基于使用功能的双保险液压回路.pdf

2 0 1 4年 7月 第 4 2 卷 第 1 4期 机床与液压 MACHI NE T0OL ＆ HYDRAUL I CS J u 1 ． 2 01 4 V0 1 ． 4 2 No ． 1 4 D OI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 13 8 8 1 ． 2 0 1 4 ． 1 4 ． 0 2 2 基于使用功能的双保险液压回路 向 思遏 中冶南方工程技术有限公司，湖北武汉4 3 0 2 2 3 摘要以煤气蝶阀的液压控制为例 ，针对传统液压回路所存在的各种隐患和缺陷，提出了持续给油供压、双保险备用 和自动切换三大功能的有机统一，结合优化创新理念，构建一种基于使用功能的新型双保险液压回路模型，解析了该回路 功能、结构特点和工作原理，解决了传统油路控制的功能缺陷和安全事故隐患。 关键词持续给压；双保险；自动切换；交叉控制 中图分类号 T H1 3 7 ． 7 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 4 1 4 0 7 6 3 Ne w M o d e l o f Hy dr a u l i c Ci r c u i t Co n t r o l o f Do ub l e I n s u r a nc e Ba s e d o n Us e Fu nc t i 0 n XI ANG S i y u WI S D R I E n g i n e e r i n g a n d R e s e a r c h I n c o r p o r a t i o n L i m i t e d ，Wu h a n Hu b e i 4 3 0 2 2 3 ，C h i n a Ab s t r a c t T a k i n g t h e h y d r a u l i c c o n t r o l o f t h e g a s b u t t e r fl y v a l v e a s a n e x a mp l e a n d b a s e d o n e x i s t i n g v a r i o u s d e f e c t s a n d p o t e n t i a l ri s k s o f t r a d i t i o n a l h y d r a u l i c c o n t r o l l o o p s ，a n o p t i mi z e d a n d i n n o v a t i v e d e s i g n c o mb i n i n g t h r e e f u n c t i o n s o f c o n t i n u o u s o i l s u p p l y ， s t a n d by o f d o u b l e i ns u r a nc e a nd a ut o ma t i c s wi t c h o v e r，wa s p r o p o s e d．A n e w h y d r a u l i c c i r c u i t mo de l wi t h do ub l e i ns u r a nc e b a s ed o n o p e r a t i o n a l f u n c t i o n s w a s b u i l t u p ．T h e f u n c t i o n s ，s t r u c t u r a l c h a r a c t e ris t i c s a n d w o r k i n g p ri n c i p l e s o f t h i s h y d r a u l i c c i r c u i t w e r e an n l y z e d i n o r d e r t o s o l v e t h e f u n c t i o n al d e f e c t s o f t r a d i t i o n a l h y d r a u l i c c o n t r o l l o o p s a n d a v o i d t h e p o t e n t i a l a c c i d e n t s a ri s i n g ． Ke ywor dsCo n t i nu o u s o i l s u pp l y；Do u b l e i ns u r a nc e；Au t o ma t i c s wi t c h o v e r；Cr o s s c o n t r o l 任何复 杂繁琐 的液压 系统总是 由一些简单 的基本 单元和基本 回路组合而成 ，通过各种不同的回路去实 现相应的功能。因此 ，回路作为 液压 系统基本 的功能 控制单元，在整个液压系统中起到了决定性的作用。 在实际应用 中 ，由于 技术 革 新 、技 术 进 步 、不 同工 况、不同作业环境和生产条件等多种因素，传统的标 准化 、模块化液压 回路不能完全满足所有 的生产工艺 功能要求。因此 ，需要根据实际情况开发一些能满足 实际需 要的新型液压 回路。 1 新型双保险液压 回路开发的技术背景 液压传 动与控制是现代机械工程基础技术 的重要 组成部分 ，由于它在功率质量 比、无极调速 、 自动控 制和过载保护等多方面的独特优势 ，因此成 为了国民 经济中各行业各类机械装备实现传动和控制不可缺少 的重要手段 。 在现代工业生产中，尤其在一些恶劣工况环境 中 ，比如高温 、高压 、辐射 、易燃 、易爆 、有毒 等环 境 ，液压传动与控制更是无处不在。比如工作介质为 易燃 、易爆 、有毒气体的煤气蝶阀，绝大部分都采用 了液压控制。然而传统的液压回路没有彻底解决煤气 蝶阀的泄漏、双保险备用以及备用回路远程 自动切换 等功能的统一结合，这些功能性缺失常常会对生产、 设备、财产和人身安全带来巨大威胁，甚至因此酿成 重大事故 。 在实际应用中，针对煤气蝶阀的传统液压控制回 路 ，主要采用以下4种控制方式第一种，单路两位 四通 阀控制 的 回路 如 图 1 ；第 二种 ，单路 的三 位 四通 阀控制 的 回路 如 图 2 ；第 三种 ，双路 的两 位 四通阀控制的回路 如图3 ；第四种，双路的三位 四通 阀控制 的回路 如 图 4 。然而 ，在实 际应 用 中， 这 四种控制方式都 或多或少 地暴露 出其 自身 的缺点 第一种可 以持续给油供压 ，但没有备用油路 ；第二种 不 能持续 给油供压 ，也没有备用油路 ；第三种可 以持 续给油供压、有备用油路 ，但无法实现主、备用油路 的自动切换；第四种，有备用油路且主、备用油路可 以自动切换，但不能持续给油供压。 由上述介绍可以看出，传统的回路中至少存在着 一 个缺陷，都不能把双保险备用 、持续给油供压和自 动切换三大功能有机统一起来。而这些功能的缺失 ， 对于工业生产来说往往都是致命的缺陷，情况严重时 甚至会造成生产设备和人身安全 。第一种 ，没有双保 险备用油路是显而易见的安全隐患 ；第二种 ，不能持 收稿 日期 2 0 1 3 0 6 0 9 作者简介向思遇 1 9 7 9 一 ，男，土家族，硕士，工程师，主要从事冶金设备设计开发和工程项 目管理工作。Ema i l 08 25 5 wi s d r i ． c o rn。 第 1 4期 向思遇基于使用功能的双保险液压 回路 7 7 续给油供压的油路通常是 由 Y型机能三位四通换 向 阀和双向液控单向阀组成的，由于双向液控单向阀的 保压性能和油液的清洁度等原因，这一油路很难让执 行元件持续牢固地保持原来的状态，因此，常常会出 现泄漏 的安全 隐患 ；第 三种 ，不 能 自动切换油路 ，只 图 1 单路两位四通 图2 单路的三位四通 阀控制的回路 阀控制的回路 2 新型双保险液压回路的功能和结构特点 能通过人工现场手动切换，但控制阀台通常在执行元 件附近，一般离主控操作室和值班室比较远，在紧急 情况时 ，无法立即切换到备用油路 ，会造成生产安全 隐患和事故。第四种 ，缺陷跟第二种相同。 图3 双路的两位四通 阀控制的回路 要解决传统油路的缺陷，其核心问题是要把持续 给油供压、双保险备用和 自动切换三大功能有机统一 起来 ，用一个回路单元同时实现三大功能。通过参阅 大量文献资料 ，从液压原理上突破创新，并反复实验 论证 ，开发 了新型双保险液压回路 见图5 。该回 路具有如下的功能特点 1 持 续 给压 功能 。由于直 接 控制 液压 缸 动作 的是两位四通液控换向阀，因此液压缸动作后油路能 持续给压 ，如果控制的是煤气蝶阀，它能确保阀门持 久地严实关闭，使煤气蝶阀实现零泄漏 ，阻断了因煤 气泄漏导致的事故风险。 2 双保险备用油路功能。由于采用 了两套互 为备用 、相互独立 、互不 干扰的油路 ，保证 了油路 的 双保 险功能 。当工作油路突然 出现故 障时 ，能 随时立 即切换到备用油路 ，保障执行元件的正常工作。同时 还能在线维护、检修工作油路故障，而不会影响到备 有油路 的运行 。 3 自动切换功能。利用控制油路的 Y型机能 三位四通电磁阀控制两位四通液控换向阀换向，同时 控制主油路和备用油路中的截止式换 向阀的换向，使 得工作油路和备用油路的切换与液压缸动作一次完 成 ，免去 了人工 切换油路 的烦恼 ，随时迅速 的切换 为 危急情况赢得宝贵的时间，避免了因人工切换不及时 造 成的安全事故 。 图4 双路的三位四通 阀控制的回路 T P L X 1 、9 、1 2 一单向阀2 、3 、1 0 、8 、1 1 、1 4 、2 4 、2 5 、2 6 、2 7 、3 0 、3 l 一高 压球阀4 、5 一电磁换向阀6 、7 一梭阎 l 3 、l 5 一液控截止式换向阀 1 6 、l 卜 液控换向阀l 8 、l 9 一双单向节流调速阀2 0 、2 l 、2 2 、2 3 、 2 8 、2 9 一测压排气接头3 2 --液压缸 图 5 新 型双保险液压 回路原理图 7 8 机床与液压 第 4 2卷 该液压装置主油路工作时 ，是利用主控制油路 Y 型机能三位四通 电磁换 向阀 4控制主油路二位 四通液 控换向阀 1 6 ，同时通过 主控 制油 路梭 阀 7自动选 择 交 叉控制主油路 二位 四通 液控截 止式换 向阀 l 5和备 用油路二位四通液控截止式换 向阀 1 3 ；备用油路工 作 运行原理同理可知。一方 面打开工作油路 ，一方 面 切断备用油路，既互为备用油路，又相互独立，完美 地实现 了持续给油供压 、双保险备用和 自动切换三大 功能的有机统一结合。 该回路结构主要由主油路、备用油路、主控制油 路和备用控制油路4部分组成。主油路包括高压球阀 8 、单向阀 9 、二位 四通 液控换 向 阀 1 5 、二 位 四通液 控换 向阀 1 6 、双单 向节流调速阀 1 9和液压缸 3 2 ；备 用油路包括 高压球 阀 1 1 、单 向阀 1 2 、二 位 四通 液控 截止式换 向阀 1 3 、二位 四通液控 换 向阀 1 7和双单 向 节流调速阀 1 8 ；主控制油路包括单向阀 1 、高压球阀 3 、Y型机能三位 四通 电磁换 向阀4 、路梭 阀7和高压 球 阀 1 0 ；备用控制油路包括高压球 阀 2 、Y型机能三 位 四通 电磁换 向阀 5 、梭 阀 6和高压球阀 1 4 。 3 新型双保 险液压回路的工作原理 ’ 工作原理描述以控制煤气蝶阀为例，具体陈述如 下 1 当操作 煤气 蝶 阀主油 路 开 阀指 令 时 ，主 控 制油路 Y型机能的三位 四通电磁换 向阀 4的 电磁铁 a 得 电 ，来 自液压泵 站 的控制 油 x与控 制 油 X 2接 通 ， 通过主控制油路 Y型机能三位四通电磁换向阀 4后 分成两路 ，一路经过主控制油路梭 阀7自动选择后 交 叉控制 主油路二位 四通液控 截止 式换 向阀 1 5和备 用 油路二位四通液控截止式换 向阀 1 3 ，使得主油路的 动力油 P和回油 T的油路都打开，同时使得备用油路 的动力油 P和回油T的油路都关闭；另一路进入主油 路二位四通液控换向阀 l 6的液控 口b ，使得主油路的 动力油 P与 A l 接通，同时使得回油 T与 B l 接通 ，动 力油 P经过主油路二位 四通液控换 向阀 1 6后 ，再通过 主油路双单 向节流调速阀 1 9和主油路高压球 阀 2 7 、3 1 进入液压缸 3 2的无杆腔 ，推动阀门打开。 2 当操 作煤 气蝶 阀 主油路 关 阀指令 时，主控 制油路 Y型机能的三位四通电磁换向阀4的电磁铁 b 得 电 ，来 自液压 泵站 的控 制油 x与控 制油 x 1 接 通 ， 通过主控制油路 Y型机能三位 四通电磁换 向阀4后 分成两路 ，一路经过主控制油路梭阀7自动选择后交 叉控制主油路二位四通液控截止式换 向阀 1 5和备用 油路二位四通液控截止式换向阀 1 3 ，使得主油路 的 动力油 P和 回油 T的油路都打 开 ，同时使得备用油路 的动力油 P和 回油 T的油路都关 闭 ；另一路进入 主油 路二位四通液控换向阀 1 6的液控 口 a ，使得主油路 的动力油 P与 B 1 接通 ，同时使得 回油 T与 A 1 接通 ， 动力油 P经过主油路二位四通液控换向阀 1 6后 ，再 通过 主油路双单 向节 流调速 阀 1 9和 主油路 高压球 阀 2 6 、3 0后进入液压缸 3 2的有杆 腔 ，推动 阀门关 闭。 3 当操 作煤 气蝶 阀备 用油 路开 阀 指令 时 ，备 用控制油路 Y型机能的三位四通电磁换 向阀 5的电 磁铁 a 得 电，来 自液压 泵 站 的控制 油 x 口与 控制 油 x 4口接通 ，控制油通过备用控制油路 Y型机能的三 位 四通 电磁换 向阀 5后分成两路 ，一路经过备用控制 油路梭阀 6自动选择后交叉控制主油路二位 四通液控 截止式换向阀 1 5和备用油路二位四通液控截止式换 向阀 1 3 ，使得备用油路的动力油 P和回油 T的油路 都 打开 ，同时使 得主油路的动 力油 P和回油 T的油路 都关闭；另一路进入备用油路二位四通液控换向阀 1 7的液控口b ，使得主油路的动力油 P与 A 2接通 ， 同时使得回油 T与 B 2接通 ，动力油 P经过备用油路 二位 四通液控换 向阀 1 7后 ，再通 过备用 油路 双单 向 节流调速 阀 1 8 、备用油路高压球 阀 2 5和 主油路高压 球 阀 3 1 后进入液压缸 3 2的无杆腔 ，推动阀门打开。 4 当操作 煤气 蝶 阀主油 路关 阀指 令 时 ，备 用 控制油路 Y型机 能 的三位 四通 电磁换 向阀 5的 电磁 铁 b得 电，来 自液压泵站 的控制 油 x 口与控 制油 x 3 口接通 ，控制油 通过备 用控 制油 路 Y型机 能 的三位 四通 电磁换 向阀 5 后分成两路 ，一路经过备用控制 油 路梭 阀 6自动选择后交叉控制 主油路二位 四通液控 截 止式换 向阀 1 5和备 用油路 二位 四通液 控截止 式换 向 阀 1 3 ，使得备用油路的动力油 P和回油 T的油路都 打开 ，同时使得主油路 的动力油 P和 回油 T的油路 都 关 闭 ；另一路进 入 备用油 路二 位 四通液 控换 向 阀 l 7 的液控 口a ，使得 主油路 的动 力油 P与 B 2接通 ，同 时使得 回油 T与 A 2接通 ，动力油 P经过 备用油路 二 位四通液控换向阀 1 7后，再通过备用油路双单向节 流调速 阀 1 8 、备用 油路高压 球 阀 2 4和 主油路高压 球 阀 3 0后进入液压缸 3 2的有杆腔 ，推动 阀门关 闭。 4结束语 综上 所述 ，新 型 双保 险 液压 回路 以其 简 洁 、方 便、安全和可靠等多项性能应用于类似于煤气蝶阀为 典 型的系统中 ，并 突显其独特 的优势 1 采用 实 时持续 给油 供压 ，让 执 行元 件始 终 牢固地保持原有的状态 ，提高了设备运行的可靠性。 2 采用远程电气集中控制 ，可实现瞬间自动 切换，操作方便 ，反应快捷 ，节省人力 ，降低工作强 度 ，远离危险源 ，大幅减少事故概率和安全风险。 3 备用双保险控制，为设备的运行和安全生 产提供双重保障，减少停工停产以及事故风险。 4 采用 常规元件模块化设计 ，结构简 明清 晰 ， 下转第8 5页 第 1 4期 徐启杨 等插装阀在宽厚板剪机上的应用 8 5 出将 上刀片下压 ，实现剪切功能 。 当油缸位移传感器或接近开关显示刀片下降到 位 ，钢板剪切 完成 ，电磁 阀 1 O电磁铁 b得 电 ，高 压 油由P口经控制盖板 7和6与插件 3 及 2的弹簧腔相 连 ，使得两插件关 闭 ；同时 ，低压油 由 T口经控制盖 板 8和 5与 插件 4和 1弹簧腔相 连 ，使两插 件 打开 。 这样 ，高压油经过插件 4进入油缸无杆 腔 ，油缸有杆 腔的油经插件 1回到油箱 ，主剪切液压缸抬起。当刀 片上升到位 ，接近开关或位移传感器发出到位信号 ， 电磁换 向阀 1 O断 电 ，在平衡 阀 9的作用 下 ，刀 片一 直保持在高位不下降。 2 ． 2节流调 速 功 能 由插装阀的结构及原理可知插件在阀体内的活动 行程长度。在插装阀控制盖板上增加一锥形行程调节 器以调节插 件 开 口的大 小 。调 整控 制 盖板 6 、7，可 以调整油缸缸杆伸出的速度 ，即剪切时的下刀速度 ； 调整 控制盖板 5 、8 ，可 以调整 油缸缸 杆缩 回的速度 ， 即剪切完成后刀片抬起的速度。当然 ，在液压缸动作 时，油缸两腔都有流量调节阀，可以通过入口节流调 速和 出 口节流 调速来 调整油缸的速度 。 2 ． 3基本 控 制 在这个液压系统中，液压缸内的位移传感器有着 监控和控制的作用。两剪切油缸没有液压同步控制 ， 由刀片夹紧座实现同步，同步性能受到负载等因素的 影响 ，在控制时加入两油缸位置比较控制 ，当油缸位 置偏差大于 1 0 m m时系统停止工作，即电磁阀 1 0断 电。在 P L C程序 中给定油缸抬升到位 和下降到位 即剪切完成位置一固定值，当位移传感器反馈这 一 数值时执行下一个动作。 3总结 二通插装 阀由于其高压大流量抗污染 的特点特别 适用于航空器试验装置 的液压 系统 ，在 国内外都有成 熟的二通插装阀产品。插装组件的阀芯有带阻尼和不 带阻尼之分 ，带阻尼的可以有缓冲、节流等作用 ；阀 芯还有多种面积比可以供选择，弹簧也有多种刚度可 以供选择 ，这样就可 以实现多种开启压力 ，一定要根 据系统情况选择好。随着科研单位和厂家的不断开 发 ，有很多二通插装阀的种类可供选择 ，如 比例二通 插装阀、螺纹插装式二通插装阀、带位移电控式二通 插装阀等，它们在钢铁生产设备中的应用前景相当广 阔。 参考文献 [ 1 ]王庆国， 苏东海． 二通插装阀控制技术[ M] ． 北京 机械 工业出版社， 2 0 0 1 ． [ 2 ]王积伟， 章宏甲． 液压传动[ M] ． 北京 机械工业出版社， 2 00 6． [ 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 ． [ 4 ]R E X R O T H有关产品样本． [ 5 ]B o s c h公司液压技术和应用[ M] ． 上接 第 7 8页 维护方便。 5 结构简洁紧凑、用材省、投资小、成本低、 功能全、效益高、使用维护方便 、市场前景看好。 参考文献 [ 1 ]成大先． 机械设计手册[ M] ． 北京 化学工业出版社 ， 20 06 [ 2 ]崔培雪， 冯宪琴． 典型液压气动回路 6 0 0例[ M] ． 北京 化学工业出版社 ， 2 0 1 1 ． [ 3 ]赵月静， 宁辰校． 液压实用 回路 3 6 0例[ M] ． 北京 化学 工业出版社 ， 2 0 0 8 ． [ 4 ]王益群， 高殿荣． 液压工程师技术手册[ M] ． 北京 化学 工业出版社 ， 2 0 1 0 ． [ 5 ]周士昌． 液压系统设计图集 [ M] ． 北京 机械工业 出版 社 ， 2 0 0 4 ． 上接第 8 2页 3结 论 该试验 台由高压 泵提供动力源 ，用 比例溢流 阀对 多路换向阀的各工作口进行模拟加载，实现了多路换 向阀的各项 功能和性能试验 。利用工控机 、U S B数据 采集模块和各种传感器构建试验数据采集 系统，c 编程采用多线 程技术 采样压力 、流量和温度信号 ，并 绘制测试曲线、生成试验报表。工业性试验和现场使 用表明试验台工作可靠、性能稳定 ，各项指标达到 了设计要求。 参考文献 [ 1 ]刘敏， 赵方， 王慧， 等． 液压传动技术在工程机械行走驱 动系统 中的应用 与发展 [ J ] ． 机械设 计与制造， 2 0 0 6 6 3 1 3 3 ． [ 2 ]谭笑颖． 液压传动与 电控技术在农业机械 中的应用 [ J ] ． 农业工程， 2 0 1 2 8 5 6 ． [ 3 ]杨华勇， 曹剑， 徐兵， 等． 多路换向阀的发展历程与研究 展望[ J ] ． 机械工程学报， 2 0 0 5 1 0 1 5 ． [ 4 ]孔晓武． 多路换向阀的基本特性与新发展 一 [ J ] ． 机 械工程学报 ， 2 0 0 5 8 1 4 41 4 8 ． [ 5 ]曾定荣． 多路阀综合试验系统设计及试验研究 [ D] ． 杭 州 浙江大学， 2 0 1 0 ． [ 6 ]全国液压气动标准化技术委员会． J 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