新型电控液压锁的设计与分析

刘世昌 张宇青

(中冶东方工程技术有限公司 山东青岛266555)

新型电控液压锁的设计与分析

刘世昌①张宇青

(中冶东方工程技术有限公司 山东青岛266555)

针对新型电控液压锁的关键部件阀块进行设计与分析，运用三维设计软件对阀块路由进行合理设计，并进行有限元分析其可靠性。该装置具有设备重量小、安装空间小、安装容易、维护容易、可靠性高、节约成本等优点。

液压锁 插装阀 阀块 有限元分析

1 引言

对于液压系统，工艺设备动作的复杂性和要求的多样性导致了液压系统越来越复杂。例如，当某个设备有多个执行动作时，则需要同时用多个控制回路进行控制，控制回路的增多使得在液压系统设计时液压阀的数量大大增加，同时液压阀块的尺寸、重量增加，造成了液压系统整体尺寸及重量的增大及故障诊断难度的增大，给设备的制造，运输和安装等都带来一定的不便。液压阀块越多，回路越复杂，液压回路泄露的可能性就会越大，液压系统的可靠性、稳定性和安全性就会越低。这将大大提高液压系统的成本，且相应的电气控制的成本也随之提高，同时造成维护困难，液压油的泄露也将带来环境的污染及油液的浪费。

为了精简液压系统的复杂回路，提高液压系统的集成度，降低系统成本，减少不必要的回路泄露，本文开发设计了一种集成的电控液压锁来取代当前广泛使用的“二个外控外泄单向阀+电磁换向阀”组合，该电控液压锁包括两个插装式液控单向阀、一个插装式电磁方向阀和阀体三部分。其中插装阀采用欧洲进口件，全部经过精密加工和硬化处理，在单向阀关闭时，可实现无泄漏性能。阀体作为插装阀的连接体，在液压锁的设计研究中占据至关重要的地位，因此，本文研究的重点是液压锁阀体的设计与分析。

2 新型液压锁简介

在常规的液压控制回路中，要达到液压锁定功能需要一个方向阀与两个液控单向阀分别叠加装配来实现，这种连接往往占用空间大，易泄露，成本高，其原理如图1所示。而新型电磁控制液压锁则是将三个阀集成于一个油路块上，去除多层叠加连接，以达到减少泄露、提高可靠性、减少体积、节约成本的目的，其原理如图2所示。当电磁方向阀得电，高压油通过电磁方向阀进入第一液压单向阀以及第二液压单向阀的控制油口，打开液控第一液压单向阀以及第二液压单向阀，从而连通液压缸或液压马达，液压缸或马达进入正常工作；当电磁方向阀失电，高压油被阻断，第一液压单向阀以及第二液压单向阀的控制油口通过电磁方向阀连接回油口，第一液压单向阀以及第二液压单向阀闭合，从而使液压缸或液压马达停止动作并保持在末位置不动，确保机构安全或精确定位。

图1 常规液压锁定控制回路

图2 新型液压锁原理图

3 新型液压锁阀块三维设计

电磁控制液压锁阀块的路由设计要充分考虑油路走向、布局以及液压锁的可靠性。既要保证液压锁加工的可行性也要保证液压锁工作的安全性，同时还要尽可能减小阀体尺寸，减轻阀块重量。

应用机械制造技术和加工工艺要求，合理布局油路走向及插装阀的位置，保证液压锁功能的实现。同时，阀块底板平面与阀平面均满足国际标准ISO4401，阀块插装孔均为标准插装孔，符合SAE标准，UN/UNF安装螺纹，08-10-16规格，这种孔型被业界广泛使用，使阀块具有良好的互换性。按照上述要求，应用三维设计软件对新型液压锁阀块进行设计分析，合理布局油路及插装孔的位置分布。通过三维视图可以直观、清楚地表达油路的分布，使得油路设计更加合理、清晰，避免干涉、不相干油路串联等问题的产生。设计的电磁控制液压锁阀块三维图各方向视图及三维透视图如图3所示。

图3 电控液压锁阀块透视图

4 新型液压锁阀块有限元分析

应用三维软件对液压锁阀块的油路进行合理布局，并对液压锁阀块进行模型优化，减小阀块大小及重量，对液压锁进行装配，检查是否有干涉及其他问题。检验完成后运用有限元分析软件对阀块的强度进行校核。

图4 液压锁功能阀块网格划分

首先将三维阀块导入有限元分析软件，设置阀块参数，根据阀块形状选择合适的网格划分类型进行网格的划分，如图4所示。

网格划分完成后，对其进行有限元分析，重点分析液压锁油路块插装孔处及相邻管路薄壁处的应力情况，设置路由内壁压强40MPa，分析结果如图5所示。

图5 ansys分析结果

从图5中可以看出，阀块整体受力均匀，无应力集中处，相邻路由间壁厚强度足以满足工作需求，所以阀块的油路设计是合理可行的。

5 小结

新型电磁控制液压锁的设计完成很好地解决了液压回路中液压油泄露的问题，大大减少了液压系统的占用空间，提高了回路的可靠性，减少了油液泄露的几率，易于安装、维护。

新型电控液压锁阀块油路的合理布局使得阀块的加工制造难度降低，同时经过强度校核也保证了阀块回路的安全可靠性。

6 前景展望

随着液压系统越来越复杂，系统精度也越来越高，大量比例阀、伺服阀的使用，以及国家对环保和节能减排的高要求，开发一种精简小巧、维护方便同时符合节能降耗、环保要求的电控液压锁将具有十分广阔的市场前景。新型电控液压锁的开发有助于提高液压系统控制水平、提高液压系统的可靠性、降低制造成本、减少环境污染，同时该电控液压锁体积小、集成度高、易维修，符合节能降耗、环保要求。该电控液压锁配合比例阀使用，适用场所非常广泛，使用频繁。由于该功能阀组的使用广泛，因此，具有高集成度、低成本、易维护、体积小等特点的电控液压锁必定具有广阔的市场前景。目前，该液压锁已成功投放市场，在冶金行业得到应用，取得了不错的效果，欢迎各位读者咨询订货。

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DesignandAnalysisofNewElectronicallyControlledHydraulicLock

Liu Shichang Zhang Yuqing

(BERIS Engineering and Research Corporation, Qingdao 266555)

In this paper, the key component of the valve block for the new electronically controlled hydraulic lock has been designed and analyzed, the routing of valve block has been designed rationally with three-dimensional design software, and reliability has been analyzed by finite element analysis. The advantages of device include, light weight, small installation space, easy to install, easy maintenance, high reliability, cost savings and so on.

Hydraulic lock Cartridge valve Valve block Finite element analysis

刘世昌，男，1986年出生，毕业于燕山大学机械电子工程专业，硕士，助理工程师，主要从事液压、润滑系统设计及工厂液压系统优化工作

TH137.5

B

10.3969/j.issn.1001-1269.2014.05.013

2014-05-09)