液压挖掘机防爆阀选用的试验研究.pdf

液压 液力 H y d r o s t a t i c s a n d H y d r o d y n a mi c s 缸 械 第 4 5 卷 l 第1 1 期 总第 4 93 期 液压挖掘机防爆阀选用的试验研究 邢树鑫， 李欲江 广西柳工机械股份有限公司 摘要 l 在分析防爆阀工作原理的基础上， 通过对液压系统进行摸底测试， 发现造成挖掘机斗杆液压缸渗漏液压油的主要原 因是斗杆液压缸有杆腔存在异常压力波动。结合挖掘机主控阀杆开启特性曲线和防爆阀工作原理 ，对该压力异常波动进行分 析 ， 并通过测试验证分析的正确性 。 通过调整防爆阀中通断阀的工作压力， 使其与斗杆阀杆开启压力相匹配， 从而解决了斗杆液 压缸渗漏液压油问题。对于防爆阀的选型具有一定的指导意义。 关键词 液压挖掘机 ； 防爆阀； e D AQ 随着人们对产品安全性要求的提高，防爆阀在各种 工业设备上的使用越来越广泛旧 。 同时 ， 因防爆阀选用不 当而造成液压 系统发 生早期故障的现象 也逐 渐多 了起 来。近期就出现数起某出口型挖掘机由于防爆阀使用不 当造成整机在工作较短一段时间后 ，出现斗杆液压缸端 盖与缸筒 。形圈密封处渗漏液压油的故障。 1 防爆阀工作原理 防爆 阀 ， 英 文名称 “ A u t o m a t i c C h e c k V a l v e ” ， 广泛应 用在挖掘机和其他起重机械上 ，防止 由于软管爆裂造成 动臂快速掉落而产生意外。防爆阀是相关产品出口欧美 市场的标准配置圈 。为起到保护作用， 防爆阀一般直接安 装在相应的液压缸上 ， 其应用原理如图 I 所示嗍 。 以斗杆液压缸为例 ， 当斗杆液压缸有杆腔进油时， 液 压油由v 2口经通断阀中的单向阀通过 c 2口进入斗杆 液压缸有杆腔， 推动活塞杆收回， 带动斗杆打开。当斗杆 收回时 ，先导液压油一方面推动主阀杆动作使压力油流 至斗杆液压缸无杆腔 ，另一方面先导液压油经 P i l 口、 单 向阀 4 作用在通断阀上 ， 使通断阀处于右位 ， 将斗杆液压 L ⋯一 一 一 一 一一 一一 一 J I ． 斗杆液压缸2 ． 通断阀3 ． 定差减压阀4 ． 单向阀 5 ． 软管 图 1 防爆阀应用原理图 缸有杆腔同 v 2口接通 ， 斗杆液压缸有杆腔液压油通过主 阀杆流回油箱。如果在斗杆打开过程中斗杆液压缸有杆 作者简介 邢树鑫 1 9 8 2 一 ， 男， 黑龙江海林人， 工程师， 硕士， 研究方向 机械设计及及理论。 2 0 1 4 I 工稚杠敞I 4 1 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 液压 液力 H y d r o s t a t i c s a n d H y d r o d y n a mi c s 腔软管 5 爆裂 ， 这时由于通断阀处于左位 ， 斗杆液压缸有 杆腔液压油将无法经单向阀反向流回油箱 ，这样就避免 了由于软管爆裂造成斗杆快速下落引发意外事故。 当斗杆液压缸有杆腔压力升高至设定的最大工作压 力时 ， 液压油将通过定差减压 阀作用在通断阀上 ， 使通断 阀处于右位 ， 从而使斗杆液压缸有杆腔液压油流 回油箱， 防止过高的压力对斗杆液压缸造成损伤。该防爆 阀中通 断阀和定差减压阀的工作压力均可调整 ，通过调整通断 阀的工作压力可以使防爆阀适用于不同的工况。通过调 整定差减压阀的工作压力控制通断阀的开启，可 以起 到 调整防爆 阀最大工作压力的作用。该机型所选用防爆 阀 的参数如下 最大工作压力 4 0 MP a ； 最大流量 4 0 0 L ／ m i n ； 通断阀调压范围 0 ． 3 ～ 2 ． 0 MP a 。 2 测试分析 2 _ 1 初步测试 为查找造成斗杆液压缸液压油泄漏的原因，对整机 工作压力进行摸底测试。 主要测试斗杆液压缸有杆腔 c 2 处的压力、 防爆阀中通断阀 P i l 处的解锁压力和主控阀上 控制斗杆液压缸动作阀杆的先导压力。 测试设备采用 e D A Q采集系统压力信号 ，斗杆液压 缸压力传感器采用量程为 6 0 MP a 的压力传感器 ， 先导压 力测试采用量程为 1 0 MP a 的压力传感器。 测试方法 快速回收斗杆 。 测试前先将动臂提升至最 高位 ， 使斗杆处于打开状态。 坝 4 试时拉动先导手柄使斗杆 快速回收 ， 直至尽头。测试结果如图 2 所示。 由测试结果可以看 出，由于防爆 阀安装在斗杆液压 缸上 ， 距离主控阀较远 ， 因此开启压力建立时间略滞后于 斗杆阀杆先导压力建立时间，滞后时间约 0 ． 1 S t时间较 短 ， 对于系统的影响可忽略不计。同时也可以看出， 在先 导压力上升的过程中，斗杆液压缸有杆腔压力出现明显 的异常波动 ，最大值约为 2 8 MP a 。初步怀疑该异常压 力 波动是造成斗杆液压缸泄漏的主要原因。 2 ． 2 压力波动原因分析 由于在防爆阀选型过程中已对防爆阀的工作流量和 工作压力进行选择[5 J ， 因此可初步排除上述两个参数选择 不 当的可能性 ，而重点结合挖掘机主阀特性分析防爆阀 中通断 阀的调压范围选择是否正确 。图 3为挖掘机主阀 4 2 I 工稚缸械 f 2 0 1 4 纠 ／ ／ ， ，、 ， l ． 0 1 2 3 4 时间￡ ， s 图2 快速回收斗杆的测试结果 阀杆 尽头 蓬 阀杆 动作 先导 j p l MP a 图 3 斗杆阀杆 开启性能 曲线 中斗杆阀杆的开启特性曲线。由图 3 可知主阀中斗杆阀 杆存在空行程区间， 当先导压力小于 P 。 时阀杆不动作 ； 当 先导压力处于 p 矿 之间时 ， 阀杆虽然移动但油口没有打 开， 系统主油路并没有液压油流动。 只有当先导压力大于 P t 时， 油口打开 ， 主压力油才能驱动斗杆液压缸动作。 由防爆 阀工作原理和挖掘机斗杆阀杆开启特性可 知， 如果防爆 阀中通断 阀的开启压力大于P ， ， 工作中就会 出现斗杆阀杆开启， 液压油进入斗杆液压缸无杆腔， 而由 于通断阀未开启， 造成斗杆液压缸有杆腔压力升高， 直至 先导压力升高至防爆 阀中通断阀的开启压力 ，斗杆液压 缸有杆腔压力才会降低。这同初步测试时得到的斗杆液 压缸有杆腔压力波动情况相吻合。 2 ． 3 测试验证 为排除其他原因 ， 验证上述分析的正确性 ， 对整机做 进一步测试。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 杠 拭 第 4 5 卷 l 第1 1 期 总第 49 3 期 测试方法 慢速回收斗杆。测试前先将动臂提升至最 高位， 使斗杆处于打开状态。 操纵先导手柄使斗杆刚好有 收 回动作 即斗杆 阀杆处于刚刚开启状态。这时各测压 口 压力曲线如图 4 所示。 据 H 耋 藿 襄 重 叶 0 ， 一 O 2 ．5 5 7 ． 5 l O 时问t ／ s 图4 慢速回收斗杆的测试结果 由图 4 可知，此时斗杆阀杆先导压力和防爆阀开启 压力相同， 但斗杆液压缸有杆腔压力一直处于较高状态， 约为 4 0 MP a 。这说明此时先导压力已达到斗杆阀杆开启 压力 ， 液压油进入斗杆液压缸无杆腔 ， 驱动斗杆液压缸动 作， 但该先导压力尚未达到防爆阀中通断阀的开启压力， 这就使斗杆液压缸有杆腔压力升高 ，最终达到防爆阀最 大工作压力， 斗杆有杆腔液压油流回油箱。 测试结果同前 期的分析相吻合， 验证 了分析的正确性。 3 改进方案 根据这种情况 ，一方面通过调整防爆 阀中通断阀的 开启压力使通断阀的动作和斗杆阀杆的动作同步。另一 方面稍微调低防爆阀的最大工作压 力， 以保护液压缸。 改 进后按照初步测试的测试方法再次进行测试 ， 结果如图 5 所示。 由测试结果可以看出，当先导压力升高到某一数值 后 ，斗杆液压 缸有杆 腔压力迅速下降 ，直至稳定于 1 0 MP a 左右 ， 在 图 2中出现 的最大值约为 2 8 MP a 的异常压 力波动 已消失。按此方案改进后 ， 整机工作至今 ， 无一出 现斗杆液压缸泄漏现象。 耋 蝼 0 1 6 董 寸 O 时问 图 5 改进 后快 速回收 斗杆 的测试 结果 4总结 选择防爆 阀时 ，一方面应考虑防爆 阀的流量和压力 参数满足系统要求 ，另一方面应结合防爆阀应用的具体 部位的控制 阀开启特性来综合考虑。对于挖掘机主控阀 而言， 各阀杆的开启特性大多不同。因此 ， 对应不 同阀杆 使用的防爆阀也应区别对待。同时， 为满足防爆阀使用过 程 中安全性和稳定性的要求 ，防爆阀最大工作压力既不 宜设置过高也不宜过低。 参考文献 【 1 1 刘雅俊， 赵静一 ， 壬智勇． 悬挂液压系统中新型管路防曝阀 的可靠性设计m． 机床与液压． 2 0 0 8 1 1 1 8 4 1 8 5 ． 1 9 6 ． 【 2 1 马国华 电动液压升降平台车的翰爆阀的设计口 1 ． 液压气动 与密封． 2 0 0 1 3 2 0 【 3 1 I s o8 6 4 3 1 9 9 7 E a r t h - mo v i n gma c ／ u n e r y Hy d uu ／ i c C X C H V a t o r a n d b a c k h o e l o a d e r b o o m -l o we r i n g c o ntr o l de v i c e - R e q u i r e me n ts a n dt e s t s [ S ] ． [ 4 ]力 乐 防 爆 阀 l O L 1 ．h t r p ／ ／ a p p s ． b o s c h r e x r o t h ． c o rn ／ p r o d u c t s ／ c o mp a c t - h y d r a u l i c s ／ P i BCa t a l o g s ／ ． 【 5 1 安宁 倾动式保温炉液压控制系统的设计 ． 有色金属加I， 2 0 0 6 。 3 5 2 5 0 - 5 2 ． 通信地址 柳州市柳江县拉堡镇双拥路柳州柳工挖掘机有 限公司挖掘机研究院 5 4 5 1 O 0 收稿日期 2 0 1 4 - 0 6 - 1 0 2 0 1 4 竹 I 工 缸敞I 4 3 5 O B d 篙／ d 蹄 士 聿 星 寸 m O m O ∞ B d 苫／ d A 蹄求 b } 整 州 蹄米屡蝼筮 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m