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    什么是液壓閥

       

    國家標準 GB/T 17446-1998《流體傳動系統及元件 術語集》(譯自 ISO 5598:1985)中定義“閥

    ——用來調節流體傳動回路中流體方向、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,卻不一定能實現。

    筆者認為,液壓閥,本質上來說,只是一個“其液阻可調的裝置”,僅此而已,不多也不少。

    所有的液壓閥都必須能做到“調節液阻”,而且也只能做這件事,無一例外。

    從這個本質出發,就能夠比較容易并且全面地理解液壓閥,特別是,工程機械中的一些組合

    閥、一些結構復雜的液壓閥,在實際液壓系統中,在不同工況下可能有的種種效應和現象。

    這個定義有以下一些含意。

    1)就像電阻是對電流的阻力一樣,所謂“液阻”,就是對液體流動的阻力。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,那就至少要有兩個液流的通口。

    一根液壓軟管,有兩個通口,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液壓閥——節流閥。只是現代液壓技術使用的高壓軟管如此之硬,擠

    壓軟管如此費力,并且會大大降低軟管壽命,一般情況下都不使用這個方法。

    有教科書,把壓力開關,也稱壓力繼電器,歸入液壓閥類,這是思維混亂。壓力開關只有一個

    液體端口,不能構成一條液流通道,不能開關液壓量。它只能根據壓力狀況,輸出電信號,和壓力

    傳感器同屬一大類,只是一個輸出開關量,一個輸出模擬量而已。而且現在已經出現了實質上是壓

    力傳感器,同時帶有可調的開關信號工作點的所謂數字式壓力開關,壓力開關和壓力傳感器之間已

    沒有截然的界限了。所以,壓力開關不應該歸入液壓閥,而應該歸入壓力檢測儀器。

    3)液壓閥都有至少一個閥體和至少一個閥芯,基本上都是通過閥芯在閥體中的相對移動所形

    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。這項技術,

    一旦全面進入實用階段,會對整個液壓技術帶來顛覆性的變化。只是這項研究已進行了幾十年了,

    目前僅有極少量的試制樣品,什么時候,能否進入實用階段還很難說。

    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。

    4)液壓閥與壓力介質相連接的端口,可以分為通口和控制口。

    可能有持續的工作流量通過的端口,稱為通口。液壓閥至少有兩個通口。在工作時,至少有一

    個是進口,一個是出口。由于液流通道多少總是有些液阻,所以,在有液流時,出口的壓力總是低

    于進口。但進出口并非始終固定不變,完全可能交換。 沒有持續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,推動閥芯。有些控制口有時會有極少量先導液流或泄漏流量持續通過。

    5)說液壓閥是一個“液阻可調的裝置”而不提其用途——控制壓力流量方向,不是故意為了

    和國標唱反調,而是為了突出,一個液壓閥能否調節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。比如說,泵根本沒有運轉,或另有一旁路通油箱,那么無論怎樣調節溢

    流閥,也無法調節壓力。

    6)液壓閥芯是一個機械部件,只服從力平衡原則。閥芯在且只在外力的作用下移動,停留在

    這些力平衡的位置。所導致的液流通道的形狀和開口的大小——液阻,就和系統中其他元件的狀態

    一起決定液流的方向、流量,從而影響系統某部分的壓力、執行器的運動和停止。

    在液壓技術中經常使用的提法——流量閥、方向閥,指的僅是這些閥的功能或用途:可以用于

    控制流量或流動方向。液壓閥芯本身并不能直接感知流量和流動的方向。流量和流動方向是通過節

    流口產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,如手動力、機動力、氣壓力、液壓力或電磁力;有些閥芯

    則也受或僅受內部物理量,如一個或多個壓力、彈簧力或摩擦力的作用。在現代液壓技術中,閥芯

    的重量相對這些力,往往小得多,通常都可以忽略不計。但其慣量,對動態過程、響應速度的影響

    卻往往是不可不考慮的。

    8)閥芯的移動,都有兩個極限位置,一般都是通過機械結構來限定的。

    液壓閥可分為開關閥和連續調節閥。

    開關閥的閥芯在正常工作時,大多都停留在極限位置,或利用彈簧力平衡的某一個中間位置。

    如不能達到這些位置,則往往是非正常工作狀態,也是值得關注的。單向閥、換向閥一般都是開關

    閥。

    連續調節閥的閥芯,在正常工作時,一般都應該可以停留在任意中間位置,而非極限位置。如

    不能穩定地停留在中間位置,則這個閥,或系統就會不穩定。流量閥、壓力閥一般都是連續調節

    閥。

    9)在學校學習液壓閥,為了簡化,往往只考慮液壓閥處于理想工作狀況時的表現和特性,這

    對初學者是可以的。但是,作為一個工程師,特別是液壓系統的設計師,不僅要考慮液壓閥在正常

    工作時的情況,也要考慮這些閥在非正常工作條件下的表現,還要考慮到,在系統中某些元件沒有

    正常工作時,液壓閥、乃至整個系統會出現的狀況。這樣,才能提高系統的可靠性、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。因為,我們現

    在經常使用的液壓閥名稱往往是從不同的角度來命名的,有不少是名不符實的。

    - 溢流閥說的是現象——“溢流”。減壓閥,說的是其功能。其實兩者都是限壓。溢流閥限制

    進口壓力。減壓閥則只能限制出口壓力,不一定減低壓力。如果進口壓力低于其設定壓力,減壓閥

    就起不了減壓作用。

    - 調速閥,說的是打算:打算用它來調節運動速度。實際上,它能調節的僅僅是流量,并不能

    2 直接調速。而且,只有在進出口之間的壓差超過最低工作壓差時,才能起調節流量的作用。

    - 節流閥只是能改變液阻而已,不一定能節制流量。

    - 平衡閥也不是用來保持平衡的。

    - 壓力補償閥其實并不能補償壓力,而是消耗壓力。

    - “壓力切斷”其實還是限壓,指的是在閉式回路中,通過降低泵的排量來避免持續過高的壓

    力。因為,如持續通過溢流閥溢出,就會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。一是指可無級連續調節,可停留

    在任意中間位置的閥,相對開關閥而言;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、或一個美好的愿望、甚至一個翻譯錯誤而已。愿望不一定就能實現。翻譯

    錯誤要靠獨立思考來識別。

    一個術語名不符實,還可以約定成俗。但多個術語名不符實,就會給初學者帶來困惑。

    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動員歸為一類一

    樣邏輯混亂。

    11)閥的分類

    在國內液壓技術中經常使用的提法——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,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,根本沒有一個對應中文術語中“方向閥”這么一個包含單向閥和換

    向閥的術語。例如,在 ISO 5598《流體傳動系統及元件 術語》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 根據字

    面意思將 directional control valve 直譯成方向閥,是錯誤的,應該譯成“換向閥”。筆者查閱

    ISO6403 和 Rexroth 公司、EATON 公司、Parker 公司、英國 Sterling 公司、英國 Integrated

    Hydraulic 等公司的產品樣本,其中 directional control valve 和 check valve(non-return

    valve)都是并列的。

    其實,液壓技術發展至今,已經出現了很多種類的液壓閥,特別是工程機械中,有很多復合

    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,

    - 節流閥通常被歸為流量閥,而單向節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構差別不大,與液控換向閥也無截然的差別。

    - 比例節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,是因為它只能夠實現簡單的開和關,就如邏輯判斷中的是和非。但

    以后又發展出,結構相近、閥芯能夠停留在開和關之間的任意位置,以實現壓力和流量的連續調節

    型。還是稱作液壓邏輯元件,雖然已經名不符實了。而調節型邏輯元件與定壓差閥在結構與功能上

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    都很相近。

    有些閥同時具有幾個功能。例如,

    - 單向閥被歸入方向閥,但也可被用作為低壓不可調的溢流閥。

    - 許多減壓閥都同時含有溢流功能。

    - 平衡閥是溢流閥、節流閥和單向閥三合一的組合閥。

    筆者希望在此再次強調:

    - 分類只是為了梳理現狀,以便于學習,只能作為學習的起點,決非學習的終點。決不能僵化

    死守分類而阻礙了創新。

    -任何分類都是不完善的。因為,在現實中總存在,或者會出現,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點或摒棄了兩類的弱點而特別有生命力。

    12)液壓閥的圖形符號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,

    - 有些產品樣本上提供的圖形符號是簡化了的,從中并不能看出閥的工作原理;

    - 有些產品樣本上的圖形符號并沒有執行國際標準 ISO1219;

    - 也有些國際知名公司產品樣本上的圖形符號,根本就是畫錯了的。

    另外,圖形符號并不能反映閥的動作細節?繄D形符號也不能看出閥可能的出錯部位。 13)因此,要完全理解一個液壓閥,特別是復合閥的功能,不要先去看各個部分,是溢流閥還

    是所謂“調速閥”,而是首先要把它當作一個機械零件。根據(產品樣本提供的)剖面圖仔細了解它

    的結構,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,從而理解它的動作原

    理。然后,才能把它當作是一個流體技術元件,了解它對壓力和流量的控制功能,了解其功能的局

    限性。

    認識及選用液壓閥要面向實際應用。先定性,再定量,最后還要注意細節,否則是達不到完美

    的。具體來說,大體就是這么幾步:

    -通過閥的結構來了解閥的功能,

    -通過閥的特性曲線來認識閥的特性,

    -根據應用的要求來選擇恰當的產品,

    -最后,根據樣機測試結果來確認所選擇的閥的適用性。


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