换向阀应用中应注意的几个问题

换向阀应用中应注意的几个问题

薛梅，郑发跃，王皑

北京电子科技职业学院 北京 100176

摘要：换向阀是液压换向回路中重要的控制元件，只有合理选择与应用才能保证液压系统正常工作。本文分析了换向阀应用中容易忽视的几个问题，提出了相应的改进方法，换向阀的合理应用，将大大提高液压系统工作可靠性。

关键词： 换向阀 应用 问题

Several problems should be paid attention to in the application of reversing valve

XUE Mei, ZHENG Fa-yue, WANG Ai

(Beijing Polytechnic Beijing 100176)

Abstract: Directional reversing valve is an important control element in the hydraulic reversing circuit. Only reasonable selection and application can ensure the normal operation of the hydraulic system. This paper analyzes several problems that are easy to be ignored in the application of directional valve, and puts forward the corresponding improvement methods. The reasonable application of directional valve will greatly improve the reliability of hydraulic system.

Key words: directional valve； application； problem

0 引言

换向阀是液压换向回路中的重要控制元件，利用外力推动阀芯在阀体中运动切换液流的方向，实现运动部件的方向控制。若阀芯运动阻力过大或驱动力太小，阀芯将难以换向或者误换向。造成运动阻力过大或驱动力过小的原因很多，除了制造、装配及磨损等质量因素外，换向阀的不合理应用是主要原因。因此在设计液压系统时应充分考虑各类换向阀的功能特点,合理选用，这是保证液压系统正常工作的关键。实践中，换向阀的选择应用的不合理情况，既造成浪费，又达不到设计要求，严重时还会出现事故。本文对实际回路中可能存在的问题进行了分析，提出了相应的改进方法。

1 依据工作压力和通流量选择换向阀规格

换向阀的规格应依据工作压力和通流量来选择，实际选用中经常出现按油泵供油量Q选择的情况，导致通过换向阀的实际流量远大于该阀的额定流量，引发系统故障。

图1为单杆液压缸回路，当活塞杆处于不同运动方向时，经过换向阀的流量不同，而且最大过流量并不等于液压泵的流量。

图1单杆液压缸回路

Fig. 1 Single rod hydraulic cylinder circuit

当换向阀在左端位置时，如图1（a）所示。

回油量

当换向阀在右端位置时，如图1（b）所示。

回油量

可见油泵为定量泵时，换向阀左右位工作时通过换向阀的流量是不等的，其反向速度也不等 ， ，单杆缸两腔面积相差越大，其差值越大。如果按油泵供油量Q选择换向阀规格大小，将会出现下列结果：①通过换向阀的实际流量远大于该阀的额定流量，回油侧阻力增大，限制活塞的回程速度；②背压增大导致出现电磁铁蜂鸣声，可采用增加分流回路的办法解决上述问题，如图1(c)，当换向阀在右端位置时，控制压力油将液控单向阀打开进行旁路回油，可减小液压缸的排油阻力，有效提高活塞的回程速度。

2 合理选用三位换向阀的中位机能

集装箱桥式起重机吊具定位液压系统如图2示，要求缸5水平方向左行或右行时能在任意位置准确定位，不能有漂移或窜动，运行速度能调节。为此在液压缸5的进出油口安置了外泄式液控单向阀4，用来锁紧液压缸；采用了由调速阀3和四个单向阀组成的桥式油路，使活塞往返速度可调并且能做到速度相等。系统的工作压力有溢流阀1调定。

该系统存在问题：当手动换向阀2处于中位后，活塞不能准确定位停止，出现窜动现象。

系统采用液控单向阀锁紧时，其控制油路不能保持有油压力，这样才能使液控单向阀有效封闭，起到锁紧作用。若被控单向阀的控制油路存在一定的油压力，控制其卸荷阀芯使单向阀不能完全关闭，就不能及时锁紧。只有当系统泄漏使控制油路压力降下来之后，单向阀才能关闭，这就是所谓的滞后锁紧。

由于系统中采用了O型中位机能的换向阀，当换向阀2切换至中位时，液压缸5和换向阀2间的油路被封闭，使液控单向阀控制油路中仍维持有一定的油压力，单向阀不能立即关闭，直到由于换向阀2内泄使控制油路泄压后，液控单向阀才关闭。因此，从换向阀2切换至中位到活塞停止运动还有一段时间，于是出现了不能准确定位的窜漂移现象。

解决方法：将原系统中换向阀改用Y型机能的换向阀，如图2所示，可以消除窜动现象。由于换用Y型机能的换向阀，当它一旦处于中位时，液控单向阀的控制油路立即与油箱接通，压力迅速下降，液控单向阀能及时关闭其锁紧作用。

图2桥式起重机吊具定位液压系统

Fig. 2 Positioning hydraulic system for spreader of overhead traveling crane

3 电液换向阀代替电磁换向阀避免液压冲击

在采用三位四通电磁换向阀的卸荷回路中，换向阀的中位机能为M型，回路为高压大流量系统，当换向阀切换时，系统发生较大的压力冲击。三位换向阀中位具有卸荷性能的除M型外，还有H型和K型。这样的回路一般用于低压、小流量的液压系统，是一种简单有效的卸荷方法，对于高压、大流量的液压系统，当泵的出口压力由高压切换到几乎为零压，或由零压迅速切换上升到高压时，必然在换向阀切换时产生液压冲击。同时还由于电磁换向阀切换迅速，无缓冲时间，迫使液压冲击加剧。

如图3所示，将三位电磁换向阀更换成电液换向阀，由于电液换向阀中的液动阀换向时间可调，换向有一定的缓冲时间，使泵的出口压力上升或下降有个变化过程，提高了换向平稳性，从而避免了明显的压力冲击，回路中单向阀的作用是使泵卸荷时仍有一定压力值，供控制油路操纵用。

图 3 K型电液换向阀回路 图4机床液压系统

Fig. 3 K-type directional valve circuit Fig. 4 Hydraulic system of machine tool

4 避免换向阀动作不同步导致的前冲现象

图4 (a) 所示的机床液压系统中，要求液压缸实现快进、工进、快退的动作循环。动作速度转换时，要求平稳无冲击。实际工作中，液压缸在完成快退动作时，首先出现向工作方向前冲，然后再完成快退动作。影响了工件的加工精度，还可能损坏工件和刀具。

系统之所以出现上述故障，是因为液压系统在执行快退动作时，三位四通电磁换向阀和二位二通换向阀必须同时换向，而由于三位四通电磁换向阀换向时间的滞后，在二位二通换向阀接通的一瞬间，有部分压力油进入液压缸的工作腔，使液压缸出现前冲。当三位四通电磁换向阀换向完成后，压力油才全部进入液压缸的有杆腔，无杆腔的油液才经二位二通阀回油箱。因此设计液压系统时应考虑到三位换向阀比二位换向阀换向滞后的现象。

排除上述故障的方法是：在二位二通阀和节流阀上并联一个单向阀，如图4(b)所示。液压缸快退时，无杆腔油液经单向阀回油箱，二位二通阀仍处于关闭状态，只让三位四通换向阀通电换位即可完成，避免了液压缸前冲的故障。

5 液动力过大导致换向阀无法换向

液流通过换向阀时会对阀芯产生液动力，液动力包括瞬态液动力与稳态液动力，稳态液动力是阀口开度一定、液流稳定时，因动量变化而作用于阀芯上的力。瞬态液动力是阀口开度变化过程中，阀腔中的液流因加速或减速而作用在阀芯上的力。在液压系统外负载大、惯性大、速度变化大以及换向精度要求高的情况下，在选择换向阀时应考虑液动力，主要是瞬态液动力，否则会造成液压冲击、换向失灵、甚至使电磁铁烧毁。

设计回路时应考虑到液动力对换向阀动作的影响，一方面尽量避免换向阀的通流量过大，另一方面应按换向阀在回路中承受的最大通流量合理选用其规格，消除液动力过大造成的换向失灵。

6 结论

换向阀的应用不仅要满足液压系统换向、保压、卸荷和锁紧等基本工作要求，还要注意一些易被忽视的问题。

（1）避免换向阀的通流量超过其额定流量，减小换向阀承受的液动力。

（2）在使用液控单向阀的平衡、保压和锁紧等回路中，注意合理选用三位换向阀中位机能，尽量选用 Y、H型机能的换向阀，避免使用 0、M、K型机能的换向阀，保证液控单向阀能够良好地锁定。

(3)液压系统中使用具有中位卸荷机能的电液换向阀，应注意配合使用预控压力阀，为主阀芯换向提供最小控制油压力,以免电液换向阀出现不能换向的故障。

（4）二位和三位换向阀的换向时间不同，二者一起使用容易引起液压缸换向冲击，应注意避免换向阀动作不同步导致的前冲现象。

换向阀的换向故障主要是应用不当造成的。要注意液动力、中位机能、液动换向阀液控口压力、换向时间对换向过程的影响。

参考文献

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[2] 张应龙．液压维修技术问答[M]．北京：化学工业出版社，2008．

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