使用双向液压锁后液压缸平稳性的改善方法.pdf

2 0 1 1 年 2月 第 3 9卷 第 4期 机床与液压 MACHI NE T OOL HYDRAUL I CS F e b ． 2 0l 1 Vo 1 ． 3 9 No ． 4 D OI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 13 8 8 1 ． 2 0 1 1 ． 0 4 ． 0 4 4 使用双 向液压锁后液压缸乎稳性的改善方法 宋 亚 林 鄂州大学机械 系，湖北鄂州 4 3 6 0 0 0 摘要介绍了双向液压锁的工作原理 ，从结构 、背压力和回油速度、换向阀的中位机能等方面分析在使用双向液压锁 后液压缸出现不稳定现象的原因，并提出了具体的解决措施。 关键词 双 向液压锁 ；液压缸 ；液压锁 紧；背压力 ；中位机能 中图分类号 T H 1 3 7 ． 5 文献标识 码 A 文章 编号 1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 1 41 3 1 2 双向液压锁 又称 双向闭锁 阀 ，在 液压 系统中 ，用 于控制工 作部件 在任 意位置上 的停 留。它能使 液压 缸 的活塞在 行程中的任何 位置被锁紧 ，用途较 广。但 在 实践中发 现 ，采用 双向液压锁后 ，某些液压 系统 中也 常常会 出现一些不稳定现象 ，如液压锁锁不 紧或液 压 锁无法打 开 、液压锁开启压力 大、液压缸活塞 冲击大 以及速度过快及 等问题 。在生产 中 ，应尽量避免这些 问题 ，增强液压缸 的平稳性 。 1 双 向液 压锁 的工 作原 理 如 图 1 所示 ，双 向液 压 锁 由两 个 液控 单 向 阀组 成 ，两个液控 单 向阀共 用一 个 阀体 1和一个 活塞 2 。 当压力 油从 油 口 A流 入 时 ，压 力 油 推 动左 边 阀芯 ， 使左边 的单 向 阀芯 被推 开 ，A到 A ． 导通 。同时压 力 油 向右推动活塞 2 ，使之 向右运动 ，把右 边单 向阀顶 开 ，使 B ． 到 B接通 。由此可见 ，当一 个油 口正 向流 动时 A连通 A ， ，另一 个油 口反 向导 通 B 。 连 通 B ，反之亦然 ；当 A、B口没 有压力 油时 ，反向不 导 通 ，左侧和右侧 阀芯的单 向阀闭锁 ，可靠密封 ，锁住 液压缸进 、出油 口，实现锁紧 。 1’ 2 3 囊 B Bt _匡 士 L 一 一 一 一 a 双 向液 压锁 b 锁 紧 回路 图 1 双向液压锁与锁紧回路 2 不平稳的原 因分析与解决措施 2 ． 1 结构上 的原 因 设液压缸 内径为 D，活塞杆直径 为 d ，双 向液压 锁控制活塞 直径 为 D ，阀心前 孔直径 为 d ， ，液 压缸 无杆腔单缸推力为 F，液压缸进油腔油压 为 P 。 ，液压 缸 回油腔油 压即背压力 为 P ，液 压缸 活塞 有效 面积为 S ，液压缸 有 杆腔有 效 面积 ．s ，则 液压 缸 的 速 比 i S 。 ／S D ／ D 一d 。 如图 1 b 所示 ，当换 向阀左位 工作时 ，液 压缸 无杆腔为进油腔 ，液压缸有杆腔为回油腔 ，液压缸活 塞的受力平衡方 程是 Fpl S 】一 P2 S 2 此时的 “ 开锁 ”条件 是 叮 T D 叮 T p l 。 广 p 2 。 了 i S I ／S D ／ D 一d 由以上 3式 可得 当换向阀右位工作时，液压缸有杆腔为进油腔， 无杆腔为 回油腔 ，液压缸活塞的受力平衡方程是 F pl Sl P2 S 2 此时 的 “ 开锁 ”条件是 丌 r d P l 。 广 P z 。 下 i S l ／S D ／ D 一d 由以上 3 式 可得 F P1 一 S 由式 1 3 2 机床与液压 第 3 9卷 D 1 了 4 比较式 3 、 4 可 知 ，液 压锁 的结 构尺 寸 O 、d 与液压缸尺寸的关系必须满足 譬 5 瓣 由式 5 可知， “ 开锁 ”油 压 P ， 不 仅与液压缸 的负载 F及液压 缸的结 构尺寸 有关 ，还 与液压 锁 的 结构尺寸 D 。 和 d 。 有关 。所 以，在设计液压系统选择 液压锁时 ，必须考虑到液压锁的结构尺寸与液压缸 的 尺寸匹配 ，否则会 出现无法 “ 开锁” 的情况 。 2 ． 2 背压力与 回油流速 的控制 不 当 如 图 l b 所示 回路 ，油缸采用 的是双向液压锁 ， 负载 的运动方向与油缸的运动方 向一致 ，回油前无杆 腔 已形成 较大压力 。设 计油路时 ，一般 回油 口的通径 设计得比较大 ，回油时的平衡背压力小 。 当液压缸无杆腔 回油时，活塞杆加速运动 ，无杆 腔的油路压力快速下降，而液压缸有杆腔油路的压力 也快速下降 ，当有杆腔的压力 降至低于液压锁 的开锁 压力时 ，油缸无杆腔液压锁迅速关闭，油液无法排出， 液压缸活塞便停止运动。而此时液压泵仍 然继续 向油 缸有杆腔供油 ，使有杆腔油路继续升压 ，直 到油路压 力升至液压锁开启压力后 ，再次打开无杆腔液控单 向 阀，使液压缸活塞运 动。这样一来 ，液压缸无杆 腔的 液控单向阀时开时闭，造成液压缸 活塞杆 的运动 时断 时续，必然产生抖动现象 ，同时造成 巨大的冲击压力， 产生冲击振动和噪声 。而且活塞杆 的每一次冲击都会 使液压缸无杆腔至双向液压锁之问产生越来越高的压 力，用来开启双向液压锁的压力也就越来越高。 解决这一 问题的出发点主要是控制回油 的流速和 背压力 ，其措施有 1 加装单向节流阀 。如图 2 a ，这种 方式构 成 了回油节流调速回路 。 2 对于液压缸 活塞 的运动平 稳性有更 高要求 的液压系统 ，可在 回路 中再加装平衡阀。如图 2 b ， 平衡 阀即顺序阀 ，这种方式构成 了平衡 回路 。 f 图 2改进后的液压系统原理图 这两种方法都增加了背压力 ，并控制 了回油的流 速 ，使液压缸活塞下降平稳 ，消除了液控单 向阀因失 压过快 而非正常关闭所带来 的液压缸活塞运动不平稳 的隐患。但平衡阀较贵 ，方案 b 的成本较高。 2 ． 3 换 向 阀的 中位机 能 采用双向液压 锁 的锁紧 回路 ，如果 用 的是 O型 机能 的换 向阀 ，在换 向阀中位时，由于液控单 向阀的 控制腔压力油被封死 ，将会 出现两个不利因素 一方 面 ，当单向阀处 于锁 紧状 态时 ，其控制 口和 A 口在 一 定的时问内仍维持较高的压力 ，以致单 向阀不能迅 速关闭 ，出现锁紧不迅速 的现象 ；另一方 面 ，由于 A 口存在 高压 ，使得阀芯两端反 向压差过小 ，这样在设 备负载波动的影响下 ，单 向阀阀 口会不断处于开合状 态 ，而这种开合状态 又使单 向 阀的 A 口一直处 于高 压状态 ，从 而出现持续锁不住 的现象 ，直至由换 向阀 的内泄漏使控制腔泄压后 ，液控单 向阀才能关闭 ，影 响其锁紧精度 。 所以，在三位换向阀处于中位机能时，应使其两 个液控单 向阀的控制油液迅速卸压 ，液压缸的活塞被 锁紧而停止运动 。采用 H 型或 Y型机能 的三位换 向 阀 ，可 以使液控单 向阀的进油 口和控制油 口均与油箱 连通 ，锁紧效果好 。 2 ． 4油质 的影 响 当油液过 滤精 度 不合适 、油 液质量 较差 时 ，油 液中尘粒会引起双向液压锁内的单 向阀芯或活塞卡 死，从而导致锁不紧或不能开锁等问题 ，影响液压 缸的运动状况 。解 决的方 法是定 期清 洗过 滤器 和更 换 油液 。 3结束语 在选用双向液压锁等液压元件时 ，应该 首先 了解 其结构特点 、使用工况及重要 的性能参数 。双 向液压 锁 比较适合用在低速轻载 等对速度要求 较低 的场合 。 在高速重载及对速度稳定性要求较高的场合，采取一 定的措施 ，仍然能提高液压缸的运动平稳性 ，得 到较 好 的效果 。 参考 文献 【 1 】刘延俊． 液压与气压传动[ M] ． 北京 机械工业出版社 ， 20 0 5 9 41 7 3． 【 2 】王伟． 使用液压锁应注意的问题[ J ] ． 机床与液压， 2 0 0 4 4 1 7 61 7 7 ． 【 3 】时彦林 ， 冯捷， 李鹏飞． 高炉泥炮双向液压锁系统的改进 [ J ] ． 机床与液压 ， 2 0 0 5 1 1 1 5 8 2 0 4 ． 【 4 】朱瑞滨 ， 靳军， 王广怀． 液控单向阀与双向液压锁的正确 选用 [ J ] ． 液压与气动 ， 2 0 0 1 9 2 72 9 ． 【 5 】姜佩东． 液压与气动技术 [ M] ． 北京 高等教育出版社， 20 0 8 1 5 0 11 5．