高端液压元件:布赫液压产品的应用

关于布赫

布赫液压是一家瑞士的上市公司，如果您是在工程机械或者一些工业领域工作的话，可能对布赫这个品牌会有所了解。相较于力士乐、派克这种大的整体液压解决方案的提供商来说，布赫的产品比较有特色，布赫液压的精力主要是集中在控制领域，像最为大家所熟知的：负载保持CINDY阀，然后还有一些主阀，像多路换向阀，当然主阀不是今天的一个重点，今天主要是跟大家对负载保持阀作一个交流。

负载保持阀的应用场景

最常用的是移动公路起重机，它的举升、卷扬、还有变幅，这些动作都需要在负载下有一个连贯的、平稳的动作，谁也不希望看到这个动作突然变化或者说有卡顿，而加入负载保持阀，其优点就是保证每一个动作平稳地停在它预计的位置上。

图1 负载保持阀在移动公路起重机中的应用

同时安全性是非常重要的，像起重机这类的作业设备，通常吊装的货值都是比较大的，安全性永远是放在第一位考虑的。为了保持汽车整体平稳、维持它的稳定性，我们通常在下车支腿也需要安装负载保持阀，当然这里不是CINDY系列的，而是单向阀，就是俗称的双控双向液压锁。它不同于以前我们看到的、可能用插装阀做阀块的那种单向阀，而是引进了CINDY系列先导阀的设计理念设计的。

比较著名的起重机厂家，比如国外的利勃海尔、特雷克斯、马尼托瓦克，国内的徐工、中联、三一，这些都是我们的客户。

除了刚提到的起重机领域，还有矿山设备。图2是一个掘进机，在前头的这个摆动控制和旋挖的提升和下降控制，都有负载保持阀的应用。山特维克是比较著名的矿山设备，也是我们非常重要的一个客户。

图2 平衡阀在掘进机中的应用

随着国家基础建设投资的增大，旋挖钻设备市场增量非常大，图3是我们在这个机型上提供的解决方案，像徐工、利勃海尔、中联都有我们的产品在应用。当然除了CINDY系列的负载保持阀之外，还搭配了一些主阀，今天主阀就不在这里多介绍了，主要介绍负载保持阀。

图3 CINDY负载保持阀用在旋挖钻设备上

工业领域也有一些应用，像压机、注塑机、卷板、折弯这种工业机械上，也都有CINDY系列的平衡阀，可谓用途广泛。

因为国家城市建设、地铁建设用的盾构设备比较多，近两三年来盾构行业发展迅猛，市场增量比较多，现在中铁、中铁建、中交天河、中船，还有辽宁33这些现在都用了我们的平衡阀，主要用在管片拼装功能上，这个领域现在在国内已经广泛铺展开来。

但是我们的平衡阀后续会见到一个特殊功能，我们叫做能量再生，其实是油缸的差动功能，我们把阀的差动功能直接做在负载保持阀上，在国外用的比较多，比如废料钢爪(见图4)。现在江苏省有企业做这个。你也看到，如果这个管路太长，我们在阀上做差动的话，沿程损失会很大，但如果我们在执行件油缸的平衡阀上做差动的话，非常贴近执行件，可以显著地节省能量。

图4 废料钢爪中用到能量再生功能

Cindy系列

CINDY系列的谱型

CINDY系列是布赫的标准产品，是在布赫的前身布林格期间就已经存在的一个产品，其通径从12、16、20、25都有，标准保持压力是在420bar左右（这是正常工作压力，不是峰值），流量最大已经达到了600L，现在又开发了32通径。

除了主流中间产品之外，我们还向下向上都进行了开发，见图5。为了满足不同的市场客户，我们开发了CINDY-MP系列（middlepressure），就是中压系列，因为有一些工况可能需要非常好的流量特性和非常可靠的安全措施，但工作压力并不需要420bar。如果购买420 bar的话，成本确实要高一些。那么此时就可以选择CINDY的中压系列：320bar，250L、350L左右，功能上大部分跟CINDY标准产品是一样的，只是在通径上可能没有CINDY系列那么全，压力稍微低一些。

图5 CINDY系列的谱型

刚才我提到，为一些客户定制、需要有特殊要求的阀，比如有流量再生功能的阀，就是把差动功能做在平衡阀里，所以开发了一个更高端的、CINDY的REG版本，暂时只有20通径的，420bar。

CINDY阀的液压原理图

图6是CINDY阀的液压原理图，我们通常称布赫CINDY系列平衡阀为流量式平衡阀、称插装阀形式为压力式平衡阀，二者有着本质差别，这差别是由内部结构造成的。X口是先导油源的信号口，先导油源信号作用在先导阀芯上，然后控制主阀芯的移动，最后来实现控制在负载状态下，A口和B口的通断。

图6 CINDY阀的液压原理图

图7就是热涨阀，通常在昼夜温差比较大、油缸容量比较大或者管路比较长时，温度对油液热胀冷缩的影响就不得不考虑进去了。尤其如果油缸非常粗的话，早晨油缸伸出就位，油缸的无杆腔里充满了油液，但到中午温度上来了，虽然体积只膨胀一点，但对整个油路来说，产生的压力会非常大，CINDY系列平衡阀有一个特点，它是负载压力越大，闭锁性能越好，越膨胀，闭锁的越死，这样就会比较危险，为了解决热涨产生的危险因素，就有了热涨阀，其实它就是一个小的溢流阀，可以通过这个小的溢流阀把热胀冷缩引起的模量膨胀、介质的体积膨胀泄掉，这样就可以维持安全的系统压力。泄掉这个压力只需要非常小的流量，所以只是这样一个阀。

图7 热涨阀

刚才我提到了，如果是作为安全溢流阀来使用的话，这个热涨阀的流量就完全不够了，这就需要我加一个直动式溢流阀，虽然符号还是溢流阀的符号，但通径、结构、体积就完全不一样了。

CINDY阀的安装形式和结构形式

图8是CINDY阀的三种安装形式，插装形式的已经可以提供32通径，最大流量1000L，现在尤其在海工领域，他们甚至可能会用到1500、1600L、2000L，这时可以双阀并联来满足应用。

图8 CINDY阀有三种不同的安装形式

图9是CINDY阀的结构图，它的阀芯是一个莲花座形式。大家先记住B口是负载保持端，也就是高压端，A口是下降端，是连接主阀回油的。但如果A口进油，到B口是自由流通的，因为这根弹簧很软，原理图上就是一个单向阀。如果B口是高压，先导阀上的凹槽跟端面是闭锁的，完全闭合的，整个高压腔顶着先导阀以及主阀芯牢牢地坐在阀体上，越顶越死，压力越大，密封越好，完全可以实现零泄漏。

图9 CINDY阀的结构图

当需要B口的油流到A口时，怎么办？主阀芯的开启只取决于信号油路的压力。信号油路推动先导阀，先导阀上有凹槽，此时凹槽和端面就不是完全贴合的，相当于形成一个节流孔，压力油作用在环形面积上，很容易克服弹簧力，将主阀芯往后推，推到再次主阀芯和先导级完全闭死，这样信号油路只需要一个非常小的力克服先导级。而如果直接作用在整个主阀芯的话，可能需要非常大的力。就像继电器弱电控制强电，非常小的压力控制先导阀芯，就可以控制非常大的压力，把整个阀芯推开，这样先导阀芯停在哪，主阀芯就停在哪，这是一个非常好的流量特性，非常忠实地执行信号油路传递过来的信息，而不会出现卡滞或者喘。而如果是插装阀结构形式，阀芯位置就取决于先导压力、弹簧力的平衡，有时会微微动一下、喘一下，这样对于平衡阀来说，看到的现象就是你控制的元件可能会抖动，配合得不好。但布赫的阀不会，流量特性非常好，说让主阀芯停在哪，就停在哪。

端盖的种类

刚才介绍了主阀芯的工作原理，那么在相同的主阀芯下，不同的先导、不同的端盖就会使阀有不同的功能。一共有这么几种端盖，这个端盖就是我刚才提到的信号油路。

G端盖是最普通的(见图10)，就是两个液压半桥，一个信号油路过来，经过一个过滤 ，一个直接作用在先导级活塞的一端，另一端通过一个节流口流回油箱，基本可以说是直动的，随着先导压力的上升，是一条线性的曲线，就是B口到A口的流量，但其实真正具体应用的时候大多数用的还是D端盖和K端盖。

图10 G端盖

现在主推的是K端盖(见图11)，因为K端盖更优化，D端盖基本已经被淘汰了。K端盖有什么好处呢？在端盖上加了一根弹簧，这个弹簧的作用，一有预开启的作用，二是有缓冲峰值的作用，因为有时先导阀不是通过操控阀直接控制，有时可能是连着工作油路，但工作油路背压不稳的话，可能会有峰值，这样可以把峰值去掉，来控制工作油路非常稳。

图11 K端盖

H端盖是带行程限位的(见图12)，有时B口到A口不需要那么大的流量，OK，提供一个选项，可以在端盖上实现行程限位。

图12 H端盖

I端盖集成了一个减压阀功能(见图13)，因为有时工作油路引来的压力不那么完全符合操控阀的要求，提供一个选项，可以减压。

图13 I端盖

E端盖其实就在液压减压上再进一步，做到了电比例减压(见图14)。

图14 E端盖

总结一下

1、负载压力越大，越能帮助关闭整个阀门，好处就是在关闭阀门的时候，负载是无泄漏的，对客户而言，这是一个非常安全的制动装置，能够安全制动。刚才大家看到都是金属密封的，非常好的加工工艺，靠莲花座形，彼此吻合，完全没有橡胶密封、没有动密封。这样的好处是什么？大家对插装阀的动密封会有一个体会，橡胶和金属虽然有油膜，但有时还是会有细微的不平稳，而这里没有橡胶密封，完全是金属密封，这个移动过程更平稳，阀门移动非常好，迟滞很小，对于客户来讲就是一个非常精确的操作。

2、先导比可以做的非常高，先导端盖在前端的面积可以非常大，但最后推动的小针柱非常小，这样可以有一个非常大的先导比。先导比大了有什么好处？可以有一个较小的先导压力。如果是插装阀的先导比，20：1最大了吧，当负载是400bar、200bar时，开启压力还是蛮大的，但布赫的先导比113:1，开启压力可以非常小，可以跨越非常大的负载开启压力。

3、CINDY系列可以有很多选项，可以再加旁通、溢流阀、加直动式的，加热涨的。在端盖上可以加电比例减压阀，加各种不同的端盖，加行程控制器，也可以加补偿阀。