前　言

液壓技術(shù),說到底,就是加油與放油的技術(shù)。所有液壓閥,都是圍繞這個任務(wù)工作的。液壓閥是液壓設(shè)備中不可或缺的關(guān)鍵元件,自從200多年前有了液壓機械,就有了液壓閥。要理解液壓閥,就必須了解其歷史。知道了它從何而來,為何服務(wù),才能擺正我們學(xué)習(xí)研發(fā)液壓閥的位置,知道該向何處發(fā)力。
液壓閥隨著液壓技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展,至今其品種已有成千上萬,五花八門,數(shù)不勝數(shù)!逐一學(xué)習(xí)嗎?一個人,十輩子都不夠!但如果能抓住本質(zhì),理解其規(guī)律,就能使復(fù)雜變簡單,問題就能提到點子上,學(xué)習(xí)就容易,就能提綱挈領(lǐng),舉一反三,一通百通。
液壓閥是被動元件,不能無中生有,把少變多,因此,只有限制功能。
溢流閥限制其進(jìn)口的壓力:壓力超了就開門,放油。
減壓閥限制其出口的壓力:壓力超了就關(guān)門,不準(zhǔn)再進(jìn)油。
流量調(diào)節(jié)閥通過其所帶的定壓差元件來限制節(jié)流口的壓差,從而限制通過的流量,少受負(fù)載壓力變化的影響。
所有液壓閥,沒有例外,都是通過閥芯在閥體內(nèi)的移動(含轉(zhuǎn)動)來改變流道的形狀和開口面積,實現(xiàn)其功能的。因此,認(rèn)識閥芯與閥體是如何構(gòu)成流道的,流道開口又是如何變化的,是理解液壓閥的基礎(chǔ)。
閥芯是機械部件,是個只認(rèn)力的家伙,在也只在力的作用下移動。作用于閥芯的力,有來自于閥外部的,即操控力:手動、機動、氣動、液動、電控,有來自于閥內(nèi)部的靜壓力、液動力、摩擦力和彈簧力。
閥芯被哪些力所左右,怎么移動,導(dǎo)致開口怎么變化,這些決定了液壓閥實現(xiàn)其功能時的性能優(yōu)劣,所以,這是本書剖析的重點。
液壓,不是什么用來玩弄公式和時髦辭藻的把戲,而是門技術(shù),技術(shù)是為了滿足人類的需求而發(fā)展起來的,所以,無論國產(chǎn)進(jìn)口,能滿足需求的才是好閥!
測試是液壓的靈魂,指的就是,液壓從創(chuàng)新、設(shè)計、仿真開始,到試制樣品、改進(jìn),到批量生產(chǎn),所有環(huán)節(jié)的優(yōu)劣,是否滿足需求,都必須通過測試結(jié)果來驗證評判。魔鬼躲在細(xì)節(jié)里,很多看上去絕妙的主意,常會在實施過程中遇到最初沒想到,乃至難以逾越的障礙。
所有關(guān)于液壓閥的理論公式,都是理想化了的,雖然有指導(dǎo)作用,但也因為忽略了很多實際因素,因此與實際總是有差距的。測試是唯一可以抓出液壓閥真實狀況的手段。好閥不是算出來的,是試出來的!
電和液壓的關(guān)系,不是簡單的取代關(guān)系,應(yīng)區(qū)分為電控、電動和電驅(qū)!
電控,是我們昨天就應(yīng)該開始的;移動設(shè)備的液驅(qū)電動,是我們今天要面對的;而電驅(qū),則關(guān)系到我們搞液壓的人,明天靠什么來生存?!
世間很多事物的特性及其變化,受多個因素的影響。其中有些顯而易見,但也常有一些躲在幕后深層,雖不明顯,但卻起著主要的,甚至決定性的作用,即所謂深層邏輯。液壓閥也是如此。有些企業(yè)很努力,收獲卻不大,原因之一,就是因為沒有認(rèn)清那些深層邏輯。
深刻理解液壓閥,是成為中級液壓技術(shù)人員的基本要求。迅速了解掌握新閥,是您的同事和領(lǐng)導(dǎo),在激烈競爭的環(huán)境中,最需要最看重賞識的能力。
本書的任務(wù)就是與您一起,從技術(shù)角度分門別類梳理那些深層因素,剖析現(xiàn)象后面的因果關(guān)系,將液壓閥里里外外搞個明白,以便您在接觸到相關(guān)課題時能迅速深入。
如果您是從事液壓閥設(shè)計制造的,就可以根據(jù)應(yīng)用的需求、市場和本企業(yè)的條件,設(shè)計出相應(yīng)的圖樣,確定材料和制造工藝,結(jié)合實測,制造出滿足需求的液壓閥,并根據(jù)顧客的反饋進(jìn)行改進(jìn)。
本書不教您做閥,而是幫您懂閥。因為,懂,是做好、用好、改進(jìn)、創(chuàng)新的基礎(chǔ)。而要做出好閥,還要懂材料、加工設(shè)備和工藝、熱處理設(shè)備和工藝等,這些都超出了本書的范疇。
液壓閥已經(jīng)有200余年的歷史,技術(shù)已非常成熟,再要發(fā)明什么新結(jié)構(gòu)閥,能成為好商品,能被市場接受,獲得利潤,是很不容易的。
如果您懂了閥,對閥的本質(zhì)了如指掌,就能夠根據(jù)主機的工作環(huán)境和應(yīng)用的實際需求,選用恰當(dāng)?shù)幕芈?恰當(dāng)?shù)拈y,恰當(dāng)?shù)男阅?從而組建出滿足需求的液壓系統(tǒng),在某一行業(yè)內(nèi)實現(xiàn)突破,還是相對比較容易的。我在德國企業(yè)工作期間,根據(jù)差動回路的原理,采用了電比例閥,利用估算表格,預(yù)估了新回路的性能,幾乎是一次成功:成本增加不多,但顯著提高了主機的工作效率,滿足了歐洲富裕國家的需求,獲得了歐洲發(fā)明專利,20多年來被越來越多地采用,已服務(wù)于幾億居民,也給企業(yè)帶來了相當(dāng)?shù)睦麧櫋?br />通過多年來觀察思考國內(nèi)外液壓產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,我深深體會到:液壓內(nèi)行和外行,高手和菜鳥的差別,不在于多念幾年書,多拿幾張文憑,多知道一些公式,甚至能寫幾本書,而在于是否認(rèn)識到那些幕后因素,認(rèn)識到基礎(chǔ)、細(xì)節(jié)的重要性,愿意在基礎(chǔ)、細(xì)節(jié)上下大功夫。
高大上者,凡人皆好之,只是,吹高大上容易,打基礎(chǔ)難。打基礎(chǔ)要付出很多辛勞,且不容易看到成果。常聽人贊美摩天大樓頂端的高聳入云,霓虹燈的繽紛多彩,鮮有人贊賞地基的堅實。然而沒有打好基礎(chǔ),以后要付出的代價卻是百倍千倍:基礎(chǔ)不牢,地動山搖!
從基礎(chǔ)、本質(zhì)下手,才能一通百通。
那么,對于液壓閥而言,什么是基礎(chǔ)呢?
閥的結(jié)構(gòu)是決定閥的功能的基礎(chǔ)。
閥體、閥芯的形狀位置配合是決定調(diào)控性能的基礎(chǔ)!
材料、處理、加工、表面硬度、表面粗糙度和油液污染度是決定使用壽命的基礎(chǔ)!
人們常說,液壓閥是通用件,即可用在不同行業(yè)不同應(yīng)用不同設(shè)備上。其實,這指的是它的功能,而非性能!液壓閥可以單獨存在和買賣,卻不能單獨使用,必須結(jié)合到液壓系統(tǒng)中,才能為主機的需求服務(wù),從而為社會需求服務(wù)。不同行業(yè)不同應(yīng)用對性能的需求常常是很不同的。液壓閥供應(yīng)商如果不注意去滿足實際應(yīng)用的特殊需求,產(chǎn)品很難有大市場!要了解得比顧客多,比顧客深,知道什么性能是顧客應(yīng)用最需要的,才能使顧客信服。
賽跑中最悲催的是,方向錯了!對液壓閥研發(fā)而言,理念決定方向,所以,本書也介紹一些理念,幫助您把握研發(fā)方向。
本書假定您對液壓技術(shù)的基礎(chǔ)概念已有初步的了解,比如說,已讀過我編的《白話液壓》。希望本書能幫助您對液壓閥的工作原理和本質(zhì)有更深刻的了解,從初級水平進(jìn)入中級水平。至于高級水平,那不是靠讀書讀出來的,而是通過大量實踐、挫折乃至失敗,磨煉出來的。
我自1972年第一次接觸液壓閥至今,已有50多年了。期間也曾有過多次面對問題,一時束手無策,也曾選錯閥遭遇失敗,但也從中學(xué)到了很多有益的經(jīng)驗。上海老人常說勿跌勿大,意思是,孩子是通過跌跤長大的。我們所能爭取的只是,汲取教訓(xùn),不在同一個地方跌第二跤。
幾點說明:
我自2007年從德國企業(yè)退休后,有較多的自由支配時間往來中德,當(dāng)時發(fā)現(xiàn),國外的螺紋插裝閥隨著主機大量進(jìn)入中國,中國對螺紋插裝閥缺乏全面深入介紹的書籍。而我恰恰已使用螺紋插裝閥多年,有不少資料,因此,就搜集整理資料,在2012年交出了我的第一本著作《液壓螺紋插裝閥》。此書頗受歡迎,多次重印仍售罄。出版社和很多讀者都催促我再出一增訂版。螺紋插裝閥固然是進(jìn)入21世紀(jì)以來增長最快、應(yīng)用最廣泛的閥種,但是螺紋插裝,只是一種安裝連接形式而已。由于液壓技術(shù)的應(yīng)用極其廣泛,各種應(yīng)用都有其特殊需求和習(xí)慣,其他連接形式也不會被完全取代,所以,只寫螺紋插裝閥,畢竟太局限了。
自那時以來,我有較好的條件觀摩國際上各種展會,到國內(nèi)外大學(xué)及企業(yè)講課學(xué)習(xí)交流,全面關(guān)注國內(nèi)外液壓技術(shù)的發(fā)展,可以從基礎(chǔ)上思考液壓技術(shù),不斷有一些新的感悟,因此就陸續(xù)編著了《液壓速度控制技術(shù)》《實用液壓測試技術(shù)》《液壓平衡閥應(yīng)用技術(shù)》及《白話液壓》等書。寫書的過程,也是我搜集資料、分析、梳理、思考、推敲、領(lǐng)悟逐步深入的過程。本書中有些內(nèi)容也曾在那些書中出現(xiàn)過,但這次全都重新審視過,糾正了錯誤,改善了邏輯性,敘述更流暢些,配圖也更易懂些。本書也可算是《液壓螺紋插裝閥》的升級版,是對厚愛我的讀者的一個交代。
編寫本書的目的在于幫助讀者盡可能輕松地掌握當(dāng)前液壓閥的本質(zhì)。而世間諸事往往都有例外,液壓閥亦然。若要面面俱到,則必定煩瑣不已。為了簡明通俗,凸顯本質(zhì),本書簡化了某些敘述,略去了一些細(xì)節(jié)及不常見的工況,因此,必定是不全面,不十分精準(zhǔn)的,但可以肯定地說,是八九不離十的。
本書7.1至7.12節(jié)分門別類敘述各類閥,相互關(guān)聯(lián)較少,而第1至6章內(nèi)容,逐步深入,相互關(guān)聯(lián),因此不建議跳讀。但初讀時可以大致快速瀏覽,看看哪些符合您的需要。一時不理解的難點可以跳過,留待二讀三讀時再仔細(xì)思索。真正重要的東西,肉眼是無法看見的,只有用心才能看清事物的本質(zhì)。
關(guān)于壓力單位問題。根據(jù)法定計量單位的標(biāo)準(zhǔn)GB 3102,應(yīng)該使用MPa。但我查閱過的所有歐美世界知名液壓公司的產(chǎn)品樣本,全都使用bar,沒有一家的產(chǎn)品樣本中出現(xiàn)MPa。在國際液壓標(biāo)準(zhǔn)中也很少出現(xiàn)MPa,甚至GB/T 174912011(附錄),GB/T 20421.32006(附錄B)都推薦使用bar。因此,希望您還是能非常熟悉bar:1bar=0.1MPa,這樣,在閱讀國外產(chǎn)品樣本時才不會有困難。本書中有些圖表是引自歐美文獻(xiàn),有些曲線是我使用德制的液壓萬用表實測的,為了表示其真實性,保留了其原始顯示格式,包括壓力單位bar,不再一一說明。
根據(jù)GB 3102.31993《力學(xué)的量和單位》,質(zhì)量流量的代號為qm,體積流量的代號為qv。鑒于在液壓技術(shù)中,幾乎只使用體積流量,歐美普遍使用Q,中國液壓行業(yè)內(nèi)也普遍接受代號q。為簡潔起見,本書中用q表示體積流量。
為壓縮篇幅,本書使用了下列簡稱:
IFASInstitut fr fluidtechnische Antriebe und System,RWTH Aachen德國亞琛工業(yè)大學(xué)流體傳動與系統(tǒng)研究所。
丹佛斯丹麥Danfoss公司,包括它在2021年8月以33億US$收購的美國Eaton公司的液壓部門。
派克美國Parker Hannifin公司。
布赫德國Bucher Hydraulik公司。
賀德克德國HYDAC INTERNATIONAL公司。
哈威德國HAWE Hydraulik SE公司。
升旭美國Sun Hydraulics公司。
博世力士樂德國Bosch Rexroth公司。
托馬斯德國Thomas Magnete GmbH公司。
海德福斯美國Hydraforce公司,已在2023年2月3日獲得了反壟斷部門的批準(zhǔn),正式并入了博世力士樂。但鑒于其在螺紋插裝閥領(lǐng)域曾獨樹一幟,產(chǎn)品甚多,所以本書中仍單獨稱呼。
泰豐智能山東泰豐智能控制股份有限公司。
本書附贈的估算軟件液壓閥估算2023放在百度網(wǎng)盤中。讀者只要掃描本書后的二維碼,即可從網(wǎng)上下載。
本書中很多內(nèi)容系我自己的思考心得,不是抄來的,盡管反復(fù)檢查,但難免還有錯誤之處。我衷心希望讀者提出意見和建議,電郵地址:hpzhang856@sina.cn。
感謝本書所引用的參考文獻(xiàn)的所有作者。由于本書寫作時間較長,有些引用文獻(xiàn)可能遺漏標(biāo)注,懇請有關(guān)作者諒解。
本書寫作期間得到了以下公司的支持,謹(jǐn)此致以衷心感謝:泰豐智能、寧波克泰液壓有限公司、無錫新力電器有限公司。
賀德克公司趙彬章博士耐心細(xì)致地審閱了初稿,提出了很多寶貴的改進(jìn)意見,謹(jǐn)此致以衷心感謝!
也在此感謝我的夫人,承擔(dān)了幾乎所有家務(wù),使我得以專心編著本書。
張海平　　
目　錄
CONTENTS
前言
第1章　液壓技術(shù)已經(jīng)200多歲了1
1.1　液壓的本質(zhì)1
1.2　近代液壓水壓,現(xiàn)代液壓油壓3
1.3　中國起步晚,奮起直追,成果喜人6
1.4　液壓產(chǎn)業(yè)屬于國民經(jīng)濟的秤砣8
1.5　寶刀不老,液壓技術(shù)還在發(fā)展9
1.6　不管東閥西閥,滿足應(yīng)用需求的就是好閥16
第2章　液壓和電的又愛又爭21
2.1　電控是液驅(qū)當(dāng)之無愧的指揮23
2.2　電動是液驅(qū)的好后臺31
2.3　電驅(qū)已經(jīng)開始進(jìn)軍液驅(qū)轉(zhuǎn)動的市場39
第3章　液壓閥的本質(zhì)46
3.1　固定液阻固定開口49
3.2　液壓閥的本質(zhì)可變液阻,靠改變開口謀生53
3.3　液壓閥的壓差-流量特性70
第4章　移動閥芯操控力克服阻力72
4.1　靜壓力可阻可助74
4.2　液動力總愛關(guān)門的小搗亂79
4.3　摩擦力難以計算,可以掌控88
4.4　彈簧力不是白幫忙的96
4.5　開關(guān)電磁鐵給電就出力101
4.6　比例電磁鐵給多少電流,出多少力114
4.7　閉眼是開環(huán),開眼是閉環(huán)伺服123
4.8　其他電操控方式126
4.9　瞬態(tài)127
4.10　對瞬態(tài)性能的研究方法頻域與時域137
第5章　測試是液壓的靈魂144
5.1　好閥不是算出來的144
5.2　只有測試才能抓出液壓閥的真實性能148
5.3　研發(fā)性測試151
5.4　生產(chǎn)性測試156
5.5　領(lǐng)悟測試曲線是液壓修行不可或缺的環(huán)節(jié)159
5.6　工程液壓不該是公式液壓164
第6章　各有千秋的安裝連接形式167
6.1　管式五臟俱全167
6.2　片式一片控一組缸168
6.3　板式要另配鞋子172
6.4　插裝式要另配褲子175
6.5　關(guān)于螺紋插裝式的發(fā)展應(yīng)用、軟肋和對策180
6.6　安裝連接形式的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢188
第7章　五花八門的液壓閥190
7.1　單向閥不準(zhǔn)反向190
7.2　液控單向閥不通時還可通融195
7.3　梭閥只有一個能出頭204
7.4　換向閥流道切換閥208
7.5　溢流閥壓力超了就開閘放油217
7.6　減壓閥壓力超了就關(guān)門238
7.7　順序閥壓力超了就變流道249
7.8　節(jié)流閥可調(diào)的固定液阻253
7.9　定壓差元件努力維持控制壓力之差為定值255
7.10　二通流量閥靠定壓差元件消耗壓力來限制流量259
7.11　三通流量閥有旁路才有恒流265
7.12　分流集流閥只求同進(jìn)退,不求同死生272
7.13　容積調(diào)速耗能可降,液壓閥還不可缺283
7.14　認(rèn)識和選用液壓閥的途徑290
參考文獻(xiàn)296
關(guān)于附贈的估算軟件液壓閥估算2023的說明298