液压系统中液控单向阀的合理使用.pdf

2 0 1 1年 6月 第 3 9卷 第 l 2期 机床与液压 MACHI NE TOOL HYDRAUL I CS J u n ． 2 0 1 1 V0 1 ． 3 9 No ．1 2 I O I 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 3 8 8 1 ． 2 0 1 1 ． 1 2 ． 0 4 1 液压系统中液控单向阀的合理使用 孙伟 ，孙志朋 1 ．长春理工大学光电工程 学院，吉林长春 1 3 0 0 2 2 ；2 ．长春 工程学院机 电学院，吉林长春 1 3 0 0 1 2 摘要从工程实际出发，介绍液压系统中液控单向阀的应用特性，用具体实例分析了几种液控单向阀使用不当情况的 原因，给出了正确选用与合理使用液控单向阀的方法。 关键词液压系统；液控单向阀；合理使用 中图分类号T H1 3 7 文献标识码B 文章编号1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 1 1 21 2 73 液控单向阀在液压系统中是控制调节液流方向的 元件，一般允许液流朝一个方向流动 ，反向开启必需 通过液压控制来实现的单向阀。其主要功用相当于一 个二通开关阀。液控单向阀在液压系统中的主要作用 是 对液压缸进行锁闭；作立式液压缸的支撑 ；液压 系统的保压等。在液压系统的设计与使用过程中，有 时会由于液控单向阀选择不当，或者与其他液压元件 匹配有欠缺，导致系统工作时，某些工作性能受到影 响，甚至出现问题。作者列举几个液控单向阀在液压 系统中应用的实例，分析了使用不当原因，给出了正 确的使用方法。 1 液控单向阀的合理选用 在液压系统的设计过程中，当选择液控单向阀具 体型号时，应留意阀的结构形式 ，不同的液压系统、 不同的液压系统压力等级，注意选择不同的阀，其中 有两个技术 问题不能忽视 。 1 ． 1 泄油 方式 按液控单向阀控制活塞处的泄油方式，有内泄式 和外泄式两种结构。 如图 1 所示，控制活塞上腔外泄口封闭，左端小 孔打开，则控制活塞上腔与 A腔 阀正 向进油腔 直接相通 ，由于其控制活塞上腔与 A腔直接相通， 反 向开启时的控制压力较大 ，因而仅用于 A腔压力 较低的场合。当 A腔压力较高时，一般采用外泄式 结构 ，即将左端小孔封闭，A腔与控制活塞的背压隔 开或仅由间隙沟通，而在背压腔增设外泄口与油箱连 接 ，这样反向开启时就可减小 A腔压力对控制压力 的影响，从而减小控制压力 ，可以应用在系统压力较 高的场合。 图 1 A 2 Y型外泄式液控单向阀 1 ． 2 卸荷阀芯结构 在高压系统 中，液控单 向阀反 向开启 前 B腔 阀正向出油腔压力有时很高，上述结构的液控单 向阀反向开启时的控制压力均很高 ；而且当控制活塞 推开单向阀芯时，高压封闭回路内油液的压力将突然 释放 ，这时会产生很大 的冲击，并伴随很 响的释压 声。为了避免这种现象，目前大多采用带有卸荷阀芯 的结构型式。 图1为我国联合设计的 A 2 Y型外泄式液控单向 阀，带有卸荷阀芯。当控制油推动控制活塞上移时 ， 首先将卸荷阀芯顶开 ，使 A腔和 B腔之间产生缝隙 流动，待 B腔压力降低到一定程度后 ，控制活塞再 收稿 日期 2 0 1 0 0 52 4 作者简介孙志朋 1 9 8 6 一 ，男，硕士研究生，主要从事光电工程、光机电一体化学习研究工作。Em a i l h a c k e r 5 2 1 1 1 6 3 ． c o m。 1 2 8 机床与液压 第 3 9卷 将单向阀芯推开，从而实现反向流动。上述工作过程 实际上是一个分级释压过程 ，它不仅可以缓和高压封 闭回路中液控单向阀工作时的冲击，降低噪声，而且 还可使控制压力得到明显的降低。一般有卸荷阀芯结 构的液控单向阀其控制压力仅为工作压力的4 ． 5 ％； 没有卸荷小阀芯的液控单向阀的控制压力为工作压力 的4 0 ％ ～ 5 0 ％ ；以上分析说明，带有卸荷 阀芯的阀 可 以应 用于压力相对高的系统 。 需要指出的是，控制压力油油口不工作时，应使 其通回油箱，否则控制活塞难以复位 ，单向阀反向不 能截止液流 。 2 液控单向阀在锁紧回路中的合理使用 锁紧回路的功用是使执 行元 件在任意位置上停 留， 并且停留后不会因为外力作 用而移 动位 置 。图 2所 示 为 使用液控单向阀的锁紧回路 双向液压锁 。液控单向阀 阀芯一般是锥阀式结构 ，内 泄很少 ，锁紧精度只取决于 执行元件的泄漏，锁紧精度 比较高。为了保证液压锁的 图 2 采用液控单 向 阀的锁紧回路 锁紧I生能，在回路中应该选择 H型或者 Y型机能的 换向阀。当执行元件处于预定停留位置时，换向阀中 位 ，液控单向阀控制油口经过换向阀中位直接和油箱 相通，控制压力充分卸荷，液控单向阀反方向截止 ， 液压缸因两腔油液被封闭而锁紧。现场液压系统有换 向阀中位机能选择不当的情况，作者曾经接触某电厂 翻滚车机装备 ，其液压系统中锁紧回路换向阀的中位 机能是 M型的，有时锁紧效果不好，设备改造时更 换为 Y型机能换向阀后 ，锁紧性能大为改善。分析 其原因，是原系统锁 紧回路 M型机能的换向阀在中 位时，液控单向阀的控制油路不能接通油箱 ，液控单 向阀控制油 口的油压不能尽快 消失 ，液压 锁不能立即 关闭，所以锁紧效果不好 ，即与液控单向阀匹配的换 向阀中位机能选择不当有关。 3 液控单向阀在保压回路中的合理使用 如图 3 a 所示的采用液控单 向阀的保压回路， 在液压机的液压系统中应用较普遍。当压制吨位 比较 大时，液压机工作过程中，液压系统油缸在主缸返回 行程时会出现液压冲击 、振动和噪声等现象，甚至有 时还很剧烈 。 故障的原因是 液压机工作循环中，一般都有保 压延时环节 ，在保压过程中，液压系统储存了一定的 能量 ，使油液压缩，机械部分产生弹性变形 ，管道膨 胀，当系统的保压结束 、主缸返回时，其上腔储存的 能量未泄多少 ，油缸下腔压力 已经升高 ，液控单 向阀 的卸荷阀和主阀芯同时被顶开，引起油缸上腔能量突 然释放，由于流量大、释压时间短，导致液压系统产 生冲击、振动和噪声等。 鉴于此回路主缸泄压仅仅是通过液控单向阀来加 以实施的，所以采取的措施应该是控制液控单向阀的 泄压速度，即延长泄压时间，控制液控单向阀的流 量。为此，可在液控单向阀的控制油路上设置一单向 节流阀 图3 b ，使液控 口通过流量得 以控制。 这样 ，既能满足系统的泄压要求，又保证控制活塞的 回程速度不受影响，大幅度减小了主缸回程的液压冲 击、振动和噪声。 a 原 【旦 l 路 b 改进 后回 路 图 3 采用液控单向阀的保压回路 如果要进一步改善泄油特性，或者是主缸直径大 于2 5 0 m m、压力大于 7 MP a的液压系统 ，建议设计 专门的释压回路。 4 液控单向阀在平衡 回路 中的合理使用 如图4 a 所示的平衡回路 ，由于液控单向阀是 锥面密封的，泄漏几乎为零 ，所以闭锁性好 ，可有 效防止活塞等运动部件在停止时的缓慢下落 ，起到 可靠的平衡支撑作用 。但有时会出现油缸在低负载 下行 时平稳 性 差 的 问 题 。分 析 问题 产 生 的 原 因 是 回路运行过程中液压缸下行时 ，由于液控单 向阀4 只有在液压缸 5上腔压力达到阀4的控制压力时才能 打开。当负载小时，缸 5 上腔压力达不到必要的控制 压力值 ，阀 4关闭，缸 5停止运动；油泵又不断供 油，缸 5上腔压力升高，阀4又打开，缸 5向下运 动 ；负载小又使缸 5上腔压力下降 ，阀 4关闭，缸 5 停止运动。如此不断交替出现 ，液压缸 5无法在低负 载下平稳运动 。 为了提高运动平稳性 ，在系统设计时，可以考虑 在图4中阀4与液压缸 5之间加入单向节流阀 图4 b ，在液压缸下行时起节流作用 ，以减小活塞下 行过程中产生的冲击和振动，以此提高运动的平稳 性。实践结果表明，效果较好。 第 1 2期 孙伟 等液压系统中液控单向阀的合理使用 1 2 9 l 一泵2 一溢流阀 3 一三 位 四通 换 向 阀 4 一 液控 单 向阀5 _ 液 压缸 a l 原回路 b 改进后回路 图4 采用液控单向阀的平衡回路 5 液控单向阀在快速回路 中的合理使用 图 5所示 回路是通 过执行元件悬挂物 滑 块、活塞组件的重力 实施 快 速运 动 的 回路， 回路可 以实现快进、工 进和快退 的典型工作循 环 。 当 1 Y A通 电时 ，油 泵 向液压 缸 上腔 供 油， 液压缸下腔与油箱相通， 依靠悬挂的重力克服摩 擦 力 和 回 油 阻 力 ，迅 速 将油缸下腔的油经换 向 阀排回油箱 ，实现快速 下降 空行程 。此时油 泵供油常常不能充满缸 上腔 ，缸上腔未充满部 l 一主泵2 一溢流阀 卜 三位四通换向阀 4 一液控单 向阀5 一液压缸 图 5 采用液控单向 阀的平衡回路 分会形成一定程度真空，液控单向阀4 充液阀产 生压力差，在大气压的作用下，将充液油箱内的油液 经充液阀4压人缸上腔 ，进行填充。当滑块接触工件 后 ，负载阻力增大，上腔压力增加，充液阀4自动关 闭，快速下行停止，此时油泵单独为油缸上腔供油， 完成工作行程。 当2 Y A通电时，油泵供给液压缸缸下腔压力油， 因悬挂物较重，油压较高，控制油打开阀4 ，上腔回 油可经阀4和阀3两条回油路流回油箱。 这种靠自重实现快速运动的回路有时会出现快进 空行程转工进时速度换接时间过长的问题，这种情 况在热加工机床上会产生问题，有时换接时间过长将造 成毛坯温度下降而模具温度上升，影响压力加工质量。 分析原因为液压缸下降空行程时充液阀充液不 充分 ，可能存在一定的真空度。当进人工作行程时， 必须先经一定时间填满液压缸上腔后才能升压转人工 作行程 ，造成快进转工进时的速度换接时间过长。具 体影响因素应该有充液阀4的通径过小、弹簧较硬 以 及充液管道尺寸偏小、充液油箱油面太低等。 由此解决快进转工进换接时间过长措施有 加大 充液阀4通径；对用户 自行设计的充液阀，可适当降 低阀内单向阀弹簧的刚度；适 当增加充液管道的内径 尺寸，疏通管道，推荐液体流速为 3～4 m ／ s ；适当 提升充液油箱油面。 6 结束语 在液压系统的设计和使用过程中，应注意依据系 统要求 ，考虑液控单向阀结构性能特点，正确合理地 选用液控单向阀，同时还要对液压系统中液控单向阀 与其他液压元件的关联 、匹配和协调予以十分重视， 以便充分发挥液控单向阀的性能特点，提高液压系统 工作质量。 参考文献 【 1 】王积伟． 液压与气压传动[ M] ． 北京 机械工业出版社 ， 2 0 0 7． 7 ． 【 2 】许福玲． 液压与气压传动[ M] ． 北京 机械工业出版社 ， 2 0o 4． 2． 【 3 】雷天觉． 新编液压工程手册[ M] ． 北京 北京理工大学出 版社 ， 1 9 9 8 ． 1 2 ． 【 4 】 刘延俊． 液压系统使用与维修 [ M] ． 北京 化学工业出 版社 。 2 0 0 8 ． 1 0 ． 上接第 1 2 6页 压力。改造后在每个缸上各装一个外泄式液控单向 阀，把平衡阀装在两个油缸的公用管路上。 3结束语 作者利用设备中修时间，制作了液压阀台，重 新配管完成 了加热炉液压系统的改造 ，实现 了低投 入 、高回报的经济效果。运行实践证明改造后 的 系统消除了以前常见的机械故障 ，实现了平稳 的启 动和制动性能 ，在整个运动过程 中的上升与下降行 程中速度与负载变化无关 ，使系统运行更加平稳可 靠 。 参考文献 【 1 】 力士乐 中国 有 限公 司． 标准 阀和辅 件． R C 0 0 1 0 1 ， 1 9 9 5 ． 【 2 】 冯国光． F D平衡阀在变载机构中的应用 [ J ] ． 上海冶金 设计 ， 1 9 9 9， 1 3 1 2 93 4 ． 【 3 】 钱有明． 液压系统同步技术在冶金行业中的应用 [ J ] ． 冶金设备 ， 2 0 0 7 4 7 4 7 6 ． 【 4 】 梅里特 H E ． 液压控制系统[ M] ． 陈燕庆， 译． 北京 科学 出版社 ， 1 9 7 6 ．