摘要：本文主要介绍了一种新型的拖拉机阀用螺纹插装机械锁的原理，结构特点，关键技术是利用油液流经阻尼孔产生压差的特点,改变锥阀前后腔的压力,自动开锁，无需外力作用。增加操纵舒适性，同时保证拖拉机主机系统的安全可靠性。
关键词：螺纹插装；自动开锁；无泄漏
A Screw-in Cartridge mechanical lock for Tractor valve
WANG xia-jin
Sichuan Chanjiang Hydraukic Component CO.,LTD, Sichuan Luzhou,646006
Abstract：This paper introduces the principle，structure characteristics and key technology of a new tractor valve use screw-in cartridge mechanical lock. It changes pressure before and after poppet valve by the fact that fluid pass through the damp hole will produce pressure difference. Meanwhile，it will adjust a proper space proportion，unlock automatically without extra force by using oil pressure，more comfortable when manipulated and more stable for tractor system.
Key words：Screw-in cartridge valve，unlock automatically，non-leaking
引言
拖拉机是一种多用途、高效率、机动灵活的农用机械，若更换相应属具，可进行松土、耕地、平地、播种、收割等多种作业。传统的拖拉机因其经济适用性，对成本的控制较高，所以对性能要求也不是很高，只要能用就行。目前，人们对拖拉机的性能要求越来越高，如操纵舒适性，运输过程或在转场过程中属具的安全性等，这就对主机的液压系统中的多路阀提出了新的要求：一方面需要提高多路阀的操纵舒适性，另一方面解决起升机构升降油缸的静沉降量，保证无泄漏，不致于所匹配的农机属具快速下落。传统保证静沉降量的最简单的方案是控制多路阀阀的内泄漏，减小多路阀滑阀与阀体的配合间隙，但这样为保证滑阀复位会增加复位弹簧力值而加大换向操纵力，有时还产生滑阀卡滞不复位现象，降低了操纵舒适性及安全性。另一个无泄漏方案为增加液控单向锁，但此方案必须要有液压控制油才能开启。为解决上述问题，设计了本螺纹插装机械锁。
1、结构特点
拖拉机阀用螺纹插装机械锁主要由推杆、小锥阀、小锥阀弹簧、大锥阀、复位弹簧、阀套、限位套、阻尼塞、限位螺塞等组成（如图1）.主要关键技术是突破现有控制属具下降量采用控制多路阀滑阀间隙的方式造成的控制下降量困难、操作力大、寿命短等突出问题，保证操纵舒适性和无泄漏，同时实现拖拉机要求其在没有动力时属具也可以通过操作多路阀使其下降的功能。
图1 机械锁结构示意图
1.1先导压差开锁
反向开锁时，顶杆先推开小锥阀，大锥阀后腔的压力油通过小锥阀打开的间隙与回油低压腔联通，也成为低压腔，实现先导开锁；因大锥阀大后腔为低压腔，则大锥阀与阀套密封面小与大锥阀后腔大直径面，有一面积差，因大锥阀后腔已是低压，则此面积差现成的推力使大锥阀向后打开实现压差开锁。则实现先导打开小锥阀，压差打开大锥阀的先导压差开锁。这种原理只需推动先导锥阀(小锥阀)的力，推开大锥阀是不需外力作用的，开锁力很小，为实现机械开锁提供前提条件，为结构设计时采用滑阀斜面顶杆开锁减少操作力，保证滑阀与阀体无需减小配合间隙而滑阀复位时无需加大操纵力，为保证操纵舒适性创造可能。
1.2滑阀顶杆开锁
为实现液控单向阀在没有动力时也可以通过操作多路阀使其下降，设计了利用滑阀换向移动的直线移动，通过斜面转换为顶杆的垂直于滑阀的移动，顶杆推动先导小锥阀。通过仿真计算找到合适的斜面角度和滑阀行程的关系，保证反向开锁的可靠和推力。
1.3插装式结构设计
为便于维修，采用了小型化的插装式结构设计理念，将机械锁插装在需要的工作油口内，既不影响通油能力，又便于维修。
1.4开启压力可调
在限位座上方的阀套内孔中通过螺纹设有与限位座接触的限位螺塞，限位螺塞设有轴向孔；通过限位螺塞可调整限位座的位置，从而调节阀芯的开启压力，其轴向孔可保证油路的畅通。
1.5阀芯开启缓冲
在阀芯上端通过螺纹设有阻尼塞，阻尼塞内设有轴向阻尼孔，在限位座与阀套之间及阀套与阀体之间均设有密封圈，轴向阻尼孔可在阀芯开启时实现缓冲。
2、原理
其主阀油路原理图如图2所示，起升机构的主工作阀片一般为四位，起升位（Ⅰ），下降位（Ⅱ）和浮动位（Ⅲ）。也可用于三位的主工作阀片上。
图2 主阀油路原理图
2.1正向开锁：当滑阀向外拉时（即图2中滑阀处于Ⅰ位时），P腔油通过阀体上的沟槽到a腔，再通过阀套上的b孔到锥阀与阀套的前腔，因正向压力油压作用，克服复位弹簧的力值及负载，打开锥阀，通过阀套上的c孔，到达阀套与阀体之间的环形腔，再通过阀套上的f孔，到限位套的后腔，再通过限位螺塞上的g孔，到达工作口A口，然后再到达起升油缸的起升腔，完成起升动作。其示意图见附图3。
2.2反向开锁：执行机构油缸回油首先到达工作口A口，再通过限位螺塞上的g孔，到限位套的后腔，再通过阀套上的f孔，到达阀套与阀体之间的环形腔，通过阀套上的c孔，到达锥阀后腔，当滑阀向里推时（即图2中滑阀处于Ⅱ位时），滑阀上的锥面带动推杆往上走，顶开先导阀芯，此时油液从锥阀后腔通过锥阀上的阻尼孔d，再经先导阀芯与锥阀的环形腔h到锥阀前腔，再通过阀套上的b孔，到阀体上的沟槽a腔，再到回油腔，由于油液流动，流经锥阀上的阻尼孔d时产生压差，从而使锥阀前腔力值大于弹簧腔力值而使锥阀向上移动，实现反向自动开锁，无需外力作用。此时完成起升机构下降动作，其开锁状态示意图见附图4。
图3 正向开锁结构示意图
图4 反向开锁结构示意图附
2.3中立位置：当滑阀回到中位时，工作阀片的回油路截断，锥阀前腔和弹簧腔压力值相等，此时锥阀在复位弹簧力值作用下复位，使锥面回座在阀套的棱边上，达到无泄漏的目的。
3、设计计算
锥阀的力平衡计算
右图为锥阀示意图，锥阀的力平衡方程为：
P2S2+P3(S1-S2)=P1S1+F
P1—锥阀弹簧腔压力，MPa
P2—锥阀前腔压力，MPa
P3—锥阀后腔压力，MPa
S1—锥阀弹簧腔面积，mm2
S2—锥阀前腔面积，mm2
F—锥阀复位弹簧力值，N
如需开锁，不管正向还是反向，则必须保证：P2S2+P3(S1-S2)＞P1S1+F
正向开锁时：多路换向阀的压力油直接进入P2腔，P1=P3
P2S2＞P1S1+F-P3(S1-S2)
P2S2＞F+P3S2
由上式可得：只要多路换向阀来油的压力大于负载及弹簧的预压力，便可开锁。
反向开锁时：由于锥阀上的阻尼孔作用，P3＞P2，P1=P2
P2S2+P3(S1-S2)＞P1S1+F
（P3-P1）(S1-S2)＞F
由上式可得：只阻尼孔产生的压差与锥阀面积差的积大于复位弹簧力即可开锁，而实际上复位弹簧力很小，所以开锁很轻松。
中立位置：必须保证P2S2+P3(S1-S2)＜P1S1+F，而中位时，锥阀前后腔压力相等，即P1=P2=P3，所以上式可得F＞0。所以锥阀在复位弹簧力值作用下复位，使锥面回座在阀套的棱边上。
结论
本机械锁结构紧凑，采用螺纹插装式，直接插装在换向阀工作油口上，非常巧妙，装拆方便。并经过反复台架试验(30万次冲击试验)和工况验证，装在大轮拖上进行静沉降量测试，30分钟内沉降量数值远远小于不带无泄漏阀的多路阀，有效解决拖拉机液压系统起升机构的静沉降量和操纵力大问题。
作者简介
王夏金（1973-），四川泸州人，工程师，本科，主要从事液压系统及液压阀的设计和研究工作
参考文献
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[5]JB/T8729-2013，液压多路换向阀，机械行业标准，2013
论文作者:王夏金
论文发表刊物:《基层建设》2019年第24期
论文发表时间:2019/11/26
标签：滑阀论文; 开锁论文; 弹簧论文; 阻尼论文; 阀体论文; 拖拉机论文; 多路论文; 《基层建设》2019年第24期论文;