一种液压缸速度调节的简易改进设计.pdf

2 0 1 3年 5月 第4 1 卷 第 1 0期 机床与液压 MACHI NE T0OL HYDRAUL I CS Ma y 2 01 3 Vo 1 ． 41 No ． 1 0 DOI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 13 8 8 1 ． 2 0 1 3 ． 1 0 ． 0 5 5 一 种液压缸速度调节的简易改进设计 周洪 ，郑晓 东 中国空气动力研 究与发展 中心高速研究所 ，四川绵阳 6 2 2 6 6 1 摘要通过对液压缸回油进行节流调速 ，有效解决了系统回油速度快、冲击大从而引起振动及泄漏等问题，提高了系 统工作的可靠性和稳定性 ，取得了良好的效果。 关键词 液压缸 ；速度调节 ；改进设计 中图分类号T P 2 1 4 文献标识码B 文章编号1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 3 1 01 6 9 2 基于环境要求及安全考虑，很多厂矿企业要求液 压 系统在紧急或掉电的情况下 ，执行 机构能够快速 回 零 或复位 ，即液压缸具 有快速缩 回或伸出的功能。在 风洞阀门系统 中，通常对主进气管路的阀门都有类 似 要 求 ，其 中由双作 用 缸作 为执 行器 的快速 阀就 是 典 型，其液压缸缩回速度通常为4 0 0～ 5 0 0 m m ／ s 。近年 来，随着试验任务的增加，风洞阀门系统运转极为频 繁 ，工作 中快速 阀液压缸快速缩 回引起系统 回油流量 大 ，导致系统振动及冲击极大 ，多次引起滤芯破损及 密封失效 等问题 ，对液压系统稳定运行和风洞试验 的 正 常进行 造成很 大的影 响。 1 快速阀液压系统介绍 快 速阀设计 开启 时间为 8 S ，关闭时间为 3 s ，其 系统原理如图 1所示，工作原理是快速阀开启时， 电磁 阀 1 D T和 电 磁 阀 2 D T带 电，油 液 通 过 插 装 阀 N G 1 进 入液压 缸无 杆腔 ，有 杆腔 通过 插装 阀 N G 3回 油 。快速 阀关 闭时 电磁 阀 1 D T和 电磁 阀 2 D T失 电 ， 油液通过插装 阀 N G 2进 入液 压缸 有杆 腔 ，无 杆腔通 过插装 阀 N G 4回油。其 中 N G 2和 N G 4是 大 口径插装 阀 ，可确保快 速阀快 速关 闭。 图 1 快 速阀液压 系统原理图 开 关 2 改进方案的设计 原设计中，快速阀只有一开一关两种功能，其设 计 初衷 是在紧急或掉电的情况下快速关 闭阀门 ，在正 常使用时无需过快的速度，因此为延长设备寿命、提 高系统运行 的可靠性 ，提出了改进阀门关 闭模式 的要 求，即阀门正常关闭时间为1 O一1 5 S ，快速关闭时间 为 3 S 。 基于上述要求，最初考虑过4种方案对系统重 新设计 、进油节流 、回油节流和改造插装 阀盖板 。在 对各方案 的周 期 、经 费及 可操 作性 等方 面进 行 对 比 后 ，最终采用周期最短 、经费最少且改动量最小的方 案 ，即大 口径 电磁 阀与节流阀并联的方式进行 回油节 流 的调速方法 。如 图2所示 ，将 主 回油路 上 D N 5 0管 路改为 两条并联管路 一条 为 D N 3 0管路 ，安装 节流 阀；另一条为 D N 5 0管路，安装有大 口径先导式电 磁 阀。 图2 快速阀改进后系统原理图 开 关 收稿 日期 2 0 1 2 0 4 1 7 作者简介 周洪 1 9 7 4 一 ，男，高级工程师，主要从事液压系统设计、改造及相关研究工作。Em a i l 1 3 5 0 8 1 0 6 2 1 6 1 3 9．c o m。 1 7 0 机床与液压 第 4 1卷 从 图 2可 以看 出快速 阀开 启时 电磁 阀 1 D T和 2 D T得电，电磁 阀3 D T失电，其开启 时间与改进前 基本一 样 ；正 常关 闭时 ，电磁 阀 1 D T和 2 D T失 电 ， 电磁 阀 3 D T得 电，油液通 过插 装 阀 N G 2进入 液压 缸 有杆腔 ，无杆腔 回油通过插装 阀 N G 4 ，再经过节流 阀 MG 1回油 ，由节流 阀开 口大小 控制 回油 速度 即阀 门 的关 闭速度 ；快速关 闭时 ，电磁 阀 1 D T 、2 D T和 3 D T 失电 ，油液 通过插 装 阀 N G 2进入 液压 缸有 杆腔 ，无 杆腔 回油通过 插装 阀 N G 4，再 同时经 过节 流 阀 MG 1 和电磁阀 3 D T回油 ，达到快速关闭的 目的。 3关闭时间计算与分析 1 正常关 闭时 间 快速 阀液 压 缸 尺寸 为 2 8 0 ／ 2 0 0 ／ 1 0 4 5 缸 径／ 杆 径／ 行程 ，快速 阀关 闭时需 要 控制 无杆 腔 的油液 流 速 ，经计算无杆腔容积为6 4 ． 3 L ，选取的MG 3 0节流 阀最大流量为4 0 0 I Mm i n ，可知当只有 MG 3 0节流阀 工作且处于全开 时快速 阀关 闭时间为 9 ． 6 s ，关 闭时 间可通过调节节流 口进行控制并延长 。 2 快速关闭时 间 原 回油 管路通 径为 D N 5 0 ，改造后 两条 管路通径 分别为 D N 3 0和 D N 5 0 。快速关 闭 时 ，液压 缸 回油 可 通过并联的两根 回油管 回油 ，节流 阀的压差为 0 ． 6～ 0 ． 8 M P a ，如 图 3所 示 ，而 电磁 阀压 差 为 0 ． 4～ 0 ． 5 MP a ，电磁阀开启时间为4 0 0～ 5 0 0 m s 。经核算 ，在 节流 阀全开 的情况下 ，快 速关 闭时 间为 2 ． 6 s ，快 于 原设计 的关闭时 问。经现场调试 ，将节 流阀开 口设定 在全开 口的 8 0 ％ 时 ，即正 常关 闭时 间为 1 2 S 时 ，快 速关闭 时 间 为 2 ． 9 8～3 ． 0 5 s ，基 本 满 足 现 场 使 用 要求 。 通径3 0 通径2 5 通径2 0 ， 一 ， ， ， ／ ／ r ／ ／ ， r／ ／ _ r l I 10 2 r 10 3 I l 0 4 11 0 流量， L rai n 图 3 M G 3 0节流 阀p - Q特性 曲线 4结束语 通过上述简单的改进后，快速阀正常关闭过程中 液压缸运行平稳 ，消除 了管路振动和冲击 ，滤芯破 损 及密封失效等问题也随之消失 ，阀门的寿命及系统工 作的可靠性有很大的提高。该速度调节方法简单易 行 ，对类似液 压 系统 的应 用及 改进 有一 定 的借 鉴作 用。 参考文献 【 1 】雷天觉． 液压工程手册[ M] ． 北京 机械工业出版社 ， 1 9 9 0． 【 2 】 王益群． 液压工程师技术手册[ M] ． 北京 化学工业出版 社 ， 2 0 1 0 ． 上接第 1 5 0页 6 可靠性测试。变换不 同的信号输入情况 ， 测试系统有效性 ；人为设置干扰源，测试系统可靠 性。 经反复试验证明，双余度阀控制系统功能和性能 达到预定 目标 。 5结语 液压舵机工作的可靠性对确保 船舶航行安全有着 重要意义 ，双余度阀的应用可大幅提高舵机工作可靠 性 。利用 步进 电机 取代 传统 电磁 阀驱 动换 向阀 ，取 得 了 良好 的驱动性 能 和控制 灵 活性 ，且 由于数 字控 制器 的引入 ，给系统 留下 充足 的扩 展空 间 。从 实 际 应用 角度来看 ，进一 步优 化结 构 ，提高 双余 度 阀控 制系统可靠性和使用 、维护的简便性等具有现实意 义 。 参考文献 【 1 】中国船级社． 钢质海船入级规范 2 0 0 9 [ M] ． 北京 中 国船级社 ， 2 0 0 9 ． 【 2 】郑仲金． 船舶辅机[ M] ． 北京 人民交通出版社， 2 0 0 9 ． 【 3 】胡启祥， 白继平． 基于硬件冗余容错控制的换 向阀改进 设计[ J ] ． 浙江交通职业技术学院学报， 2 0 0 9 3 3 3 3 6． 【 4 】 阮健， 李胜， 杨建隆． 液压及气动阀直接数字控制的新途 径[ J ] ． 中国机械工程， 2 0 0 0 3 3 1 7 3 2 0 ． 【 5 】段绍栋， 肖玲斐， 申涛． 基于功率反馈 的涡轴发动机神 经网络 P I D控制研究[ J ] ． 航空发动机， 2 0 1 2 2 1 1一 l 4． 【 6 】 李文涛． 神经 P I D在地源热泵空调系统中的应用 [ J ] ． 工业控制计算机 ， 2 0 1 2 9 5 2 5 3 ． 【 7 】张升 ， 王立峰， 王爽． 基于 S T M 8 S 1 0 5的直流永磁无刷电 机控 制器设计 [ J ] ． 工 业 控制 计 算 机 ， 2 0 1 2 9 1 2 3 1 24． 【 8 】夏永明， 石静． M C U和 C P L D组成的船用仪表显示接口 [ J ] ． 上海海事大学学报 ， 2 0 0 8 2 3 0 3 4 ． 玑 玑 ≈ 窆 、