多缸液压系统中压力阀的应用研究.pdf

第 2 8 卷第 7期 2 0 O 7年 7月 煤矿机械 Co a l Mi n e Ma c h i n e l V0 1 ． 2 8 No ． 7 J u J ．20 07 多缸液压系统中压力阀的应 用研究 成红梅 山东建筑大学 机电学院，济南 2 5 0 1 0 1 摘 要 多缸液压系统极 易因压力 阀使用不 当而产生干涉。通过几例故障分析 ， 对溢流阀、 减 压 阀和顺序阀的应用进行 了研究。指出在 多缸液压 系统中， 应合理选择顺序阀类型、 考虑各压力阀 之 间的压力匹配及减压阀减压不稳定对 多缸动作的影响。 关键词 液压 系统；压力阀；干扰 中图分类号 T HI 3 7 文献标志码 B 文章编号 1 0 0 3 0 7 9 4 2 0 0 7 0 7 0 1 4 9 0 3 Ap p l i c a tio n a n d Re s e a r c h o n Pr e s s u r e Va l v e i n M u l ti c y l i n d e r Hy d r a u l i c S y s t e m CHE NG Ho n g me i E l e c t r o m e c h a n i c a l C o ll e g e o f S h a n d o n g U n i v e r s i t y o f A r c h i t e c t u r e I J i n a n 2 5 0 1 0 1 I C hi n a Ab s t r a c t I n t e r f e r e n c e a l e e a s i l y c a u s e d i n mu l t i c y l i n d e r h y d r a u l i c s y s t e m f o r mi s u s e o f p res s u re v alv e．Th e a p p l i c a t i o n o f p r e s s u re r e l i e f v alv e，p r e s s u r er e d u c i n g v alv e a n d seq o e n c e v alv e a l e r e s e a r c h ed t h r o u g h a ri a l y z i n g e x a mp l e s of f a i l u re ．I t i s p o i n t ed o u t t ha t i n mu l t i c y l i nd e r h y d r a uli c s y s t e m ， the t y p e of s e q u e n c e v alv e s h o u l d b e sel e c t ed rea s o n a b l y．Th e p res s u r e of p res s u r e v alv e s h o u l d ma t c h w i t h e a th o the r an d the a ffe c t i o n of p r e s s u re u n s t abi l i t y of p r e s s u re r e d u c i n g v alv e o n c y l i n d e r s s h o uld be c o n s i d e r e d． Ke y wo r ds h y d r a u l i c s y s t e m ；p res s u re v alv e；i n t e rf e re 0引言 在液压设备 中， 常常采用一个液压泵驱动多个 液压缸 ， 以实现工作部件的特定功能。这种 系统节 省元件 ， 结构紧凑 ， 能量可得到充分利用。通常采用 顺序阀控制各执行元件的顺序动作 ， 采用溢流阀控 制调节系统压力 ， 采用减压阀满足某些分支油路的 压力要求。由于多缸系统 回路复杂 ， 各 油路之间极 易产生相互干扰而使压力 阀误动作 ， 导致系统工作 循环紊乱。因此 ， 在设计这类系统时 ， 必须重视压力 阀的合理选择 与应用 ， 保证液压系统工作 的可靠性 和稳定性。 1 合理选用顺序阀的控制方式 顺序阀用来控制执行元件的先后运动顺序 ， 按 照控制方式不同分为内控式顺序 阀和外控式顺序阀 2类。对于只进行顺序控制 的液压 系统 ， 顺序 阀的 选用一般没有 问题 ， 对于同时需要进行速度和顺序 控制 的液压系统 ， 选用顺 序阀时应慎重考虑其控制 方式 ， 以免造成液压缸的运动干涉。 某设备要求液压缸 A先 动作 ， 当其完成 动作后 液压缸 B再动作 ， 并且要求缸 A速度能够调节 。 按照设计要求 ， 图 1 a 所示液压系统 由定量泵 供油 。 液压缸 A采用进油节流调速 回路调节速度 ； 液压缸 B前安装了顺序阀， 控制缸 A和缸 B的动作 顺序。从工作原理上看似乎没有问题 ， 然而实 际运 行时 ， 2 个液压缸顺序动作不正常， 当电磁换向阀通 电， 处于左位工作时 ， 液压缸 A和 B基本同时动作 ， 未能达到设计要求。经过分析发现 ， 液压缸 A通过 节流阀进行速度控制 ， 系统 中的溢流阀起定压和溢 流作用 ， 因此回路一定是一恒压回路 ， 其压力由溢流 阀调定 。而液压缸 B前安装 的是内控式顺序阀， 这 种阀直接利用阀进 口处的油压力来控制 阀芯动作 ， 开启压力只能小于或等于溢流阀调定压力。在溢流 阀溢流时 ， 系统工作压力已达到打开顺序阀的压力 ， 使顺序阀开启 ， 在液压缸 A运动时 ， 液压缸 B也开 始动作 。使用这种类型 的顺序 阀， 只能使 液压缸 B 不先动作 ， 但实现不了液压缸 A动作后 B再动作 的 要求 。 蹲 ． ． ． ． a J 【 b J 图 1 采 用顺序 阀的顺 序动作回路 1 改进后 的液压系统如 图 1 b 所 示。将顺序 阀 由内控式改为外控式 ， 并将其外控油路接在液压缸 A与节流阀之间 ， 顺序阀启闭由液压缸 A的负载压 力决定， 与顺序阀的进口压力无关。因此， 将外控顺 序阀的控制压力调得 比液压缸 A的负载压力稍 高 _ 。 1 4 9-_ 维普资讯 V o 1 ． 2 8 N o ． 7 多缸液压系统中压力阀的应用研究成红梅 第 2 8卷第 7期 一 点。当液压缸 A运动到终点时 ， 回路中压力迅速 增高， 当达到外控顺序阀的控制压力时， 顺序阀打 开， 液压缸 B开始动作， 这样就能实现设计要求的 顺序动作。 2 保证溢流阀和顺序阀的压力调定值匹配 多缸液压系统涉及 的压力 阀往往比较多 ， 各压 力阀压力调定值 的匹配尤其是溢流 阀和顺序阀的压 力匹配对系统的正常运行至关重要 ， 不 同的系统应 根据实际情况对各种压力阀进行正确地 调整 ， 合理 地确定设定值。否则 ， 尽管系统设计上没有什么问 题 ， 也会因参数调整不当造成系统达不到设计性能。 图2 为某专用机床液压系统， 液压缸 A 和缸 B 按照①一②一③一 ④的顺序动作 ， 为此系统 中设置 了2个顺序阀， 其中顺序 阀 2控制液压缸 A 在液压 缸 B 向右运动到终点后再动作 ； 顺序阀 1 控制液压 缸 A 在液压缸 B 返 回到初始位置 时再开始 回程运 动 。在系统运行 中发现液压缸 A 的运动速 度 比预 定的速度慢。 图 2采 用 顺 序 阀 的 顺 序 动 作 回 路 2 一 般来说 ， 液压缸运动速度 比预定速度慢 的常 见原因是液压泵流量不足 ， 或者是泄漏严重 ， 包括阀 内泄漏 、 液压缸内泄漏等 ， 但是经过检查 ， 不属于此 类原 因。而在检查溢流阀的 回油管时发现， 当液压 缸 A 运动时， 有大量油液从 回油管流 出， 可见溢 流 阀开始溢流 ， 由此判定是溢流 阀与顺序 阀的压力调 定值不匹配引起了上述故障。 通常 ， 图 2中顺序 阀 1和 2的调定压力应 比液 压缸 B 的工作压力高 0 ． 4～0 ． 5 MP a 。如果溢流 阀 的压力也按这一数值调节 ， 则在顺序阀打开时， 溢流 阀也开始溢流 因而在液压 缸 A 运动时， 有大量油 液从回油管流出 。因此 ， 应将溢流阀的压力调得 比 顺序阀的压力高 ， 同时需要说 明， 如果高出的数值不 够 ， 当液压缸 A 在运动过程 中遇外载增大时 ， 即液 压缸 A 的工作压力达到溢流阀的调定压力时， 溢流 阀将开始溢 流， 液压缸 A 的运动速度便会慢下来。 所 以， 应将溢 流阀 的压力 调到 比顺 序 阀的压 力高 0 ． 5 ～ 0 ． 8 M P a ， 使之相互匹配， 回路故障即可消除。 3 避免减压阀减压不稳定 减压 阀是利用其出油 口的压力反馈 作用 ， 自动 控制阀口开度， 改变油液阻力 ， 实现减压和稳压作用 的。但很多因素导致减压 阀减压不稳定 ， 造成多缸 动作紊乱， 除了液压缸泄漏及减压阀外 泄油路 的背 压等影响因素外 ， 减压阀阀前压力波动大及执行元 件负载不稳定是 2 个常见原因。 1 避免减压阀阀前压力变化造成稳压失效 减压阀阀后压力能稳定在其调定值上的前提条 件是 减压阀的阀前压力高于阀后压力， 否则阀后压 力就不可能稳定 。由于液压系统 主油路中执行元件 的工况不同， 工作压力变化较大， 变化的最低压力值 高于减压阀的调定压力时， 不会对减压阀的阀后压 力产生影响； 反之， 若减压阀的阀前压力的最低值低 于减压阀的调定压力 ， 则阀后压力就要相应地降低， 而不能稳定在其调定值上。所 以， 当主油路执行元 件的最低工作压力低 于减压阀的阀后压力时 ， 回路 设计就应该采取必要的措施。 如图 3所示夹 紧回路 原 回路 中没有设置单向 阀 ， 为了获得较低且稳定 的夹紧力 ， 采用减压阀实 现减压稳压 。系统要求夹紧缸将工件夹紧后 ， 主油 路液压缸按照“ 快进 一工进 一快退” 的工作循环加工 工件 。但在实际加工 中， 工件 的尺寸误差较大。经 过分析发现， 工件夹 紧后 ， 主油路液压缸快进时 ， 主 油路压力很低 ， 相应地减压阀人 口压力也很低 ， 减压 阀出口 压力则更低， 使工件不能夹紧， 走刀出现误 差 ， 造成零件尺寸超差 。 对此回路进行改进， 在减压阀前加一个单向阀， 当主油路压力下降到低于减压阀调定压力时， 用单 向阀短时保持减压阀进口压力， 使夹紧缸的夹紧力 在短时间内保持不变， 确保工件安全可靠地加工。 图 3夹紧回路 2 避免执行元件负载不稳定造成减压 阀减压 失效 减压 回路 中， 执行元件具有足够负载的前提下 ， 减压阀的阀后压力才能保持稳定。也就是说， 减压 阀的阀后压力仍然要遵循压力决定于负载这一规 律。虽然阀后压力是按某种 负载工况调定 ， 但在工 作过程中， 负载降低 了， 阀后压力就要降低 ，甚至可 维普资讯 第 2 8 卷第7 期 多缸液压系统中压力阀的应用研究成红梅 V o 1 ． 2 墨 ． 7 降为零压。所以， 在变负载的工况下， 减压阀的阀后 压力是在零压和调定值之问变化 的， 而接近或等 于 零压时， 减压阀将无法减压 。 某专用设备液压系统如图 4 a 所示 ， 液压缸 1 和 2分别驱动纵 、 横 向刀架 ， 对工件进行切削加工。 为提高加工效率 ， 要求两刀架同时对工件进行切削。 考虑到缸 2的负载力为缸 1 的 3 倍， 两液压缸作用 面积相同 ， 为使两刀架 同时进刀切削 ， 在缸 1的进油 路上设置了减压阀。 图 4减 压 回 路 现场调试时发现 ， 两液压缸不能 同时加工 。当 缸 1 退 回时， 缸 2的工进 切削加工 立即停止 ， 直到 缸 1 退至停止 ， 缸 2才继续工进。这是 由于缸 1 在 快退时 ， 其负载很小 ， 即缸 1的工作压力很低 ， 因此 减压阀的出 口压力也很低。由减压阀的工作原理知 道 ， 当减压阀的出口压力低于其调定值时 ， 减压阀 口 处于全开状态 ， 失去减压功能 ， 减压阀进 口压力随之 失压 ， 系统压力远低于溢流阀的调定压力 ， 而使缸 2 无法加工 ， 处于停止状态 。 改进后 的系统如图 4 b 所示 ， 在减压阀与换 向 阀之间加一节流阀， 缸 1 快退时用节流阀提 高减压 阀的出口压力 ， 使减 压阀的进 口压 力仍维 持在缸 1 进给时的大小 ， 这样 缸 2的工进运 动就 可以不受缸 1 快退的影响 ， 保证缸 2的进给动作 中途不停顿。 需要注意的是 ， 节流阀只能装在减压阀后 ， 否则 减压支路虽负载稳定 ，但是由于减压阀的泄漏会使 缸 1的运动速度不稳定。 4 结 语 在多执行元件 的液压系统 中， 要求各执行元件 工作性能要稳定 ， 能够同时满足各 自的要求 ， 而且互 不影响。系统中各压力阀的正确选择及应用对满足 系统要求起着非常重要的作用 ， 应加以重视。 1 合理选用顺序 阀的类 型对于只进行顺序 控制的多缸液压系统 ， 一般可选用内控式顺序 阀； 对 于同时进行速度和顺序控制的回路 ， 应根据实际情 况 ， 慎重选用顺序阀的控制方式， 以免影响多缸系统 的正常运行 。 2 合理调整各压力阀的压力 ， 使之匹配保证 溢流阀、 减压 阀和顺序 阀调定压力的匹配， 尤其是溢 流阀和顺序阀之间的匹配。 3 避 免减 压 阀减 压不 稳定 造成 多缸 动作紊 乱对于减压阀进 口压力受 系统压力影响而大幅减 小的情况 ， 比如主油路快进而使 夹紧油路减压阀进 口压力急剧下降 ， 可在减压阀前安装单 向阀短时保 压 ； 对于减压阀因出油 口压力变得过小而无法减压 的情况， 可在减压阀出油口安置一个节流阀以提高 减压阀出 口压力， 使较大负载 的执行元件能够正常 工作 。 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， 2 0 0 2 ． [ 2 ] 张淑芳 ． 多缸液压系统防干扰设计[ J ] ． 山西机械 ， 加 3 3 3 3 6 ． [ 3 ] 张雪华 ． 单向阀的典型应用 和使用注 意事项 [ J ] ． 龙岩学院学报 ， 2 0 0 5 6 6 46 6 ． 作者简介成红梅 1 9 6 9 一 ， 女， 山东济南人， 讲师， 硕士， 1 9 9 1 年毕业于 山东工程学院机械制造及 自动化专业 ， 主要从 事液压和机 械方面 的教学 和研究工作 ． 收稿 日期 2 0 0 7 ． 0 2 ． 2 6 ● ⋯ ●⋯ ● ⋯。 ● ⋯。 ●⋯ ● ⋯‘ ● ⋯。 ●⋯ ● ⋯。 ● ⋯ ● ’ 综 掘 快 速 掘 进 系 统 的 设 备 配 套 兖州矿业 集团 公司兴隆庄煤矿采区工作面顺槽长度均在 2 0 0 0 m左右， 综掘机要掘出采煤面的大半圈 2 0 0 0 ～ 4 0 0 0 i n 才能形成系统， 而该矿现有综掘设备均为老产品， 严重影响了采煤工作面的接续。为此， 他们对综掘工作面的设备进行了选 型配套和改造 ， 达到了快速掘进的 目的。 ①掘进机的选用。用 S 1 5 0型掘进机代替 S I O 0型掘进机， 增大了截割深度， 实现了大功率截割与装载。其铲板部耙爪由 液压马达直接驱动 ， 增加了行走部的高度和履带板的宽度 ， 极大地完善了设备的工作性能； 电控箱由集成电路和插件组成 ， 便 于维修和更换。②对 S J 一8 0 型带式输送机进行改造， 研制了可靠、 方便的卸料平台， 实现了大功率、 长距离双向运输， 还减少 了变电站的移动次数， 增强了供电系统的安全可靠性 ； 改造机头架和储带仓的结构 ， 实现结构件的快速安装和拆卸， 方便清理 积煤。按顺槽 2 0 0 0 m计算， 原先需布置4台带式输送机， 现仅要 2台即可， 降低了工作面设备安装、 拆除的工作量， 节省了设备 维修费用以及各种材料的消耗。③与生产厂家一起研制了“ 综掘工作面可视控制系统” ， 将通讯、 控制集中于一体， 集中、 分布 式控制共存。新型控制装置的使用 ， 不仅提高了设备运行的安全性 ， 而且减少了人员的劳动强度 ， 提高了工作效率 ， 设备运行 中的动态检测， 还避免了各种恶性事故的发生。④由于该矿工作面顺槽坡度不大 、 起伏小， 故改用 以无极绳绞车作动力的 s Q 一 1 2 0 0 型顺槽连续牵引车作为工作面的主要运输设备， 运输距离长 、 设备操作简单 、 系统运行平稳， 为安全运输提供了有力的 保障。 李剑峰供稿 一 1 5】 一 ’ 维普资讯