插装阀在液压式三辊卷板机上的使用性能分析.pdf

2 0 1 3年 1 月 第 4 1卷 第 2期 机床与液压 MACHI NE TOOL HYDRAUL I CS J a n ． 2 0 1 3 Vo 1 ． 4 1 No ． 2 D O I 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 3 8 8 1 ． 2 0 1 3 ． 0 2 ． 0 4 2 插装阀在液压式三辊卷板机上的使用性能分析 宋 亚 林 鄂州大学机械系，湖北鄂州 4 3 6 0 0 0 摘要在分析插装阀的结构及工作原理后，介绍它在液压式三辊卷板机上的应用。并与采用叠加阀块的方案相比较， 分析其优势与不足。 关键词液压；插装阀；叠加阀块；三辊卷板机 中图分类号T H 1 3 7 文献标识码A 文章编号1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 3 21 2 2 2 插装阀是一种以二通型单向元件为主体、采用先 导控制和插装式连接的液压控制元件。由于它具有主 阀芯质量小、行程短、动作迅速、响应灵敏、结构紧 凑、工艺性好、工作可靠、寿命长等特点，特别适合 于要求高速切换、对密封性能要求较高的高压、大流 量 系统 。 1 插装阀的结构及原理 插装阀的结构及图形符号如图 1 所示。它由控制 盖板、插装单元、插装块体等组成。插装阀的工作原 理相当于一个液控单向阀，图中 A和 B为主油路仅 有的两个 工作 油 口，K为控制油 口 与先导 阀相 接 。根据需要 ，在控制盖板 内可以嵌装各种微型先 导控制元件 如梭阀、单向阀、插式调压阀等 ，与 先导控制阀结合可以控制插装件的工作状态。 K B 控制 盖板 阀套 弹簧 阀芯 插装 块 体 a 结构 原理 图 b 图 形符 号 图1 插装阀及图形符号 插装阀的工作状态由作用在阀芯上的合力的大小 及方向决定。如 图 I a 所示，A 、B为主油路工作 腔，K为控制腔 ，若 A、B 、K三腔的工作压力及其 作用面积分别用 P 、P 、P x 和 A A A 表示，F 。 为弹簧作用在阀芯上的力，则有合力 ∑F p K A Kp A AA p B AB F s 当合力为正，即 ∑ F0时，阀芯关闭；当合力 为负，即 F0时，阀芯开启 ；当合力为 零，即 ∑ F 0 时，阀芯处于平衡位置。 合力的大小一般取决于 K口，当 K口无液压力 作用时，阀芯受到的向上的作用力大于弹簧力，阀芯 开启，A与 B相通，至于液流的方向，视 A、B口的 压力大小而定。反之，当 K口有液压力作用 ，且 K 口的油液压力所产生的推力与弹簧力之和大于 A口 和 B口的油液压力产生的推力之和时，才能保证 A 与 B之 间关闭 。 2 插装阀在液压式三辊卷板机上的应用 2 ． 1 液压式三辊卷板机的工作原理 液压式三辊卷板机是一种将金属板材卷弯成筒 形、弧形、锥形或其他形状制件的通用设备，该设备 根据三点成圆的原理，利用工作辊的相对位置变化和 旋转运动 ，使板材产生连续的塑性变形 ，以获得预定 形状的制件。它 由工作辊 两根下辊、一根上辊 、 机架、传动系统、机座等组成。两根下辊的间距 固 定 ，由电动机与减速器驱动，为主动辊。上辊为从动 辊 ，可垂直升降，上辊的垂直升降由安装在左、右机 架上的液压缸即液压主缸驱动。 2 ． 2原设计方案的结构及原理 某厂生产 的 W1 1 - 1 1 04 0 0 0型卷板机液压系统 的工作压力 1 0 M P a ，最高工作压力 1 6 M P a ，其主泵 源流量为2 0 0 L ／m i n ，在设计液压系统时，考虑到流 量和压力较大，将原来的叠加阀块设计方案改为采用 二通插装阀及集成式阀块设计方案后，实现了液压系 统 的响应快、节能 、低污染等 目标 。 这里以该卷板机的主缸 1 油路为例该油路设计 方案的组成及特点如图2所示，原设计方案采用叠加 阀块设计，其基本思路是 ，油泵的来油经过阀块 1 的 溢流阀调压，实现压力控制 ；阀块 2中的换向阀用来 实现方向控制 ；在阀块 3中各有一对液控单向阀组成 液压锁 ；阀块 4的进回油路中各有一个节流阀和单向 阀组成进油节流调速回路；阀块 5中，有一带单向阀 的顺序阀组成主缸加压 的平衡 回路。当 1 D T失电、 收稿日期2 0 1 1 1 11 8 作者简介宋亚林 1 9 6 4 一 ，男，副教授，研究方向为机械设计与制造。E ma i l w i d e s e a 8 8 1 2 6 ． c o m。 第 2期 宋亚林插装阀在液压式三辊卷板机上的使用性能分析 1 2 3 2 D T得电时，换向阀2下位工作，油泵来油经溢流阀 1 调压，经换向阀2 一液压锁 3 一节流阀 4 一液压缸 6 无杆腔，回油从有杆腔经平衡阀5调压一节流阀4 一 液压锁 3 一换向阀 2 一 回到油箱 ，此时 ，活塞杆调速 下行 主缸加 压。 ⋯ ⋯ 。 ； 一一 ～ 一 I 2 2D l 、2 、3 、4 、s _ _ 含有液压 阀 的阀块 6 一液压 缸 T l_ 一⋯一． ． P 图2 采用叠加阀块的原卷板机局部液压回路 当换向阀2上位工作时，油泵来油经溢流阀 1 调 压，经换向阀2 一液压锁 3 一节流阀4 一单 向顺序阀 5 一液压缸 6有杆腔 ，回油从有杆腔经节流阀4 一液 压锁 3 一换向阀2 一回到油箱，主缸活塞杆经调速上 行回位。当换向阀 2中位工作时，原位停止，液压锁 锁紧活塞杆运动。 2 ． 3 新方案的结构及原理 采用插装阀后的设计方案如图3所示。 1 、2 、3 、4 、5 - - 插 装阀6 一 先导 换向阀7 _ - 液压缸 图 3 采用插装阀后的卷板机局部液压回路 该局部液压回路中采用了5 个插装阀，通过合理 配置 ，实现了所需的功能。 2 ． 3 ． 1 换 向功能 换向功能 由插装阀 1 、2 、3 、4组合实现 如图 3 。当 1 D T失 电、2 D T得 电时 ，先 导换 向 阀 6右 位 工作 ，此时，插装阀 1的控制油 口与低压信号 T相 通 ，由于插装阀的开启与并闭取决于合力 ∑ F的大 小 ，因而插装阀 1开启 ，主油路 P B，A的回油压 力作用在插装阀3上 ，当油压超过控制盖内的顺序阀 时，插装阀3开启，主油路 A T，主缸 1 活塞杆下 降；此时，插装阀 2 、4的控制油 口与油路 P相通， 插装阀 2 、4的阀 口关 闭。当 1 D T得电、2 D T失电， 先导换向阀 6左位工作时，插装阀2 、4的控制油口 与低压信号 T相通 ，插装阀 2 、4开启，主油路 P A 、B T，主油缸上升；此时，由于插装阀 1 、3的 控制油口与高压力信号相通 ，插装阀 1 、3的阀口关 闭。当 1 D T 、2 D T皆失 电时，先导换向阀 6中位工 作 ，插装阀 1 、2 、3 、4的控制阀口与高压信号相通， 阀口皆关闭，主油路 A 、B、P 、T彼此不通。主油缸 停止不动，且有一定的自锁性。 2 ． 3 ． 2 节流调速功能 在插装阀 1 、2的阀盖上各增加一锥形阀行程调 节器以调节锥形阀开口的大小，这样就形成 了方向、 流量控制插装 阀 如图 3 。如上所述，当先导换向 阀6右位工作，插装阀 1的控制油 口与低压信号 T相 通，插装阀 1开启，主油路 P B时，由于插装阀 1 有流量控制功能，因而实现了进油节流调速功能。同 理，当插装阀2开启 ，主油路 P 一 十 A时，由于插装阀 2有流量控制功能，也实现了进油节流调速功能。 2 ． 3 ． 3 调压与平衡功能 调压功能由插装阀5及其控制盖板中的先导溢流 阀来实现，当系统的油压超过先导溢流阀口的调定压 力时，插装阀5打开，压力油由插装阀 5 流回油箱。 平衡功能由插装阀3及其控制盖板上的单向阀及 先导顺序 阀来实现 。如 图 3所示 ，当先导换 向阀 6右 位工作 ，主油缸加压 ，有杆腔回油需要从 A T时， 由于单向阀的作用，插装阀的控制油口不能直接与低 压信号相通，插装阀 3的油口不能直接打开，只有当 油压高过先导顺序阀调定压力时，插装阀 3油 口打 开，才能实现油液 A T ，从而实现平衡功能。 3 两种设计方案的相比 从高压、大流量的角度看 ，由于插装阀具有可降 低液阻和压力损失、利于提高系统效率 、启闭灵敏、 密封性好等优点 ，所以在高压、大流量的液压缸控制 系统中，用插装阀组成的控制回路更具有优势。 从密封性上看，普通滑阀是依靠间隙，用封油长 下转第 1 4 0页 1 4 0 机床与液压 第 4 1 卷 最小值 工件 8 9 ． 4 0 4 7 m m与标准值 9 ． 4 0 0 0 ． 1 5 0 0 m l T l 的差值分别为 0 ． 1 2 6 m i l l 上偏差值与 0 ． 2 9 1 m m 下偏差值 、一 0 ． 0 1 0 3 m i l l 上偏差值 与 0 ． 1 5 4 7 m i l l 下偏差值 。而 0 ． 1 2 6 fi l m、0 ． 1 5 4 7 1T i m值在误差允许范围内 小于 0 ． 2 7 5 m lT 1 ，且均值 9 ． 4 6 4 9 m m与 F 1 0 0 0面标准值的差值为 0 ． 4 4 9 13 1 1 13 小 于 0 ． 5 m lq o ，可 执 行 对 刀程 序 ，将 F 1 0 0 0往 里 切 0 ． 5 mm。 2结论 通过试验分析 ，得出改进后 的缸盖座 圈孑 L 深度工 艺有 如下优点 1 成本低。整个 自动站改造并未多加任何设 备，只在原有设备基础上进行改造，实现了半 自动化 向全自动化的迈进。把缸盖测量站的测量数值变成定 值，取代之前的传感器输入方式，一方面消除了因为 故障带来的整个 自动站无法动作的影响，一方面减少 设备投入，成本有效降低。 2 效率高。生产节拍大大缩短 ，在原有测量 原理的基础之上 ，采用平均值补偿测量法，使产品合 格率大大提升，具有 良好的应用性，整个 自动站的生 产效率得到了极大提高。 3 可靠性高。由于没有 了人员的频繁操 作， 使得放错缸盖型号的可能性大大降低，也避免了设备 的过度磨损，极大地降低了缸盖测量站对于整线生产 的影响 。 参考文献 【 1 】杨连升． 内燃机设计[ M] ． 北京 中国农业机械出版社， 1 98 1． 【 2 】 杨晓辉． 简明机械实用手册 [ M] ． 北京 科学出版社 ， 2 0 0 6 ． 【 3 】吕 靖． 缸盖、 测量加工对刀的实用工具 [ J ] ． 金属加工 ， 2 0 1 0 2 2 3 4～3 5 ． 【 4 】 李承谦． 通益绿眼溉气道通派腿迎量政谬愉[ J ] ． 内燃 机 ， 1 9 9 7 3 2 8 3 0 ． 上接 第 1 2 3页 度来保持密封性能，但本质上是具有内泄漏的结构。 插装阀是座阀式的结构，阀芯行程短 ，配合间隙小 ， 密封长度长，其本身的内泄漏远比滑阀式结构要小得 多，所以插装阀回路的密封性 比由普通滑阀组成的叠 加阀回路密封性好。 从维修管理上看，虽然插装阀耐磨性好 ，使用寿 命长， 故障少，用其组成的系统工作可靠性高。但 是，原叠加阀回路方案更简单，安装空问不大，配 管、油漏和管道振动等引起的故障相对不多，能简单 地改变回路 、更换元件，维修很方便。而采用插装阀 及集成式阀块设计方案后，回路变得复杂，必须安装 的元件数量增多了，需要密封的油口增多，可能的故 障点增多而且更加隐蔽，增加了故障诊断与维修的难 度 。 参考文献 【 1 】李百炼． 二通插装阀的结构、 原理及其在液压机上的应 用[ J ] ． 装备 ， 2 0 0 9 1 2 7 6 7 9 ． 【 2 】黄人豪． 二通插装阀的结构原理和功能分析[ J ] ． 液体 流动与控制， 2 0 0 4 9 4 4 4 6 ． 【 3 】 冯长印， 王琳． 二通插装阀方 向油路设计中的几个问题 [ J ] ． 佛山陶瓷， 2 0 0 4 6 2 9 3 2 ． 【 4 】 朱梅， 朱光力． 液压与气动技术[ M] ． 西安 西安电子科 技大学 出版社 ， 2 0 0 4 6 6 7 7 ． 上接第 1 3 3页 在油缸有杆腔支路增加了两位三通电磁换 向阀 Y V 1 0 ，型 号 3 WE 6 A 6 1 ／ C G 2 4 N 9 Z 5 L ，将 其 与 阀 Y V 8 并联联动。并且更换密封件、阀组 ，清理管路 、 接头，修理油缸内腔，校直活塞杆，研磨前虎钳导轨 和虎口支座，保证了油路顺畅，减少夹紧时阻力。 启动变量叶片泵，将减压阀压力调定为 33 ． 5 M P a ，电磁阀 Y V 8通电，电磁阀 Y V I O通电，电磁阀 Y V 9不通电，液压油通过电磁阀Y V1 0回到油箱，推 动油缸向左夹紧。当阀 Y V 9通电、阀 Y V 8不通 电、 阀 Y V 1 0 不通电时，推动油缸向右松开，液压油通过 Y V 9回油箱。当 3组阀均不通电时，形成保压系统， 对油缸起定位作用。前虎钳夹紧时间变为 1 0 s ，夹紧 力增加到F 2 p a 3 MP a 8 0 m m 1 T ／ 41 5 0 7 2 N， 可以单独夹紧使用。 4结束语 经过对带锯床 G Z K 4 0 5 0液压系统的改进 ，在实 际使用过程中，满足了前虎钳单独夹紧割锯长度小于 2 0 0 m m毛料 的需要 ，提 高了毛料利用率和工作效率 ， 为企业节约了成本 ，增加了效益。以割锯棒料 4 5号 钢 0 0 2 0 0为例，一年可以节约成本 3 1 0 4 6 4元。 参考文献 【 1 】 章宏甲， 黄谊． 液压传动[ M] ． 北京 机械工业出版社 ， 2 0 0 6 ． 【 2 】 机修手册 第 3版编委会． 机修手册[ M] ． 3版． 北京 机械工业出版社 ， 1 9 9 3 ．