带自封装置的液压换向转阀的研究

　　0 引言

　　液压换向转阀因其具有结构简单、 体积小和操作方便等优点， 广泛应用于 32MPa 以下且对容积效率要求低的液压系统中， 其阀芯和阀座中的配油阀口之间采用了平面间隙密封结构。 配油阀口之间所需的反作用力，是通过壳体和阀座组成的反力架提供的。 不管配油阀口之间的配合精度有多高、 配油阀口之间密封间隙有多小，只要控制油压增大，配油阀口之间的相互排斥力就增大，根据应力与应变的原理，壳体和其连接螺栓的弹性变形量就增大， 配油阀口之间的密封间隙就增大，内泄漏量也就增大。 这正是转阀存在的最致命的性能陷。 再者，转阀由于长期使用产生的磨损也会导致配油阀口之间的密封间隙的增大。 因此转阀不适用于容积效率要求高的液压控制系统中， 转阀的应用与发展受到一定的制约。 作者经过设计研究，试制了一种带自封装置的液压换向转阀， 该转阀利用液压力平衡的原理， 实现转阀间隙由配油阀口之间向非工作面之间转移，使其具有控制油压越高，阀芯和阀座中的配油阀口之间的正压力越大， 配油阀口之间的密封可靠性就越高的优点。

　　1 带自封装置的液压换向转阀结构原理

　　自封装置是指在阀芯中的两个配油阀口之间的油路中央设置一个液压平衡柱塞，使配油阀口之间的油路与平衡柱塞的油腔相连通，设立平衡柱塞的横截面积大于或等于两个配油阀口的横截面积之和，当转阀工作时，配油阀口之间就产生正压力， 该力随着控制油压的增大而增大，确保工作时配油阀口之间处于自封状态（见图 1）。

　　为了进一步论述其结构原理， 以最常用的带自封装置的三位四通液压换向转阀为例说明：

　　转阀的阀芯中设有 4 个圆周均布的配油阀口，对称的两组配油阀口相连的油路中央各设置一个液压平衡柱塞， 每组配油阀口之间的油路与平衡柱塞的油腔相连通（见图 1），在控制油压的作用下，平衡柱塞产生压紧配油阀口之间的力减去配油阀口之间的排斥力得到的合力。 正好是液压换向转阀工作时，防止配油阀口间内泄漏所需要的正压力。 随着控制油压的增加，配油阀口之间的正压力也同步增加，这一过程，使配油阀口之间的间隙全部转移到阀芯的非工作平面上，保持配油阀口之间始终处于贴合状态，这就是本阀口带自封装置的液压换向转阀的核心技术[1]。 本文以阀口带自封装置的三位四通液压换向转阀中的一组油路结构为例，对该组油路中的两对配油阀口间的正压力进行定性分析。

　　假设配油阀口的直径为 d， 平衡柱塞的直径为 D，控制油压为 p，配油阀口间的正压力为 F（见图 1），取阀芯为研究对象，根据液压力平衡原理（不考虑阀芯、自封柱塞质量及滑动摩擦力），得出：