具有超载保护功能的液压安全阀设计.pdf

2 0 1 0年 3月 第 3 8卷 第 6期 机床与液压 MACHI NE T OOL HYDRAUL I CS Ma r ． 2 0 1 0 Vo 1 ． 3 8 No ． 6 DO I 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 3 8 8 1 ． 2 0 1 0 ． 0 6 ． 0 1 8 具有超载保护功能的液压安全阀设计 杨 红 丽 陕西安 中机械有限责任公司，陕西汉 中7 2 3 0 0 0 摘要 通过对电液伺服加载控制系统中作动筒的超载保护原理进行分析研究，成功设计出一种高精度液压安全阀， 并 指出该液压阀在实际应用中应注意的事项。 关键词超载保护；安全阀 中图分类号T H 1 3 7 文献标识码B 文章编号1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 0 6 0 5 4 2 De s i g n o n Hy d r a u l i c S a f e t y Va l v e wi t h Ov e r l o a d Pr o t e c t i o n Fu nc t i o n YANG Ho n g l i S h a a n x i A n z h o n g Ma c h i n e r y C o ． L t d ，H a n z h o n g S h a a n x i 7 2 3 0 0 0，C h i n a Ab s t r a c t B a s e d o n t h e a n a l y s i s o f t h e o v e r l o a d p r o t e c t i o n p r i n c i p l e o f t h e e l e c t r o - h y d r a u l i c l o a d i n g a c t u a t o r c o n t r o l s y s t e m ， a h i g h p r e c i s i o n h y d r a u l i c s a f e t y v a l v e wa s d e s i g n e d ． T h e n o t i c e s a b o u t p r a c t i c a l a p p l i c a t i o n o f t h e r e l i e f v a l v e w e r e g i v e n ． Ke y wor Ov e r l o a d pr o t e c t i o n； S a f e t y v a l v e 每一种新产品问世 时，为了校验其设计是否合 理，强度是否满足要求，安全系数是否在规定的范围 内，在产品试车前，其中的一项重要工作就是强度实 验验证。验证方法通常是利用电液伺服控制系统，通 过计算机编程 ，按照一定的载荷谱，由液压执行机构 完成对实验件的加载。在加载过程中，涉及到加载精 度和安全问题 ，这里的安全主要指设备安全和试件的 安全。保证设备安全的措施有 在试验方案设计时根 据试验所需载荷值选用适当量程的加载设备，不超 载、不越限、安装到位、防碰撞 、防滑落、防松脱、 防卡死等 。对于实验件 的安全 ，在有些试验场所显得 更为重要，特别是在航空 、航天领域 、军工产品、大 型舰船等项目中，由于其前期投入十分巨大，容不得 半点失误 ，在试验加载过程 中，决不允许超载或意外 破坏。试件的安全只能通过设备、试验方法和安全措 施来保证，作者介绍一种仿真设计的高精度安全阀， 它可精确有效地防止加载设备超载，确保试验件不因 意外超载而破坏 。 ’ 1 工作原理 作动筒 的工作原理如图 1 所示。 图 1 作动筒工作原理简图 作动筒的输出拉力为 F ，P 。 一 A P 2 。 f P 。 一 2 I P 。 一 2 1 、 ， l 1 ／ 式 中 F为作 动筒输 出拉力 ，N ； A 。 为 作动筒拉腔面积， A ， 孚 D 一 d 。 ， IT I ； 叶 d为活塞杆直径，m；D为作动筒简体内径，m； P ． 为作动筒拉腔工作压力 ，P a ； P 为作动筒压腔回油压力 背压 ，P a ； 为作动筒两腔面轵比，K _,el 2 。 A1 对伺服液压作动筒来说，其摩擦力很小，可忽略 不计 ，公 式 1 中未 加考 虑 。由式 1 可看 出， 当回油腔压力为零时 式 中P 0 ，作动筒输出力 只与工作腔压力和面积有关 ，然而，由于回油管道直 径不可能太大 ，加上局部 阻力等 因素的影响 ，作动筒 回油腔压力不可能为零 ，特别 是在安 全 阀突然 开启 、 快速加载 、意外卸载等情况下，瞬态 回油压力很大。 由式 1 不难看出，作动筒的输出力不仅与工作压 力有关，而且与其面积比和回油压力有关。而通常为 了限制作动筒的最大输出力，采用的办法是在工作压 力腔增设安全阀，根据设计中的最大使用输出力，调 节安全阀开启压力限定值。但根据前面的分析，仅限 定作动筒的最高工作压力，不能精确地保证其最大输 出力，特别是当试验规模较大，比如在一个试验情况 中，要使用多个不同吨位、不同行程的加载作动筒， 这个问题就显得尤为突出。 收稿 日期 2 0 0 9 0 3 1 0 作者简介杨红丽 1 9 7 4 一 ，女，工程师，主要从事系统研发和机械设计工作。电话1 3 9 9 2 6 1 5 1 8 9 ，Em a i l y a n g ． h o n g ． n e t 1 6 3． c o rn。 第 6期 杨红丽具有超载保护功能的液压安全阀设计 5 5 通 过 分 析 研 究 ， 作者设计 了一种 安全 阀，与普通 安全 阀的 最大区别在 于把 背压 引 入 安 全 阀 的 设 计 中，普 通安 全 阀只有 进油 和 回油 两个工 作 图2 仿真安全阀示意图 油 口，而新设计的安全 阀有工作压力油 口、背压油 口 和回油口3个油口。其原理如图2所示。 在图 2中，若不考虑阀芯的摩擦力 ，阀芯的受力 可用下式表示 F 弹 A ． p 一 A 2 1p A ll A 。 。 P ． 一 2 式中 F 为弹簧预紧力 ，N； P 。 为阀芯回油腔油压 ，P a ； A ． 为阀芯工作腔油腔面积 ，A 。 。 ，m ； P 。 为阀芯工作腔油腔压力 ，与作动筒工作腔 相通 ，P a ； A 。 为阀 心-44 -“背压腔油腔面积， 孚 一 d ； ， m 2 ； ‘ P 为阀芯背压腔压力，与作动筒背压腔相通， P a； K为阀心- 1 4 -“ 两腔 面积 比，K 。 n1 1 比较式 1 、 2 ，可知阀芯的受力情况和作动 筒的受力情况完全相似，既考虑了两腔的油压 ，也考 虑到两腔的面积比。而弹簧的预紧力可真实地反映作 动筒最大输出力，通过调节螺钉 图中未画出可 以对弹簧预紧力进行无级调节，从而实现对作动筒最 大输出力的限制。 2几点说明 1 该阀完全适合与精密的伺服作动筒配套使 用，反应灵敏 ，控制精确度高 ，重复性误差小，为 重要试验件的安全，从试验设备方 面提供安全保 障。 2 为提高该阀的动态响应特性及开启灵敏度， 建议该阀安装时离作动筒尽可能近，若有与作动筒配 套使用的集成阀效果更佳。 3 刚性连接使用作动筒，若拉压两腔均有载 荷，可设计成拉压双向控制限制安全阀，仍为 3个油 孔，回油口公用 ，且拉压双向限定载荷分别独立可 调。 4 该阀对双导杆作动筒同样适用，不过取 K l 1而已。 5 在使用过程中，应保证回油通畅。 3结束语 安全阀是一种独立作用的液压阀，它不受电子、 机械等因素的影响，可作为多道保护措施中的最后一 道。该阀在工作过程中，能完全模拟作动筒的工作过 程，通过调节弹簧预紧力，实现对作动筒输出载荷的 精确限制 ，安全有效，且体积小 、结构紧凑、极易大 面积推广使用 。 安全阀不仅适用于拉压面积不相等的单导杆双作 用型作动筒 ，也同样适用于拉压面积相等的双导杆型 作动筒，通过改型，它还可以用于其他液压加载设备 中的安全保护。 参考文献 【 1 】雷天觉． 液压工程手册 [ M] ． 北京 机械工业出版社， 1 9 9 8 上接第 7 6页 参考文献 【 l 】 姚鑫骅， 潘雪增 ， 傅建中， 等． 数控系统的混合任务模型 及其最优调度算法研究 [ J ] ． 浙江大学学报 工学版， 2 0 0 6， 4 0 8 1 3 1 51 3 1 9 ． 【 2 】 L i u C L ， L a y l a n d J W． S c h e d u l i n g a l g o ri t h m s f o r m u h i p r o - g r a mm i n g i n a h a r d r e a l t i m e e n v i r o n m e n t[ J ] ． J o u r n a l o f A C M， 1 9 7 3 ， 2 0 1 4 6 6 1 ． 【 3 】N a g h i b z a d e h M， K i m K H _ A m o d i fi e d v e r s i o n o f r a t e m o n o t o n i c s c h e d u l i n g alg o rit h m a n d i t s e fi c i e n c y a s s e s s me n t [ C] ／ ／ P r o c e e d i n g s o f t h e 7 t h I E E E I n t e rna t i o n al Wo r k - s h o p o n O b j e c t -- O ri e n t e d R e a l - T i me D e p e n d a b l e S y s t e m s WO R D S 2 0 0 2 ．S a n D i e g o I E E E C o m p u t e r S o c i e t y P r e s s ， 2 0 0 2 2 8 92 9 4 ． 【 4 】 李菲． 基于 L i n u x 的实时控制系统及实时调度算法的研 究[ D] ． 上海 上海大学， 2 0 0 3 ． 1 ． 【 5 】 孙建中． 0 ／ 1 背包问题动态规划算法的探讨【 J ] ． 现代计 算机， 2 0 0 5 ， 2 2 5 1 2 1 0 61 0 7 ． t 【 6 】 邓宏涛， 朱殉． 0 ／ 1 背包问题的贪心优化解法[ J ] ． 计算 机与数字工程 ， 2 0 0 6 ， 3 4 3 4 8 5 O ． 【 7 】金慧敏， 马良． 遗传退火进化算法在背包问题中的应用 [ J ] ． 上海理工大学学报， 2 0 0 6 ， 2 6 6 5 6 1 5 6 4 ．