多路阀设计的经验之谈

关于多路阀设计，这里只谈负载敏感阀设计，阀的设计都是相通的。以下内容也是个人心得与总结，也有实践验证，只是做一个抛砖引玉，不敢说完全正确，仅供大家讨论。首先说负载敏感多路阀的工作原理，就是调速阀演化而来啦。调速阀有先节流后减压和先减压后节流两种，分别演化出阀后补偿负载敏感多路阀和阀前补偿负载敏感多路阀，并集成LS限压阀、过载阀、LS卸荷等功能，新阀设计之初当然只有两个参数了：压力、流量。一些细节功能要求再逐步考虑集成。

（1）有了压力、流量参数要求，第一步应该确定什么呢?当然是阀芯直径。阀芯直径的确定好像没有直接的计算公式，我是没接触过。阀芯直径大小会直接影响到以下参数：节流槽面积与行程匹配，阀体尺寸（因为阀芯直径确定铸件环形槽尺寸，从而影响到受力面积，进一步影响到高压变形，所以直径增大，阀体各种尺寸都要增大）。阀芯直径尺寸的确定是一个以上参数匹配的结果，其实你并不需要担心，因为几十年的元件设计早都有了这些经验，一般是节流槽在阀芯一周的布置与行程刚好匹配，不浪费阀芯的加工面。你只需要参考一些著名厂商的阀芯值就好了，比如说额定流量120L/min，阀芯直径选择16或18，流量400L/min，阀芯直径选择35左右。多统计一些著名品牌的产品，你会发现他们在不同流量阀芯直径的选择都是很接近的，一般不超过2mm。这就是经验，直接借鉴，免得你整套三维设计完后发现阀太大，很多地方利用不充分，有些地方的设计受到影响变的不合理，或影响到加工装配，又重新计算一遍再改三维，费很多事。

（2）行程确定，之前讲到行程与过流面积是一对匹配的对象，阀芯直径确定了，我们来确定行程，这里有一个原则，因为行程越大，节流槽就越小，加工精度对流量值影响很大，而且阀芯利用也不充分，因为你必须保证阀芯的比例调节范围，行程过小，节流槽就要做的很深，甚至超过阀芯小径，这就不行了，或者布局不下。所以，我直接给大家一些推荐值，在这个范围以内微调就可以（调整0.5到1mm），一般都是阀芯直径的三分之一略大一点，直径12的形成一般做到6mm左右，18的做到7mm左右，40的做到15mm左右，就不一一列举了。

（3)有了以上两个参数还不行，还必须确定流速，这也是一个无法直接得出的参数，直径、行程、流速这几个参数都无法直接得出，前两个参数的设计已经讲过了。流速这个问题我记得国内液压教材上也都有，力士乐阀工作片的设计值经统计是P口。A/B口15m/s左右，回油14m/s左右（对应1.5倍流量）。流速大小的选择非常重要，这会影响到后续的一系列计算。主油路流速的选择先确定P和T口，中间主油路流速略大于P口。（推荐20%），这是为了油道不影响整阀压损。控制油道根据压损和响应直接确定直径。如果影响到响应速度还需要修改，这个通过测试确定比较好，但设计时有留有一定的变化余量。首联流速当然比这个要小一点

（4）工作片阀体铸件尺寸确定，有了以上三个参数，其余大部分参数可以进行计算了，流量和直径确定工作片P口尺寸，进而确定铸件P口宽度，铸件环形槽直径是阀芯直径的1.4~1.5倍，割槽深0.5~1.5mm（这个对于低压损阀设计有影响，先不谈论这个），割槽直径1.2倍阀芯直径，A/B口铸件宽度跟P口计算方法一样。这里重点说一下凸肩宽度，因为这个东西受压变形会导致卡阀，内泄露增大。一般设计两侧高压凸肩宽度请选择阀芯直径的五分之一，单侧受压（T）请选择三分之一，T口油道至阀体表面距离2倍单侧受压凸肩宽度（过大会导致衍磨尺寸不均匀），如果侧面有阀必须放大，请在中间割槽或铸造环形槽处理。好了，轴向尺寸确定完毕。径向尺寸就是铸件环形槽至阀体外表面密封槽底部的距离，各部位油道面积除以阀芯直径选大值，OK（通过强度仿真再进行微调）。高度确定，根据布局确定，这个不是靠直接计算的。根据面积确定当量孔径，确定油口螺纹大小，基本计算完毕。铸件油道细说起来太多，一时半会也说不完，先跟大家讨论这些吧

（5)阀芯设计:只说几个关键点，一是节流槽口的过流面积，我们可以把它分成竖着的和横这的两个面积，理论上实际过流面积是比这两个值都小的并且有计算公式，请大家参考兰州理工大学冀老师的论文。实际你可以直接选小值，不会影响到流量精度，流量系数请选择0.54.这样你的计算结果就是准确的。二是液动力，液动力其实并不大，受流量大小影响，一般你考虑2bar~5bar余量就够了，所以首联先导阀压力不需要匹配的太大。三是泄露，较准确的计算方法是计算阀体变形并将阀芯遮盖部分进行网格划分（单位尺寸），进行积分计算，还是比较准确的，计算公式不好打，就不打了。四是比例调节行程:应该占全行程的70%以上。

（6）铸造问题:大批量产品的化学成分很重要，不止是影响强度，还影响刀具磨损量，也请控制好珠光体含量。根据压力等级来选择材料的我就不一一说了，搞设计的都明白。还有铸件检测问题，如何切片，如何取试棒，强度试验等就不一一说了。

（7）机加工问题；深孔斜孔尽量避免，批量加工的话加工成本高，长径比请尽量控制到8以内，深孔交叉孔尽量避免。阀芯孔衍磨算是比较有技术含量的，其余加工没什么太高的附加值。

（8）其余LS限压阀设计，过载阀设计就不一一讨论，内容太多

（9）谈谈多路阀测试吧:负载刚度测试和补偿器性能测试及流量分配是负载敏感阀中与负载敏感相关的测试。这几个性能很重要