淺析換向閥的中位機能
摘要：本文介紹了各種形式的換向閥的中位機能、結構特點以及機能特點，并舉例說明中位機能在換向閥選用時的重要性。
換向閥是借助于滑閥和閥體之間的相對運動，使與閥體相連的各油路實現液壓油流的接通、切斷和換向。換向閥的中位機能是指換向閥里的滑閥處在中間位置或原始位置時閥中各油口的連通形式，體現了換向閥的控制機能。采用不同形式的滑閥會直接影響執行元件的工作狀況。因此，在進行工程機械液壓系統設計時，必須根據該機械的工作特點選取合適的中位機能的換向閥。中位機能有Ｏ型、Ｈ型、Ｘ型、Ｍ型、Ｙ型、Ｐ型、Ｊ型、Ｃ型、Ｋ型，等多種形式。
一、Ｏ型符號為
其中Ｐ表示進油口，Ｔ表示回油口，Ａ、Ｂ表示工作油口。結構特點：在中位時，各油口全封閉，油不流通。機能特點：１、工作裝置的進、回油口都封閉，工作機構可以固定在任何位置靜止不動，即使有外力作用也不能使工作機構移動或轉動，因而不能用于帶手搖的機構。２、從停止到啟動比較平穩，因為工作機構回油腔中充滿油液，可以起緩沖作用，當壓力油推動工作機構開始運動時，因油阻力的影響而使其速度不會太快，制動時運動慣性引起液壓沖擊較大。３、油泵不能卸載。４、換向位置精度高。
二、Ｈ型符號為
結構特點：在中位時，各油口全開，系統沒有油壓。機能特點：１、進油口Ｐ、回油口Ｔ與工作油口Ａ、Ｂ全部連通，使工作機構成浮動狀態，可在外力作用下運動，能用于帶手搖的機構。２、液壓泵可以卸荷。３、從停止到啟動有沖擊。因為工作機構停止時回油腔的油液已流回油箱，沒有油液起緩沖作用。制動時油口互通，故制動較Ｏ型平穩。４、對于單桿雙作用油缸，由于活塞兩邊有效作用面積不等，因而用這種機能的滑閥不能完全保證活塞處于停止狀態。
三、Ｍ型符號為
結構特點：在中位時，工作油口Ａ、Ｂ關閉，進油口Ｐ、回油口Ｔ直接相連。機能特點：１、由于工作油口Ａ、Ｂ封閉，工作機構可以保持靜止。２、液壓泵可以卸荷。３、不能用于帶手搖裝置的機構。４、從停止到啟動比較平穩。５、制動時運動慣性引起液壓沖擊較大。６、可用于油泵卸荷而液壓缸鎖緊的液壓回路中。
四、Ｙ型符號為
結構特點：在中位時，進油口Ｐ關閉，工作油口Ａ、Ｂ與回油口Ｔ相通。機能特點：１、因為工作油口Ａ、Ｂ與回油口Ｔ相通，工作機構處于浮動狀態，可隨外力的作用而運動，能用于帶手搖的機構。２、從停止到啟動有些沖擊，從靜止到啟動時的沖擊、制動性能０型與Ｈ型之間。３、油泵不能卸荷。
五、Ｐ型符號為
結構特點：在中位時，回油口Ｔ關閉，進油口Ｐ與工作油口Ａ、Ｂ相通。機能特點：１、對于直徑相等的雙桿雙作用油缸，活塞兩端所受的液壓力彼此平衡，工作機構可以停止不動。也可以用于帶手搖裝置的機構。但是對于單桿或直徑不等的雙桿雙作用油缸，工作機構不能處于靜止狀態而組成差動回路。２、從停止到啟動比較平穩，制動時缸兩腔均通壓力油故制動平穩。３、油泵不能卸荷。４、換向位置變動比Ｈ型的小，應用廣泛。
六、Ｘ型符號為
結構特點：在中位時，Ａ、Ｂ、Ｐ油口都與Ｔ回油口相通。機能特點：１、各油口與回油口Ｔ連通，
處于半開啟狀態，因節流口的存在，Ｐ油口還保持一定的壓力。２、在滑閥移動到中位的瞬間使Ｐ、Ａ、Ｂ與Ｔ油口半開啟的接通，這樣可以避免在換向過程中由于壓力油口Ｐ突然封堵而引起的換向沖擊。３油泵不能卸荷。４、換向性能介于０型和Ｈ型之間。
七、Ｕ型符號為
結構特點：Ａ、Ｂ工作油口接通，進油口Ｐ、回油口Ｔ封閉。機能特點：１、由于工作油口Ａ、Ｂ連通，工作裝置處于浮動狀態，可在外力作用下運動，可用于帶手搖裝置的機構。２、從停止到啟動比較平穩。３、制動時也比較平穩。４、油泵不能卸荷。
八、Ｋ型符號為
結構特點：在中位時，進油口Ｐ與工作油口Ａ與回油口Ｔ連通，而另一工作油口Ｂ封閉。機能特點：１、油泵可以卸荷。２、兩個方向換向時性能不同。
九、Ｊ型符號為
結構特點：進油口Ｐ和工作油口Ａ封閉，另一工作油口Ｂ與回油口Ｔ相連。機能特點：１、油泵不能卸荷。２、兩個方向換向時性能不同。
十、Ｃ型符號為
結構特點：進油口Ｐ與工作油口Ａ連通，而另一工作油口Ｂ與回油口Ｔ連通。機能特點：油泵不能卸荷；從停止到啟動比較平穩，制動時有較大沖擊。
舉例分析
１、利用滑閥的中位機能設計成卸荷回路，實現節能。當滑閥中位機能為Ｈ、Ｋ或Ｍ型的三位換向閥處于中位時，泵輸出的油液直接回油箱，構成卸荷回路，可使泵在空載或者輸出功率很小的工況下運動，從而實現節能，如圖１所示。這種方法比較簡單，但是不適用于一泵驅動兩個或兩個以上執行元件的系統。
２、利用滑閥的中位機能設計成制動回路或鎖緊回路。為了使運動著的工作機構在任意需要的位置上停下來，并防止其停止后因外界影響而發生移動，可以采用制動回路。最簡單的方法是利用換向閥進行制動例如滑閥機能為Ｍ型或Ｏ型的換向閥，在它恢復中位時，可切斷它的進回油路，使執行元件迅速停止運動。如圖２所示：裝載機動臂液壓缸采用Ｍ型中位機能的換向閥構成的制動油路，動臂在將鏟斗舉升到最高位置和下降至最低放平位置時能自行限位制動，圖中的回位限位閥（即Ｍ型和Ｈ型四位四通換向閥）是靠鋼球定位的，當鏟斗移至限位點時碰觸開關，二位電磁閥換向，接入壓縮空氣，將定位鋼球壓回槽內，回位限位閥便在彈簧作用下恢復中位，切斷動臂油缸的進、回油油路，于是動臂連同鏟斗一起被限位制動。
３、利用Ｈ型、Ｙ型換向實現浮動。例如液壓起重機的回轉機構在負載下回轉時，如果制動過急，慣性力將產生很大的液壓沖擊，因此，常常采用滑閥機能為Ｈ型或Ｙ型的換向閥，如圖３所示，當換向閥回中位時，回轉馬達處于浮動狀態，然后再用腳制動使它平穩的停止轉動。圖２所示的裝載機動臂液壓缸。當Ｍ型和Ｈ型四位四通換向閥處于Ｈ位，即浮動位置，這時可以下鏟取物料或者平整場地，鏟斗可隨地面的高低而升降，即實現浮動；另外這種回路在遇到系統突然停止工作時，仍能順利放下鏟斗。在履帶挖掘機行走馬達的換向閥上采用Ｙ型滑閥機能的換向閥，它可以使挖掘作業時行走馬達處于浮動狀態不承受制動載荷。
４、換向閥滑閥中位機能的選用對壓路機開式振動液壓系統的換向速度，對壓路機的振動工作性能有著十分重要的影響。利用Ｈ型三位四通換向閥，
當滑閥處于中位時，Ｐ、Ｔ、Ａ、Ｂ四個油口相通而構成連通同路。由于激振器旋轉慣性的作用，會使振動輪產生余振，從而造成被壓實的鋪層表面產生壓痕，但這對于壓路基的振動壓路機來說，給基礎層壓實效果產生的影響不大，反而還減少了系統的液壓沖擊力。在圖４中，單頻雙幅振動開式液壓系統中。對于壓路面的振動壓路機，則要求在壓實作業過程中需停振或或變幅時，激振器能在1.5－1.7s的時間內，迅速的停止旋轉以避免瞬間的余振使壓實表面出現壓痕，而影響壓實質量。常采用Ｍ型三位四通換向閥，當滑閥處于中位時，Ａ、Ｂ兩個工作油口截止，能產生很大的背壓，促使馬達克服激振器的慣性力矩而急速停止旋轉，這樣就避免了在路面壓實時產生壓痕，但是會在馬達回路中造成很高的瞬時壓力峰值，提高馬達及其他有關元件損壞率。因此通常在換向閥的Ａ、Ｂ油口設置兩個溢流閥對系統進行保護。
總之，在進行換向閥的選用時，一定要根據工作機構的工作特點選用適當的中位機能。