工程机械中多路阀的发展综述

凉白开

工程机械中多路阀的发展综述

摘要：由于工程机械执行机构多，要满足多种功能要求，而这些执行机构以液压方式实现。多路阀是工程机械液压系统中核心控制元件，它是以两个以上换向阀为主体，集单向阀、过载阀、补油阀、制动阀及压力补偿器等于一体的集成阀，来满足工程机械对多个执行机构的运动控制要求。随着工程机械对于节能、高效、减振及整机性能要求的不断提高，需要多路阀与先导控制级、变量泵等实现动静态特性的最佳匹配，多路阀将更加专用化、个性化。

关键字：工程机械 多路阀  控制

一、多路阀发展简介

1. 手动六通多路阀

多路阀的发展早期为手动六通多路阀，此阀的实质是：先为

旁路节流，后油源全流量通过多路阀主阀口进入系统。它最重要的特性是流量微调特性，但有较大零位死区，微调范围一般不大于阀心行程的30%。它具有六通阀的特点，具有：路回油道是逐渐减小最后被切断，执行元件启动平稳无冲击；可手动比例调节；操作简单等优点。而手动操纵控制和整机布局来说就显得操纵强度大、精度低、布局困难，并且六通多路阀易受负载影响，即：于负载压力的作用，六通何进油节流口与旁路节流口上的压差是不同的，负载压力变化会引起二者流量比例的变，进人执行机构的流量发生变化。

2. 负载补偿和抗流量饱和多路阀

针对六通多路阀易受负载变化影响的缺点，用负载补偿技术保持多路阀阀口压差近似不变，从而解决负载压力和/或油源压力波动的干扰问题。

但即便压力补偿器实现负载压力补偿，当泵的流量出现饱和，即执行机构需求流量超过泵的最大流量时，泵的输出压力下降，使进入最高压力联负载的流量减少，速度降低，而进入其他负载的流量不变。这就不能实现工程上多缸同时操作的要求。解决流量饱和问题可采用载传感补偿系统，该系统主要特点：1、压力补偿器置于多路阀出口，各联控制节流器进口均为泵的出口压力p；2、将当时负载最高联的负载压力引入各联压力补偿器的弹簧腔。在正常情况下，file:///C:/Users/acer/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image002.gif，此值虽是时变的，但对所有负载却是相同的，都比最高负载压力高出一个定值，上式A是压力补偿器阀心的液压力作用面积。也就是说，各联压力补偿器的压差都是一样的。流量饱和时，压力补偿器压差降低，但各负载之间工作速度比例关系仍保持原设定值不变。

而LUDV多路阀和LS多路阀就是典型的将压力补偿和抗流量饱和技术结合的装置。

2.1 LUDV多路阀

LUDV多路阀，LUDV为德文缩写即负载独立（与负载无关）流量分配阀（Loadindependent flow distribution）。该阀可实现单泵-多执行器系统的复合动作。该阀的工作原理为：主阀芯处于中位时压力口P封闭，压力补偿器的下腔、单向阀的右腔通过主阀芯上的节流口与回油口T连通，单向阀、压力补偿器可靠关闭；当主阀芯在先导压力作用下向右移动，进油测量阀口打开，压补偿器随之开启，P 口高压油经进油测量阀口、压力补偿器阀口、单向阀、主阀芯上的进油槽进入A口；同时进油测量阀口后的压力通过补偿器上的中心孔引至 LS（负载敏感）口，进入A 口的流量由进油测量阀口面积及其两端压差决定（压差近似不变），进油槽不起节流控制作用，回油阀口对执行元件回油起节流作用。

若复合动作，P口压力取决于最大负载，LS腔仅由此联阀的压力补偿器供油，低负载对应的换向阀中补偿器阀口开度较小，不向LS供油，各压力补偿器的进口压力相等且取决于执行元件中的最高负载压力（仅比变量泵出口压力低一个进油测量阀口的压差），各执行元件速度仅取决于各联换向阀的进油测量阀口面积。即使各执行元件所需流量之和大于泵的输出流量，系统也会按各自的进油测量阀口面积将流量按比例进行分配，而不是流向负载小的执行元件。因此不会出现轻载荷工作装置“抢占”重载荷装置的流量的现象。

2.2 LS多路阀

下图为LS多路阀液压符号图，它是片式中位闭合负载敏感多路阀，具有阀后压力补偿功能，该阀与LUDV多路阀功能基本相同，也具有与负载无关的流量分配和抗流量饱和功能，其最高负载压力信号LS也是由补偿器直接产生，而无需梭阀选择。

比较两图中的补偿器可知，LS阀与LUDV阀的不同在于LUDV阀负载信号LS的油液是从补偿器流向执行元件的油液中分流而来，而LS阀负载压力信号LS的油液是由主泵供油经阻尼孔、补偿器阀口直接供给，这样可以防止新的执行元件开始动作时，由于LS信号的分流而使得流向最高压力负载的流量突然减少，从而导致最高压力负载的速度出现一个突然的降低。此外LUDV阀中补偿器有偏置弹簧，而LS阀中补偿器无偏置弹簧。由于偏置弹簧的存在，LUDV阀中最高压力负载联的补偿器处于平衡状态时，忽略阀芯受到的液动力、摩擦力等，有：p1-p2=Fs/A=△p（4）其中，p1为补偿器阀前压力、p2为补偿器阀后压力（负载压力）、Fs为弹簧力、A为补偿器阀芯面积。即LUDV阀中补偿器的阀前压力始终比最高负载压力大△p，这样泵出口压力也就相应增大△p。然而LS阀中最高负载压力联的补偿器处于平衡位置时，其阀口前后压力相等（最高负载压力）。因此在相同负载情况下，LUDV系统中主泵压力高于LS阀系统的主泵压力，且LS多路阀LS压力信号平稳性更好。

3.负流量控制多路阀

由于六通多路阀具有中位回油能耗大的缺点，负流量控制技术在六通多路阀旁路回油路上设置流量检测装置，控制泵的排量，从而减少旁路回油功率损失，解决六通多路阀的中路回油能耗大问题。它是一种典型的节能控制方式。

负流量控制多路阀以KMX15R型多路阀为例说明。KMX15R型多路阀是川崎重工专门为双泵双回路负流量控制系统研制的，其结构紧凑、控制灵活，与K3V泵组成了目前应用广泛的负流量控制系统。该阀为整体式结构，与分片式多路阀相比，克服了片式阀之间需要多处密封、泄漏可能性大及连接处易变形的缺点。但阀体铸造工艺复杂、技术要求高。

KMX15R多路阀，它由两大片整体式阀组成。负流量信号从FL和FR处采集，分别与的Pi1和Pi2连接，与主泵组合从而实现负流量控制功能。该阀有两路进油口（P1、P2），分别与K3V双联泵出口相连，组成液压挖掘机的双泵双回路系统。

二、多路阀发展近况

多路阀作为工程机械液压系统的核心控制元件，在现有的结构与技术基础上仍在不断研究进步。德国Linde公司尝试不用铸造的方法形成阀体流道，在数片金属薄板上进行激光切割，再将薄板组

合在一起形成流道形状，这种方法有效降低了流阻。韩国斗山重工开发了一套阀口面积计算软件，通过一系列参数来确定挖掘机多路阀主阀阀口面积，有效减小了压降和流量损失，使能量利用率提高了16%。美国学者指出液压阀高压化是一个重要的实际需要，高压会导致阀芯阀套配合间隙发生变化，增加泄漏；意大利研究者用纤维增强塑料制

作插装阀阀块，并采用螺旋肋状结构，增强其耐高压高温的能力，减少变形。

近年来，兰州理工大学针对工程机械液压系统减振和主控制阀研发需要开展了连续的研究工作。提出了滑阀节流槽阀口面积计算方法，阀口流量系数随阀口形状、阀口开度、流动方向不同存在明显的规律性变化，仅在主控制阀上采用非对称的进出阀口面积曲线、阀口异步关闭、多级加（减）速、变面积梯度、导阀正开口、背压制动等方法有效解决了转向系统的振动问题。

三、多路阀发展展望

21世纪液压技术在工程机械上应用必然越来越广泛。而多路阀作为工程机械液压系统重要元件除了在现有结构基础上不断改进以外，更重要的是移植其他领域技术成果，如电子技术、计算机技术、信息技术、自动控制技术、摩擦磨损技术及新材料、新工艺等，从而把工程机械产品进一步向节能、高效、高可靠性和环保型方向发展。

而随着工程机械对于节能、高效、减振及整机性能要求的不断提高，多路阀也将向着与先导控制级、变量泵等实现动静态特性的最佳匹配、专用化、个性化的方向发展。

另外，整体式多路阀的阀体铸造难度很大已成为我国发展多路阀的一大瓶颈，可化整为零，实现功能上的多路控制而非结构上的整体集成，多路阀可能将向片式、分离式回归。

参考文献：

[1]冀宏,左嘉韵，程源. 工程机械液压元件及节能液压系统的发展与思考[J].液压与气动,2013(5)：1-8.

[2]杨华勇,曹剑,徐兵,等.多路换向阀的发展历程与研究展望[J].机械工程学报,2005,41(10)：1-5.

[3]陈世教,樊万锁.川崎KMX15R挖掘机多路阀的功能与结构[J].建筑机械,1999(6)：50-53.

[4]李艳杰,于安才,姜继海.挖掘机节能液压控制系统分析与应用[J].液压与气动,2010,(8)：69-74.

机械电子工程  郭海堂  122080202020

凉白开

为什么WORD上排版合适，发上来字体都不一样了。。。