1 引言

地di下xia礦kuang山shan有you些xie地di點dian的de作zuo業ye環huan境jing十shi分fen惡e劣lie，為wei了le保bao護hu操cao作zuo人ren員yuan的de安an全quan，使shi用yong遙yao控kong操cao縱zong的de礦kuang山shan設she備bei是shi非fei常chang必bi要yao的de。在zai國guo外wai，無wu線xian遙yao控kong的de鏟chan運yun機ji、有線遙控的混凝土噴射車
、diannaokongzhidequanzidongzaoyantaichedengkuangshanshebeiyijingdedaoguangfanyingyong
，qudelelianghaodeshiyongxiaoguo
，gaishanlezuoyetiaojian，jiangdilelaodongqiangdu，zaibaozhangzuoyerenyuananquandetongshiyoutigaolezuoyexiaolv。zaiguonei，yaokongcaozongdekuangshanshebeideyanzhishengchanhaichuyuqibujieduan，cunzaideyigezhongyaowentishiruhebaduolukongzhidianxinhaochengbilidizhuanhuanchengduoluyeyanengshuchu，wanchengdian-液的轉換工作。為實現這一突破，北京礦冶研究總院
、楓陽液壓電磁元件廠、白銀有色金屬公司、北京重型汽車製造廠合作研製了適合礦山機械使用的 6DBF-10 型六聯電液比例閥[1]，該gai閥fa在zai實shi驗yan室shi的de測ce試shi數shu據ju達da到dao國guo外wai同tong類lei產chan品pin的de先xian進jin水shui平ping。為wei了le驗yan證zheng該gai閥fa的de實shi際ji使shi用yong性xing能neng，在zai中zhong國guo有you色se金jin屬shu工gong業ye總zong公gong司si礦kuang山shan機ji械xie化hua攻gong關guan項xiang目mu HPC-11 型混凝土噴射車研製過程中，替代進口比例閥產品，取得了良好的使用效果，保證了該攻關項目的順利完成[2]。

2 結構設計和工作原理

2.1 結構設計

6DBF-10 型六聯電液比例閥主要由主閥
、先導減壓閥、比例電磁鐵和輔助閥四部分組成，見圖1。主閥是該比例閥的主體
，包括主閥體
、主閥芯和彈簧等。

圖1 6DBF-10 型六聯電液比例閥主體結構

（1）主zhu閥fa體ti。其qi大da小xiao直zhi接jie影ying響xiang整zheng個ge比bi例li閥fa的de體ti積ji，因yin此ci主zhu閥fa體ti應ying盡jin可ke能neng設she計ji得de小xiao些xie。國guo內nei一yi般ban采cai用yong每mei聯lian一yi片pian的de分fen片pian式shi主zhu閥fa體ti或huo整zheng體ti式shi主zhu閥fa體ti兩liang種zhong形xing式shi。由you於yu主zhu閥fa體ti內nei部bu通tong油you孔kong道dao很hen多duo，又you是shi主zhu閥fa芯xin和he輔fu助zhu閥fa的de包bao容rong殼ke體ti，在zai連lian接jie螺luo栓shuan及ji內nei部bu高gao壓ya油you的de作zuo用yong下xia容rong易yi變bian形xing。比bi例li閥fa是shi靠kao電dian磁ci力li及ji先xian導dao油you壓ya控kong製zhi的de
，操cao縱zong力li較jiao小xiao，容rong易yi卡ka閥fa，因yin此ci要yao求qiu主zhu閥fa體ti有you較jiao好hao的de強qiang度du和he剛gang度du，防fang止zhi閥fa芯xin卡ka住zhu。分fen片pian式shi閥fa體ti比bi較jiao單dan薄bo，很hen難nan同tong時shi滿man足zu強qiang度du、剛(gang)度(du)大(da)而(er)體(ti)積(ji)又(you)小(xiao)的(de)要(yao)求(qiu)。雖(sui)然(ran)可(ke)采(cai)取(qu)整(zheng)體(ti)式(shi)的(de)主(zhu)閥(fa)體(ti)，加(jia)大(da)主(zhu)閥(fa)體(ti)的(de)剛(gang)度(du)，減(jian)小(xiao)主(zhu)閥(fa)體(ti)的(de)體(ti)積(ji)，但(dan)多(duo)聯(lian)閥(fa)共(gong)用(yong)一(yi)個(ge)主(zhu)閥(fa)體(ti)
，主(zhu)閥(fa)體(ti)的(de)重(zhong)量(liang)很(hen)大(da)，內(nei)部(bu)結(jie)構(gou)過(guo)於(yu)複(fu)雜(za)，大(da)大(da)增(zeng)加(jia)了(le)加(jia)工(gong)難(nan)度(du)
，鑄(zhu)件(jian)的(de)廢(fei)品(pin)率(lv)也(ye)顯(xian)著(zhu)增(zeng)加(jia)，導(dao)致(zhi)生(sheng)產(chan)成(cheng)本(ben)提(ti)高(gao)。另(ling)外(wai)
，用(yong)戶(hu)在(zai)選(xuan)用(yong)比(bi)例(li)閥(fa)為(wei)不(bu)同(tong)的(de)主(zhu)機(ji)配(pei)套(tao)時(shi)，對(dui)比(bi)例(li)閥(fa)的(de)聯(lian)數(shu)及(ji)閥(fa)的(de)中(zhong)位(wei)機(ji)能(neng)會(hui)有(you)不(bu)同(tong)要(yao)求(qiu)
，整(zheng)體(ti)式(shi)主(zhu)閥(fa)體(ti)的(de)靈(ling)活(huo)性(xing)
、互換性
、通用性都很差，難以滿足要求。所以，在比例閥的設計中，采用每兩聯閥使用一個主閥體，即形成塊式的主閥體，這樣就兼顧了鑄造
、加工
、強度、剛度幾方麵的要求，同時也有利於用該閥體組成不同聯數的比例閥，滿足用戶的不同需求。

此外，主閥體上還設計了輔助閥（包括過載閥、防空穴閥、單向閥）插裝孔，以便根據液壓係統需要插裝不同的輔助閥，使係統整體結構十分緊湊。

在主閥體與主閥體之間連接螺栓孔處

，設計了薄墊片
，減小主閥體在螺栓頂緊力下的整體變形
，防止卡閥。

（2）主閥芯。采用圓弧節流槽作為主閥閥口，與三角形節流閥口相比，具有輸出線性好、抗汙能力強
、主閥芯不易被卡住等優點，這對保證比例閥可靠工作是很重要的。

（3）先(xian)導(dao)減(jian)壓(ya)閥(fa)。布(bu)置(zhi)在(zai)主(zhu)閥(fa)體(ti)的(de)兩(liang)側(ce)，每(mei)一(yi)聯(lian)主(zhu)閥(fa)用(yong)兩(liang)個(ge)先(xian)導(dao)減(jian)壓(ya)閥(fa)來(lai)控(kong)製(zhi)，每(mei)一(yi)個(ge)先(xian)導(dao)減(jian)壓(ya)閥(fa)控(kong)製(zhi)主(zhu)閥(fa)芯(xin)位(wei)移(yi)的(de)一(yi)個(ge)方(fang)向(xiang)和(he)大(da)小(xiao)，達(da)到(dao)控(kong)製(zhi)流(liu)量(liang)大(da)小(xiao)和(he)方(fang)向(xiang)的(de)目(mu)的(de)。由(you)於(yu)先(xian)導(dao)減(jian)壓(ya)閥(fa)是(shi)壓(ya)力(li)控(kong)製(zhi)元(yuan)件(jian)，反(fan)饋(kui)的(de)是(shi)油(you)壓(ya)

，對(dui)閥(fa)體(ti)沉(chen)割(ge)槽(cao)尺(chi)寸(cun)精(jing)度(du)要(yao)求(qiu)不(bu)高(gao)，設(she)計(ji)中(zhong)采(cai)用(yong)鑽(zuan)閥(fa)通(tong)油(you)孔(kong)同(tong)時(shi)形(xing)成(cheng)閥(fa)體(ti)沉(chen)割(ge)槽(cao)的(de)方(fang)式(shi)，減(jian)少(shao)機(ji)加(jia)工(gong)量(liang)，降(jiang)低(di)成(cheng)本(ben)。

（4）比例電磁鐵。比例電磁鐵是電流一機械力轉換器件
，鐵芯的純度、扼鐵的尺寸精度和摩擦性能都有很高要求。為了少走彎路，縮短研製周期
，采用 GP 係列比例電磁鐵，該產品是德國 BSO 控製技術有限公司許可證產品，線性好
、滯環小、質量可靠，能夠滿足使用要求。

（5）輔助閥。為了簡化液壓係統
，減少管路連接，該電液比例閥除主閥、先導減壓閥、比例電磁鐵外，還在主閥體上集成有單向閥
、減壓閥
、安全閥、過載閥和防空穴閥，組成了多功能電液比例閥。

各輔助閥的功能為：①單向閥。安裝在每一聯的進油路上，可防止工作時各聯的相互幹擾
，避免“點頭”現象。②減壓閥。減壓閥用來把工作係統高壓油減到 3.5MPa，作為控製油源，省掉專門的先導供油回路
，簡化液壓係統。③安全閥。該閥是用來防止液壓係統油壓過高
，保護液壓閥及係統安全。④過(guo)載(zai)閥(fa)和(he)防(fang)空(kong)穴(xue)閥(fa)。該(gai)電(dian)液(ye)比(bi)例(li)閥(fa)的(de)每(mei)一(yi)聯(lian)都(dou)可(ke)插(cha)裝(zhuang)過(guo)載(zai)閥(fa)和(he)防(fang)空(kong)穴(xue)閥(fa)。過(guo)載(zai)閥(fa)可(ke)防(fang)止(zhi)執(zhi)行(xing)機(ji)構(gou)因(yin)受(shou)過(guo)大(da)外(wai)力(li)而(er)引(yin)起(qi)的(de)回(hui)路(lu)油(you)壓(ya)過(guo)高(gao)，保(bao)護(hu)比(bi)例(li)閥(fa)

、yeyazhixingyuanjianjiguanludeanquan。fangkongxuefakeduiyoulujinxingbuyou，fangzhikongxuechansheng。ruguomouyilianfabuxuyaoguozaifahuofangkongxuefa，kezaichazhuangguozaifahuofangkongxuefadeweizhishangjiadujike。

2.2工作原理

電液比例閥液壓原理見圖2。

圖2 電液比例閥液壓原理（1.先導減壓閥 2.比例電磁鐵 3.主閥 4.安全閥 5.單向閥 6.減壓閥 7.過載閥 8.防空穴閥）

首先，比例電磁鐵與先導減壓閥之間以比例電磁鐵定力-xiandaojianyafadingyadefangshixiangguanlian。bilidiancitiezaishurudianliuhoushuchujixieli，tuidongxiandaojianyafafaxindongzuo，guanbixieyoukou，jietongxiandaogongyouyouyuan，youxiandaoyouyachansheng。xiandaoyouyalifanxiangzuoyongyuxiandaojianyafafaxin
，shiqifanxiangyidong，zhizhiyujixielipingheng
，chanshengyushurudianliuchengbilidexiandaokongzhiyouya。

其次，主閥與先導減壓閥之間以先導定壓--主(zhu)閥(fa)彈(dan)簧(huang)定(ding)位(wei)的(de)方(fang)式(shi)耦(ou)連(lian)。由(you)先(xian)導(dao)減(jian)壓(ya)閥(fa)輸(shu)出(chu)的(de)控(kong)製(zhi)油(you)壓(ya)，在(zai)主(zhu)閥(fa)芯(xin)端(duan)麵(mian)上(shang)產(chan)生(sheng)一(yi)個(ge)液(ye)壓(ya)作(zuo)用(yong)力(li)，使(shi)主(zhu)閥(fa)芯(xin)克(ke)服(fu)彈(dan)簧(huang)彈(dan)力(li)而(er)移(yi)動(dong)，關(guan)閉(bi)中(zhong)位(wei)泄(xie)荷(he)閥(fa)口(kou)，開(kai)啟(qi)負(fu)載(zai)閥(fa)口(kou)。當(dang)主(zhu)閥(fa)芯(xin)上(shang)液(ye)壓(ya)作(zuo)用(yong)力(li)與(yu)彈(dan)簧(huang)力(li)達(da)到(dao)平(ping)衡(heng)時(shi)，主(zhu)閥(fa)芯(xin)停(ting)留(liu)在(zai)與(yu)先(xian)導(dao)控(kong)製(zhi)油(you)壓(ya)相(xiang)對(dui)應(ying)的(de)位(wei)置(zhi)上(shang)
，使(shi)主(zhu)閥(fa)負(fu)載(zai)閥(fa)口(kou)產(chan)生(sheng)一(yi)定(ding)的(de)開(kai)度(du)，有(you)相(xiang)應(ying)的(de)流(liu)量(liang)輸(shu)出(chu)。

總zong之zhi

，在zai額e定ding電dian流liu範fan圍wei內nei，改gai變bian比bi例li電dian磁ci鐵tie控kong製zhi電dian流liu

，先xian導dao減jian壓ya閥fa控kong製zhi油you壓ya隨sui之zhi改gai變bian，主zhu閥fa的de負fu載zai閥fa口kou及ji輸shu出chu流liu量liang大da小xiao也ye隨sui之zhi改gai變bian
，從cong而er起qi到dao成cheng比bi例li控kong製zhi流liu量liang的de作zuo用yong。

當比例閥某些聯不需要成比例控製時，隻要把這些聯上的比例電磁鐵和先導減壓閥換成普通的電磁換向閥，就可改變成沒有中間狀態、隻有開和關兩種狀態的普通液壓閥。

3 設計計算

比例電磁鐵、先導減壓閥及主閥三者之間的合理匹配是設計的關鍵環節。

3.1 先導控製油壓與主閥芯位移

六聯電液比例閥輸出流量是由主閥芯位移量來控製的，主閥芯的位移量又是由先導控製油壓產生的作用力，克服主閥芯複位彈簧彈力、摩擦力
、液動力的結果。因摩擦力
、液動力均很小
，忽略不計。主閥芯有大、小兩個複位彈簧。取主閥芯直徑為 16mm，通過彈簧結構參數的選取和彈簧彈力的設計計算

，可得下麵計算公式：

p=0.13+0.28x

其中：p 為先導控製油壓；x 為主閥芯的位移（x≤6）

當主閥芯移動到行程終點時（x=6mm)，對應的先導控製油壓為最大值 pmax=0.13+0.28×6=1.8MPa。由於有 2mm 的死區
，對應閥口即將開啟時的先導控製油壓為最小值 pmin＝0.13+0.28×2=0.7MPa。先導控製油壓變化範圍應為 0.7~1.8MPa。

3.2 先導減壓閥閥芯所需推力

為了使主閥芯正常換向，先導減壓閥輸出油壓應在 0.7~1.8MPa 之間變化。取減壓閥閥芯直徑為 5mm
，通過減壓閥複位彈簧參數的選取可計算出先導減壓閥閥芯所需的推力範圍是 19~40.6N。

3.3 比例電磁鐵額定工作電流

比例電磁鐵選用型號為 GP35-4-A，該比例電磁鐵最大輸入電流為 1.2A
，最大輸出推力可達 63N。由該產品樣本特性曲線可得，當輸出推力為 40.6N 時，對應的輸入電流為 800mA，此即為比例電磁鐵額定工作電流。

4 加工製造

該(gai)比(bi)例(li)閥(fa)的(de)核(he)心(xin)組(zu)成(cheng)部(bu)分(fen)是(shi)閥(fa)體(ti)和(he)閥(fa)芯(xin)
，這(zhe)也(ye)是(shi)加(jia)工(gong)製(zhi)造(zao)的(de)關(guan)鍵(jian)。由(you)於(yu)主(zhu)閥(fa)體(ti)和(he)主(zhu)閥(fa)芯(xin)較(jiao)先(xian)導(dao)閥(fa)體(ti)和(he)先(xian)導(dao)閥(fa)芯(xin)在(zai)結(jie)構(gou)上(shang)複(fu)雜(za)得(de)多(duo)
，因(yin)而(er)是(shi)加(jia)工(gong)製(zhi)造(zao)的(de)重(zhong)點(dian)。

4.1 主閥體

主閥體由於內部結構複雜

、通油孔道很多
，對鑄件質量要求很高。設計中主閥體采用高強度球墨鑄鐵材料，這種材料具有強度高、韌性好的特點

，還有較好的鑄造性能、jijiagongxingnenghejianmoxingneng。zaizhizaoguochengzhongcaiyongteshudedianhuaxueqingshafangfa
，zaihuaxuefushihereyinglidegongtongzuoyongxia，wulunshifatibiaomianhaishishenkongzhongdeshazidoujiangcongzhujianshangbolixialai，qingshaxiaoguohenhao。

4.2 主閥芯

主閥芯工作時換向頻繁

，易產生磨損，要求很高的表麵硬度。為此采用 38CrMoAl 合金材料，配合滲氮處理，HV 達到 1000 以上，較好地滿足了使用要求。

4.3 配合間隙保證

zhufatiyuzhufaxinpeihejianxiyouhengaoyaoqiu。guowaiyibancaiyongjingangshijiaodaojiagongfakong，baozhengqichicungongchahexingweigongcha。youyuzhizaozhuanyongjingangshijiaodaofeiyonghengao，yincizaiyanzhiguochengzhongcaiyongyanpeigongyi

，fakongyanhao，yongqidongliangtoujingqueceliangfakongdechicun，ranhougenjugaichicunpeimofaxin
，zhizhidadaopeihejianxi 0.008~0.015mm。

5 性能測試及主要技術參數

5.1 性能測試

六聯電液比例閥在進行組裝和出廠調試後，在浙江大學液壓實驗室進行了性能測試[4]。

輸出流量（Q）與穩態輸入電流（I）特性曲線見圖 3。通過多次 Q--I 曲線測試得到
，
，滯環 6.1%，重複精度 1.9%，達到設計要求。國外同類產品該項的測試結果為：滯環 6.2%
，重複精度 1.8%。國產元件與國外同類產品性能指標基木相同。

圖3 Q-I特性曲線

5.2 主要技術參數

6DBF-10 型六聯電液比例閥的主要技術參數為：公稱通徑 10mm、額定壓力 20MPa、額定流量 4OL/min
、先導控製油源壓力 3.5MPa、回油口允許背壓 2MPa
、比例電磁鐵額定電流 800mA

、開關電磁鐵額定電壓 12V

、滯環 ＜7%、重複精度 ＜2%、頻寬 5Hz
、質量 31kg。

6 應用

為了考核 6DBF-10 型六聯電液比例閥的實際使用性能，將其應用在新研製的 HPC-11 型混凝土噴射車上，用來控製該車上的有線遙控噴射機械手。噴射機械手的液壓係統原理見圖4。

圖4 噴射機械手的液壓係統（1.油泵 2.背壓溢流閥 3.六聯電液比例閥 4.雙向平衡閥 5.舉升油缸 6.油馬達 7.製動器 8.液動順序換向閥 9.梭閥 10.伸縮油缸 11.傾動油缸 12.折迭油缸 13.擺動油缸）

該比例閥的特點是可接收電控信號，而電控信號在運算、處理
、chuanshufangmianyoushituchu。yinci
，yugaibilifapeitaodeyouxianyaokongqishangzhixuyaolianggecaozongshoubing，jikewanchengduiliulianbilifadekongzhi。penshejixieshoushangdeliugedongzuoyougangshiyougaibilifakongzhide
，yincishijigongzuoshigongrenzhixucaozongyouxianyaokongqishangdelianggeshoubing，jikewanchengduipenshejixieshouliugedongzuodecaozongkongzhi。

HPC-11 型混凝土噴射車在礦山井下進行了 400h 的(de)工(gong)業(ye)試(shi)驗(yan)。該(gai)車(che)由(you)於(yu)采(cai)用(yong)了(le)六(liu)聯(lian)電(dian)液(ye)比(bi)例(li)控(kong)製(zhi)，噴(pen)射(she)機(ji)械(xie)手(shou)實(shi)現(xian)了(le)有(you)線(xian)遙(yao)控(kong)功(gong)能(neng)，噴(pen)射(she)機(ji)械(xie)手(shou)的(de)動(dong)作(zuo)可(ke)遠(yuan)距(ju)離(li)無(wu)級(ji)調(tiao)節(jie)與(yu)控(kong)製(zhi)，操(cao)縱(zong)自(zi)如(ru)。通(tong)過(guo)使(shi)用(yong)有(you)線(xian)遙(yao)控(kong)器(qi)

，操(cao)作(zuo)者(zhe)可(ke)在(zai)現(xian)場(chang)選(xuan)擇(ze)適(shi)宜(yi)的(de)工(gong)作(zuo)地(di)點(dian)
，以(yi)獲(huo)得(de)較(jiao)好(hao)的(de)觀(guan)察(cha)角(jiao)度(du)，也(ye)使(shi)反(fan)彈(dan)的(de)噴(pen)射(she)料(liao)不(bu)會(hui)打(da)到(dao)操(cao)作(zuo)者(zhe)身(shen)上(shang)，在(zai)提(ti)高(gao)作(zuo)業(ye)安(an)全(quan)性(xing)的(de)同(tong)時(shi)，還(hai)提(ti)高(gao)了(le)作(zuo)業(ye)效(xiao)率(lv)，減(jian)輕(qing)了(le)工(gong)人(ren)的(de)勞(lao)動(dong)強(qiang)度(du)，因(yin)此(ci)深(shen)受(shou)現(xian)場(chang)工(gong)人(ren)的(de)歡(huan)迎(ying)。在(zai)整(zheng)個(ge)工(gong)業(ye)試(shi)驗(yan)期(qi)間(jian)


，該(gai)六(liu)聯(lian)電(dian)液(ye)比(bi)例(li)閥(fa)工(gong)作(zuo)良(liang)好(hao)，未(wei)出(chu)現(xian)任(ren)何(he)故(gu)障(zhang)，為(wei)混(hun)凝(ning)土(tu)噴(pen)射(she)車(che)研(yan)製(zhi)工(gong)作(zuo)的(de)順(shun)利(li)完(wan)成(cheng)創(chuang)造(zao)了(le)有(you)利(li)條(tiao)件(jian)。

7 結語

（1）6DBF-10 型六聯電液比例閥是一種新型的電液接口元件，實現了多路電信號到多路液壓能的成比例轉換。該閥的滯環、重複精度和頻寬等主要技術指標達到國際先進水平，可以替代同類進口產品，為國家節約外彙。

（2）該比例閥與傳統的手動操縱液壓閥相比，係統布置柔性加大
、操縱方便、安全性好，可有線或無線遙控主機。由於以電信號為控製輸入信號，可以將計算機技術、數字技術、自動控製技術引入到主機的控製之中


，使主機上等級，擴大使用範圍
，提高工效

，提高競爭能力。

（3）該比例閥適合在多種礦山設備上使用，如混凝土噴射車、鑿岩台車
、鏟運機等。此外，還適合工程機械及建築機械使用
，如高空作業車、小型挖掘機、小型裝載機等
，其推廣應用前景十分廣闊。

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