液压压力顺序控制回路故障分析及对策.pdf

2 0 1 0年 1 0月 第3 8卷 第2 0期 机床与液压 MA C HI N E T O O L H YD RA UL I C S 0e t ． 2 01 0 Vo 1 ． 3 8 No ． 2 0 DO I 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 13 8 8 1 ． 2 0 1 0 ． 2 0 ． 0 4 1 液压压力顺序控制 回路故障分析及对策 胡海清，王晓忠 江苏联合职业技术学院无锡机 电分院，江苏无锡 2 1 4 0 2 8 摘要基于顺序阀的液压压力顺序控制回路如设计不当会出现控制失效的现象。以典型回路为例 ，对 内控式、外控式 顺序阀的结构和特性进行分析 ，找出原回路控制失效的原因在于控制顺序阀的开启压力不是液压缸实际工作压力，据此对 原回路进行改进 ，用外控式顺序阀取代内控式顺序阀，系统工作可靠性提高。 关键词 液压 系统 ；顺序 阀；内控式 ；外控式 ；开启压力 中图分 类号 T P 2 7 1 ． 3 1 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 0 2 01 2 1 3 The Fa i l u r e Ana l y s i s a nd S t r a t e g y a bo u t t he Pr e s s ur e S e qu e nc e Co n t r o l Ci r c u i t HU Ha i q i n g． W ANG Xi a o z h o n g Wu x i Ma c h i n e r y a n d E l e c t r o n i c B r a n c h C o l l e g e ，J i a n g s u U n i o n T e c h n i c a l I n s t i t u t e，Wu x i J i a n g s u 2 1 4 0 2 8，C h i n a Abs t r a c tI f t he c i r c ui t d e s i g n i s un r e a s o n a bl e，t h e h y d r a ul i c p r e s s u r e s e q u e nc e c o n t r o l c i r c u i t b a s e d o n s e qu e n c e v a l v e wi l l f a i l i n g i n c o n t r o 1 ． Ai mi n g a t t y p i c a l c i r c u i t ，t h e s t r uc t ur e s an d c h a r a c t e r i s t i c s o f t he i n t e r na l p i l o t a n d e x t e rn a l p i l o t c o n t r o l s e q ue nc e v a l v e w e r e a n a l y z e d ． T h e f a i l u r e r e a s o n wa s t h a t t h e o p e n i n g p r e s s u r e o f s e q u e n c e v a l v e w a s n o t t h e a c t u a l w o r k i n g p r e s s u r e o f h y d r a u l i c c y l i n d e r ． T h e c i r c u i t w a s i mp r o v e d ． I t c a n i mp r o v e t h e r e l i a b i l i t y o f t h e s y s t e m b y u s i n g e x t e r n a l p i l o t c o n t r o l s e q u e n c e v a l v e r e p l a c e t h e i n t e rn a l pi l o t c o nt r o l s e q ue n c e v a l v e ． Ke y wo r d s Hy d r a u l i c s y s t e m； S e q u e n c e v a l v e ； I n t e r n a l p i l o t ； E x t e rna l p i l o t ；O p e n i n g p r e s s u r e 在液压系统 中压力顺 序控制回路是一 种常用 的控 制 回路 。压力顺序控 制是一种基 于压力信号 的控制方 式 ，很 多场合 可以利用顺序 阀来实现在压力信号控制 下的液压缸顺序 动作 。但如果顺序 阀选用不 当就会造 成液压缸顺序动作无法正常实现 ，从而使控制失效。 因此深入了解顺序阀的结构和性能，合理选择顺序阀 类型，才能保证液压系统可靠稳定工作。 1 压 力顺序 控 制 回路 在液压系统 中，可以利用位 置信号 、时间信号或 压力信号来进行液压执行元件的顺序动作控制。根据 液压 回路内压力的变化来进行执行元件顺序动作控制 的 回路一般称 为压力顺序控制 回路 。 图 1 所示为液压压力顺 序控 制在实 际生产 中的应 用。其 中图 I a 为一 专用零 件装 配设备 ，其 中双作 用液压缸 1 A 1用于工件 的夹紧。要求当其产生的夹 紧力达到 4 M P a时 ，液 压缸 2 A 1活 塞杆 伸 出 ，将 一 圆形工件压装人工 件的内孔 。装 配完毕后 ，两个液压 缸活塞杆缩回。为避免损坏工件 ，两个液压缸伸出速 度应可以进 行调节 。图 1 b 也 是一 种类似 的零件 组 装设 备。 在如图 1 所示的压力顺序控制的应用中一般会采 用顺序阀或压力继 电器 压力开关等作为压力传 感元件 。在采用压力顺序 阀作为传感元件时 ，如选用 不 当或 进行调节 时不 了解顺序 阀的结构特性和工作原 理就会造 成 回路 工作 不可 靠 ，甚 至造成 油 缸动 作混 乱，严重时还会造成安全事故。 l A l a 液 压零 件装 配装 段 b 液 压零 件组 装 设备 图 1 压力顺序控制的实际应用 2 回路故障现象及原因分析 2 ． 1 故障现 象 在压力顺序控制 回路 ，为能够调节液压缸活塞 伸 出速度 ，在设计时会在液压缸无杆腔侧安装单向节流 阀 如图2所示 。但在这样的回路中，当需要液压 收稿 日期 2 0 0 91 0 2 1 作者简介胡海清 1 9 7 1 一 ，高级技师，从事气动与液压技术的教学和企业培训。电话 0 5 1 0 8 5 2 1 1 5 0 0 ，E ma i l wh o h q 1 6 3 ．c o n。 1 2 2 机床与液压 第3 8卷 缸伸 出速度较慢时就会出现后动作 的液压缸活塞无法 伸出或两个液压缸活塞杆同步伸出的现象。 l A l 2A l 图2 压力顺序控制回路 存在故障 2 ． 2 内控式顺序阀特性分析 在上述 的 回路 中 出现 故 障的 主要原 因是 采用 了 内控 式结构 的顺 序 阀。内控 式顺 序 阀 的结 构如 图 3 所示 。 P 图3 直动式内控顺序阀结构图 顺序阀用于控制 系统 中 2个或多个执行机构 的顺 序动作。内控结构的顺序阀和直动式溢流阀结构相类 似，它们都是利用阀进 口油液压力来控制阀芯的启 闭 。当进 口油液 压 力 P ． 较低 时 ，阀芯 在 调 压 弹 簧 弹簧预紧力可 以通过调节手轮调 节 作用下处 于左 位，阀处于关闭状态，阀进 、出油口互不相通；当进 口压力P ． 大于调压弹簧的预紧力时，顺序阀阀芯右 移 ，滑 阀开启 ，压力油 可通过 出 口流 出，去驱动另一 执行元件动作；当回路的压力下降到弹簧设定的压力 值 以下时 ，顺序阀重新关 闭。 内控式顺序阀是利用阀芯左侧调压弹簧的弹簧力 与右侧阀进 口油 液压力相平衡来控制 阀的启闭。当该 顺序 阀阀芯处于某一位置时 ，阀芯的受力平衡表达式 为 p A p 耵 d ／ 4 K 0 式 中 P为进油口压力，4为液压油作用在滑阀上的 面积 ，d为滑阀控制柱塞直径，％ 为调压弹簧预压缩 量 ， 为调压弹簧在阀芯发生移动时产生的附加压缩 量 。当油压对 阀芯的作用力正 好大 于弹簧 预紧力时 ， 顺序 阀阀 口开始打开 ，这个压力称为顺序 阀的开启压 力。根据顺序阀的受力平衡表达式，开启压力 P 0／ A 4 Kx o ／ wd 。 当通过顺序阀的流量发生变化时，顺序阀阀口开 度也相应改变 ，其 溢流压力也有所变化 ，这就是内控 顺序阀的压力 一流量特性。按薄壁小孔流量公式可得 由此通过阀 口的流量 为 Q c 0 2 ／ p “ PC 。 w d x 2 ／ p “ P C 。 订 d 。 ／ 4 K 2 ／ p p 一 P k P 式中c 。 为流量系数，P 为顺序阀的开启压力，P为 油液实 际工作压力 。 图4所示为某品牌 内控式顺序阀在油温 5 0℃ 、油 液黏度 3 6 m m ／ s 条件下测得的压力 一 流量特性曲线 。 图4 顺序阀的压力 一流量特性曲线 2 ． 3 故障原 因分析 图2所示回路中由于需要通过单向节流阀来调节 液压缸的活塞杆伸 出速度，因此溢流阀 0 V 1必须处 于导通状态 ，对液压泵输 出的油液进行分流 ，减少进 入液压缸的流量 ，这样该 系统最高压力也就被溢流阀 所限定。根据前 述 内控式 顺 序 阀结 构 特点 和流 量特 性 ，作者 发现如果顺序 阀开启压力设定值高于系统最 高压力 ，则 顺序 阀 就不会 导 通 ，液压 缸 2 A 1活 塞也 就无法伸出；如果其设定值低于这个压力，在液压缸 l A 1 活塞伸出时，由于顺序阀进油 口压力和溢流阀进 油 口压力相等，所以顺序阀就会打开，使液压缸 2 A 1 活塞也开始伸出，回路的顺序控制失效。 3 排除故障的对策 由于 这 种 回路 发 生故障的主要原 因在 于控 制顺 序 阀启 闭 的 不是 液压 缸 实 际工 作 1 V 压力 而是 节 流 阀进 油 口的 压 力 ，因 此 作 者 将外 控 式 顺 序 阀取 代 内控式 顺 序 阀接 人 回 路 。图 5所 示 即 为 对 图 2进行 改进 后 的 液 压 回路 。 图 6所 示 为 直 动 式外控 顺 序 阀 的结 构 图5 改进后的压力 顺序控制回路 示意图。外控式顺序 阀是通过外部的控 制油压来控制 阀的启闭。其阀芯在外控 口x油液压力较低时处于 左侧，进、出油口互不相通，顺序阀关断；当外控口 压力大于调压弹簧的预紧力时，阀芯右移 ，顺序阀 进 、出油 口导通。 第2 0期 胡海清 等液压压力顺序控制回路故障分析及对策 1 2 3 X P T L a 结构 图 X b 图形 符 号 L 图6 直动式外控顺序阀结构图 在图5所示回路中，外控式顺序阀控制油 口与液 压缸 1 A 1 无 杆腔 直接 连接 ，其 压力 不再 是 溢 流阀进 油 口的压力 。溢流阀即使导通分流 ，也不会对顺序 阀 的启 闭产 生 影 响。只 有 当液 压 缸 1 A 1无 杆 腔 压 力 夹紧力上升至顺序阀开启压力时，顺序阀才会导 通。此时液压油 才能 进 入液 压 缸 2 A 1 无 杆 腔 ，使 液 压缸活塞杆伸出。这样就确保 了在液压缸 1 A 1无杆 腔压力控制下 的液压缸顺序动作 。液压 回路按 图 5进 行改造后 ，液压缸 2 A 1动 作不 正 常现 象 消失 ，液压 装配设备运行可靠 ，满足设计要求 。 在排除压力顺序控 制 回路故障 的过程 中，除 了应 考虑顺序阀控制方式选 择是 否正确外 ，还应 注意溢流 阀压力的调定。如果 溢流阀开启压力低于或 只稍高于 顺序阀通过最 大流量时 的压力 ，这样虽 然液压缸 1 A 1 运动能达到设计要求 ，但液压缸 2 A 1由于顺序 阀开启 时溢流阀大流量溢流而无法达到设计要求的伸出速度 或出现速度不稳定现象。因此 ，在调定 时应 使溢流 阀 0 V l 的开启压力高出顺序阀开启的最高压力 0 ． 5～ 0 ． 8 M P a ，这样压力顺序控制 回路才不会 出现上述问题 。 根据顺序 阀的压力 一流量特性 曲线 ，可 以看到输 入压力的波动对顺序阀流量有着一定的影响，所以这 种 回路不能用于压力波动大或速度稳定性要求 高的场 合 。对于这种情 况就应该通过压力继 电器和调速 阀来 构成电控 压力顺序控制 回路 图 7 。 1Bl 图7 采用压力继电器的压力顺序控制回路 4结束语 在液压 系统 中，压力顺序控制 回路是一种基本 的 压力控制 回路 ，它在工业 中有着很广泛的应用 。在设 计和调节时一定要充分了解顺序阀的结构特点和工作 特性，才能保证设备安全可靠运行。对于比较复杂的 液压系统或为满足 自动控 制需要 ，可 以通过在指定位 置安装压力 继电器来 实现执行元件 的压力顺序动作控 制 。 参考文献 【 1 】 刘新德． 袖珍液压气动手册 [ M] ． 北京 机械工业出版 社 ， 2 0 0 4 ． 【 2 】M e r k l e r D ， S c h r a d e r B ． 液压技术[ M] ． 上海 同济大学 出版社 ， 1 9 9 1 ． 【 3 】左健民． 液压与气压传动[ M] ． 北京 机械工业出版社， 1 99 8． 【 4 】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 ． 【 5 】胡海清． 气压与液压传动控制技术[ M] ． 北京 北京理工 大学出版社 ， 2 0 0 9 ． 【 6 】 许贤良， 王传礼． 液压传动[ M] ． 北京 国防工业出版社， 2 0 08． 上接 第 1 2 0页 功 ，首先 ，试 压泵的压力不够 ，其次 ，没有经过井下 现场的真正检验。通过与煤矿的联系沟通，可以在井 下支架维修时安装上 1 0套新型密封进行实验。为了 保证实验 的真实可靠 ，作者到煤矿支架维修 中心进行 协助安装实验 。把 l 0支油缸 安装好后 ，每一 条油缸 都要进行加压和保压实验，因为前期在支架制造公司 作过了5 0 MP a的加压与保压实验，在维修 中心一上 来就加压到 7 0 M P a 进行保压，保压实验进行到第 6 m i n时高压油管突然爆裂，维修人员更换 了新的高 压油管 ，继续 加压 到 9 0 M P a ，保压 3 0 ra i n ，没有 出 现泄漏 ，再进行加压到 1 0 0 MP a 进行保压 3 0 ra i n ，也 没有 出现渗漏 。从井下工程技术人员反馈 回来 的信息 看没有 出现任何问题 ，工 作状况 良好 ，证 明这种组合 自紧式密封系统有效可靠。 参考文献 【 1 】张浩， 周彦煌． 一种瞬态高压条件下的密封设计[ J ] ． 润 滑与 密封 ， 2 0 0 6 5 1 3 21 3 4 ， 1 4 1 ． 【 2 】 徐灏． 密封 [ M] ． 北京 冶金工业出版社， 1 9 9 9 ． 【 3 】王昌明， 柳光辽． 新型高压动密封的应用与研究[ J ] ． 润 滑与密封 ， 2 0 0 0 4 3 6 3 8 ． 【 4 】 顾永泉． 液体动密封[ M] ． 北京 中国石化出版社 ， 1 9 9 2 ． 【 5 】 单昆仑 ， 向定汉． 短玻璃纤维和石墨填充 F I F E的摩擦 磨损特性研究[ J ] ． 润滑与密封， 2 0 0 6 5 8 8 9 0 ． 【 6 】 马希晨， 曹亚峰， 吕秀荣， 等． 石墨、 玻纤粉填充聚四氟 乙烯模压制品性能研究[ J ] ． 中国塑料 ， 1 9 9 6， 1 0 3 ． 【 7 】朱红， 王淮英， 王芳辉． Mo S 的表面修饰与摩擦学性能 研究[ J ] ． 润滑与密封， 2 0 0 6 5 9 1 9 2 ， 9 7 ．