液壓閥塊
關(guān)注創(chuàng)建者：小白Johnny 創(chuàng)建時(shí)間：2023-10-13
液壓閥塊的實(shí)例教程
摘 要：在液壓閥塊設(shè)計(jì)過(guò)程中，如何確定液壓閥塊內(nèi)部孔道間的壁厚是一個(gè)很關(guān)鍵的問(wèn)題，壁厚過(guò)大則液壓閥塊整體尺寸偏大，材料浪費(fèi)且不經(jīng)濟(jì)，壁厚過(guò)小則存在擊穿的風(fēng)險(xiǎn)，存在一定的安全隱患。為得出不同材質(zhì)的液壓閥塊在極限壓力 42 MPa 的條件下的極限壁厚，針對(duì)液壓閥塊內(nèi)部進(jìn)行有限元分析，通過(guò) PROE 三維繪圖軟件進(jìn)行三維建模，導(dǎo)入有限元分析軟件 ANSYS Workbench 中，通過(guò)對(duì)液壓閥塊和內(nèi)部管路賦予一定的材料屬性和施加一定的邊界條件、載荷約束等，得出不同材質(zhì)的液壓閥塊在極限壓力 42 MPa 的條件下的極限壁厚。本次研究為液壓閥塊在極限壓力 42 MPa 的條件下選擇何種材質(zhì)提供了一定的理論依據(jù)，并為液壓閥塊設(shè)計(jì)過(guò)程中液壓閥塊內(nèi)部油路間的壁厚間隙選擇提供了一定的技術(shù)保障。
關(guān)鍵詞：ANSYS Workbench；液壓閥塊；極限壁厚
引言
在液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，液壓閥塊作為連接液壓閥（包括板式閥和插裝閥）與液壓系統(tǒng)的重要載體，其重要性不言而喻。現(xiàn)代液壓系統(tǒng)隨著主機(jī)設(shè)備的進(jìn)步而日趨復(fù)雜，實(shí)際工程中許多液壓回路的閥塊都需要自行設(shè)計(jì)，而液壓閥塊設(shè)計(jì)的合理與否，對(duì)液壓系統(tǒng)的制造、安裝乃至工作性能都有著很大的影響[1]。
液壓閥塊常見的材質(zhì)有：球墨鑄鐵、Q235-A 鋼、35# 鋼鍛件、45# 鋼鍛件、鋁合金、銅、不銹鋼等。在實(shí)際使用過(guò)程中怎樣選擇液壓閥塊的材質(zhì)是一個(gè)重要的問(wèn)題，選擇液壓閥塊材質(zhì)需要考慮的因素有很多，我們以最常規(guī)的必要條件“承壓大小”進(jìn)行分析：一般情況下，在不大于 21 MPa 的中低壓條件下可以選擇鋁合金作為液壓閥塊材質(zhì)，在不大于 42 MPa 的條件下可以選擇 45# 鋼或球墨鑄鐵為液壓閥塊材質(zhì)。
我們知道鋁的密度為 2.75 g/cm3，45# 鋼的密度為7.85 g/cm3，同體積的 45# 鋼的重量約為鋁重量的 2.9倍。
展開 液壓閥塊體是液壓系統(tǒng)中重要組成部分，通常采用緊湊的方形設(shè)計(jì)，具有多個(gè)內(nèi)部通道，使其能夠控制汽車或工業(yè)環(huán)境中大型機(jī)器或系統(tǒng)的油壓分配。重型農(nóng)用或工程車輛，如挖掘機(jī)或升降臺(tái)，也需要液壓塊作為控制單元。
液壓閥塊體的內(nèi)部十分復(fù)雜，一般一個(gè)比較簡(jiǎn)單的閥塊體上大約有40-60個(gè)孔，復(fù)雜一些的有上百個(gè)孔，這些孔構(gòu)成了一個(gè)縱橫交錯(cuò)的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，不過(guò)為了方便在數(shù)控機(jī)床上加工，這些孔一般為直孔，但也有的時(shí)候會(huì)被設(shè)置為斜孔。
那為什么3D打印（增材制造）在液壓閥塊的加工方面具備優(yōu)勢(shì)呢？主要是因?yàn)樵霾闹圃煸试S更高水平的設(shè)計(jì)自由度，以減輕重量并改善內(nèi)部通道的形狀以實(shí)現(xiàn)理想的流動(dòng)。
傳統(tǒng)制造液壓塊
傳統(tǒng)的液壓塊生產(chǎn)會(huì)導(dǎo)致非常高的加工成本：一切都始于一個(gè)大型鑄造（或鍛造）金屬塊，通過(guò)銑削和鉆孔工藝來(lái)加工，以形成內(nèi)部油道。
因此，首先從上方鉆一個(gè)孔，然后從下面鉆一個(gè)孔。最后，兩個(gè)孔水平連接在一起。然后為防止油從側(cè)面溢出，必須切斷線程，需要使用帶有平頭螺釘?shù)穆菁y來(lái)關(guān)閉水平連接。
這些由于加工工藝帶來(lái)的局限性使得油路十分復(fù)雜，而且造成了傳統(tǒng)液壓塊的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題：油流非常低效。
讓我們仔細(xì)看看傳統(tǒng)制造的液壓塊的缺點(diǎn)。不幸的是，有許多因素可能導(dǎo)致適配器故障：
1. 通道連接區(qū)域的銳化邊緣
這些連接區(qū)域的邊緣會(huì)產(chǎn)生無(wú)法去除的毛刺。這些毛刺通常不會(huì)松動(dòng)，所以也無(wú)法通過(guò)湍流或其他方式消除掉。
2. 效率損失
油流動(dòng)的通道壓力可輕易高于300 ba，當(dāng)油流動(dòng)撞擊通道之間的連接區(qū)域時(shí)，湍流將導(dǎo)致大量的壓力損失和低效率。
3.
展開 通過(guò)傳統(tǒng)加工技術(shù)制造的液壓閥塊，內(nèi)部流體通道是通過(guò)銑削和鉆孔的方式實(shí)現(xiàn)的，在傳統(tǒng)液壓通道中，流體撞擊通道之間的連接區(qū)域時(shí)，湍流將導(dǎo)致大量的壓力損失和低效率。
利用3D打印技術(shù)在制造復(fù)雜流體通道時(shí)的靈活性，磨床冷卻系統(tǒng)液壓歧管的設(shè)計(jì)可以得到進(jìn)一步優(yōu)化，減少湍流顯現(xiàn)帶來(lái)的效率損失。比如說(shuō)金屬3D打印技術(shù)可以制造方形橫截面的流體通道，而不是傳統(tǒng)的圓形流體通道，在相同的通道寬度下將湍流減少20％，在更小的空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)更大的流量。此外，歧管通道可以通過(guò)粉末床熔融設(shè)備以增材制造的方式直接加工成形，不必從液壓閥塊外部進(jìn)行鉆孔加工并添加插頭。
Studer 3D打印冷卻系統(tǒng)液壓件采用了功能集成設(shè)計(jì)，零件數(shù)量由過(guò)去的5個(gè)減少至1個(gè)，這一設(shè)計(jì)上的改動(dòng)減少了磨床冷卻液壓系統(tǒng)裝配時(shí)的工作難度和工作量。
3D科學(xué)谷了解到，3D打印冷卻液噴嘴、冷卻系統(tǒng)液壓件只是Studer在磨床制造中應(yīng)用3D打印技術(shù)的開始。Studer 已經(jīng)成立了一個(gè)6人團(tuán)隊(duì)，專門負(fù)責(zé)利用增材制造技術(shù)改進(jìn)磨床設(shè)備的設(shè)計(jì)與性能，未來(lái)Studer 還將利用3D打印技術(shù)開發(fā)更多新的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)更多創(chuàng)新的想法。
來(lái)源：3D科學(xué)谷
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電子書
FLUENT：流體工程仿真計(jì)算機(jī)實(shí)例與應(yīng)用_韓占忠等，北京理工大學(xué)出版社，2004.6（超星格式）
流體密封技術(shù)：原理與應(yīng)用_10843132（超星格式）
插裝閥初學(xué)者資料：1液阻理論.pdf、2結(jié)構(gòu)功能.pdf、3回路組合.pdf、03 Denison T7-EN001 Logic Valves.pdf、05 lect5-Cartridge Valves.pdf
插裝閥外形庫(kù)：溢流插裝閥外形圖.dxf、方向插裝閥外形圖.dxf、帶行程調(diào)整方向插裝閥外形圖.dxf、帶電磁閥的溢流插裝閥外形圖.dxf
液壓元件符號(hào)庫(kù)：有.dwg和.wmf兩種格式
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Word格式：液壓系統(tǒng)故障診斷的實(shí)用方法探析.doc、新型數(shù)字液壓缸.doc、介紹一種先進(jìn)的液壓比例閥測(cè)試、調(diào)試方法.doc、泵閥知識(shí)集錦.doc
產(chǎn)品樣本
尤瑞納斯uranus系列產(chǎn)品樣本
上海立新液壓樣本和立新二通插裝閥樣本
力士樂(lè)部分樣本
Rexroth(Bosch Group)液壓元件技術(shù)參數(shù)
MOOG閥產(chǎn)品樣本
威格士液壓閥樣本.
展開 3D科學(xué)谷Review
市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)Infinium Global Research預(yù)測(cè)從2017到2023，3D打印市場(chǎng)將保持33%左右的年復(fù)合增長(zhǎng)率，而液壓零件的3D打印將成為一個(gè)不可忽視的3D打印應(yīng)用增長(zhǎng)領(lǐng)域。
就閥體加工而言，采用傳統(tǒng)方式制造閥塊時(shí)，首先要從一個(gè)金屬塊開始，通過(guò)傳統(tǒng)制造方法將金屬塊修整為所需外形，然后鉆出供液壓流體流通的內(nèi)部管路。而想要精確地鉆出這些管路非常困難，管路需要在特定點(diǎn)準(zhǔn)確交匯，但在一些“盲”鉆位置上，管路時(shí)常無(wú)法精確對(duì)準(zhǔn)。此外，鉆洞時(shí)需要開工藝孔并在最后加以密封，這就導(dǎo)致組件有可能在工藝孔的位置發(fā)生泄漏。
采用3D打印技術(shù)，可以提高內(nèi)部設(shè)計(jì)的靈活性，降低零件的重量和體積，提升功能性。根據(jù)3D科學(xué)谷的市場(chǎng)觀察，3D打印技術(shù)已成為多家制造商制造復(fù)雜液壓零件的選擇。例如Domin Fluid Power公司重新設(shè)計(jì)與制造的3D打印閥，重量輕，體積小，閥體效率高；Aidro hydraulics使用3D打印技術(shù)為客戶定制化生產(chǎn)小批量的液壓閥塊；雷尼紹幫助路虎BAR帆船通過(guò)金屬3D打印的液壓系統(tǒng)零件提升性能，加工出內(nèi)含光滑圓角的零件，大大提高流體傳輸?shù)男剩豢湛脱b載了首個(gè)3D打印液壓件的A380飛機(jī)已試飛成功……
不過(guò)，金屬3D打印這種增材制造技術(shù)在閥體制造領(lǐng)域的發(fā)展，并不意味著將與傳統(tǒng)減材制造技術(shù)成為競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系。相反，增材與減材是具有互補(bǔ)性的技術(shù)，其實(shí)在大多數(shù)情況下，通過(guò)機(jī)械加工等減材后處理技術(shù)與金屬3D打印的組合才能加工出符合要求的閥體。
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液壓閥塊的最新內(nèi)容
精度與表面質(zhì)量的終極追求： 對(duì)于精密光學(xué)器件、高精度傳動(dòng)系統(tǒng)、液壓閥塊等對(duì)尺寸和光潔度有嚴(yán)苛要求的領(lǐng)域，機(jī)加工依然是唯一且必須的選擇。3D打印件往往需要以機(jī)加工作為后處理工序來(lái)實(shí)現(xiàn)最終精度，這恰恰證明了機(jī)加工的不可替代性。
3D打印的顛覆性價(jià)值何在？
3D打印的價(jià)值并非在于取代，而在于拓展制造業(yè)的邊界。
1 液壓閥塊內(nèi)部油路承壓仿真分析
1.1 建立液壓閥塊內(nèi)部油路三維幾何模型
在設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)液壓閥塊過(guò)程中，大多數(shù)液壓閥塊屬于非標(biāo)設(shè)計(jì)，要根據(jù)不同的使用要求進(jìn)行針對(duì)性設(shè)計(jì)。
鍛錘液壓動(dòng)力系統(tǒng)采用無(wú)管化的集成設(shè)計(jì)，即油箱、控制閥塊、液壓缸、電機(jī)油泵高度集成并頂置安裝，通過(guò)集成塊將液壓先導(dǎo)閥、大通徑無(wú)泄漏錐閥、防錘桿斷裂安全閥、工作缸、蓄能器高度集成。
中機(jī)特有的缸閥一體高度集成技術(shù)(圖3)具有響應(yīng)速度快、通流量大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、油路短、流量和壓力損失最小的特點(diǎn)，高效安全可靠。
通過(guò)傳統(tǒng)加工技術(shù)制造的液壓閥塊，內(nèi)部流體通道是通過(guò)銑削和鉆孔的方式實(shí)現(xiàn)的，在傳統(tǒng)液壓通道中，流體撞擊通道之間的連接區(qū)域時(shí)，湍流將導(dǎo)致大量的壓力損失和低效率。
利用3D打印技術(shù)在制造復(fù)雜流體通道時(shí)的靈活性，磨床冷卻系統(tǒng)液壓歧管的設(shè)計(jì)可以得到進(jìn)一步優(yōu)化，減少湍流顯現(xiàn)帶來(lái)的效率損失。
例如Domin Fluid Power公司重新設(shè)計(jì)與制造的3D打印閥，重量輕，體積小，閥體效率高；Aidro hydraulics使用3D打印技術(shù)為客戶定制化生產(chǎn)小批量的液壓閥塊；雷尼紹幫助路虎BAR帆船通過(guò)金屬3D打印的液壓系統(tǒng)零件提升性能，加工出內(nèi)含光滑圓角的零件，大大提高流體傳輸?shù)男剩豢湛脱b載了首個(gè)3D打印液壓件的A380飛機(jī)已試飛成功……
不過(guò)，金屬3D打印這種增材制造技術(shù)在閥體制造領(lǐng)域的發(fā)展
液壓閥塊體的內(nèi)部十分復(fù)雜，一般一個(gè)比較簡(jiǎn)單的閥塊體上大約有40-60個(gè)孔，復(fù)雜一些的有上百個(gè)孔，這些孔構(gòu)成了一個(gè)縱橫交錯(cuò)的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，不過(guò)為了方便在數(shù)控機(jī)床上加工，這些孔一般為直孔，但也有的時(shí)候會(huì)被設(shè)置為斜孔。
那為什么3D打印（增材制造）在液壓閥塊的加工方面具備優(yōu)勢(shì)呢？
、帶電磁閥的溢流插裝閥外形圖.dxf
液壓元件符號(hào)庫(kù)：有.dwg和.wmf兩種格式
Pdf格式文件：液壓元件原理與結(jié)構(gòu)彩色立體圖集.pdf、液壓技術(shù)與液壓伺服系統(tǒng).pdf、液壓與應(yīng)用.pdf、液壓系統(tǒng)建模與仿真.李永堂2003.pdf、液壓缸.pdf、液壓傳動(dòng)實(shí)用技術(shù).pdf、液壓泵和液壓馬達(dá).pdf、實(shí)用電液比例技術(shù).pdf、汽蝕.pdf、可編程控制器原理及其在液壓系統(tǒng)中的應(yīng)用.pdf、關(guān)于液壓閥塊的軟件設(shè)計(jì)
ProE的參數(shù)化特征造型在零件設(shè)計(jì)中的應(yīng)用
基于ProE的端面?zhèn)鲃?dòng)蝸輪副的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)
基于ProE的數(shù)控機(jī)床主軸箱的設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)仿真
第十一頁(yè)
基于ProE的陶瓷墻地磚模具設(shè)計(jì)
基于ProE的特殊五坐標(biāo)機(jī)床的后置處理器的開發(fā)
基于ANSYS和ProE的直齒圓錐齒輪齒根應(yīng)力有限元分析
CZ70_1型靜水壓試壓機(jī)移動(dòng)車體的ProE分析
GRAPH曲線在ProE中的應(yīng)用
ProEngineer在液壓閥塊設(shè)計(jì)中的應(yīng)用
