1 引言
地下矿山有些所在的作业情况十分卑劣，为了�；げ僮魅嗽钡哪�，使用�？乩玫目笊缴璞甘呛苁切胍�。在外洋，无线�？氐牟嘶⒂邢咭？氐幕炷僚缟涑怠⒌缒钥刂频娜远溲姨ǔ档瓤笊缴璞敢丫竦霉惴河τ�，取得了良好的使用效果，改善了作业条件，降低了劳动强度，在包管作业人员宁静的同时又提高了作业效率。在海内，�？乩玫目笊缴璞傅难兄粕勾τ谄鸩浇锥�，保存的一个重要问题是如何把多路控制电信号成比例地转换成多路液压能输出，完成电-液的转换事情。为实现这一突破，北京矿冶研究总院、枫阳液压电磁元件厂、白银有色金属公司、北京重型汽车制造厂相助研制了适合矿山机械使用的 6DBF-10 型六联电液比例阀[1]，该阀在实验室的测试数据抵达外洋同类产品的先进水平。为了验证该阀的实际使用性能，在中国有色金属工业总公司矿山机械化攻关项目 HPC-11 型混凝土喷射车研制历程中，替代进口比例阀产品，取得了良好的使用效果，包管了该攻关项目的顺利完成[2]。
2 结构设计和事情原理
2.1 结构设计
6DBF-10 型六联电液比例阀主要由主阀、先导减压阀、比例电磁铁和辅助阀四部分组成，见图1。主阀是该比例阀的主体，包括主阀体、主阀芯和弹簧等。
图1 6DBF-10 型六联电液比例阀主体结构
（1）主阀体。其巨细直接影响整个比例阀的体积，因此主阀体应尽可能设计得小些。海内一般接纳每联一片的分片式主阀体或整体式主阀体两种形式。由于主阀体内部通油孔道许多，又是主阀芯和辅助阀的容纳壳体，在连接螺栓及内部高压油的作用下容易变形。比例阀是靠电磁力及先导油压控制的，利用力较小，容易卡阀，因此要求主阀体有较好的强度和刚度，避免阀芯卡住。分片式阀体比较薄弱，很难同时满足强度、刚度大而体积又小的要求。虽然可接纳整体式的主阀体，加大主阀体的刚度，减小主阀体的体积，但多联阀共用一个主阀体，主阀体的重量很大，内部结构过于庞大，大大增加了加工难度，铸件的废品率也显著增加，导致生产本钱提高。另外，用户在选用比例阀为差别的主机配套时，比照例阀的联数及阀的中位性能会有差别要求，整体式主阀体的灵活性、交换性、通用性都很差，难以满足要求。所以，在比例阀的设计中，接纳每两联阀使用一个主阀体，即形成块式的主阀体，这样就兼顾了铸造、加工、强度、刚度几方面的要求，同时也有利于用该阀体组成差别联数的比例阀，满足用户的差别需求。
别的，主阀体上还设计了辅助阀（包括过载阀、防空穴阀、单向阀）插装孔，以便凭据液压系统需要插装差别的辅助阀，使系统整体结构十分紧凑。
在主阀体与主阀体之间连接螺栓孔处，设计了薄垫片，减小主阀体在螺栓顶紧力下的整体变形，避免卡阀。
（2）主阀芯。接纳圆弧节流槽作为主阀阀口，与三角形节流阀口相比，具有输出线性好、抗污能力强、主阀芯不易被卡住等优点，这对包管比例阀可靠事情是很重要的。
（3）先导减压阀。安排在主阀体的两侧，每一联主阀用两个先导减压阀来控制，每一个先导减压阀控制主阀芯位移的一个偏向和巨细，抵达控制流量巨细和偏向的目的。由于先导减压阀是压力控制元件，反响的是油压，对阀体沉割槽尺寸精度要求不高，设计中接纳钻阀通油孔同时形成阀体沉割槽的方法，减少机加工量，降低本钱。
（4）比例电磁铁。比例电磁铁是电流一机械力转换器件，铁芯的纯度、扼铁的尺寸精度和摩擦性能都有很高要求。为了少走弯路，缩短研制周期，接纳 GP 系列比例电磁铁，该产品是德国 BSO 控制技术有限公司许可证产品，线性好、滞环小、质量可靠，能够满足使用要求。
（5）辅助阀。为了简化液压系统，减少管路连接，该电液比例阀除主阀、先导减压阀、比例电磁铁外，还在主阀体上集成有单向阀、减压阀、宁静阀、过载阀和防空穴阀，组成了多功效电液比例阀。
各辅助阀的功效为：①单向阀。装置在每一联的进油路上，可避免事情时各联的相互滋扰，制止“颔首”现象。②减压阀。减压阀用来把事情系统高压油减到 3.5MPa，作为控制油源，省掉专门的先导供油回路，简化液压系统。③宁静阀。该阀是用来避免液压系统油压过高，�；ひ貉狗Ъ跋低衬�。④过载阀和防空穴阀。该电液比例阀的每一联都可插装过载阀和防空穴阀。过载阀可避免执行机构因受过大外力而引起的回路油压过高，�；け壤А⒁貉怪葱性肮苈返哪�。防空穴阀可对油路进行补油，避免空穴爆发。如果某一联阀不需要过载阀或防空穴阀，可在插装过载阀或防空穴阀的位置上加堵即可。
2.2事情原理
电液比例阀液压原理见图2。
图2 电液比例阀液压原理（1.先导减压阀 2.比例电磁铁 3.主阀 4.宁静阀 5.单向阀 6.减压阀 7.过载阀 8.防空穴阀）
首先，比例电磁铁与先导减压阀之间以比例电磁铁定力-先导减压阀定压的方法相关连。比例电磁铁在输入电流后输出机械力，推动先导减压阀阀芯行动，关闭泄油口，接通先导供油油源，有先导油压爆发。先导油压力反向作用于先导减压阀阀芯，使其反向移动，直至与机械力平衡，爆发与输入电流成比例的先导控制油压。
其次，主阀与先导减压阀之间以先导定压--主阀弹簧定位的方法耦连。由先导减压阀输出的控制油压，在主阀芯端面上爆发一个液压作用力，使主阀芯克服弹簧弹力而移动，关闭中位泄荷阀口，开启负载阀口。当主阀芯上液压作用力与弹簧力抵达平衡时，主阀芯停留在与先导控制油压相对应的位置上，使主阀负载阀口爆发一定的开度，有相应的流量输出。
总之，在额定电流规模内，改变比例电磁铁控制电流，先导减压阀控制油压随之改变，主阀的负载阀口及输出流量巨细也随之改变，从而起到成比例控制流量的作用。
当比例阀某些联不需要成比例控制时，只要把这些联上的比例电磁铁和先导减压阀换成普通的电磁换向阀，就可改酿成没有中间状态、只有开和关两种状态的普通液压阀。
3 设计盘算
比例电磁铁、先导减压阀及主阀三者之间的合理匹配是设计的要害环节。
3.1 先导控制油压与主阀芯位移
六联电液比例阀输出流量是由主阀芯位移量来控制的，主阀芯的位移量又是由先导控制油压爆发的作用力，克服主阀芯复位弹簧弹力、摩擦力、液动力的结果。因摩擦力、液动力均很小，忽略不计。主阀芯有大、小两个复位弹簧。取主阀芯直径为 16mm，通过弹簧结构参数的选取和弹簧弹力的设计盘算，可得下面盘算公式：
p=0.13+0.28x
其中：p 为先导控制油压；x 为主阀芯的位移（x≤6）
当主阀芯移动到行程终点时（x=6mm)，对应的先导控制油压为最大值 pmax=0.13+0.28×6=1.8MPa。由于有 2mm 的死区，对应阀口即将开启时的先导控制油压为最小值 pmin＝0.13+0.28×2=0.7MPa。先导控制油压变革规模应为 0.7~1.8MPa。
3.2 先导减压阀阀芯所需推力
为了使主阀芯正�；幌�，先导减压阀输出油压应在 0.7~1.8MPa 之间变革。取减压阀阀芯直径为 5mm，通过减压阀复位弹簧参数的选取可盘算出先导减压阀阀芯所需的推力规模是 19~40.6N。
3.3 比例电磁铁额定事情电流
比例电磁铁选用型号为 GP35-4-A，该比例电磁铁最大输入电流为 1.2A，最大输出推力可达 63N。由该产品样本特性曲线可得，当输出推力为 40.6N 时，对应的输入电流为 800mA，此即为比例电磁铁额定事情电流。
4 加工制造
该比例阀的焦点组成部分是阀体和阀芯，这也是加工制造的要害。由于主阀体和主阀芯较先导阀体和先导阀芯在结构上庞大得多，因而是加工制造的重点。
4.1 主阀体
主阀体由于内部结构庞大、通油孔道许多，对铸件质量要求很高。设计中主阀体接纳高强度球墨铸铁质料，这种质料具有强度高、韧性好的特点，另有较好的铸造性能、机加工性能和减磨性能。在制造历程中接纳特殊的电化学清砂要领，在化学腐化和热应力的配相助用下，无论是阀体外貌照旧深孔中的砂子都将从铸件上剥离下来，清砂效果很好。
4.2 主阀芯
主阀芯事情时换向频繁，易爆发磨损，要求很高的外貌硬度。为此接纳 38CrMoAl 合金质料，配合渗氮处理，HV 抵达 1000 以上，较好地满足了使用要求。
4.3 配合间隙包管
主阀体与主阀芯配合间隙有很高要求。外洋一般接纳金刚石铰刀加工阀孔，包管其尺寸公差和形位公差。由于制造专用金刚石铰刀用度很高，因此在研制历程中接纳研配工艺，阀孔研好，用气动量头精确丈量阀孔的尺寸，然后凭据该尺寸配磨阀芯，直至抵达配合间隙 0.008~0.015mm。
5 性能测试及主要技术参数
5.1 性能测试
六联电液比例阀在进行组装和出厂调试后，在浙江大学液压实验室进行了性能测试[4]。
输出流量（Q）与稳态输入电流（I）特性曲线见图 3。通过多次 Q--I 曲线测试获得，，滞环 6.1%，重复精度 1.9%，抵达设计要求。外洋同类产品该项的测试结果为：滞环 6.2%，重复精度 1.8%。国产元件与外洋同类产品性能指标基木相同。
图3 Q-I特性曲线
5.2 主要技术参数
6DBF-10 型六联电液比例阀的主要技术参数为：公称通径 10mm、额定压力 20MPa、额定流量 4OL/min、先导控制油源压力 3.5MPa、回油口允许背压 2MPa、比例电磁铁额定电流 800mA、开关电磁铁额定电压 12V、滞环 ＜7%、重复精度 ＜2%、频宽 5Hz、质量 31kg。
6 应用
为了考核 6DBF-10 型六联电液比例阀的实际使用性能，将其应用在新研制的 HPC-11 型混凝土喷射车上，用来控制该车上的有线�？嘏缟浠凳�。喷射机械手的液压系统原理见图4。
图4 喷射机械手的液压系统（1.油泵 2.背压溢流阀 3.六联电液比例阀 4.双向平衡阀 5.举升油缸 6.油马达 7.制动器 8.液动顺序换向阀 9.梭阀 10.伸缩油缸 11.倾动油缸 12.折迭油缸 13.摆动油缸）
该比例阀的特点是可接收电控信号，而电控信号在运算、处理、传输方面优势突出。因此，与该比例阀配套的有线�？仄魃现恍枰礁隼檬直�，即可完成对六联比例阀的控制。喷射机械手上的六个行动油缸是由该比例阀控制的，因此实际事情时工人只需利用有线�？仄魃系牧礁鍪直�，即可完成对喷射机械手六个行动的利用控制。
HPC-11 型混凝土喷射车在矿山井下进行了 400h 的工业试验。该车由于接纳了六联电液比例控制，喷射机械手实现了有线�？毓π�，喷射机械手的行动可远距离无级调理与控制，利用自如。通过使用有线�？仄�，操作者可在现场选择适宜的事情所在，以获得较好的视察角度，也使反弹的喷射料不会打到操作者身上，在提高作业宁静性的同时，还提高了作业效率，减轻了工人的劳动强度，因此深受现场工人的接待。在整个工业试验期间，该六联电液比例阀事情良好，未泛起任何以障，为混凝土喷射车研制事情的顺利完成创立了有利条件。
7 结语
（1）6DBF-10 型六联电液比例阀是一种新型的电液接口元件，实现了多路电信号到多路液压能的成比例转换。该阀的滞环、重复精度和频宽等主要技术指标抵达国际先进水平，可以替代同类进口产品，为国家节约外汇。
（2）该比例阀与古板的手动利用液压阀相比，系统安排柔性加大、利用便当、宁静性好，可有线或无线�？刂骰�。由于以电信号为控制输入信号，可以将盘算机技术、数字技术、自动控制技术引入到主机的控制之中，使主机上品级，扩大使用规模，提高工效，提高竞争能力。
（3）该比例阀适合在多种矿山设备上使用，如混凝土喷射车、凿岩台车、铲运机等。别的，还适合工程机械及建筑机械使用，如高空作业车、小型挖掘机、小型装载机等，其推广应用前景十分辽阔。
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