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什么是液壓閥
國家標(biāo)準(zhǔn) GB/T 17446-1998《流體傳動(dòng)系統(tǒng)及元件 術(shù)語集》(譯自 ISO 5598:1985)中定義“閥
——用來調(diào)節(jié)流體傳動(dòng)回路中流體方向、壓力、流量的裝置?!盜SO 5598:2008 保持了這一定義。
這個(gè)提法只說到了閥的用途,或者說是良好愿望。愿望,盡管良好,卻不一定能實(shí)現(xiàn)。
筆者認(rèn)為,液壓閥,本質(zhì)上來說,只是一個(gè)“其液阻可調(diào)的裝置”,僅此而已,不多也不少。
所有的液壓閥都必須能做到“調(diào)節(jié)液阻”,而且也只能做這件事,無一例外。
從這個(gè)本質(zhì)出發(fā),就能夠比較容易并且全面地理解液壓閥,特別是,工程機(jī)械中的一些組合
閥、一些結(jié)構(gòu)復(fù)雜的液壓閥,在實(shí)際液壓系統(tǒng)中,在不同工況下可能有的種種效應(yīng)和現(xiàn)象。
這個(gè)定義有以下一些含意。
1)就像電阻是對(duì)電流的阻力一樣,所謂“液阻”,就是對(duì)液體流動(dòng)的阻力。所以,液壓閥必須
具有至少一條液流通道。
2)要有一條液流通道,那就至少要有兩個(gè)液流的通口。
一根液壓軟管,有兩個(gè)通口,可形成一條液流通道。用力擠壓液壓軟管,可以改變液流通道的
液阻,理論上也可以算作一個(gè)液壓閥——節(jié)流閥。只是現(xiàn)代液壓技術(shù)使用的高壓軟管如此之硬,擠
壓軟管如此費(fèi)力,并且會(huì)大大降低軟管壽命,一般情況下都不使用這個(gè)方法。
有教科書,把壓力開關(guān),也稱壓力繼電器,歸入液壓閥類,這是思維混亂。壓力開關(guān)只有一個(gè)
液體端口,不能構(gòu)成一條液流通道,不能開關(guān)液壓量。它只能根據(jù)壓力狀況,輸出電信號(hào),和壓力
傳感器同屬一大類,只是一個(gè)輸出開關(guān)量,一個(gè)輸出模擬量而已。而且現(xiàn)在已經(jīng)出現(xiàn)了實(shí)質(zhì)上是壓
力傳感器,同時(shí)帶有可調(diào)的開關(guān)信號(hào)工作點(diǎn)的所謂數(shù)字式壓力開關(guān),壓力開關(guān)和壓力傳感器之間已
沒有截然的界限了。所以,壓力開關(guān)不應(yīng)該歸入液壓閥,而應(yīng)該歸入壓力檢測儀器。
3)液壓閥都有至少一個(gè)閥體和至少一個(gè)閥芯,基本上都是通過閥芯在閥體中的相對(duì)移動(dòng)所形
成的開口變化來改變液阻的。通道封閉,即液阻無窮大。通道全開,即液阻接近零。
目前僅有的例外,是使用“電流變”液體的控制閥。這種閥不需要閥芯,僅僅通過對(duì)液流通道
施加電場,改變“電流變”液體的粘度,就能影響液阻,起到與改變開口同樣的作用。這項(xiàng)技術(shù),
一旦全面進(jìn)入實(shí)用階段,會(huì)對(duì)整個(gè)液壓技術(shù)帶來顛覆性的變化。只是這項(xiàng)研究已進(jìn)行了幾十年了,
目前僅有極少量的試制樣品,什么時(shí)候,能否進(jìn)入實(shí)用階段還很難說。
所以,在以下的討論中,不把液壓軟管和“電流變”液壓控制閥考慮在內(nèi)。
4)液壓閥與壓力介質(zhì)相連接的端口,可以分為通口和控制口。
可能有持續(xù)的工作流量通過的端口,稱為通口。液壓閥至少有兩個(gè)通口。在工作時(shí),至少有一
個(gè)是進(jìn)口,一個(gè)是出口。由于液流通道多少總是有些液阻,所以,在有液流時(shí),出口的壓力總是低
于進(jìn)口。但進(jìn)出口并非始終固定不變,完全可能交換。 沒有持續(xù)工作流量通過的端口,稱為控制口。一般是盲口,僅與彈簧腔或閥芯端面連通。主要
是為了引入壓力信號(hào),推動(dòng)閥芯。有些控制口有時(shí)會(huì)有極少量先導(dǎo)液流或泄漏流量持續(xù)通過。
5)說液壓閥是一個(gè)“液阻可調(diào)的裝置”而不提其用途——控制壓力流量方向,不是故意為了
和國標(biāo)唱反調(diào),而是為了突出,一個(gè)液壓閥能否調(diào)節(jié)液壓回路中流體的方向、壓力或流量,還取決
于回路中其它部件的狀態(tài)。比如說,泵根本沒有運(yùn)轉(zhuǎn),或另有一旁路通油箱,那么無論怎樣調(diào)節(jié)溢
流閥,也無法調(diào)節(jié)壓力。
6)液壓閥芯是一個(gè)機(jī)械部件,只服從力平衡原則。閥芯在且只在外力的作用下移動(dòng),停留在
這些力平衡的位置。所導(dǎo)致的液流通道的形狀和開口的大小——液阻,就和系統(tǒng)中其他元件的狀態(tài)
一起決定液流的方向、流量,從而影響系統(tǒng)某部分的壓力、執(zhí)行器的運(yùn)動(dòng)和停止。
在液壓技術(shù)中經(jīng)常使用的提法——流量閥、方向閥,指的僅是這些閥的功能或用途:可以用于
控制流量或流動(dòng)方向。液壓閥芯本身并不能直接感知流量和流動(dòng)的方向。流量和流動(dòng)方向是通過節(jié)
流口產(chǎn)生的壓差間接地來影響閥芯位置的。
7)有些閥芯,受外部作用力作用,如手動(dòng)力、機(jī)動(dòng)力、氣壓力、液壓力或電磁力;有些閥芯
則也受或僅受內(nèi)部物理量,如一個(gè)或多個(gè)壓力、彈簧力或摩擦力的作用。在現(xiàn)代液壓技術(shù)中,閥芯
的重量相對(duì)這些力,往往小得多,通常都可以忽略不計(jì)。但其慣量,對(duì)動(dòng)態(tài)過程、響應(yīng)速度的影響
卻往往是不可不考慮的。
8)閥芯的移動(dòng),都有兩個(gè)極限位置,一般都是通過機(jī)械結(jié)構(gòu)來限定的。
液壓閥可分為開關(guān)閥和連續(xù)調(diào)節(jié)閥。
開關(guān)閥的閥芯在正常工作時(shí),大多都停留在極限位置,或利用彈簧力平衡的某一個(gè)中間位置。
如不能達(dá)到這些位置,則往往是非正常工作狀態(tài),也是值得關(guān)注的。單向閥、換向閥一般都是開關(guān)
閥。
連續(xù)調(diào)節(jié)閥的閥芯,在正常工作時(shí),一般都應(yīng)該可以停留在任意中間位置,而非極限位置。如
不能穩(wěn)定地停留在中間位置,則這個(gè)閥,或系統(tǒng)就會(huì)不穩(wěn)定。流量閥、壓力閥一般都是連續(xù)調(diào)節(jié)
閥。
9)在學(xué)校學(xué)習(xí)液壓閥,為了簡化,往往只考慮液壓閥處于理想工作狀況時(shí)的表現(xiàn)和特性,這
對(duì)初學(xué)者是可以的。但是,作為一個(gè)工程師,特別是液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)師,不僅要考慮液壓閥在正常
工作時(shí)的情況,也要考慮這些閥在非正常工作條件下的表現(xiàn),還要考慮到,在系統(tǒng)中某些元件沒有
正常工作時(shí),液壓閥、乃至整個(gè)系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)的狀況。這樣,才能提高系統(tǒng)的可靠性、安全性,減少
事故。
10)要想真正了解液壓閥,就決不能被那些閥的名稱,特別是中文名稱所迷惑。因?yàn)?,我們現(xiàn)
在經(jīng)常使用的液壓閥名稱往往是從不同的角度來命名的,有不少是名不符實(shí)的。
- 溢流閥說的是現(xiàn)象——“溢流”。減壓閥,說的是其功能。其實(shí)兩者都是限壓。溢流閥限制
進(jìn)口壓力。減壓閥則只能限制出口壓力,不一定減低壓力。如果進(jìn)口壓力低于其設(shè)定壓力,減壓閥
就起不了減壓作用。
- 調(diào)速閥,說的是打算:打算用它來調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)速度。實(shí)際上,它能調(diào)節(jié)的僅僅是流量,并不能
2 直接調(diào)速。而且,只有在進(jìn)出口之間的壓差超過最低工作壓差時(shí),才能起調(diào)節(jié)流量的作用。
- 節(jié)流閥只是能改變液阻而已,不一定能節(jié)制流量。
- 平衡閥也不是用來保持平衡的。
- 壓力補(bǔ)償閥其實(shí)并不能補(bǔ)償壓力,而是消耗壓力。
- “壓力切斷”其實(shí)還是限壓,指的是在閉式回路中,通過降低泵的排量來避免持續(xù)過高的壓
力。因?yàn)?,如持續(xù)通過溢流閥溢出,就會(huì)造成不必要的能耗和油液過熱。
- 定差溢流閥、定差增壓閥常被籠統(tǒng)稱為定差減壓閥。
- “比例閥(proportion valve)”一詞在歐美也被混用了。一是指可無級(jí)連續(xù)調(diào)節(jié),可停留
在任意中間位置的閥,相對(duì)開關(guān)閥而言;一是指電比例閥,閥的控制量與輸入的電流(電壓)成比
例。
這些名稱只是表象、或一個(gè)美好的愿望、甚至一個(gè)翻譯錯(cuò)誤而已。愿望不一定就能實(shí)現(xiàn)。翻譯
錯(cuò)誤要靠獨(dú)立思考來識(shí)別。
一個(gè)術(shù)語名不符實(shí),還可以約定成俗。但多個(gè)術(shù)語名不符實(shí),就會(huì)給初學(xué)者帶來困惑。
一些教科書中,把插裝閥和(電)比例閥併在一章介紹,這就像把江西人和運(yùn)動(dòng)員歸為一類一
樣邏輯混亂。
11)閥的分類
在國內(nèi)液壓技術(shù)中經(jīng)常使用的提法——三大類閥:壓力閥、流量閥、方向閥。其中,方向閥包
括了換向閥和單向閥。其實(shí),在歐美都不使用三大類閥這一提法,而是把液壓閥分為壓力閥、流量
閥、換向閥和單向閥這四大類,根本沒有一個(gè)對(duì)應(yīng)中文術(shù)語中“方向閥”這么一個(gè)包含單向閥和換
向閥的術(shù)語。例如,在 ISO 5598《流體傳動(dòng)系統(tǒng)及元件 術(shù)語》1985 版中,directional control
valve(§4.1)和 non-return valve 單向閥(§4.2)是并列的。所以,GB/T 17446-1998 根據(jù)字
面意思將 directional control valve 直譯成方向閥,是錯(cuò)誤的,應(yīng)該譯成“換向閥”。筆者查閱
了 ISO6403 和 Rexroth 公司、EATON 公司、Parker 公司、英國 Sterling 公司、英國 Integrated
Hydraulic 等公司的產(chǎn)品樣本,其中 directional control valve 和 check valve(non-return
valve)都是并列的。
其實(shí),液壓技術(shù)發(fā)展至今,已經(jīng)出現(xiàn)了很多種類的液壓閥,特別是工程機(jī)械中,有很多復(fù)合
閥。它們具有多種功能[1],相互間已沒有截然的界限了。因此,不能再拘泥于目前的功能分類。
例如,
- 節(jié)流閥通常被歸為流量閥,而單向節(jié)流閥的功能則介于流量閥與單向閥之間。
- 順序閥與溢流閥的功能結(jié)構(gòu)差別不大,與液控?fù)Q向閥也無截然的差別。
- 比例節(jié)流閥與比例換向閥間也無明顯界限。
- 液壓邏輯元件最初得名,是因?yàn)樗荒軌驅(qū)崿F(xiàn)簡單的開和關(guān),就如邏輯判斷中的是和非。但
以后又發(fā)展出,結(jié)構(gòu)相近、閥芯能夠停留在開和關(guān)之間的任意位置,以實(shí)現(xiàn)壓力和流量的連續(xù)調(diào)節(jié)
型。還是稱作液壓邏輯元件,雖然已經(jīng)名不符實(shí)了。而調(diào)節(jié)型邏輯元件與定壓差閥在結(jié)構(gòu)與功能上
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都很相近。
有些閥同時(shí)具有幾個(gè)功能。例如,
- 單向閥被歸入方向閥,但也可被用作為低壓不可調(diào)的溢流閥。
- 許多減壓閥都同時(shí)含有溢流功能。
- 平衡閥是溢流閥、節(jié)流閥和單向閥三合一的組合閥。
筆者希望在此再次強(qiáng)調(diào):
- 分類只是為了梳理現(xiàn)狀,以便于學(xué)習(xí),只能作為學(xué)習(xí)的起點(diǎn),決非學(xué)習(xí)的終點(diǎn)。決不能僵化
死守分類而阻礙了創(chuàng)新。
-任何分類都是不完善的。因?yàn)?,在現(xiàn)實(shí)中總存在,或者會(huì)出現(xiàn),介于兩類之間的品種。而這
非馬非驢往往由于吸取了兩類的優(yōu)點(diǎn)或摒棄了兩類的弱點(diǎn)而特別有生命力。
12)液壓閥的圖形符號(hào)大致反映了閥的工作原理,比名稱要有用得多。但是,必須看到,
- 有些產(chǎn)品樣本上提供的圖形符號(hào)是簡化了的,從中并不能看出閥的工作原理;
- 有些產(chǎn)品樣本上的圖形符號(hào)并沒有執(zhí)行國際標(biāo)準(zhǔn) ISO1219;
- 也有些國際知名公司產(chǎn)品樣本上的圖形符號(hào),根本就是畫錯(cuò)了的。
另外,圖形符號(hào)并不能反映閥的動(dòng)作細(xì)節(jié)??繄D形符號(hào)也不能看出閥可能的出錯(cuò)部位。 13)因此,要完全理解一個(gè)液壓閥,特別是復(fù)合閥的功能,不要先去看各個(gè)部分,是溢流閥還
是所謂“調(diào)速閥”,而是首先要把它當(dāng)作一個(gè)機(jī)械零件。根據(jù)(產(chǎn)品樣本提供的)剖面圖仔細(xì)了解它
的結(jié)構(gòu),了解作用在閥芯上有哪些力,這些力又是從何而來,受何影響的,從而理解它的動(dòng)作原
理。然后,才能把它當(dāng)作是一個(gè)流體技術(shù)元件,了解它對(duì)壓力和流量的控制功能,了解其功能的局
限性。
認(rèn)識(shí)及選用液壓閥要面向?qū)嶋H應(yīng)用。先定性,再定量,最后還要注意細(xì)節(jié),否則是達(dá)不到完美
的。具體來說,大體就是這么幾步:
-通過閥的結(jié)構(gòu)來了解閥的功能,
-通過閥的特性曲線來認(rèn)識(shí)閥的特性,
-根據(jù)應(yīng)用的要求來選擇恰當(dāng)?shù)漠a(chǎn)品,
-最后,根據(jù)樣機(jī)測試結(jié)果來確認(rèn)所選擇的閥的適用性。
上一條:沒有了!
下一條:液壓教材應(yīng)該變成叢書