前言/序言
前 言
液压技术,说到底,就是加油与放油的技术。所有液压阀,都是围绕这个任务工作的。液压阀是液压设备中不可或缺的关键元件,自从200多年前有了液压机械,就有了液压阀。要理解液压阀,就必须了解其历史。知道了它从何而来,为何服务,才能摆正我们学习研发液压阀的位置,知道该向何处发力。
液压阀随着液压技术的发展而发展,至今其品种已有成千上万,五花八门,数不胜数!逐一学习吗?一个人,十辈子都不够!但如果能抓住本质,理解其规律,就能使复杂变简单,问题就能提到点子上,学习就容易,就能提纲挈领,举一反三,一通百通。
液压阀是被动元件,不能无中生有,把少变多,因此,只有限制功能。
溢流阀—限制其进口的压力:压力超了就开门,放油。
减压阀—限制其出口的压力:压力超了就关门,不准再进油。
流量调节阀—通过其所带的定压差元件来限制节流口的压差,从而限制通过的流量,少受负载压力变化的影响。
所有液压阀,没有例外,都是通过阀芯在阀体内的移动(含转动)来改变流道的形状和开口面积,实现其功能的。因此,认识阀芯与阀体是如何构成流道的,流道开口又是如何变化的,是理解液压阀的基础。
阀芯是机械部件,是个只认力的家伙,在也只在力的作用下移动。作用于阀芯的力,有来自于阀外部的,即操控力:手动、机动、气动、液动、电控,有来自于阀内部的静压力、液动力、摩擦力和弹簧力。
阀芯被哪些力所左右,怎么移动,导致开口怎么变化,这些决定了液压阀实现其功能时的性能优劣,所以,这是本书剖析的重点。
液压,不是什么用来玩弄公式和时髦辞藻的把戏,而是门技术,技术是为了满足人类的需求而发展起来的,所以,无论国产进口,能满足需求的才是好阀!
测试是液压的灵魂,指的就是,液压从创新、设计、仿真开始,到试制样品、改进,到批量生产,所有环节的优劣,是否满足需求,都必须通过测试结果来验证评判。魔鬼躲在细节里,很多看上去绝妙的主意,常会在实施过程中遇到最初没想到,乃至难以逾越的障碍。
所有关于液压阀的理论公式,都是理想化了的,虽然有指导作用,但也因为忽略了很多实际因素,因此与实际总是有差距的。测试是唯一可以抓出液压阀真实状况的手段。好阀不是算出来的,是试出来的!
电和液压的关系,不是简单的取代关系,应区分为电控、电动和电驱!
电控,是我们昨天就应该开始的;移动设备的液驱电动,是我们今天要面对的;而电驱,则关系到我们搞液压的人,明天靠什么来生存?!
世间很多事物的特性及其变化,受多个因素的影响。其中有些显而易见,但也常有一些躲在幕后深层,虽不明显,但却起着主要的,甚至决定性的作用,即所谓深层逻辑。液压阀也是如此。有些企业很努力,收获却不大,原因之一,就是因为没有认清那些深层逻辑。
深刻理解液压阀,是成为中级液压技术人员的基本要求。迅速了解掌握新阀,是您的同事和领导,在激烈竞争的环境中,最需要最看重赏识的能力。
本书的任务就是与您一起,从技术角度分门别类梳理那些深层因素,剖析现象后面的因果关系,将液压阀里里外外搞个明白,以便您在接触到相关课题时能迅速深入。
如果您是从事液压阀设计制造的,就可以根据应用的需求、市场和本企业的条件,设计出相应的图样,确定材料和制造工艺,结合实测,制造出满足需求的液压阀,并根据顾客的反馈进行改进。
本书不教您做阀,而是帮您懂阀。因为,懂,是做好、用好、改进、创新的基础。而要做出好阀,还要懂材料、加工设备和工艺、热处理设备和工艺等,这些都超出了本书的范畴。
液压阀已经有200余年的历史,技术已非常成熟,再要发明什么新结构阀,能成为好商品,能被市场接受,获得利润,是很不容易的。
如果您懂了阀,对阀的本质了如指掌,就能够根据主机的工作环境和应用的实际需求,选用恰当的回路,恰当的阀,恰当的性能,从而组建出满足需求的液压系统,在某一行业内实现突破,还是相对比较容易的。我在德国企业工作期间,根据差动回路的原理,采用了电比例阀,利用估算表格,预估了新回路的性能,几乎是一次成功:成本增加不多,但显著提高了主机的工作效率,满足了欧洲富裕国家的需求,获得了欧洲发明专利,20多年来被越来越多地采用,已服务于几亿居民,也给企业带来了相当的利润。
通过多年来观察思考国内外液压产业的发展,我深深体会到:液压内行和外行,高手和菜鸟的差别,不在于多念几年书,多拿几张文凭,多知道一些公式,甚至能写几本书,而在于是否认识到那些幕后因素,认识到基础、细节的重要性,愿意在基础、细节上下大功夫。
高大上者,凡人皆好之,只是,吹高大上容易,打基础难。打基础要付出很多辛劳,且不容易看到成果。常听人赞美摩天大楼顶端的高耸入云,霓虹灯的缤纷多彩,鲜有人赞赏地基的坚实。然而没有打好基础,以后要付出的代价却是百倍千倍:基础不牢,地动山摇!
从基础、本质下手,才能一通百通。
那么,对于液压阀而言,什么是基础呢?
阀的结构是决定阀的功能的基础。
阀体、阀芯的形状位置配合是决定调控性能的基础!
材料、处理、加工、表面硬度、表面粗糙度和油液污染度是决定使用寿命的基础!
人们常说,液压阀是通用件,即可用在不同行业不同应用不同设备上。其实,这指的是它的功能,而非性能!液压阀可以单独存在和买卖,却不能单独使用,必须结合到液压系统中,才能为主机的需求服务,从而为社会需求服务。不同行业不同应用对性能的需求常常是很不同的。液压阀供应商如果不注意去满足实际应用的特殊需求,产品很难有大市场!要了解得比顾客多,比顾客深,知道什么性能是顾客应用最需要的,才能使顾客信服。
赛跑中最悲催的是,方向错了!对液压阀研发而言,理念决定方向,所以,本书也介绍一些理念,帮助您把握研发方向。
本书假定您对液压技术的基础概念已有初步的了解,比如说,已读过我编的《白话液压》。希望本书能帮助您对液压阀的工作原理和本质有更深刻的了解,从初级水平进入中级水平。至于高级水平,那不是靠读书读出来的,而是通过大量实践、挫折乃至失败,磨炼出来的。
我自1972年第一次接触液压阀至今,已有50多年了。期间也曾有过多次面对问题,一时束手无策,也曾选错阀遭遇失败,但也从中学到了很多有益的经验。上海老人常说“勿跌勿大”,意思是,孩子是通过跌跤长大的。我们所能争取的只是,汲取教训,不在同一个地方跌第二跤。
几点说明:
我自2007年从德国企业退休后,有较多的自由支配时间往来中德,当时发现,国外的螺纹插装阀随着主机大量进入中国,中国对螺纹插装阀缺乏全面深入介绍的书籍。而我恰恰已使用螺纹插装阀多年,有不少资料,因此,就搜集整理资料,在2012年交出了我的第一本著作《液压螺纹插装阀》。此书颇受欢迎,多次重印仍售罄。出版社和很多读者都催促我再出一增订版。螺纹插装阀固然是进入21世纪以来增长最快、应用最广泛的阀种,但是螺纹插装,只是一种安装连接形式而已。由于液压技术的应用极其广泛,各种应用都有其特殊需求和习惯,其他连接形式也不会被完全取代,所以,只写螺纹插装阀,毕竟太局限了。
自那时以来,我有较好的条件观摩国际上各种展会,到国内外大学及企业讲课学习交流,全面关注国内外液压技术的发展,可以从基础上思考液压技术,不断有一些新的感悟,因此就陆续编著了《液压速度控制技术》《实用液压测试技术》《液压平衡阀应用技术》及《白话液压》等书。写书的过程,也是我搜集资料、分析、梳理、思考、推敲、领悟逐步深入的过程。本书中有些内容也曾在那些书中出现过,但这次全都重新审视过,纠正了错误,改善了逻辑性,叙述更流畅些,配图也更易懂些。本书也可算是《液压螺纹插装阀》的升级版,是对厚爱我的读者的一个交代。
编写本书的目的在于帮助读者尽可能轻松地掌握当前液压阀的本质。而世间诸事往往都有例外,液压阀亦然。若要面面俱到,则必定烦琐不已。为了简明通俗,凸显本质,本书简化了某些叙述,略去了一些细节及不常见的工况,因此,必定是不全面,不十分精准的,但可以肯定地说,是八九不离十的。
本书7.1至7.12节分门别类叙述各类阀,相互关联较少,而第1至6章内容,逐步深入,相互关联,因此不建议跳读。但初读时可以大致快速浏览,看看哪些符合您的需要。一时不理解的难点可以跳过,留待二读三读时再仔细思索。“真正重要的东西,肉眼是无法看见的,只有用心才能看清事物的本质。”
关于压力单位问题。根据法定计量单位的标准GB 3102,应该使用MPa。但我查阅过的所有欧美世界知名液压公司的产品样本,全都使用bar,没有一家的产品样本中出现MPa。在国际液压标准中也很少出现MPa,甚至GB/T 17491—2011(附录),GB/T 20421.3—2006(附录B)都推荐使用bar。因此,希望您还是能非常熟悉bar:1bar=0.1MPa,这样,在阅读国外产品样本时才不会有困难。本书中有些图表是引自欧美文献,有些曲线是我使用德制的“液压万用表”实测的,为了表示其真实性,保留了其原始显示格式,包括压力单位bar,不再一一说明。
根据GB 3102.3—1993《力学的量和单位》,质量流量的代号为qm,体积流量的代号为qv。鉴于在液压技术中,几乎只使用体积流量,欧美普遍使用Q,中国液压行业内也普遍接受代号q。为简洁起见,本书中用q表示体积流量。
为压缩篇幅,本书使用了下列简称:
IFAS—Institut für fluidtechnische Antriebe und System,RWTH Aachen德国亚琛工业大学流体传动与系统研究所。
丹佛斯—丹麦Danfoss公司,包括它在2021年8月以33亿US$收购的美国Eaton公司的液压部门。
派克—美国Parker Hannifin公司。
布赫—德国Bucher Hydraulik公司。
贺德克—德国HYDAC INTERNATIONAL公司。
哈威—德国HAWE Hydraulik SE公司。
升旭—美国Sun Hydraulics公司。
博世力士乐—德国Bosch Rexroth公司。
托马斯—德国Thomas Magnete GmbH公司。
海德福斯—美国Hydraforce公司,已在2023年2月3日获得了反垄断部门的批准,正式并入了博世力士乐。但鉴于其在螺纹插装阀领域曾独树一帜,产品甚多,所以本书中仍单独称呼。
泰丰智能—山东泰丰智能控制股份有限公司。
本书附赠的估算软件“液压阀估算2023”放在百度网盘中。读者只要扫描本书后的二维码,即可从网上下载。
本书中很多内容系我自己的思考心得,不是抄来的,尽管反复检查,但难免还有错误之处。我衷心希望读者提出意见和建议,电邮地址:hpzhang856@sina.cn。
感谢本书所引用的参考文献的所有作者。由于本书写作时间较长,有些引用文献可能遗漏标注,恳请有关作者谅解。
本书写作期间得到了以下公司的支持,谨此致以衷心感谢:泰丰智能、宁波克泰液压有限公司、无锡新力电器有限公司。
贺德克公司赵彬章博士耐心细致地审阅了初稿,提出了很多宝贵的改进意见,谨此致以衷心感谢!
也在此感谢我的夫人,承担了几乎所有家务,使我得以专心编著本书。
张海平
陈晓彤
