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摘 要：换向阀即举升阀是自卸车举升系统的重要组成部分，其性能好坏对整套液压系统的影响很大。内泄漏是换向举升阀一个重要的性能指标，换向阀的内泄量太大，引起液压系统发热，导致系统的效率降低，影响液压缸的举升速度。但降低换向阀的内泄量将会提高换向阀的制造难度，增加整套液压系统的成本。因此，在设计换向阀内泄量大小时需要综合考虑自卸车液压系统的性能要求及其制造成本。从内泄漏产生原理，对液压系统的成本、效率、发热和液压缸的举升速度等方面进行分析。
关键词 换向阀；内泄漏；自卸车；举升系统
引言
随着人工成本和运输成本的不断增加，目前重卡为适用市场要求，重型卡车不断向大吨位方向发展。自卸车装载量也在逐步增大，随之而来的是自卸车液压系统压力和流量的升高。高压大流量下换向举升阀换向时，产生的液压冲击对液压系统的损害越来越严重，进而内泄漏增大。
一、 内泄漏的产生机理
滑阀式换向阀的内泄漏可以看成是偏心圆柱环形间的流动，按照偏心环形间隙泄漏量公式（1）计算：
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图1为换向阀封油原理图，换向阀总内泄量等于两端内泄量之和，当两端封油长度L相等时，换向阀内泄漏量最小，其计算公式如下：
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由公式（2）可知换向阀内泄量由配合直径、两端压差、封油长度、配合间隙及相对偏心率决定，其中配合直径由阀的公称流量确定，压差由系统的工作压力确定，封油长度由阀的结构尺寸决定，相对偏心率由加工误差和装配误差引起。当其它因素一定时，换向阀内泄量与阀芯阀体的配合间隙三次方成正比。以公称流量为的换向阀为例，给出内泄量与配合间隙的定量关系。该阀配合直径为，工作压力为，封油长度为（考虑到工件加工误差和装配误差的存在，封油长度是一个变动量），相对偏心率是一个比值。
二、举升阀内泄对自卸车举升系统的影响
（一）内泄量对液压系统成本的影响
换向阀内泄量从公式（1）分析，与阀芯阀体之间间隙的三次方成正比，配合间隙越大，内泄量越大，如图2所示。设计换向阀时希望内泄量越小越好，即要求配合间隙小。考虑到配合间隙过小，阀芯与阀体换向时的阻力增大，换向困难，且换向阀使用一段时间之后，容易引起温升，换向阀的最小配合间隙，暂设定为0.01mm.
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降低内泄量主要的方式是减小阀芯阀体的最大配合间隙，但是降低最大配合间隙会减小配合公差，增加阀体孔和阀芯外圆的加工难度。阀体孔和阀芯外圆的加工是换向阀工艺制造难点。阀体孔加工工艺：钻孔—车孔—镗铰—研磨两次，该工艺已经比较成熟，为大部分液压阀加工企业采用。该工艺加工的阀体孔尺寸精度可达，表面粗糙度可达。阀芯外圆加工工艺：粗车—半精车—粗磨—精磨—超精磨，该工艺加工的阀芯外圆可达级精度，表面粗糙度可达。目前阀体孔和阀芯外圆的加工工艺可以保证最大配合间隙为的加工要求，该间隙亦可满足自卸车举升系统对内泄量的要求。在此基础上要想进一步降低内泄量，需要在阀芯外圆加工中增加一道研磨工序，将会增加加工成本。在此基础上要想增大配合间隙，降低阀芯和阀体的运动摩擦力，内泄量会大大增加，而加工成本却不会有明显降低。
（二）内泄量对液压系统效率及系统发热的影响
内泄漏引起阀芯沉重和卡滞，将造成液压系统效率损失，损失的这部分能量转化为热量使系统发热。换向阀内泄漏造成的效率损失及产生的热量与内泄量成正比。为计算方便，我们将自卸车举升卸货过程进行简化，假设自卸车举升卸货过程中系统压力恒定，且时间为2分钟。设定换向阀工作压力为20Mpa、流量为100L/min时，换向阀在每个举升卸货过程中不同内泄漏造成的效率损失和产生的热量，见表1。
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（四）内泄漏对液压缸中停下落速度的影响
中停时换向阀由于内泄会导致液压缸下落，自卸车货箱随之自落，自卸车中停停留时间与装载货物的性质有关，一般货物的中停停留时间在3～5分钟，现以直径为的最后一级液压缸柱塞中停停留3分钟为例，说明换向阀内泄漏对油缸下落速度和下落高度的影响，表3给出了中停液压缸下落速度和下落高度与换向阀内泄量的关系。
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三、结论
换向阀的内泄量与配合间隙的三次方成正比，若想降低内泄造成的效率损失和系统发热，以及引起的货箱自落等问题，就需要减小配合间隙。可是减小配合间隙会增加换向阀加工难度，提高成本。因此在设计内泄量大小时需要综合考虑企业现有的工艺水平和自卸车使用工况的系统效率要求。
参考文献
[1]张艳娥．自卸车用液压换向阀配合间隙及形状公差的设计研究[C]//2010年山东省科协学术年会.2010.
[2]张艳娥,刘艳萍.一种换向举升阀:, CN202646205U[P]. 2013.
[3]朱啸麒,梁开武.装载机动臂换向阀阀芯卡滞故障排查及原因分析[J].工程机械与维修,2017(07):50-51.