比例换向阀和内控液压锁组成的平衡回路适用条件分析.pdf

Hy dr a u l i c s P ne u ma t i cs＆ Se a l s ／ No ． 1 ． 2 01 0 比例换 向阀和 内控液压锁 组成的平衡 回路适用条件分析 李本海 刘 明利 于革 刚 机 械科 学研 究 总 院 ， 北京 1 0 0 0 4 4 摘 要 针对 比例换 向阀和内控 液压锁组成的平衡 回路在某些使用 条件 下出现振动的现象 ． 通 过对比例换向阀阀 口压降 、 液 压锁的开 锁压力等重要参数的计算分析 ， 得 出了该种平衡 回路振动的原因和影响因素 ； 提出 了比例换向阀和内控液压 锁组成 的平衡回路适 用条 件的分析方法 ， 并给 出了工程实用的简明计算公式 关键词 比例换 向阀； 内控 液压锁 ； 平衡回路 ； 阀口压降 ； 开锁压力 ； 振动 中图分类号 T H1 3 7 ． 7 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 0 0 1 0 0 3 5 0 3 Ana l y s i s o n t h e Ap p l i c a b i l i t y o f Pr e s s ur e Ba l a nc e Ci r c u i t Co mpo s e d o f Pr o p o r t i o n a l Re v e r s i n g Valv e a nd Hy d r a u h c L oc k L I B e n h a l L I U Mi n g - l i YU G e - g a n g A c a d e m y o f Ma c h i n e r y S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ，B e i j i n g 1 0 0 0 4 4 ， C h i n a Ab s t r a c t Os c i l l a t i o n p h e n o me n o n o ft e n o c c u r s i n t h e P r e s s u r e B a l a n c e Ci r c u i t c o mp o s e d o f P r o p o r t i o n a l Di r e c t i o n Va l v e s a n d Hy d r a u l i c L o c k ．Th e P r e s s u r e Dr o p o f P r o p o r t i o n a l D i r e c t i o n Va l v e s a n d t h e Un l o c k P r e s s u r e for Hy d r a u l i c L o c k a r e i mp o r t a n t f a c t o r for t h e v i b r a n c y ． T h e a n a l y s e s me t h o d f o r t h e a p p l i c a b i l i t y o f P r e s s u r e B a l a n c e C i r c u i t c o mp o s e d o f P r o p o r t i o n a l Di r e c t i o n Va l v e s a n d Hy d r a u l i c L o c k i s i n t r o d u c e d ． Ke y W o r d s p r o p o r t i o n a l r e v e r s i n g v a l v e； h y d r a u l i c l o c k； p r e s s u r e b a l a n c e c i r c u i t U 日 Ij茜 为了防止立式液压缸与垂直运动的工作部件 由于 自重而 自行下落造成事故或冲击 ．可以在立式液压缸 下行时的回路上设置适 当的阻力 ， 产生一定的背压 ， 以 阻止其下降或使其平稳地下降 ，这种回路 即为平衡 回 路 。 对于负载的起停有 明确的加减速要求 、在任意位 置 可 以随 时停 止 、 保 压 的承 重 液压 缸 油 路 中 ． 可 以选 用 比例换 向阀分别与单 向截止型平衡阀 、 外控液压锁 、 内 控液压锁组成 3种平衡 回路 1 图 l a为 比例换 向阀与单 向截止型平衡 阀组成 平衡 回路 单向截止型平衡 阀不仅具有液压锁 的锁 紧 功能 ， 同时还具有平衡液压缸两腔压力和流量的功能 ． 能控制液压缸失速 。它可以在有杆腔油路压力降低时 ． 自动控制无杆腔油路的过油面积 ．保证平衡阀启 闭过 程 中节 流开 口面积 变 化缓 慢 ， 从 而 使 液 压缸 伸 缩 平稳 该 回路 的价格也相应的较高 2 用 比例换 向阀和外控液压锁组成 的平 衡 回路 是使用比较多的一种平衡回路。在负载下行时 ． 回油背 压 的 大小 由 比例 换 向阀 回油 节 流 口调 定 使 用 外 控 液 压锁 ．其开启压力不受 比例换向阀阀口两端 的压差影 收稿 日期 2 0 0 9 6 2 2 作者简介 李本海 1 9 7 1 一 ， 男 ， 博 士， 主要从 事流体 传动与控制工作 。 响 ， 但 回路 的连接 也相应 的较复 杂 。 3 实 际工 程 中也 经 常 采 用 比例 换 向 阀与 内控 液 压锁组合的控制回路 见图 l b ， 该 回路与前面 2种回 路相 比， 回路 简单 ， 成本相对较低。但采用 内控液压锁 时， 受开启压力的影响 ， 回路会出现振动现象。 4 囱 ]厂 I f I 1 两种 平 衡 回路 与开关式普通换向阀不同 ．比例换 向阀的阀口开 度在 控 制 电流 的作 用 下 ．可 以在 0到 最大 之 间无 级 变 化 ． 因此除了换 向外还有流量调节作用 ． 其特点是进油 节流作用与 回油节流作用 同时存在 ．从 而引起液压锁 的控制压力 的变化 ， 在一定条件下可能引起振动。本文 将对引起振动的条件进行讨论 ．并给出工程上简便实 用 的振 动 条件计 算公 式 3 5 液 压 气 动 与 密 封 ／ 2 01 0 年 第 1期 1 比例换 向阀进 口压降 △ p 的计算 1 ． 1 振 动原 因分析 如 图 2所示 ． 在重物 下 降过程 中 ． 负 载 的特点 是与 油缸的运动方向相同． 称为助力型负载， 又称负负载。 与普通电磁换向阀的阀171 不同．比例换 向阀因其 阀 口开度 可变 。实 际上 阀 的进 、出 口都发 生 可变 的压 差。匀速下降时 ， 通过设定 比例阀的开 I7 j ， 在进 口节流 和出口节流共同作用下 ． 使下式成立 ． p A 2 脚 l 式 中 ． 油缸 无杆腔 面积 ，油缸有 杆腔 面积 p 油缸 有杆腔 压力 ； p 油缸 无杆腔 压力 卜作用 在液压缸 上 的外 载荷 外 载荷 影 响 内控 液压 锁 的开启 压力 对 于较重 的 外载荷 ． 为了控制重物匀速下降． 比例阀的开口进一步 减小， 进 口节流使得进口压降 ． 急剧增大， 导致 P 迅 速减小， 当P ， 小于液压锁的开启压力时， 液压锁关闭 ， 这 又使 得 p 急剧 增大 ， 造 成 液压锁 在开 闭间转 换 ， 出现 振动 。可见 ， 比例换 向阀进 171 压降 △ p ， 的变 化直接 影 响 到系 统的稳定 性 对于下降过程中做减速运动的情况 ．由于加速度 的作用 ， P 较 匀 速运 动会 进一 步减 小 ， 系统 更容 易 出现 振 动现象 因为油 缸无杆 腔压力 p 3 是 由 比例 方 向阀 出 口节流 作 用形成 的 ， 为 了使 重物 匀 速下 降 ． 要 控 制 比例 方 向 阀 的开口大小 ． 从而也就限制了最大下降速度 所以， 该 平衡 回路 不适用 于重 载高速 的场合 1 - 2 比例 换 向阀进 口压 降 的 求取方 法 比例换向阀进 口压降 △ p 与负载大小及性质f 阻力 型 负载 或助 力 型负 载 、 液压 缸 的结 构 和尺 寸 、 以及 进 、 回油压力都 有关系 。为简化 问题 ． 以下计 算设 阀的 回油 压 力为 0 ； 液压缸 为单 出杆差 动液 压缸 与普 通 电磁换 向阀不同，比例换向阀的二个阀口开启面积可以制作 成各种 比例 。阀 口开启 面积 比为 2的 比例换 向 阀是 大多数制造厂商能提供的．在受控差动液压缸作用面 积 比同为 时。 能保证良好的运动控制性能 以下计算 把 开启面 积 比 作 为 阀的结 构参 数加 以考虑 下 降过 程 中简化 同路 如 图 2 所 示 图中 ， p 4 0， P 为 已知进 油 压力 。 南 一c a 2 V - P p- P 2 “ c a 1 ，＼ ／ I P 3 - p 4 3 6 得 c ， 。 式 中口 、 分 别为进 、 回油阀 口开启 面积 ， 令 堕 ， Ⅱl 所 以进 油 阀 口压降△ p 。 可写 为 ， 由不考虑 液压缸 微小 的 内外 泄漏 ． 则 有 丝 2 I 所 以 p z -- - p p - k 由力平 衡得 p 。 p r 4 2 - F 式 1 与式 2 联立求解可得 1 2 [ A tp p - A／ t 2 ， 3 AI t _ k 2 A 2 2 p f1 4 式 3 是 工程 上简 便实 用 的计算 公 式 ， 当想 要采 用 比例换向阀与内控液压锁组合的平衡 回路时 ，必须计 算p 的大小，并与下面要计算的液控单向阀开锁压力 进 行 比较 。 图 2负 载 F降过 程 简化 回路 2 液控单 向阀开锁压力计算 2． 1 双 向液控 单 向阀的工 作原 理 如图 3所 示 ． 当 A 口的油压 高于 A 口的油压 时 ， 左 边 的锥 阀芯 3打开 ． 油液从 A 口流 人 A 口 ， 同时推 动控 制 活塞 1并顶起 右边 的 阀芯 3 ， 回油 B 口与 B 口连通 。 液压 油从 B 口流 向 B 口的工作原 理 与上述相 同。 2 ． 2 双 向液 控单 向阀 的开锁压 力 对于图 3所示的回路 ． 当活塞杆缩 回重物下降时， 需要计算液压缸有杆腔的压力 P 。 ，以判断液压锁是否 能够开启 南 。