邵珠振，张 玉，苏本福，张 强

（济南铸造锻压机械研究所有限公司，山东 济南 250022）

0 前言

上世纪60年代以来，随着液压技术的不断发展，对液压传动系统和元件提出了新的要求，主要表现在：工作压力提高、通过流量增大、体积和重量减小、控制精度提高、管路减少等，同时要求提高工作可靠性和使用寿命、降低噪声、降低成本，等等。在此背景下，国外在70年代初发展了一种新型控制元件——二通插装阀（亦称逻辑阀、锥阀）。它不仅是一种新元件，而且还是一种崭新的液压控制回路技术。其具有一系列优点，如结构紧凑、制造方便、流阻小、通油能力大、动作快、冲击小、噪声低、工作可靠、寿命长、密封性好、泄漏少、具有多机能、变型方便、易于集成化、适用于各种工作介质、经济性好，等等，很大程度上满足了液压传动进一步发展的需要，获得了世界普遍重视，发展迅速。目前国外各大液压元件公司都已成系列地生产这种新元件，并已大量推广应用于各大行业。

1 插装阀

在国内，从1976年开始开展了二通插装阀的设计研究工作，现已基本完成了从通径16mm～160mm的整个系列的开发定型工作，产品已由专业液压元件厂成批生产供应市场，包括元件、二通插装阀集成块以及整套液压集成系统。

如图1所示，一个二通插装阀通常由插入元件1、先导元件2、控制盖板3和插装阀体4四部分组成。

插入元件是二通插装阀的主级或功率元件，插装在阀体或集成块体中，通过其开启关闭动作和开启量大小来控制液流通断、压力高低以及流量大小，亦即实现对液压执行机构的方向、压力和速度的控制。

图1 二通插装阀的结构简图

插入元件的形状与通用的单向阀相似，由阀芯、阀套、弹簧以及相应的密封圈组成。它有两个工作腔A和B，一个控制腔C阀芯在阀套中滑动，其间的配合间隙很小以减少B腔和C腔间的泄漏。阀芯头部的锥面紧贴在阀套孔内的阀座上，形成一个可靠的座阀式密封，保证A腔与B腔间没有泄漏。阀套上的三处密封圈防止了A、B、C三腔之间沿阀套外缘的泄漏。

插入元件的工作状态是由作用在阀芯上的合力的方向和大小决定的。不计阀芯重量和摩擦阻力的阀芯上的力平衡式为：

式中：PC——控制腔C的压力；

PA——工作腔A的压力；

PB——工作腔B的压力；

AA——工作腔A的作用面积；

AB——工作腔B的作用面积；

AC——工作腔C的作用面积，AC=AA+AB；

F1——弹簧力；

F2——液动力，与通过的流量及开口大小有关，在开口较小时才起作用，作用力方向向下。

当合力为正，即ΣF>0时，阀芯关闭；当合力为负，即ΣF<0时，阀芯开启；当合力为零，即ΣF=0时，阀芯停止在该平衡位置上。由此可见，这个插入元件具有二位二通换向阀和单向阀的机能，可以实现方向控制功能。

2 SecoMAN

液压集成块的结构一般比较复杂，大多依靠设计人员的经验和空间想象能力进行方案的制订、设计、检验等工作。不仅脑力劳动繁重、耗费时间，往往还保证不了质量。目前一些应用于液压集成块设计的CAD技术，虽然大多能提供一些辅助手段，在一定程度上方便了交互式设计，但仍难以获得高质量的设计结果。

随着产业的发展，为实现系统的精密、微细控制，人们对集成块重要性的认识也在不断提高。但传统设计方式存在设计时间过长（占全部系统设计的50%～60%）、设计错误难以发现、安装调试微细控制难等诸多问题。SecoMAN是在三维图中构思油路并在二维图中进行设计，快捷、方便；具有完美的检查功能（油路壁厚、油路交叉面积、功能性油路的连接错误检查功能），使设计错误为零；可提供用于加工的透视图并自动生成加工清单，还可灵活转换到AutoCAD。

3 设计实例

某铸造设备的液压系统，其中一插装阀集成块如图2所示。由原理可知，集成块共包含四个插件，经理论计算选择插件的通径后，借助SecoMAN软件对该集成阀块进行设计。

图2 泵头块液压原理图

（1）布置数据库，按设计需要把数据库布置到各个面，不必计算孔坐标，利用对齐命令进行孔对齐。

（2）连接油路，利用孔连接命令进行直线连接、斜线连接，还可自动生成工艺孔进行连接，连接时不需要计算孔的深度及坐标。

（3）检查油路，油路连接后，利用检查命令对油路壁厚、交叉面积、不通孔之间的连接等进行检查。根据错误提示进行修改，做到100%准确设计。

（4）输出各种信息，包括二维工程图、三维模型（图3）以及孔清单（图4）等。

图3 SECOMAN中三维可视化模型

图4 孔隙列表

4 小结

SecoMAN软件在油路块设计中的成功应用已在诸多项目中得以验证。其主要有以下优势：①设计过程可实时检查，防止油路连接错误；②提供精准的加工信息，防止加工出现误差；③提供数据库，设计准确、快捷。但该软件也存在不足之处,如二维图和三维图之间不关联,阀、法兰安装底板在修改时不能直接替换成其他同类阀、法兰安装底板等。

[1]唐英千.液压集成元件——二通插装阀.锻压装备与制造技术，1991，26（1）.

[2] 黄人豪.二通插装阀控制技术.上海：上海实用科技中心，1986.

[3] 吴作为.Solidwork在液压阀块设计中的应用[J].装备制造技术，2011，（11）：135－136.

[4] 曹 铭，曾良才，等.Pro/Engineer在液压阀块设计中的应用[J].机床与液压，2007，35（1）.

[5] 王益民.二通插装阀在小型液压系统中的应用.锻压装备与制造技术，1988，23（5）：29.