高压、超大流量液压系统卸压技术的应用.pdf

Hv d r a u l i c s P n e u ma t i c s＆ S e a l s ／ No ．0 5 ． 2 01 4 d o i l O ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 8 - 0 8 1 3 ． 2 0 1 4 ． 0 5 ． 0 1 0 高压、 超大流量液压系统卸压技术的应用 刘宏献 安 阳锻 压机 械工 业有 限公 司 ， 河南 安 阳4 5 5 0 0 0 摘要 该文分别对节流 、 比例 阀、 三级组合逻辑 阀卸压 的技术 进行 了 比较分析 ， 提 出了在高压 、 超大流鼍液压系统 的油缸 、 管道 、 泵 口 等压 力能集聚区采用基于 P L C控制 的小流量 多点快速 卸压技术 ， 有效地解 决了使用 工况 恶劣 、 油液易污染 的情况下大 型锻造液压机 在回程换 向时 的液 冲击 ， 缩短 丁换 向时问 ， 提高了丁作频 次。 关键词 压力能 液压 冲击 卸压 中图分类 号 T H 1 3 7 文献标识码 A 文章编 号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 4 0 5 0 0 3 3 0 3 Un l oa d i n g Te c h no l o g y Ap p l i c a t i o n 0 1 1 Hi g h Pr e s s u r e La r g e F l o w Hy d r a u l i c s S y s t e m LI U Hon g - xi a n A n y a n g F o r g i n g P r e s s Ma c h i n e r y I n d u s t ry C o ． ， L t d ． ，A n y a n g 4 5 5 0 0 0 ， C h i n a Ab s t r a c t I t i s ma i l n l y c o mp a r e a n d a n a l y s i s t o t h r o t t l e v a l v e、 p r o p o r t i o n a l v a l v e、 l e v e l t h r e e c o mb i n a t i o n a l l o g i c v a l v e o n t h i s a r t i c l e ． P r o p o s i n g t h a t s ma l l fl o w mu h i p o i n t r a p i d u n l o a d i n g t e c h n o l o g y b a s e d o n P L C c o n t r o l a t h Ji g h p r e s s u r e、 l a r g e fl o w h y d r a u l i c s y s t e m 、 h y d r o c y l i n d e r 、 p i p e、 p u mp i n l e t e c t p r e s s u r e c o n c e n t r a t i o n a r e a ． E f f e c t i v e l y s o l v e t h e l a r g e f o r g i n g h y d r a u l i c p r e s s ’ h y d r a u l i c s h o c k w h i l e i t r e t u r n r e v e r s i n g o n wo r e s w o r k i n g c o n d i t i o n a n d o i l e a s i l y p o l l u t e d c o n d i t i o n ． S a v i n g t h e r e t u r n r e v e r s i n g t i me， r a i s i n g t h e wo r k i ng f r e qu e nc y ． Ke y wo r d s p r e s s u r e e n e r g y ； h y d r a u l i c s h o c k； u n l o a d i n g 0 引言 液压技术广泛应用于机械行业 的各个领域 ．随着 微 电子技 术 的发展 ． 液 压 技术 达 到 了飞跃 式 的发 展 ． 特 别是在锻造设备 自动化领域 ． 发挥 了不可取代的作用 锻造液压机 的液压系统是一种典型的高压、大流量 系 统 ．其工作原理是依靠液压缸输出的静压力让锻件产 生塑性变形 ． 输 出力从几百吨到几万吨不等 ， 在锻造大 型 自由锻件上有不可 比拟的优势 该类设备具有生产 效率高 、 无噪声污染 、 无振动 、 工作环境好 的优点 ， 因此 锻造液压机的应用越来越来广泛。但是 。 由于锻造讲究 的是趁热打铁 ． 特别是一些合金锻件 ． 锻造温度范围非 常窄I ， 可锻造时间较短 ． 不仅要求输出力大 ， 而且压制 速度要快 ． 工作频次达到 1 2 0次／ mi n 。在每次的压制后 缸体 内的高压油存储着非常大 的能量 ．这部分能量在 快速高频次换 向过程 中将产生很大的液压冲击力和放 炮声 ． 引起设备的急剧振动和噪声 ． 这些 冲击力作用在 管道 、 油缸 、 液压元件 、 密封件等身上 ， 从而造成接头 、 油缸 、 管道 、 管卡 、 系统焊接部件断裂 ， 产生泄漏等生产 收稿 日期 2 0 1 3 0 9 2 2 作者简介 刘宏献 1 9 6 6 一 ， 男 ， 河南安 阳人 ， 高级 lT程师 ， 学 士， 主要从事 液压机械的研究与开发。 事故 ， 使设备故障率 、 危险性增高 。因此 ， 如何解决高 压 、大流量工况下液压系统内压力能的快速泄压是锻 造 液 压机 实现 高频 锻造 的重要 问题 1 高压卸压 的基本 回路技术分析 1 ． 1 节流 阀 、 预卸 阀 组成 卸压 回路 在 中、高压液压系统 中解决液压冲击 的技术 主要 有以下几种模式 ．一是在主 回路换 向阀的的先导控制 回路 设 置 节 流阻 尼 塞 或可 调 节 阻尼 节 流 阀 ．调 整换 向 时 间 ． 控 制 主 阀芯 开 口由小 到 大缓 慢 逐 步开 启 来 释放 系统 内的能 量 ． 在 换 向 的同 时实现 卸压 。二是 在压 力 能 的集聚区的进油 口安装带预卸压 阀芯的液控单 向阀 ． 当活塞 回程时 ．控制压力油首先打开液控单 向阀的预 卸压 阀芯 ． 使缸内压力能卸压 ． 然后打开液控单 向阀的 主阀芯实现无 冲击 回程 三是在压力能集聚区设置节 流阀专用卸压回路 ．卸压快慢可 由节流 阀开 E I 大小决 定[ 3 1 。工作时， 卸压回路优先接通 ， 当系统 内压力能释放 到设定值 时。 才允许执行下一个动作 。 这些卸压技术 的实施 比较简单方便 ．比较适合用 于压力高 、 流量小 流量 ≤2 0 0 L ／ m i n ， 存储能量 比较小 油缸直径 ≤ 5 0 0 mm 的液压系统 。在系统设计时， 这 些技术既可单独使用 ． 也可多项组合使用 ． 以达到较佳 33 液 压 气 动 与 密 封 ／ 2 0 l 4年 第 0 5期 的卸压效果 ， 解决一些系统压力能 比较高的卸压难题。 1 ． 2电磁 阀 、 插 装 阀组成 三级 卸 压 回路 见 图 1 l I ＼ 广 E 圆 ． 、 ＼卤 一 _ J I j P} 4 5 l 一 先导 控 制 电磁 阔2 一 一 级 卸 压 阀 3 一 三 级 主 卸 压 阀 4 - 二级控制液动阀5 - --级卸 压阀 图 1 三级卸压 回路 三级卸压 回路主要 由先导电磁球阀和二通逻辑插 装阀组成 ， 其工作原理是 首先通过 先导球 阀 l得电 ， 使插装 阀 2开始开启 ， 最初开 口很 小 ， 实现一级 卸压 ， 同时主卸压插装 阀 3的控制压力油经过节流孔缓慢释 放 ， 主卸压插装阀 3缓慢开启 ， 缸内高压油通过插装阀 3慢速 向油箱 内卸压 ． 实现二级卸压 ， 当系统 内压力下 降到液动阀 4的调定压力时 ， 液动阀 4依靠弹簧复位 ． 插装 阀 5打开 ， 从 而使主排液插装阀 3迅速开启 ， 缸 内 压力油快速排向油箱。通过这种多级卸压 ． 使工作缸迅 速释放 能量 ．大大减少了液压系统的冲击和降低 了噪 声[ 4 1 。 在调试过程 中可通过调节插装阀 2减小一级卸压 油 口和降低液动阀 4的调定压力来减小系统 的冲击和 噪声 ， 但是却延长 了卸压时间 ， 降低工作频次 。而且这 个调节度要 由专业人员现场调节 ．整体效果依赖现场 调试人员的能力和操作者的操作水平 高低 并且随着 油液的粘度 、 油温的高低 、 季节 的变化都可能导致卸荷 效果 的变化 ， 重复出现冲击和噪声 ， 性 能不太稳定 ． 需 要经常根据实际使用工况进行反复调整 该项卸压技术 的特点是 卸压 回路主要 由二通逻 辑插装阀和电磁球 阀组成 ．这两种液压元件耐污染性 能好 ， 能够适应污染严重锻造环境 ， 一般在油泵 口安装 过滤精度不低于 1 0 0 t x m的粗滤 网就 能够满足使用 要 求 ； 第二是先导电磁球阀得 电后 ． 卸压 回路依靠 内部液 压压力控制循序快速卸压 ．时间随着系统内压力变化 而变化 ， 能够在较短 的时间内完成卸荷 第三是 由于采 用三个通径差别大的卸压插装阀 ．能够分级快速大流 量的卸压。这种技术一般用于要求不高的高压 、 大流量 液压系统的集 中卸压 ．在锻造液压机 系统中使用 比较 普遍 。 3 4 1 ． 3 比例节 流 阀控 制 的比例 卸压 回路 见 图 2 1 一 主阀2 一 先 导控 制比例阀3 一 比例放大器 图 2比例卸压 回路 比例 卸 压 回路 主要 是 由 比例节 流 阀控制 的一 种 卸 压技术 ． 一般安装在油缸 、 主要管道等能量主要集 聚区 附近 ． 其工作原理是 由压力传感器采集 的系统内压力 信号适时转变为 电信号 ． 该信号通过 P L C传输 给， 放大 器 3即对 的电磁铁提供一适量的电流 ．电磁铁即可按 输入信号f 电压或 电流 的变化成 比例地控制先导 阀 2 的阀芯位置 ． 从而控制主阀 1的开 口大小 ， 来进行卸压 流 量 的控制 ， 能 够在 最 短 时 间 内实 现无 冲击 、 无 噪 声 快 速 卸 压 这 种 卸 压技 术 的稳 定性 取 决 于 液压 油 的 清 洁 度 、 电子技术水平 的高低 ， 同时要求安装位置环境无振 动 。但是 ． 锻造车间的工作环境一般 比较恶劣 ， 粉尘 、 振 动污染严重 ． 比较难 以长时间保证液压油 的清洁度 ， 另 外 车间 内其他锻 造设备 和设备 本身产生 的机械振动 、 液压 系统 内液 流产生的冲击 ．容易造成 比例阀的稳定 性差 ． 不能正常工作 ． 因此对设备的外部工作环境要求 较高 。 比例卸压技术 的特点是 该 系统采用闭环控制 ， 仅 跟输入信号有关 ， 性能稳定 。 卸压 响应 时间快 ， 动态性 能好 ．通过对 比例 阀组件比例斜坡时间的调整能够控 制卸压 的速度和卸压压力的切换过渡 时间1 5 1 ． 使液压缸 内的压力能卸压快速平稳 ．整个卸压过程快速 、无冲 击 、 无噪声 ， 在一些性能要求 比较高 的锻造液压机的系 统上使用 ． 相对于三级卸压系统维护成本较高 。 2 基于 P L C控制的多点 、 小流量快速卸 压新 技术 锻造液压机的工作油缸不仅直径大 、 数量多 ， 而且 管道数量也 多 、 直径也大 、 长度 非常长 ， 系统 中通 过各 种功能阀把油缸 、 管道分成 多个封闭的空间， 每个封闭 空间在高压压制后都存储有 巨大的压力能 ．任何一个 封闭腔 内的压力能不能够释放掉 ．都能在下一个循环 工作 中产生冲击和噪声。因此 ． 能否把液压系统 内的压 力能完全释放是直接关系到设备性能的优劣关键 。 在系统内压力能一定 的情况下 ．产生液压 冲击力 Hv d r a u l i c s P n e u ma t i c s＆ S e a l s ， NO ． 0 5 ． 2 01 4 d o i l O ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 8 - 0 8 1 3 ． 2 0 1 4 ． 0 5 ． 0 1 1 轴向液压柱塞泵的柱塞和滑靴设计中的一些问题 梁娟． 黄栋源 南京金城液压工程有限公司， 江苏 南京2 1 0 0 0 2 摘要 文章描述了如何确定柱塞和滑靴的一 些重要 尺寸 。 也解释 了设计和产品 中的一些问题 。 关键词 液压泵 ； 柱塞 ； 滑靴 ； 设计 中图分 类号 T H1 3 7 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 4 0 5 0 0 3 5 0 3 S o me Qu e s t i o n s i n De s i g n o f P i s t o n a n d S h o e f o r A x i a l Hy d r a u li c P i s t o n P u mp s L l ANG J u a n． HU ANG Do n g - y u a n N a n j i n g J i n c h e n g Hy d r a u l i c E n g e e r i n g C o ． ，L t d ． ，N a mi n g 2 1 0 0 0 2 ， C h i n a Ab s t r a c t Ho w t o d e c i d e s o me i mp o r t a n t d e me n s i o n s i n t h e p i s t o n a n d s h o e o f a x i a l p i s t o n p u mp s a x e d e s c r i d e d i n t h e p a p e r ． S o me q u e s ti o n s i n d e s i g n a n d p r o d u c t i o n a r e e x p l a i n e d a l s o ． Ke y wo r d s h y d r a u l i c p u mp； p i s t o n； s h o e ； d e s i gn 0引言 我国液压件生产 的规模 比较大 ， 但生产厂 比较小 ， 收稿 日期 2 0 1 4 0 3 1 3 作者简 介 梁娟 1 9 7 1 一 ， 女 ， 辽宁大连人 ， 高级工程 师 ， 硕士 ， 主要从事液 压产 品研制 。 具有 自主知识产权的产 品不多 ．具有独立研发能力 的 单位也不多。液压件在生产、 使用 中暴露的问题也比较 多， 如柱塞泵的柱塞卡死、 滑靴磨损等问题在使用 中经 常发生 ． 除 了有一些客观原 因外 ， 有些问题是设计原始 状态不完善 ． 这是多方面原 因造成 的。近年来我们对多 种型号 国内外轴 向柱塞泵产品的柱塞和滑靴 的图纸尺 及噪声的大小与瞬时打开管道 的直径大小有关 ．开启 的卸压 口径越大 ． 卸压冲击力和噪声越大 ． 而卸压 时间 越短。多点、 小流量快速卸压技术是通过将一个大 口径 的集 中卸压点 ， 分解为多个小 E l 径卸压点 ， 合理选择卸 压点 的位置 ．由P L C集 中控制所有小通径二通插装 阀 同时卸压 ， 分散液压冲击力及噪声 ． 实现液压系统快速 无噪卸压 ． 有效地防止 了液压冲击。 具体 实施方 案是在锻造 液压 机 的系统 内的主管 道、 主缸 、 泵出 口等压力能集聚区分别安装有多个小流 量 通径 卸压 阀， 卸压 阀由二通插装 阀和先导控制 电 磁阀组成 。各卸压 阀与主管道 、 主缸 、 泵 出 口等压力能 积聚区短管相连[6 1 ． 由压力传感器采集系统 内的压力卸 压信号 ． 通过屏蔽电缆传输到 P L C控制器 ， P L C通过对 压力信号的 比对后选择卸压所需 的最短时间 压力与 卸压 时间的关 系提前输入 。 并把卸压 电信号传输给各 个卸压阀同时卸压 ． 实现多点小流量快速卸压。 对于大型锻造液压机系统 ．为 了达到最佳卸压效 果 ． 而用数量最少的卸压阀 。 可同一 区域安装多个不同 通径的卸压阀． 在 P L C中设置多级卸压时间段 ． 每个时 间段控制不同通径的卸压 阀， 实现多级快速无噪卸压。 3 结束语 P L C控制 的多点、 小流量快速卸压新技术 ， 充 分发 挥 了液压和电气相结合 的最佳功能 ．简单经济地解决 了大 型液压 系统 内多区域高压力 能的快速卸压 问题 。 该技术 目前应用于 四柱锻造液压机领域 ，有效提高了 锻造液压机的锻造频次 ．减少了在工作过程 中的液压 冲击和噪声 ．降低了机器故障率 。并具有调试方便简 单 ， 维护成本低 ， 可靠性高的优点。 参考文 献 [ 1 1 陈路． 新编锻压精密技术 实用 手册[ M 】 ． 北京 北京科海 电子 出 版社 ． 2 0 0 3 ． 【 2 】 裴 学智． 液压 冲击 消除措施 的探讨 与应 用[ J ] ． 液 压气动 与密 封 ， 2 0 1 0 ， 2 9 1 1 ． 『 3 1 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 】 李金苑 ， 王汝 宁． 最新锻造工 艺技术 、 质 量检测与标准规范实 务全书[ M】 ． 北京 当代 中国音像 出版社， 2 0 0 3 ． [ 5 】 朱 瑾 ， 曾 良才 ， 陈新元 ， 兰伟 ． 比例 控制技术 在干粉 自动成型 液压机中的应用[ J ] ． 液压气动与密封， 2 0 0 9 ， 1 4 0 - - 4 2 ． [ 6 ] 俞新 陆 ． 液压 机 的设 计 与 应 用[ M 】 ． 北 京 机 械 工业 出版社 ， 2 0 0 6 ． 35