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说说
燕大小董的这张图是不是让你秒懂我们的液压系统呢？不过今天我们的小董同学不谈这个，今天的说说聊点啥？
【本期作者：燕山大学 董兆胜】
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液压阀块设计相关事宜总结
一、总体原则
严格遵循液压原理图，阀块总体积尽量小，内部油道走向清晰简洁，油道压损小，总装紧凑便于操作。
二、总体思路
1.核实液压原理图，确定有哪些元件要集成到阀块上，共需要几个阀块，并绘制出阀块对应的子原理图；
2.绘制或调出各元件三维模型；
1. 按照泵站布管要求，确定进油口、工作口（接执行器、辅件、或其它阀块）、回油口（接油箱）、外泄和外控油口的位置（一般不多于三个面，不置于下面）；
2. 作各元件的总体布局（即阀块各面上应布置什么阀及阀的摆放方式），根据阀的最大外形尺寸初步确定阀块大小（或将阀块最初的厚度定为最大通径的5倍）；
3. 依据各阀上油口的大小尺寸及定位尺寸开展阀块上的油道设计；
4. 装配上各元件（包括阀、传感器、测压接头、管接头、法兰等），检查元件及油道间是否干涉；
5. 修改至满足所有设计和使用要求，同时优化元件布局、孔道布置和阀块大小（在保证使用可靠的前提下将阀块缩到最小），直至达到总体最佳；
6. 绘制工程图；
7. 加工与热处理、去毛刺与清洗、装配与调试试验、使用。
三、基础常识
1. 相关术语
液压控制阀块（简称阀块或集成块）：将多个选定的液压控制阀件集成或组合安装在同一金属块体上，组成具有预定控制功能的装配体。
阀块体：用于安装选定的各类液压控制阀件，并加工有要求的油路孔道，以组成具有预定的液压控制功能的金属块体。
主级孔道：阀块体上动力传动油液流经的孔道，一般与液压动力源、主回油以及液压执行机构工作腔相连的孔道。
先导孔道：阀块体上先导控制油液流经的孔道，指与先导控制油路对应的进油、回油、泄油、压力检测以及相应的工艺孔道。
孔口结构：孔道口部用于安装其他零部件的结构。
2. 阀块材料的选择原则
不同的材料决定了不同的压力等级，首先根据使用压力进行合理选材，一般来说遵循以下原则：
1) 工作压力P<6.3MPa时，液压阀块可以采用铸铁HT20一40。采用铸铁件可以进行大批量铸造，减少工时，提高效率，特别适用于标准化阀块。
2) 工作压力6.3MPa≤P<21MPa时，液压阀块可以选用铝合金锻件、20号锻钢或者Q235；低碳钢焊接性能好，特别适合与非标的硬管（使用中很多阀块需要和硬管进行焊接）进行焊接。
3) 工作压力P≥21MPa时，液压阀块可以选用35号锻钢。锻打后直接机加工或者机加工后调质处理HB200-240（一般高压的阀块，往往探伤、机加工与热处理循环进行）。
3. 元件布置原则
1） 阀块顶面为主要安装面，底面为固定面，一般不装阀，但底面可以加工油口（必要时可以加工工艺孔或接外部管道，但一般不建议采用）；
2） 需要经常调整的元件，如溢流阀、节流阀、调速阀等应尽量安装在易于操作的面上（侧面或顶面），换向阀应尽量放于顶面，其他不需经常调整的元件，如单向阀等可安装在相对不易操作的面上；
3） 各阀安装后阀芯尽量保持水平。
4. 阀块设计完成后进行加工和后续处理，其工艺大致如下：
1）加工前处理。加工阀块的材料需要保证内部组织致密，不得有夹层、沙眼等缺陷，加工前应对毛坯探伤。铸铁块和较大的钢材块在加工前应进行时效处理和预处理。
2）下料。一般每边至少留2mm以上加工余量。
3）铣外形。铣削阀块6面，每边留0.2-0.4mm粗磨量。
4）粗磨。粗磨阀块6面，每边留0.05～0.08mm精磨量，保证每对对应面平行度小于0.03mm，两相邻面垂直度小于0.05mm。
5）划线。有条件的可在数控钻床上直接用中心钻完成。
6）钻孔。各孔表面精糙度为Ra12.5。
7）精磨。磨削阀块6面，各表面磨至粗糙度Ra0.4um。
8）去毛刺与清洗。为了保证液压系统的清洁度，阀块必须进行去毛刺。目前很多厂家仍然采用毛刷进行人工去毛刺，也有采用甲烷爆破法去毛刺的。阀块去毛刺完成后需通过内窥镜检验，以确保毛刺清理完毕。最后对阀块进行清洗。清除附着在阀块表面的各种颗粒污染物、腐蚀物、油脂等。
9）表面防锈处理。为了确保阀块在使用中不会过早的生锈，必须进行防锈处理。阀块的内部油道可采用酸洗磷化，外表面防锈处理工艺主要有发蓝、镀镉、镀锌、镀镍等表面处理。
10）保压试验根据设计要求对阀块进行保压试验。不同的系统工作压力，其阀块的安全系数不相同：工作压力小于16MPa,试验压力为1.5倍;工作压力小于25MPa,试验压力为1.25倍;工作压力小于31MPa,试验压力为1.15倍。试验保压时间为5～10min，各密封面、各接头处不得有泄漏现象。
四、设计经验
1. 元件和标准件模型或调出方法（基于Solidworks软件）。
1) 参照元件样本建模（注意元件总体尺寸，重要安装面上螺栓孔、通油孔的定位尺寸和几何大小）；
2) 从现有零件库（“部分元件三维集合”文件夹）中寻找有无合适零件；
3) 百度“制造云”搜索相关元件；
4) 一些元件的三维模型在官网中也有，如力士乐，可根据选型在官网下载；
5) 对于标准件，如内六角圆柱头螺柱、法兰、管接头等，查国标。然后在SW自带的“toolbox”中调出对应模型，或安装“迈迪工具集”后调出。
2. 阀块孔道设计
1） 先布局大流量主级孔道，再设计先导孔道，对于比较复杂的阀块，可考虑分层设计的方法。
2） 与阀直接相连油道的直径根据阀口大小确定，其他油道直径根据公式确定：
式中： D－孔道直径，mm；
Q－孔道内可能流过的最大工作流量，L/min；
vmax－孔道允许的最大工作液流速，m/s。
一般，对于压力孔道，vmax 不大于 6 m/s对于回油孔道，vmax 不大于 3m/s。
按公式估算出的孔道直径应圆整至标准的通径值。三维设计时，SW中异型孔向导命令中有标准钻孔直径以及螺纹直径系列值。设计时需参考相关国标，如普通螺纹直径与螺距系列标准（GB/T 193-2003）。
3） 当主级孔道与多个插件贯通时，为减小贯通处的局部流阻损失，宜采用与插件孔偏贯通的方法(使主级孔道的中心线与插件孔的中心线偏移)。一般使主级孔道中心线与插件孔孔壁相切。同时也可以加大孔道通径，加大的通径应不超过GB2877的规定。
4） 通道内液压油流速不能高于12m/s，回油通道要比是进油通道大20-40%。设计差动回路时通道是标准的2倍。
5） 尽量减少深孔，油道长径比（l/d）一般要求不大于20。 为改善深孔工艺性，设计时可考虑增大孔径或采用两端钻孔对接的方法。
6) 尽量减少斜孔，特殊情况下，可采用钻斜孔的设计方式，但一般不建议使用；必须倾斜时，孔道的倾斜角度应不超过35度，并须保证孔口的密封良好，对主级斜孔，应在有关视图上标注出因斜孔加工而造成的椭圆孔口的长轴尺寸。必要时增加转接阀块。
7) 尽量减少工艺孔，优化流道设计，减小阀块内局部液阻；若因工艺需要而减小先导孔道的直径时，应作验算，确认不至影响对主级阀的控制要求。
8) 各孔道之间的安全壁厚最好不小于3~5mm（尤其是高低压油道间（压差大）），还应考虑钻头在允许范围内的偏斜，适当加大相邻孔道的间距。
9) 孔道深度设计应以不影响正交孔道之间的过流面积为前提。具体要求如下：
（1）直径相同的两孔道正交时，设计加工顺序为，先加工其中已经定位的一孔。另一孔的定位和深度根据实际情况在上述前提下设计。但应保证相交孔道无探出或有少量（3mm以内）探出；
（2）直径不同的两孔道正交时，设计加工顺序为，先加大孔，小孔向大孔成
形；
（3）孔道加工方式根据工厂实际加工能力有所不同，一般大于50mm采用镗孔加工，所加工出的孔底形式为平底；
10) 必要时，两正交油道的轴线可以不相交。
11) 高低压及泄漏油道可涂上不同颜色（一般高压油路为红色，回油路为蓝色，控制油路为绿色，泄油路为黄色）加以区分，阀块装配最终成图时，建议将阀块调至透明状，便于观察内部油道。
五、注意事项：
1）油路总体走向的确定很关键，否则会导致后期很多不必要的改动，油路总体布局以整个泵站的紧凑便捷为原则。
2) 特殊元件（溢流阀、过滤器、压力传感器、截止阀等）的调整及拆卸空间应予以充分考虑，防止干涉。
3）阀块与外部管道的接口元件（管接头或法兰）应事先选好，考虑其外型尺寸，这会影响阀块总体尺寸的确定。
4）各紧邻元件间的最小距离最好大于等于10mm（考虑到零件绘图误差）。
5）阀块的最大边长宜不大于600mm，所包含的二通插装阀插件的数量不大于8。
6）阀块所有的外接油口、检测口均应有油口标记，油口标记应与液压原理图上的相应标记一致，且钢印距孔口不小于6mm（以不影响O圈的密封性能为准）。
7) 对于质量较大的阀块必须有起吊螺钉口（最好置于顶面，也可置于侧面，以阀块装配后吊装过程中不翻转为原则）用于安装吊环螺钉（满足标准GB825-88） 。
8) 考虑阀块的固定，阀块底部要设置安装螺栓孔（小阀块可为通孔，大阀块为盲孔；孔个数一般为4个，大阀块为6个甚至更多，孔均布且要遵循相关设计标准），阀块可能安装在油箱顶、油泵出口、工作台、液压缸上，要根据实际情况确定，可直接安装或者用型材焊接支架用于安装。
9) 主级孔道的外接油口一般采用法兰连接（SAE法兰，圆法兰、方法兰（通径大于65时）），对于通径为25mm以下的较小油口，也可以采用螺纹连接，先导孔道的外接油口宜采用螺纹连接。油口连接法兰宜采用符合 ISO 6162(SAE J518) 标准的 SAE 法兰。 油口连接螺纹应符合 GB 2878 的规定。
10) 工艺孔道应采用螺塞法兰等可拆卸方式封堵，以便孔道的清理、清洗和检查，内六角螺塞应符合JBZQ-4444-1997标准。在位置不允许时，对直径不大于12mm的孔道，允许采用球涨式堵头封堵，球涨式堵头的安装尺寸应符合ZBJ22007的规定。
11) 阀块熵安装6、10、16、25通径的常规工业电磁阀或叠加阀时，连接螺栓的矩形性能应不低于12.9级。
12) 阀块上采用的板式液压控制阀安装面尺寸应符合有关标准（ISO-4401-2005）或者样本尺寸。
13) 主级孔道和主要的先导孔道上应设置必要的检测口，以便检查液压回路的工作参数、排出故障。检测口一般应安装具有快速连接功能的测压接头。
14) 当管路尺寸和阀块内部孔道尺寸相差较大时可考虑采用变径接头。
15) 应在阀块的醒目位置预留铭牌安装位置。
六、工程图绘制注意事项及技巧
1.阀块工程图必备的几项：
1) 对应的子原理图。
2) 必要的视图表达（剖视，向视，局部放大等）和正确的视图安排（基准选择）。
3) 孔道立体示意图（孔道立体示意图是阀块体设计的基础，应能清晰、直观地显示各插件、孔道和油口等的相对布置位置，以及孔道的连接和走向等情况，孔道可用不同线型表示：粗实线表示主级孔道；虚线表示先导孔道；细实线表示检测用孔道等等）
4) 一般性技术要求：
1.锻件正火处理，坯料探伤无裂纹、夹渣等影响强度的缺陷；
2.钻孔直径、深度必须严格按图加工；
3.所有光孔及螺纹孔深度均由阀块外表面算起；
4.阀块表面平面度：0.01/100，周边倒角2×45°。阀体较小时则倒角1.5×45°
5.线性尺寸未标注公差按GB/T 1804-m等级；
6.各孔轴线与其所在表面的垂直度误差不大于0.05mm；
7.加工完毕后各油道孔口应保持尖边，勿倒角，但应去除毛刺、飞边并清除孔道切屑及杂质。个管接头孔口的倒角深度应不大于螺距的二分之一；
8.表面化学镀镍处理，镀层厚度：0.008~0.012mm；
9.阀块表面应无影响密封的划伤及磕痕；
10.按图纸位置及符号在相应油口打上标记；
11.加工完毕后的阀体应有防锈、防尘等防护措施，表面应封盖，并存放于清洁干燥的场所。
2.公差与配合的标注
2.1阀块加工时必须严格控制形位公差以满足使用要求，形位公差值参考如下：
阀块6个面相互之间的垂直度公差为0.05mm；
相对面的平行度公差0.03mm；
各面的平面度公差为0.02mm，有阀安装的面的平面度公差为0.01/100；
螺纹与其贴合面之间垂直度公差0.05mm；
所有孔与所在端面垂直度的允差为如0.05mm；
有阀安装面的表面粗糙度为Ra0.4，其余Ra3.2即可。
2.2尺寸公差
阀块安装底板尺寸公差按样本要求标注；
总体尺寸偏差不大于±0.5；
定位尺寸偏差不大于±0.2。
2.3配合公差
所有螺纹孔的配合公差不得低于6级。
3.阀块装配工程图的相关要求
基本配置包括必要的投影视图和辅助视图、轴测图、对应的子原理图，技术要求、零件明细表缺一不可。
一般技术要求如下：
1.零件在装配前必须清理干净，不得有毛刺，飞边，氧化皮，锈蚀，切削，油污，着色剂和灰尘；
2.装配过程中零件不允许磕，碰，划伤和锈蚀；
3.装配完成后，循环冲洗直至油液精度达到NAS6-7级；
4.安装后应进行加压试验，持续十分钟不得有漏油现象；
尺寸标注方面需要标注阀块总体尺寸，装配体总体尺寸以及重要管路的定位尺寸。
对于油路接口，需要标注名称，名称必须与子原理图相对应。
——总结：燕大小董，不妥之处欢迎指出。
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