液压元件的数量 不超过 4个，则分别布置液压元件在 4个角附近 ， 不一定在角上．这样可 以保证在两个边附近进行工 艺孔设计。 2 如果在液压阀块某面上的液压元件的数量 不超过 8个，则除了分别布置液压元件在 4个角附 近 以外，其它液压元件可根据情况分别布置在 4个 边附近。这样可 以保证在一个到两个边附近进行工 艺孔设计 。 3 、 如果液压 阀块某面上 的液压元件 的数量超 过 8 个 以上， 可 以考虑使用智能方法进行优化设计 。 由于一般情况下，液压阀块包含的液压元件总和不 会超过 1 0个 以上，所以分配到各个面上的液压元 件数量不会超过 l O个，一般在 3 到 5 个左右。 由于 在一般液压阀块设计中很少涉及到大量的液压元 件布置，所以根据前两条的规则可以满足系统设计 的基本要求 。 2 、液压集成块油路连通关系设计主要是根据 液压原理图所指定 的液压 阀油孔之间的连通关系 要求，在装配关系设计的基础上，确定连通孔道的 深度，以及必要时设置的的工艺孔的位置和深度， 将所有该连通的油孔一一相互连通。 连通关系的设计要求 ①保证百分之百实现液压 原理 图的连通关 系 ②工艺孔数 目尽量少 ，连通路径长度尽量 短 ； ③相通孔道要保证一定的流通面积，不相通 的孔道之间要满足一定的壁厚； ④满足某些阀的动态特性要求； ⑤单孔长度满足加工要求； 连通关系的设计主要是在满足主要元件和管 接 口的安装信息的基础上完成所有的孔道连通 ，通 过想象和观察来满足连通性和危险壁厚的要求，适 当时可 以调整部分安装信息，以便得到较好的连通 效果。 3 、最小壁厚校核是保证液压集成块油路连通 关系的正确无误后，还需要保证各连通油路之间以 及油路与辅助孔之间具有合适的壁厚，以保证不会 被压力油击穿，破坏油路的连通状态 。考虑油路块 加工过程 中的各种误差及螺纹的紧固力矩＼ 材料组 织等因素， 油孔间的最小壁厚的推荐值不小于 5 mm． 当系统压力高于 6 ． 3 Mp a或孔间壁厚 比较小时， 应进 行强度校核， 以防击穿，对于最小壁厚的计算公式 6p d n ／ 2 0 P管 内最高工作压力； Mp a d油管 内径； 1 I l I I 1 n安全系数； 4 ～ 8 o 管材抗拉强度； Mp a 为保证阀块设计的质量，在阀块孔道设计 中必 须遵循 以下准则 1 孔道深度的数值不包括孔尖的深度， 是指孔 道主体部分 圆柱体 的深度 ； 2 连通孔道应尽量直通，不能直通的孔道 ，应 保证工艺孔位置安排合理、工艺孔数 目最少、几何 尺寸最小且加工简单； f 3 相交两孔应至少包容小孔半径， 垂直相交两 孔孔深至少达到另一孔中心线， 对面相交两孔相交 部分深度应至少达到两孔最小半径值。 对于不能直接相连 的待通孔，需要设计工艺 孔 。 而工艺孔的设计， 不仅要满足于连通两待通孔， 还应使油流通畅、能满足一定的通流面积 。所 以在 设计工艺孔位置、尺寸时除了遵循 以上准则外 ，还 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 3年第 6期 王忠瑞液压集成块三维设计方法研究 应遵守 以下规范 i i艺孔位置应保证至少通过小孔的一半； 2 I艺孔的半径等于小孔 的半径 R g Mi n R 1 ， R 2 。 2 、液压集成块设计实例 图 1 面 向对 象的液压 阀系统模型 此原理是汽车发动机 缸体最终压装 试漏线的 动力源原理 图，原理分析 考虑更换滤芯时，为 不影响系统的正常工作 ，系统 内的两个板式过滤器 序号 3 采用一工一备 ，由板式三通球阀进行切 换 序号 2 ； 过滤器后单 向阀的作用是防止更换滤 芯时液压油回流，起到截止阀的作用；根据节拍的 要求，两组蓄能器及安全 阀组单独供应 P 1 、P 2口， P 1口供应试漏工位，P 2口供应压装工位 ，P 1使用 蓄能器是保证缸体使用试漏仪泄漏测试时压力 的 稳定，不受 P 2压装压力波动 的影响，P 2使用蓄能 器是保证压装工位油缸快速运动的要求 ，且能保证 系统压力波动在 i M p a左右 ；此种设计原理改掉了 以往设计每个工位各采用一个泵装置的方式 ，采用 一 套泵装置及其液压 电器等附件，大大减少了元器 件 的使用，既节省了能源又减少了故障率的发生。 对应上 图液压原理图元件 的型号 1 、插装式单向阀M S R I 5 K E 0 5 1 X 4 2 、板式三通球阀K H P 3 K 1 6 L 1 1 1 4 0 2 X 3 、 板式安装过滤器 D F B N ／ H C l l O O ． E I O D 1 ． x／ _ L 2 4 2 4 、板式电磁溢流阀D B W 1 O B 3 - 5 X ／ 2 0 0 - S 6 E G 2 4 N 9 K 4 R 1 2 5 、测压接头 6 、压力开关 E M A 3 ／ 1 ／ 4 E D C F P N7 0 0 1 E3 0 00 7 测压接头 溢流口 p2口 P1口 测压接头 垂 薰 蓁 耋 图 2 液压集成块布局与油路设计 根据液压原理 图及液压元件的联接方式 板式 阀、叠加阀、插装 阀进行液压集成块的布局及油 路块的设计，设计时要依据液压站的总体布局及集 成块的安装位置以及安装布局的合理化进行考虑。 图 3 液压集成块油路连通关系设计 3 、实践与结论 液压集成块上 的孔道设计实际上是空间孔系 的设计， 也是集成块设计的关键所在，采用三维设 计二维输出的设计，在二维视图上进行孔壁厚的测 量 以辅助设计者进行及时的校验 、修改、分析等， 便于液压集成块的机构优化调整 。 参考文献 [ 1 】周惠友，郭海英，钟廷修． 液压集成块设计趋势． 液压气 动与密封[ J ] ，2 0 0 1 I ． [ 2 】雷天觉．新编液压工程手册[ M】 ，北京北京理工大学 出版 社． I 9 9 8 ． [ 3 】王景财．第五代液压控制阀 螺纹插装阀的发展与应用 [ J ] ． 大重科技， 2 0 0 3 1 ． [ 4 ]高卫国，徐燕 申，牛文铁． 基于广义装配的液压集成块 设计过程建模[ J ] ． 天津大学学报， 2 0 0 6 ， 3 9 4 ． 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m