概要信息：

液压冲击器换向阀设计方法 
杨国平 
(上海工程技术大学 汽车工程学院，上海 200336) 
[摘要]归纳了换向阀的设计准则，分析了液压冲击器换向阀的工作原理及油路的流通原理，说明了液 
压冲击器换向阀的设计与计算内容，为设计液压冲击器的换向阀提供参考。 
[关键词]液压冲击器，换向阀，设计 
[中图分类号]TH137．52 [文献标识码]B [文章编号]1001—554X(2007)07—0075—03 
Design method of directional valve for hydraulic percussion device 
YANG Guo-ping 
1 换向阀的设计准则 
换向阀是液压冲击器的重要部件，其设计质 
量直接影响液压冲击器的性能。为此，经过多年 
来对换向阀的研究，总结归纳出了液压冲击器换 
向阀的设计准则}1 ]。 
具体设计应遵守以下原则： (1)阀芯两端受 
力应始终处于不平衡状态，以保证阀芯稳定在冲 
程或回程配油位置； (2)在保证阀口全流量时不 
致有过大阻力的情况下，行程尽可能短，重量尽 
可能轻些，以减少耗油量和提高换向速度； (3) 
要保证最小封油长度、间隙及加工精度； (4)保 
证阀芯两端推阀油压作用面积满足参数计算要求； 
(5)阀芯径向最薄部位不小于2ram。 
液压冲击器的换向阀有多种多样的形式，概 
括起来有套阀和芯阀两大类，芯阀按形状又可分 
为柱状阀和筒状阀。 
前腔常压油型液压冲击器是利用差动活塞的 
原理，故只需用三通滑阀，而双面回油型液压冲 
击器则必须采用四通滑阀。三通滑阀的典型结构 
是三槽二台肩 (见图 la)，四通滑阀的典型结构是 
五槽三台肩 (见图 lb)。三通滑阀阀芯比四通滑阀 
阀芯少一个台肩因而较短，减轻了阀芯重量，可 
提高冲击机构的效率。另外三通滑阀只有 3个关键 
a三通滑 阀型 b四通滑阀型 
1．三通滑阀 2．活塞 3．四通滑阀 4．活塞 
图 1 冲击机构的换向阀结构示意图 
尺寸和 1条通向液压缸的孔道，结构简单，工艺性 
好；而四通滑阀则有 5个关键尺寸和 2个通向液压 
缸的孔道，结构复杂，工艺性差，加工难度大。 
3 
[收稿日期]2007—02—26 
[基金项目]上海市科委重大科技攻关项目 (061111036) 
[通讯地址]杨国平，上海市长宁区清池路110弄2号502室 
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设计计算 
DESIGN & CALCULATION 
2 液压冲击器换 向阀的工作原 理及油路 
分析 
换向阀通过阀芯的左右换向使前腔与进油 口 
或回油口相通，从而使整个冲击器正常工作，其 
换向原理与整个油路密切相关。图 3为整个冲击器 
的油路示意图，压力油经进油 口从 B孔进入换向 
阀 (见图4)，部分油被压人铸造流道 0中，使阀 
芯小端面受到工作压力的影响而保持常压状态， 
换向阀停留于右端。进油 口B与前腔 口P 相通， 
压力油进入前腔，在常压油的作用下使活塞处于 
回程阶段。 
当活塞回程到图 5的位置时，即过信号孔之 
后，换向阀大端的油路被打通，前腔的常压油进 
入换向阀的右端盖，从而对阀芯大端面也施加了 
工作压力，由于阀芯两端面的面积差，使阀芯往 
小端面方向移动，形成换向。 
换向后进油 口与前腔口被封闭，前腔与 回油 
道打通，此时活塞前腔的油经过换向阀阀口P流 
进回油口A，换向阀为回油阶段，如图6。 
图 3 油路示意图 
图4 换向阀配油阶段 
此时活塞前腔无压力，后端的氮气室因活塞 
回程的压缩而产生气压，推动活塞向前冲击，处 
于冲击阶段。前腔压力的撤去使阀芯大端压力也 
随之撤去，换向阀换向，又回到了图4的状态，如 
此反复循环运动。以上运动均在极短 的时间内 
完成。 
综上所述，换向阀的换向原理就是利用两端 
大端 
的面积差和压力差来作往复运动，耦合活塞的运 
动，形成冲击器的整个工作过程。 
3 液压冲击器换向阀的设计计算 
换向阀的计算包括几何尺寸的确定、受力计 
算、性能计算和强度计算等。几何尺寸确定时除 
应满足有关设计要求外，还要尽量在保证强度的 
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小 
图5 活塞回程阶段 
图6 换向阀回油阶段 
条件下减小阀的外形尺寸；受力计算主要是通过 
对各种作用力的计算，保证换向阀动作可靠；性 
能计算是对设计要求中提出的性能指标进行验算， 
包括压力损失、内泄漏量、换向时间和压力冲击 
等。限于篇幅，具体计算内容从略。 
要保证换向阀动作可靠，必须使原动力 (如 
电磁铁推力、控制压力油的液压力、弹簧力、操 
作力等)足以克服阀芯在移动过程中的各种阻力。 
对于液动阀和手动阀，一般来说其可靠性和对中 
不成问题，因为控制压力油的液压力和手柄操作 
力不像电磁铁推力那样受到限制。 
4 结论 
换向阀是液压冲击器的重要组成部分，换 
向阀阀芯的运动速度和运动时间直接控制活塞运动 
的频率，因此对换向阀的要求是：阀芯的响应速 
度快，过渡时间短，过渡冲击小，控制能量消耗 
少。阀芯运动行程越小，换向阀的运动频率越高， 
但是阀芯的行程越短，则阀的开 口量越小，油流 
经过阀口时的压力损失越大，可见阀芯的运动行 
程也不能太小。所以，在设计换向阀时，必须在 
保证阀芯动作快速性的前提下，使换向阀的能量 
损失最小。换向阀的结构参数包括阀芯行程、开 
口处直径和推阀油压作用面积。开 口处直径的确 
定主要受结构尺寸的限制，油液流经阀口的压降 
越小越好，而行程又不能太大，故阀芯直径越大 
越好。按这一原则，应先根据合理的整体结构确 
定开口处直径，然后可根据冲击机构的最大瞬时 
流量平均值确定阀的开 口量，以及油道、油槽尺 
寸。根据最大开 口量和密封长度可初步确定阀芯 
的行程。为了确定推阀油压作用面积，可先根据 
开口处直径、阀芯行程及必要的油槽与密封长度 
估算阀芯重量，设定阀芯换向时间系数，根据己 
知的活塞运动时间，求出阀芯的一次运动时间， 
进而建立力的平衡方程式，求出阀芯两端的推阀 
油压作用面积。本文详细地讨论了液压冲击器的 
设计理论及换向阀各个参数的计算内容，讨论了 
各种主要结构参数与液压冲击机构输入参数间的 
关系以及各种动态影响因素，得出了主要零部件 
的设计准则。 
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[责任编辑：杨跷光] 
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