一种航空电静液作动系统用液压集成阀块
技术领域
本发明涉及液压传动技术领域，具体而言，尤其涉及一种航空电静液作动系统用液压集成阀块。
背景技术
液压阀属于工业中常用的一种通过压力控制的自动化元件，液压阀工作的时候主要受内部的压力油控制，可以通过与配压阀的配合来进行比较远距离的水电管路的控制，目前市面上常见的主要有两种，直动型和先导型。液压阀主要是用来控制液压系统中的液体压力和流向，在液压阀控制的时候可以对于压力和流量流向做出比较精确的控制。液压阀的工作原理是利用阀芯在阀体内的相对运动来控制阀口的通断及开口的大小，以实现压力、流量和方向控制。液压控制阀按其作用可分为方向控制阀、压力控制阀和流量控制阀三大类，按控制方式的不同，液压阀又可分为普通液压控制阀、伺服控制阀、比例控制阀。根据安装形式不同，液压阀还可分为管式、板式和插装式等若干种。
集成式液压阀块将多个液压阀集成安装在一个金属块上，实现了液压系统的集成化和标准化。在实现预定功能的基础上简化了液压系统的设计和安装，降低制造成本，应用范围十分广泛。随着液压系统复杂程度和集成度的提高，对液压集成阀块的设计也提出了更高的要求。
现有液压集成阀块通常用整体锻件，经采用铣、钻、磨、表面处理等机加工艺制造，对材料内部组织有一定要求，不得有夹层、沙眼等缺陷。阀块体是集成式液压系统的关键部件，它既是其它液压元件的承装载体，又是它们油路连通的通道体。阀块体一般都采用长方体外型，材料一般用铝或可锻铸铁。阀块体上分布有与液压阀有关的安装孔、通油孔、连接螺钉孔、定位销孔，以及公共油孔、连接孔等，为保证孔道正确连通而不发生干涉有时还要设置工艺孔。一般一个比较简单的阀块体上至少有40-60个孔，稍微复杂一点的就有上百个，这些孔道构成一个纵横交错的孔系网络。阀块体上的孔道有光孔、阶梯孔、螺纹孔等多种形式，一般均为直孔，便于在普通钻床和数控机床上加工。有时出于特殊的连通要求设置成斜孔，但很少采用。现有液压阀块体内部油路通道采用钻孔实现，设计时应尽量避免在阀块体内设置复杂连接的控制孔道和三维斜孔，应避免采用倾斜孔道。必须设置倾斜时，孔道的倾斜角度应不超过35°，以避免斜孔加工造成的椭圆孔口，从而影响油口密封。
基于上述设计要求所加工的液压集成阀块通常情况下存在以下问题：
1、基于液压元件的通用要求，阀体应避免或尽可能减少气孔、砂眼或夹层现象，现有的液压集成阀块通常采用金属块(一般为球墨铸铁、35钢、45钢或铝合金)作为毛坯，通常采用铸造、锻压等工艺制作，制作过程中必然会产生上述缺陷。装配后产品耐压性能的检验工作难以进行，因此无法保证产品的合格率。另外，随着压力载荷不断变化，液压集成块所存在的缺陷会随时因内部渗漏造成功能丧失，存在安全隐患。
2、加工油管通道时，通过从毛坯的外围向其中央钻孔制作油管通道和孔口结构，所需要的各循环路径可能在设计及排列上相当复杂，造成的问题一是加工工序复杂；二是对于加工要求较高的孔进一步增加了加工难度，废品率较高，提高了制作成本。
3、基于机加工钻孔的常识，钻头应尽量与被加工基面垂直，以减少加工难度，而上述加工要求使现有液压集成阀块在内部管路设计上尽可能采用垂直相连，这样存在的问题一是管路设计复杂且难度大，二是空间利用率低，三是垂直连接的管路对于避免湍流和减少压力损失并非最佳设计，四是管路相贯处易产生较大的飞边毛刺，尤其是管径较小的深孔尚无有效方法进行检测和清除，未清除的飞边毛刺在应用中如脱落会造成液压元件的功能丧失或损伤。
4、在通孔内部需要有拐弯的地方必须进行许多额外的工艺钻孔，而这些钻孔需要用密封堵密封，造成的问题一是使结构较为复杂，二是增大了阻力损失，三是液压油渗漏的风险进一步增加。
发明内容
根据上述提出的传统工艺加工的液压集成阀块质量大、压力损失大、孔道加工复杂的技术问题，而提供一种航空电静液作动系统用液压集成阀块。本发明主要利用增材制造成形工艺替代传统工艺成形阀块体及其内部流道结构，从而有效解决复杂管路压力损失大且设计工艺复杂等技术难题，具有压力损失小、制备简单、适用范围宽的优点，且有效地减轻了液压集成阀块的重量。
本发明采用的技术手段如下：
一种航空电静液作动系统用液压集成阀块，包括阀块体、设于阀块体内部的油管通道和设于阀块体表面且与油管通道连通的孔口结构，
所述阀块体采用轻型材料利用增材制造工艺的选区激光熔化技术按照“铺粉—激光烧结—基板下降—再铺粉”的步骤循环工作逐层累加，最终完成所述阀块体的整体成形，遵循体积最小原则；
所述阀块体最终成形为长方体，其内部具有三条油管通道，分别为第一油管通道、第二油管通道和第三油管通道，三条所述油管通道的入口均与三口电机泵相连且均位于所述电机泵安装面上；
三条所述油管通道均采用B样条曲线作为外轮廓形状进行设计成形，并利用增材制造工艺与所述阀块体同时成形，所述油管通道自由度大，无多余成形工艺孔油管通道；
三条所述油管通道的长度不同，所述第一油管通道的长度小于所述第二油管通道的长度，所述第二油管通道的长度小于所述第三油管通道的长度；
所述第一油管通道的入口和出口分别为第一进油口和第一工作出油口，所述第一工作出油口与作动筒有杆腔相连；所述第二油管通道的入口和出口分别为第二进油口和第二工作出油口，所述第二工作出油口与高压阀块相连；所述第三油管通道设有两条分支，分别为第一分支和第二分支，所述第三油管通道的入口为第三进油口，所述第一分支的出口侧内部集成为溢流阀、单向阀和过滤器，所述第一分支的出口位于所述电机泵安装面上，由于内部结构复杂，所述第一分支的油管通道形状未做优化；所述第二分支的出口为第三工作出油口，所述第三工作出油口与所述高压阀块相连；
所述孔口结构采用增材制造工艺与所述阀块体和所述油管通道一同成形，且所述孔口结构为圆形孔口结构；
所述油管通道与所述孔口结构间的连接方式为相切平滑连接；所述油管通道换向处平缓改变方向，采用B样条曲线过渡处理，无直角结构；所述孔口结构为直孔，其内壁与所述阀块体表面垂直，避免了斜孔结构造成的椭圆孔口，从而影响油口密封；这三点有效避免了液压油开始进入所述油管通道时方向突变引起较大的局部压力损失。
进一步地，所述轻型材料为铝合金材料，有效减轻液压阀块重量。
进一步地，所述油管通道的尺寸由通道内流过的最大工作流量和允许的最大工作液流速决定。
进一步地，所述孔口结构无工艺孔，减小了泄漏风险。
较现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明提供的航空电静液作动系统用液压集成阀块，采用增材制造工艺成形，工艺简单、制备简单，结构布局灵活，减小压损；采用轻型材料，减轻了阀块体整体重量。在实现液压集成阀块预定功能的基础上，选用铝合金材料，采用增材制造工艺，改变传统的内部油管通道形状，实现液压集成阀块的整体优化。
2、本发明提供的航空电静液作动系统用液压集成阀块，在实现液压集成阀块功能的基础上，通过增材制造工艺加工阀块体及其内部流道，具有压力损失小、质量轻的特点。
3、本发明提供的航空电静液作动系统用液压集成阀块，油管通道用B样条曲线成形，从而避免工艺孔及小角度过渡流道的出现，保证油口密封效果。与传统流道相比，降低了油管通道拐角处产生的局部阻力损失，缩短流道总长度，降低了油管通道的沿程阻力损失。
4、本发明提供的航空电静液作动系统用液压集成阀块，阀块体内部连接孔口结构部分的油管通道在设计时，尽量使油管通道与安装面垂直，避免大角度斜孔产生的椭圆油口，保证油口密封效果。油管通道拐弯处尽可能平缓，避免方向突变，且油管通道整体所占体积尽可能小。油管通道采用增材制造工艺成形，流道自由度大，无多余成形工艺孔流道，避免了传统流道拐角处产生的局部阻力损失。
5、本发明提供的航空电静液作动系统用液压集成阀块，孔口结构无工艺孔，减小了泄漏风险。
综上，应用本发明的技术方案能够解决传统工艺加工的液压集成阀块质量大、压力损失大、孔道加工复杂的问题。
基于上述理由本发明可在液压传动等领域广泛推广。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明航空电静液作动系统(EHA)用液压集成阀块的结构示意图。
图2为传统加工工艺制作的航空液压集成阀块的结构示意图。
图3为本发明中设于阀块内部的油管通道的结构示意图。
图4是传统加工工艺制作的航空液压集成阀块设于其内部的油管通道的结构示意图。
图中：1、阀块体；2、第一油管通道；3、第二油管通道；4、第三油管通道；5、孔口结构；51、第一进油口；52、第二进油口；53、第三进油口；54、第一工作出油口；55、第二工作出油口；56、第三工作出油口。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
如图1和图3所示，本发明提供了一种航空电静液作动系统用液压集成阀块，包括阀块体1、设于阀块体1内部的油管通道和设于阀块体1表面且与油管通道连通的孔口结构5，孔口结构5为与阀、传感器、执行元件、泵、油箱、法兰等其他零部件适配并需要密封的型腔。
所述阀块体1采用轻型材料利用增材制造工艺的选区激光熔化技术按照“铺粉—激光烧结—基板下降—再铺粉”的步骤循环工作逐层累加，最终完成所述阀块体1的整体成形，遵循体积最小原则。其中，所述轻型材料为铝合金材料，阀块体1全部采用铝合金材料，有效减轻液压阀块重量。
所述阀块体1最终成形为长方体，其内部具有三条所述油管通道，分别为第一油管通道2、第二油管通道3和第三油管通道4，三条所述油管通道的入口均与三口电机泵相连且均位于所述电机泵安装面上。
三条所述油管通道均采用B样条曲线作为外轮廓形状进行优化设计成形，并利用增材制造工艺与所述阀块体1同时成形，所述油管通道自由度大，无多余成形工艺孔油管通道，避免传统流道拐角处产生的局部阻力损失。其中，所述油管通道在设计时应着重注意，避免大角度斜孔产生的椭圆油口，保证油口密封效果所述油管通道的尺寸由通道内流过的最大工作流量和允许的最大工作液流速决定。所述油管通道根据用途分为主油路管道和执行油路管道，所述主油路管道用于连接液压阀和液压油源，所述执行油路管道用于连接液压阀与液压执行元件。
三条所述油管通道的长度不同，所述第一油管通道2的长度小于所述第二油管通道3的长度，所述第二油管通道3的长度小于所述第三油管通道4的长度。
所述第一油管通道2的入口和出口分别为第一进油口51(P1)和第一工作出油口54(A1)，所述第一工作出油口54与作动筒有杆腔相连；所述第二油管通道3的入口和出口分别为第二进油口52(P2)和第二工作出油口55(A2)，所述第二工作出油口55与高压阀块相连；所述第三油管通道4设有两条分支，分别为第一分支和第二分支，所述第三油管通道4的入口为第三进油口53(P3)，所述第一分支的出口侧内部集成为溢流阀、单向阀和过滤器，所述第一分支的出口位于所述电机泵安装面上，由于内部结构复杂，所述第一分支的油管通道形状未做优化；所述第二分支的出口为第三工作出油口56(B)，所述第三工作出油口56与所述高压阀块相连。
第一进油口51、第二进油口52和第三进油口53均与三口电机泵相连且均位于所述电机泵安装面上。
所述油管通道采用B样条曲线过渡处理原集成阀块的直角区域。
所述孔口结构5采用增材制造工艺与所述阀块体1和所述油管通道一同成形，且所述孔口结构5为圆形孔口结构。其中，所述孔口结构5无工艺孔，减小了泄漏风险。孔口结构5为多个孔口，包括第一进油口51、第二进油口52、第三进油口53、第一工作出油口54、第二工作出油口55、第三工作出油口56以及加工所需的工艺孔。
所述油管通道与所述孔口结构5相连，且连接方式为相切平滑连接，从而避免斜孔(特别是大角度斜孔)引起的椭圆形油口，保证油口密封效果；所述油管通道换向处平缓改变方向，采用B样条曲线过渡处理，无直角结构，避免方向突变，且所述油管通道整体所占体积尽可能小。所述孔口结构5为直孔，其内壁与所述阀块体1表面垂直。以上三点可有效避免液压油开始进入所述油管通道时方向突变引起较大的局部压力损失。
如图2所示，传统加工工艺加工的液压集成阀块，设于阀块体表面且连通油管通道的孔口结构，包括三个连接三端口电机泵的进油口P1、P2、P3，两个连接作动筒有杆腔和其他阀块的工作出油口A1、A2，一个连接其他阀块的工作出油口B，以及加工所需的工艺孔。该阀块将单向阀、溢流阀、过滤器集成于P3所在油管通道的分支流道之中。
如图1所示，与传统加工工艺加工的液压集成阀块相比，本发明液压集成阀块上未开设工艺孔，简化了阀块结构，大大降低了阻力损失，无需对工艺孔进行密封处理，降低了液压油渗漏的风险。此外，增材制造选用轻型材料成形，减小了阀块质量。
如图4所示，传统加工工艺加工的液压集成阀块，油管通道均为直线式管道，拐角处均为直角。孔口结构，相互连通的孔采用正交。
如图3所示，本发明液压集成阀块上油管通道应用B样条理论进行设计，避免了小角度过渡流道的出现。另外采用增材制造工艺成形，避免了钻孔加工时钻头留下的加工痕迹，减小了局部阻力损失。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
