液压阀剖析 [德]张海平_[德]张海平_9787111758686

本书用精准的词汇,浅显易懂的语言直击液压阀的本质,梳理相关概念,辨识谬误,全面、系统地介绍液压阀(单向阀、液控单向阀、梭阀、换向阀、溢流阀、减压阀、顺序阀、节流阀、二通流量阀、三通流量阀、分流集流阀)的结构、工作原理、测试方法、连接方式、特性曲线分析、认识和选用液压阀的方式及途径,为进一步学习、设计、制造、测试、改进、研发和修理液压阀打下坚实的基础。
本书可供液压技术初学者阅读,也可供大中专师生阅读。

前　言

液压技术,说到底,就是加油与放油的技术。所有液压阀,都是围绕这个任务工作的。液压阀是液压设备中不可或缺的关键元件,自从200多年前有了液压机械,就有了液压阀。要理解液压阀,就必须了解其历史。知道了它从何而来,为何服务,才能摆正我们学习研发液压阀的位置,知道该向何处发力。
液压阀随着液压技术的发展而发展,至今其品种已有成千上万,五花八门,数不胜数!逐一学习吗?一个人,十辈子都不够!但如果能抓住本质,理解其规律,就能使复杂变简单,问题就能提到点子上,学习就容易,就能提纲挈领,举一反三,一通百通。
液压阀是被动元件,不能无中生有,把少变多,因此,只有限制功能。
溢流阀限制其进口的压力:压力超了就开门,放油。
减压阀限制其出口的压力:压力超了就关门,不准再进油。
流量调节阀通过其所带的定压差元件来限制节流口的压差,从而限制通过的流量,少受负载压力变化的影响。
所有液压阀,没有例外,都是通过阀芯在阀体内的移动(含转动)来改变流道的形状和开口面积,实现其功能的。因此,认识阀芯与阀体是如何构成流道的,流道开口又是如何变化的,是理解液压阀的基础。
阀芯是机械部件,是个只认力的家伙,在也只在力的作用下移动。作用于阀芯的力,有来自于阀外部的,即操控力:手动、机动、气动、液动、电控,有来自于阀内部的静压力、液动力、摩擦力和弹簧力。
阀芯被哪些力所左右,怎么移动,导致开口怎么变化,这些决定了液压阀实现其功能时的性能优劣,所以,这是本书剖析的重点。
液压,不是什么用来玩弄公式和时髦辞藻的把戏,而是门技术,技术是为了满足人类的需求而发展起来的,所以,无论国产进口,能满足需求的才是好阀!
测试是液压的灵魂,指的就是,液压从创新、设计、仿真开始,到试制样品、改进,到批量生产,所有环节的优劣,是否满足需求,都必须通过测试结果来验证评判。魔鬼躲在细节里,很多看上去绝妙的主意,常会在实施过程中遇到最初没想到,乃至难以逾越的障碍。
所有关于液压阀的理论公式,都是理想化了的,虽然有指导作用,但也因为忽略了很多实际因素,因此与实际总是有差距的。测试是唯一可以抓出液压阀真实状况的手段。好阀不是算出来的,是试出来的!
电和液压的关系,不是简单的取代关系,应区分为电控、电动和电驱!
电控,是我们昨天就应该开始的;移动设备的液驱电动,是我们今天要面对的;而电驱,则关系到我们搞液压的人,明天靠什么来生存?!
世间很多事物的特性及其变化,受多个因素的影响。其中有些显而易见,但也常有一些躲在幕后深层,虽不明显,但却起着主要的,甚至决定性的作用,即所谓深层逻辑。液压阀也是如此。有些企业很努力,收获却不大,原因之一,就是因为没有认清那些深层逻辑。
深刻理解液压阀,是成为中级液压技术人员的基本要求。迅速了解掌握新阀,是您的同事和领导,在激烈竞争的环境中,最需要最看重赏识的能力。
本书的任务就是与您一起,从技术角度分门别类梳理那些深层因素,剖析现象后面的因果关系,将液压阀里里外外搞个明白,以便您在接触到相关课题时能迅速深入。
如果您是从事液压阀设计制造的,就可以根据应用的需求、市场和本企业的条件,设计出相应的图样,确定材料和制造工艺,结合实测,制造出满足需求的液压阀,并根据顾客的反馈进行改进。
本书不教您做阀,而是帮您懂阀。因为,懂,是做好、用好、改进、创新的基础。而要做出好阀,还要懂材料、加工设备和工艺、热处理设备和工艺等,这些都超出了本书的范畴。
液压阀已经有200余年的历史,技术已非常成熟,再要发明什么新结构阀,能成为好商品,能被市场接受,获得利润,是很不容易的。
如果您懂了阀,对阀的本质了如指掌,就能够根据主机的工作环境和应用的实际需求,选用恰当的回路,恰当的阀,恰当的性能,从而组建出满足需求的液压系统,在某一行业内实现突破,还是相对比较容易的。我在德国企业工作期间,根据差动回路的原理,采用了电比例阀,利用估算表格,预估了新回路的性能,几乎是一次成功:成本增加不多,但显著提高了主机的工作效率,满足了欧洲富裕国家的需求,获得了欧洲发明专利,20多年来被越来越多地采用,已服务于几亿居民,也给企业带来了相当的利润。
通过多年来观察思考国内外液压产业的发展,我深深体会到:液压内行和外行,高手和菜鸟的差别,不在于多念几年书,多拿几张文凭,多知道一些公式,甚至能写几本书,而在于是否认识到那些幕后因素,认识到基础、细节的重要性,愿意在基础、细节上下大功夫。
高大上者,凡人皆好之,只是,吹高大上容易,打基础难。打基础要付出很多辛劳,且不容易看到成果。常听人赞美摩天大楼顶端的高耸入云,霓虹灯的缤纷多彩,鲜有人赞赏地基的坚实。然而没有打好基础,以后要付出的代价却是百倍千倍:基础不牢,地动山摇!
从基础、本质下手,才能一通百通。
那么,对于液压阀而言,什么是基础呢?
阀的结构是决定阀的功能的基础。
阀体、阀芯的形状位置配合是决定调控性能的基础!
材料、处理、加工、表面硬度、表面粗糙度和油液污染度是决定使用寿命的基础!
人们常说,液压阀是通用件,即可用在不同行业不同应用不同设备上。其实,这指的是它的功能,而非性能!液压阀可以单独存在和买卖,却不能单独使用,必须结合到液压系统中,才能为主机的需求服务,从而为社会需求服务。不同行业不同应用对性能的需求常常是很不同的。液压阀供应商如果不注意去满足实际应用的特殊需求,产品很难有大市场!要了解得比顾客多,比顾客深,知道什么性能是顾客应用最需要的,才能使顾客信服。
赛跑中最悲催的是,方向错了!对液压阀研发而言,理念决定方向,所以,本书也介绍一些理念,帮助您把握研发方向。
本书假定您对液压技术的基础概念已有初步的了解,比如说,已读过我编的《白话液压》。希望本书能帮助您对液压阀的工作原理和本质有更深刻的了解,从初级水平进入中级水平。至于高级水平,那不是靠读书读出来的,而是通过大量实践、挫折乃至失败,磨炼出来的。
我自1972年第一次接触液压阀至今,已有50多年了。期间也曾有过多次面对问题,一时束手无策,也曾选错阀遭遇失败,但也从中学到了很多有益的经验。上海老人常说勿跌勿大,意思是,孩子是通过跌跤长大的。我们所能争取的只是,汲取教训,不在同一个地方跌第二跤。
几点说明:
我自2007年从德国企业退休后,有较多的自由支配时间往来中德,当时发现,国外的螺纹插装阀随着主机大量进入中国,中国对螺纹插装阀缺乏全面深入介绍的书籍。而我恰恰已使用螺纹插装阀多年,有不少资料,因此,就搜集整理资料,在2012年交出了我的第一本著作《液压螺纹插装阀》。此书颇受欢迎,多次重印仍售罄。出版社和很多读者都催促我再出一增订版。螺纹插装阀固然是进入21世纪以来增长最快、应用最广泛的阀种,但是螺纹插装,只是一种安装连接形式而已。由于液压技术的应用极其广泛,各种应用都有其特殊需求和习惯,其他连接形式也不会被完全取代,所以,只写螺纹插装阀,毕竟太局限了。
自那时以来,我有较好的条件观摩国际上各种展会,到国内外大学及企业讲课学习交流,全面关注国内外液压技术的发展,可以从基础上思考液压技术,不断有一些新的感悟,因此就陆续编著了《液压速度控制技术》《实用液压测试技术》《液压平衡阀应用技术》及《白话液压》等书。写书的过程,也是我搜集资料、分析、梳理、思考、推敲、领悟逐步深入的过程。本书中有些内容也曾在那些书中出现过,但这次全都重新审视过,纠正了错误,改善了逻辑性,叙述更流畅些,配图也更易懂些。本书也可算是《液压螺纹插装阀》的升级版,是对厚爱我的读者的一个交代。
编写本书的目的在于帮助读者尽可能轻松地掌握当前液压阀的本质。而世间诸事往往都有例外,液压阀亦然。若要面面俱到,则必定烦琐不已。为了简明通俗,凸显本质,本书简化了某些叙述,略去了一些细节及不常见的工况,因此,必定是不全面,不十分精准的,但可以肯定地说,是八九不离十的。
本书7.1至7.12节分门别类叙述各类阀,相互关联较少,而第1至6章内容,逐步深入,相互关联,因此不建议跳读。但初读时可以大致快速浏览,看看哪些符合您的需要。一时不理解的难点可以跳过,留待二读三读时再仔细思索。真正重要的东西,肉眼是无法看见的,只有用心才能看清事物的本质。
关于压力单位问题。根据法定计量单位的标准GB 3102,应该使用MPa。但我查阅过的所有欧美世界知名液压公司的产品样本,全都使用bar,没有一家的产品样本中出现MPa。在国际液压标准中也很少出现MPa,甚至GB/T 174912011(附录),GB/T 20421.32006(附录B)都推荐使用bar。因此,希望您还是能非常熟悉bar:1bar=0.1MPa,这样,在阅读国外产品样本时才不会有困难。本书中有些图表是引自欧美文献,有些曲线是我使用德制的液压万用表实测的,为了表示其真实性,保留了其原始显示格式,包括压力单位bar,不再一一说明。
根据GB 3102.31993《力学的量和单位》,质量流量的代号为qm,体积流量的代号为qv。鉴于在液压技术中,几乎只使用体积流量,欧美普遍使用Q,中国液压行业内也普遍接受代号q。为简洁起见,本书中用q表示体积流量。
为压缩篇幅,本书使用了下列简称:
IFASInstitut fr fluidtechnische Antriebe und System,RWTH Aachen德国亚琛工业大学流体传动与系统研究所。
丹佛斯丹麦Danfoss公司,包括它在2021年8月以33亿US$收购的美国Eaton公司的液压部门。
派克美国Parker Hannifin公司。
布赫德国Bucher Hydraulik公司。
贺德克德国HYDAC INTERNATIONAL公司。
哈威德国HAWE Hydraulik SE公司。
升旭美国Sun Hydraulics公司。
博世力士乐德国Bosch Rexroth公司。
托马斯德国Thomas Magnete GmbH公司。
海德福斯美国Hydraforce公司,已在2023年2月3日获得了反垄断部门的批准,正式并入了博世力士乐。但鉴于其在螺纹插装阀领域曾独树一帜,产品甚多,所以本书中仍单独称呼。
泰丰智能山东泰丰智能控制股份有限公司。
本书附赠的估算软件液压阀估算2023放在百度网盘中。读者只要扫描本书后的二维码,即可从网上下载。
本书中很多内容系我自己的思考心得,不是抄来的,尽管反复检查,但难免还有错误之处。我衷心希望读者提出意见和建议,电邮地址:hpzhang856@sina.cn。
感谢本书所引用的参考文献的所有作者。由于本书写作时间较长,有些引用文献可能遗漏标注,恳请有关作者谅解。
本书写作期间得到了以下公司的支持,谨此致以衷心感谢:泰丰智能、宁波克泰液压有限公司、无锡新力电器有限公司。
贺德克公司赵彬章博士耐心细致地审阅了初稿,提出了很多宝贵的改进意见,谨此致以衷心感谢!
也在此感谢我的夫人,承担了几乎所有家务,使我得以专心编著本书。
张海平　　
目　录
CONTENTS
前言
第1章　液压技术已经200多岁了1
1.1　液压的本质1
1.2　近代液压水压,现代液压油压3
1.3　中国起步晚,奋起直追,成果喜人6
1.4　液压产业属于国民经济的秤砣8
1.5　宝刀不老,液压技术还在发展9
1.6　不管东阀西阀,满足应用需求的就是好阀16
第2章　液压和电的又爱又争21
2.1　电控是液驱当之无愧的指挥23
2.2　电动是液驱的好后台31
2.3　电驱已经开始进军液驱转动的市场39
第3章　液压阀的本质46
3.1　固定液阻固定开口49
3.2　液压阀的本质可变液阻,靠改变开口谋生53
3.3　液压阀的压差-流量特性70
第4章　移动阀芯操控力克服阻力72
4.1　静压力可阻可助74
4.2　液动力总爱关门的小捣乱79
4.3　摩擦力难以计算,可以掌控88
4.4　弹簧力不是白帮忙的96
4.5　开关电磁铁给电就出力101
4.6　比例电磁铁给多少电流,出多少力114
4.7　闭眼是开环,开眼是闭环伺服123
4.8　其他电操控方式126
4.9　瞬态127
4.10　对瞬态性能的研究方法频域与时域137
第5章　测试是液压的灵魂144
5.1　好阀不是算出来的144
5.2　只有测试才能抓出液压阀的真实性能148
5.3　研发性测试151
5.4　生产性测试156
5.5　领悟测试曲线是液压修行不可或缺的环节159
5.6　工程液压不该是公式液压164
第6章　各有千秋的安装连接形式167
6.1　管式五脏俱全167
6.2　片式一片控一组缸168
6.3　板式要另配鞋子172
6.4　插装式要另配裤子175
6.5　关于螺纹插装式的发展应用、软肋和对策180
6.6　安装连接形式的应用现状与发展趋势188
第7章　五花八门的液压阀190
7.1　单向阀不准反向190
7.2　液控单向阀不通时还可通融195
7.3　梭阀只有一个能出头204
7.4　换向阀流道切换阀208
7.5　溢流阀压力超了就开闸放油217
7.6　减压阀压力超了就关门238
7.7　顺序阀压力超了就变流道249
7.8　节流阀可调的固定液阻253
7.9　定压差元件努力维持控制压力之差为定值255
7.10　二通流量阀靠定压差元件消耗压力来限制流量259
7.11　三通流量阀有旁路才有恒流265
7.12　分流集流阀只求同进退,不求同死生272
7.13　容积调速耗能可降,液压阀还不可缺283
7.14　认识和选用液压阀的途径290
参考文献296
关于附赠的估算软件液压阀估算2023的说明298

前言
第1章　液压技术已经200多岁了1
1.1　液压的本质1
1.2　近代液压水压,现代液压油压3
1.3　中国起步晚,奋起直追,成果喜人6
1.4　液压产业属于国民经济的秤砣8
1.5　宝刀不老,液压技术还在发展9
1.6　不管东阀西阀,满足应用需求的就是好阀16
第2章　液压和电的又爱又争21
2.1　电控是液驱当之无愧的指挥23
2.2　电动是液驱的好后台31
2.3　电驱已经开始进军液驱转动的市场39
第3章　液压阀的本质46
3.1　固定液阻固定开口49
3.2　液压阀的本质可变液阻,靠改变开口谋生53
3.3　液压阀的压差-流量特性70
第4章　移动阀芯操控力克服阻力72
4.1　静压力可阻可助74
4.2　液动力总爱关门的小捣乱79
4.3　摩擦力难以计算,可以掌控88
4.4　弹簧力不是白帮忙的96
4.5　开关电磁铁给电就出力101
4.6　比例电磁铁给多少电流,出多少力114
4.7　闭眼是开环,开眼是闭环伺服123
4.8　其他电操控方式126
4.9　瞬态127
4.10　对瞬态性能的研究方法频域与时域137
第5章　测试是液压的灵魂144
5.1　好阀不是算出来的144
5.2　只有测试才能抓出液压阀的真实性能148
5.3　研发性测试151
5.4　生产性测试156
5.5　领悟测试曲线是液压修行不可或缺的环节159
5.6　工程液压不该是公式液压164
第6章　各有千秋的安装连接形式167
6.1　管式五脏俱全167
6.2　片式一片控一组缸168
6.3　板式要另配鞋子172
6.4　插装式要另配裤子175
6.5　关于螺纹插装式的发展应用、软肋和对策180
6.6　安装连接形式的应用现状与发展趋势188
第7章　五花八门的液压阀190
7.1　单向阀不准反向190
7.2　液控单向阀不通时还可通融195
7.3　梭阀只有一个能出头204
7.4　换向阀流道切换阀208
7.5　溢流阀压力超了就开闸放油217
7.6　减压阀压力超了就关门238
7.7　顺序阀压力超了就变流道249
7.8　节流阀可调的固定液阻253
7.9　定压差元件努力维持控制压力之差为定值255
7.10　二通流量阀靠定压差元件消耗压力来限制流量259
7.11　三通流量阀有旁路才有恒流265
7.12　分流集流阀只求同进退,不求同死生272
7.13　容积调速耗能可降,液压阀还不可缺283
7.14　认识和选用液压阀的途径290
参考文献296
关于附赠的估算软件液压阀估算2023的说明298

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