系统培训讲座第二章-二通插装阀的应用
二通插装阀基础理论-液阻理论
03
液阻理论对于解决二通插装阀 在实际应用中遇到的问题，如 流量控制精度、压力波动等具 有指导意义。
液阻理论在流体控制中的重要性
液阻理论不仅对二通插装阀的设计和优化具有重要意义，而且对整个流体 控制领域的发展起到了推动作用。
液阻理论为流体控制系统的分析和设计提供了理论基础，有助于提高系统 的稳定性和可靠性。
液阻理论的重要性
在二通插装阀的设计过程中，液阻理 论提供了对流体流动和阻力的深入理 解，有助于优化阀门的性能。
通过液阻理论，可以预测和解释二通 插装阀在不同工况下的行为，为实际 应用提供理论支持。
02
二通插装阀概述
二通插装阀的定义
二通插装阀是一种流体控制元件，通常用于工业自动化系统中，通过改变流体流 动的通道来控制流量、压力和方向。
根据液阻的性质，液阻可分为固定液阻和可变液阻。固定液阻是指液阻值不随流体流量变化的液阻，而可变液阻是指液阻值 随流体流量变化的液阻。
04
二通插装阀中的液阻理论
液阻在二通插装阀中的作用
液阻是指流体在流动过程中所受到的阻力，在二通插装阀中，液阻主要来自于阀芯和阀体之间的摩擦 力以及流体自身的粘性阻力。
在二通插装阀中，液阻是指流体通过阀口时所受到的阻力 ，它与流体的性质、阀口形速的 增加，液阻会迅速增大，导致流体压 力迅速下降。
液阻还具有可逆性，即当流速减小时， 液阻也会减小，流体压力会逐渐恢复。
液阻的分类
根据产生原因，液阻可分为摩擦阻力、局部阻力和惯性阻力等。
液阻理论在其他领域的应用
航空航天
液阻理论在航空航天领域中也有所应 用，例如飞机液压系统设计和卫星姿 态控制等。通过液阻理论，可以优化 系统的性能，提高安全性和可靠性。
二通插装阀和比例控制技术在我国重大工程和装备中的应用
二通 插装 阀和 比例控 制技术
在 我 国重 大工 程 和装 备 中的应 用
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备中都大规模地采用 了液压技术特别是电液比例和 二通插装阀控制技术 ， 而笔者及同仁有幸直接参与 ， 并在 这里 回顾 和思考 ，愿 同大家 一起 分享 初步 的成
功 ，也希 望 同大 家共 同探 讨我 国液压 工业 的未 来 。
机 电设 备 ２ ０ ０ ２年 第 ５期
靠 、高效与安全以及经济合理并体现环保和可持续 发 展 。重 大工 程和装 备往 往融 合众 多学科 领域 新技 术特别是微电子和计算机信息技术 ，以及先进材料 和工艺。 只有基于全局和综合的技术和管理的把握 ，
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ｆ界最大 的双 线连 续 ，级船 『 １ ｆ 刊．采川特 种防护 和检 测 总计 ２ ４支液 压缸 ．全 邺液 泵 站总 功率达 刮 ７０ ｋ ．采川 ｒｌ 比例和二通 插装 阀控 制技 术 ‘ ００ Ｗ 乜液 两 个 ｋ ４ ｍ 鹚形 ¨ 备蕈 １００、可 承受 ３００ 海 水 Ｊ力 ． ｆ两个独 芷的液Ｊ ２６ ５０ ｔ ００ ｔ Ｅ ｛ １ Ｉ 刚控制一 粥 弧 ¨ ．总功 率将 近 １０ ｋ ，最 大流 袋 ５０ ｌｍｉ．闪 门的液 』１ 总 ｝达 ５ｍ， 蕾 ７１ 采川 陶瓷 ００ Ｗ ０ ０Ｊ ｎ ｔｉ ∈ （ｒ ０ ０，
特征 。这些 大型 系统通 常需 要灵 活 可靠地 控制 成千 上万 吨级 的 巨大 负载 ，液 压系统 的驱 动功 率通 常在 ６ ０ Ｗ 以上甚 至达 到 ７ ０ ｋ ，液 压泵供 油流 量超 ０ｋ ０ ０Ｗ 过 ｌ０ Ｌｍ ｎ甚 至高 达 １０ ０ １ｍｉ ，相应 的系统 Ｏ０ ／ｉ ５ ０ ０Ｊ ｎ ＿ 所 用 关 键 元 件 规 格 巨 大 ， 例 如 通 常 要 采 用 规 格
插装阀的应用
插装阀在液压系统中的应用插装阀具有内阻小，结构简单，工作可靠，标准化程度高，对于大流量、高压力、较复杂的液压系统可以显著的减小尺寸和重量等特点；而实心胎硫化机组液压系统工作时需要大流量、高压力油，因而，此系统可以应用插装阀满足要求。
一、插装阀的工作原理及特点插装阀是另一类液压控制阀的统称。
其基本核心元件是一种液控型、单控制口的装于油路主级中的两通液阻单元（故又称二通插装阀）。
将一个或若干个插入元件进行不同的组合，并配以相应的先导控制级，可以组成插装阀的各种控制功能单元。
比如方向控制功能单元、压力控制单元、流量控制单元、复合控制功能单元。
插装阀具有以下特点：内阻小，适宜大流量工作；阀口多数采用锥面密封，因而泄漏小，对于乳化液等地粘度的工作介质也适宜，结构简单、工作可靠、标准化程度高；对于大流量、高压力、较复杂的液压系统可以显著的减小尺寸和重量。
其结构如图1：图1 二通插装阀结构它是由插入元件、控制盖板、通道块三大部分组成。
插入元件有阀芯、阀套、弹簧和密封件组成；控制盖板上根据插装阀的不同控制功能，安装有相应的先导控制级元件；通道块既是嵌入插入元件及安装控制盖板的基础阀体，又是主油路和控制油路的连通体。
其中A、B为主油路通口，C为控制油路通口。
A、B、C油口的压力和作用面积分别为PA、PB、PC和A1、A2、A3，A3=A1+A2，Fs为弹簧作用力。
二、插装阀在液压系统中的应用我们先来看看图2实心胎硫化机组液压系统中主油缸部分的液压原理图（部分系统原理图，非完整原理图）。
图2实心胎硫化机组液压系统中主油缸部分的液压原理图由图可知,此系统全部采用插装阀来控制,要求起到不同液压阀的作用。
根据机械本身的特点以及主要技术参数：要求油缸上行速度达到20mm/s ，下行速度达到25mm/s ，缸径/杆径Φ600mm/Φ540mm ，由公式流量Q=A*V可得到油缸进油腔所需流量为339L/min ，所需流量较大；再者主机系统对于机械运动动作灵敏性要求较高，液压系统密封性要求较严，综合考虑，因而选用插装阀作为油路控制元件。
二通插装阀控制技术
二通插装阀控制技术一、二通插装阀特点二通插装阀及其控制技术是70年代初发展起来的一项新技术，由于这种新型的液压阀具有流阻小、通流能力大，密封性好、适用于水介质、响应快、抗污能力强、具有多机能、可以高度集成等优点。
因此，这种阀的出现很大程度上满足了液压技术向高压、大流量、集成化发展的要求，得到了世界各国的普遍重视，发展异常迅速。
二、二通插装阀的基本结构和工作原理1.二通插装阀的基本结构一个二通插装阀主要有插入元件、先导元件、控制盖板和插装块体四个部分组成，如下图所示：插入元件阀芯的受力分析在忽略阀芯重量和摩擦阻力时，阀芯的受力平衡式为：F合=PcAc-PaAa-PbAb+F1+F2Pc__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的面积Ab__工作腔B的面积Ac__控制腔C的面积（Ac=Aa+Ab)F1__弹簧力F2__稳态液动力当F合＞0时，阀芯关闭；当F合＜0时，阀芯开启；当F合=0时，阀芯停在某一平衡位置。
由此可以看出插入元件的工作状态由三个腔的工作压力决定。
工作腔的压力由工作负荷等条件决定，不能任意改变，所以只能通过改变控制腔的压力来实现对二通控制阀的控制三、几种常用插装阀1、方向流量控制插入元件1）A型方向阀插入元件，结构形式如图一所示特征是具有较大的面积比(α=Aa/Ac),一般为1:左右。
B腔面积很小，B→A流动时开启压力很高，所以一般只允许A →B的单向流动。
A腔作用面积大，流动阻力小，具有较大通流能力，开启压力一般与选用的弹簧有关， A →B时开启压力一般为（）MPa。
2）B型方向阀插入元件结构和A型相似，特征是具有较小的面积比，一般为1:2或1:，由于B腔面积的增加， B→A流动时的开启压力下降，允许B→A和A→B的双向流动。
由于A腔的作用面积较小，阀口直径也相应减小，同样的流量下，其压降将比A 型的略又增加。
开启压力也取决于选用的弹簧，一般为（）MPa。
插装阀
由F5、F6组成上缸下腔油液三通回路，先导溢流阀11用于调整上 缸下腔平衡压力，先导溢流阀10为上缸下腔安全阀；
由F7、F8组成下缸上腔油液三通回路，先导溢流阀15为下缸上腔 安全阀，单向阀14用于下缸作液压垫时，活塞浮动下行时上腔补油；
二通插装阀由插装元件、控制盖板、先导控制元件和插装块体四 部分组成。图1是二通插装阀的典型结构。
图1 二通插装阀的典型结构 控制盖板用以固定插装件，安装先导控制阀，内装棱阀、溢流阀 等。控制盖板内有控制油通道，配有一个或多个阻尼螺塞。通常盖板 有五个控制油孔：X、Y、Z1、Z2和中心孔a(见图2)。由于盖板是按 通用性来设计的，具体运用到某个控制油路上有的孔可能被堵住不 用。为防止将盖板装错，盖板上的定位孔，起标定盖板方位的作用。 另外，拆卸盖板之前就必 2.1
插装阀可以组合成各式方向控制阀。 如图 5a 和 5b，将 x 腔和 A 或 B 腔连通，即成为单向阀。连接方 法不同，其导通方式也不同。若在控制盖板上如图 5c 连接一个二位 三通液动换向阀，即可组成液控单向阀。
图5 如图 6a 和 6c 连接二位三通阀，即可组成二位二通电液阀。
图2 盖板控制油孔 先导控制元件称作先导阀，是小通径的电磁换向阀。块体是嵌入 插装元件，安装控制盖板和其它控制阀、沟通主油路与控制油路的基 础阀体。 插装元件由阀芯、阀套、弹簧以及密封件组成(图3)。每只插件有 两个连接主油路的通口，阀芯的正面称为A口；阀芯环侧面的称作B 口。阀芯开启，A口和B口沟通；阀芯闭合，A口和B口之间中断。因 而插装阀的功能等同于2位2通阀。故称二通插装阀，简称插装阀。
二通插装阀
二通插装阀及其集成系统2004年11月2日目录1、概术2、二通插装阀的结构及工作原理：（1）、插入元件（2）、先导元件（3）控制盖板（4）、插装阀体3、插入元件的结构及工作原理3．1基本结构3．2、几种最常用的插入元件主要用途介绍3．2．1、方向插入元件3．2．2、压力插入元件4、控制部分4.1、二通插装阀常用的先导元件4．2、二通插装阀控制盖板：4.2.1、方向阀控制盖板：图84.2.2、压力控制盖板：图94.2．3、节流控制盖板。
图105、二通插装阀组合能力强的重要特性介绍6、二通插装阀集成系统：二通插装阀及其集成系统1、概术：1.1、液压系统类型：滑阀式管式连接系统、滑阀式板式集成系统、叠加阀集成系统、二通插装阀集成系统以及它们组成的混合系统。
1．2液压系统组成：液压传动系统主要由三部组成：1、能量转换装置：泵、马达和油缸等组成(将原动机的机械能转变成液压能再通过液压系统的执行机构将液压能转变成机械的旋转运动或直线运动)。
2、液压控制系统：即由联接起来的各种阀（包括各种方向阀、压力阀和流量等组成），通过他们控制液压系统的压力、油液的流量和流向，以满足机器所规定的工艺循环和动作要求；3、辅助动系：包括油箱、滤油器、油温水冷装置、空气滤清器以及各种仪表等。
液压控制系统好坏直接影响液压机的性能（系统的可靠性、密封性、经济性、安装维修方便性等），没有先进的液压控制系统就不会有先进的液压系统；而二通插装阀的集成系统是当今比较先进的液压控制系统，它的主要特点：1、通流能力大、流阻损失小、内泄漏少。
2、大大简化了安装管道，结构紧凑，安装维修方便。
3、标准化程度高（插入元件、先导元件、控制盖板，JK块体等都已标准化），工艺性能好。
4、开关响应速度快、动作可靠。
5、结构简单，抗污染能力强。
2、二通插装阀的结构及工作原理：一个二通插装阀通常是由插入元件、先导元件、控制盖板和插装阀体四个部分组成的；如图1图1（1）、插入元件: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中，通过它的开启动作和开启量大小来控制油流的通断，压力的高低，以及流量的大小，即实现对液压执行机构的方向，压力和速度的控制。
液压系统及插装阀知识讲座
液压系统及插装阀知识讲座通裕集团公司的12.5MN与31.5MN锻造液压机均为全液压（油压）传动的锻造机械。
电气采用可编程序控制器（PLC）。
这两台机器的传动与控制都是比较先进的。
一台机器能否长期可靠的使用，除了主机的制造质量，安装的水平之外，还要看液压系统及电控系统的质量、可靠性。
当然及时地良好地维护是十分重要的。
为了帮助使用及维修人员更好地了解这两台机器,这里对压机的液压系统及其主要液压元件进行简单地介绍，并对液压系统常见故障进行分析。
许多问题还要靠使用人员在现场观察,总结出实用的经验。
这里只想起到基础性的普及教育作用。
1、系统压力。
12.5MN压机的系统压力为25Mpa，31.5MN 压机的系统压力为21Mpa。
这种压力属高压，密封应可靠，工作中泄漏是可能发生的，因此工作时，人员应避开可能发生泄漏的地点，注意防止人身伤害。
2、系统介质。
系统介质采用的是矿物油，具体牌号为YN46。
对任何一个液压系统而言，对油液都有如下要求。
2.1 油液一定要干净，对液压系统来讲，油液越干净，系统发生故障的可能性就越少，液压元件的使用寿命就越长。
各种不同的液压系统对油液的清洁度有不同的要求。
油液的清洁度有专门的国家标准。
我们这个系统应用10—15μ的过滤器过滤。
2.2 油液的温度。
机器频繁的工作，加压。
液压系统必然会发热，当自然散热能力小于发热能力时，油液温度会不断升高。
液压系统油液的工作温度应当小于摄氏55度。
高于这个温度就应该强制进行冷却。
温度过高会使油液变质，粘度降低，泄漏增加，液压系统效率也会降低。
简单的检查办法就是用手去触摸油箱表面温度，如果烫手，就必须强制冷却，当手摸时，虽然热，但不烫手，就没有问题。
当然油液温度过低也不行。
当油温低于摄氏15℃甚至更低时，油泵起动就困难。
这时最好先开一台小泵，空转若干时间，油温就会慢慢上升。
必要时油箱应设加热器。
对北方的工厂来说，这一点也很重要。
3、油泵。
这两台锻造压机的主要动力源，采用的都是轴向柱塞泵，国内的叫CY泵。
插装阀讲义(DOC)
插装阀（逻辑阀）普通液压阀是目前液压传动系统中最常用的液压阀，它们已有几十年历史了，不仅它们本身的结构和性能日趋完善，而且为了使液压系统结构紧凑，减少阀间的连接管道，便于安装、使用和维修，也发展了很多种用这种液压阀或它们的变型（如叠加阀）构成的集成系统从而使液压技术的发展进入了一个新的阶段。
但是，用这些常用液压阀构成集成系统的各种方式，仅对小流量的液压系统能收到较为良好的效果，对中、大流量，特别是流量大于200L/min的液压系统，采用这些方式进行集成仍不免有很多困难，一般还只能采用管道进行阀间的连接来组成系统。
由于流量大，管道粗，因此配管工作量很大，安装、维修困难，且易出现漏油、振动等到弊病，这逐渐成了液压技术发展中的一个难题。
七十年代初，作为液压技术的一个分支---液压插装阀（逻辑阀）出现了。
它不仅能实现常用液压控制阀的各种动作要求，而且与普通液压阀比，在控制同等功率的情况下，具有重量轻、体积小、功率损失小、动作速度快和易于集成等突出的优点，特别适用于大流量液压系统的控制和调节。
因而圆满地解决了过去大流量液压控制系统难以集成的困难，也为特大流量和较复杂的液压控制系统的设计开创了一条新的道路。
我国山东济南铸锻机械化研究所从1976年就开始设计和研究插装阀。
目前，国内已在各种液压机上获得广泛地应用。
并取得了良好的效果，很多厂家生产插装阀和插装阀系统，我厂现在生产的液压机系列产品基本上都采用插装阀。
液压插装阀，由于它的主要元件均采用插入式的连接方式，所以又称为插入式液压阀。
它的主要元件—阀芯的形状是筒形的，因此，也有称它为筒形阀的。
也因为它的主要元件大部分靠锥面密封来切断油路，为了与常用的滑阀式液压阀相区别，故亦称为锥阀式液压阀。
插装阀的工作原理一般来说，一个液压控制系统总要对油流的方向、压力、流量进行控制，使液压执行机构（如油缸、油马达）按一定的规律进行工作，才能实现液压传动机械所要求的动作。
液压控制阀就是在液压系统中实现对油流控制的元件。
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液压所培训讲座（二）
讲座类别设计院级地点设计院第一会议室
出席人全体液压所与部分主机所人员时间
授课人内容为课后整理版
标题：二通插装阀在液压原理图中的应用
一、盖板带梭阀功能的插装阀的应用
方向插件简单的控制方式为控制油从A或B腔经过先导阀控制主阀，还有一种控制方式为盖板中带梭阀功能的插装阀可以多路来油经过先导阀参与控制插件的开启，带梭阀功能的盖板大体上分两种：
1、控制油液直接通过梭阀控制插件的开启，这个时候插件相当于起到单向阀的作用（见下图）；
2、还有一种控制方式是控制油液先进入梭阀后再通过一个电磁换向阀来实现对插件的控制，该功能控制盖板基本图形符号见下图。
2012年系统培训讲座（二）
二、插装阀在原理图中的具体应用
插装阀在原理图中主要应用于泵出口块、自重块、液压垫块三部分。
1、在泵出口块中的应用
压力插件在泵出口块中主要功能为：①在泵工作时为泵提供一个安全压力，作安全阀用，②当不需要该泵提供压力是使其处于空循环状态，由电磁阀来控制实现，见下图。
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方向插件在泵出口块中的主要功能为：①对泵起安全保护作用，防止其他泵的来油（或系统回油）对泵进行冲击，②可以对泵出口的油液走向起控制作用，见上图中通过YA11a可以控制使4号泵向A1或A2管路出油。
2、插装阀在自重块中的应用
自重块的主要功能是控制泵出口块的来油，通过控制泵来油处的两个方向插件Ⅲ、Ⅳ（称其为进油阀）的开启使其分别向主缸上腔和下腔供油，从而完成主缸下行和回程的动作。
主缸上腔有一个调压阀Ⅵ，压力的调整可以通过都d3来实现比例调压，也可以用d5来实现手动调压，由于现在设备自动化程度越来越高，所以大部分产品都用比例调压。
Ⅴ号插件是一个安全支撑阀，对油缸的下腔起一个支撑作用，由于滑块有一定的重量，所以会对下腔产生一个压力，通过该压力可以作用到插件Ⅴ的上腔，这样插件Ⅴ在自身压力的作用下可以关死，先导阀采用电磁球阀可以避免漏损，这样可以避免滑块在任意位置静止时自行下溜。
2012年系统培训讲座（二）
3、插装阀在液压垫块中的应用
液压垫多为三缸结构，也有采用单缸和五缸结构的。
三缸结构压边力较大，顶出速度快，三缸同时作用时，可以满足较大吨位的液压垫使用要求，在顶出时，为了保证顶出速度（一般100m/s左右）满足要求，顶出时单独用顶出缸，脱模时压边力大于脱模力，脱模力较小，这时可以用小流量泵供中间缸顶起，侧缸通过充液阀吸油，这样既满足顶起速度，还能降低对泵流量的要求。
三缸结构还使液压垫受力比较好，多点受力，受力均匀。
Ⅰ号插件用来避免液压垫下溜，起到支撑作用。
当拉伸动作时，Ⅰ号和Ⅲ号插件均开启，通过Ⅱ号插件回油，而Ⅱ号插件则可以通过比例阀或手调阀来实现对拉伸压力的控制。
如果同时采用手调阀和比例阀，则可以将手调阀当做在对比例阀维修时的一个备用，这样可以不耽误生产。
Ⅲ号插件使顶出缸和液压垫缸不能连通，当在顶起行程的末端需要对液压垫的顶起位置进行精确控制时可以将Ⅲ号插件开启，使油液进入三个缸，这样液压垫的顶起速度降低后就可以对位置精度进行控制。
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三、插装阀实现三级泄压
在锻造压机中，工件都是热加工，需要在工件的温度在可压制范围内就完成对工件的压制工作，所以对压机的锻造频次有较高的要求。
因此系统需要着手从以下几个方面来提高锻造次数：返程转换快（靠先导阀或辅助泵单独控制实现），锻造速度快（增加泵的流量），泄压速度快。
在压制时，YA31、YA32同时吸合，这时Ⅰ号插件的控制油液就通过Ⅱ号插件的A 腔和B腔连通后和经过阻尼的油液一起经过节流阀到达Ⅰ号插件的控制腔，可以提高Ⅰ号插件的关闭速度，这样就可以避免单独经过Ⅱ号插件旁边的阻尼（或节流阀）对控制油液的节流作用，使Ⅰ号插件关闭缓慢，进而影响压制速度。
为了使Ⅰ号插件开启时顺利，在调试时需将Ⅱ号插件的行程小于Ⅲ号插件的行程，这样就可以使流经Ⅲ号插件的流量大于Ⅱ号插件的来油，使得Ⅰ号插件顺利开启。
压制结束进行泄压时，应当使YA32先复位，YA31相对YA32有个延迟，而YA31应与液动换向阀同时复位，在YA31还没有复位时，
2012年系统培训讲座（二）。