王偉

(武漢船舶職業(yè)技術(shù)學(xué)院機械工程系，湖北武漢430050)

人們把電磁換向閥和液動換向閥組合而成電液動換向閥，如圖1、2所示。其中，電磁閥1負責(zé)液動換向閥2控制回路的換向，起先導(dǎo)控制的作用，換向速度由節(jié)流閥3、4 調(diào)節(jié)，而液動閥則負責(zé)主油路的換向，起主閥的作用。因此電液動換向閥的流量不受電磁鐵推力的限制;液動閥的控制油路也有了一個開關(guān)或換向裝置。這樣電液動換向閥綜合利用了電磁閥和液動閥的優(yōu)點而克服了它們的缺點，用反應(yīng)靈敏的小規(guī)格電磁閥方便地控制大流量的液動閥，在高壓大流量和要求換向精度較高的液壓系統(tǒng)中均大量使用。然而在實際使用時，其綜合性能并不好。常見的問題是:如果在一個方向上調(diào)整好節(jié)流閥3、4的開口，使啟動時液壓缸沖擊較小，但反方向上閥芯復(fù)中位時需要較長時間，即液壓缸在反向運動后甚至“停不下來”，換向精度低，沖出量大;如果使液壓缸按要求停止則啟動時就有較大的沖擊。即使液動換向閥2采用啟動沖擊小且換向精度高的O型機能效果也都很差。

圖1 內(nèi)控外泄式電液動換向閥

圖2 內(nèi)控內(nèi)泄式電液動換向閥

1 原因分析

分析產(chǎn)生以上現(xiàn)象的原因，先分析主閥芯液動力換向時的受力情況。假設(shè)主閥芯(即液動換向閥2的閥芯)在中位時，電磁閥1左側(cè)電磁鐵得電，以實現(xiàn)液壓缸一個方向的運動。此時主閥芯在左側(cè)液壓油推動下，克服右側(cè)對中彈簧的彈力及節(jié)流閥4的節(jié)流阻力實現(xiàn)由中位向右端的移動，完成換向。

主閥芯換向時的受力平衡方程式為:

pA=Fs+p1A

式中:p為系統(tǒng)壓力;A為主閥芯的有效作用面積;p1為節(jié)流閥4的節(jié)流阻力，也即節(jié)流閥4的進油口油壓;Fs為主閥芯的右側(cè)復(fù)位彈簧的彈力。則 p1=(pA－Fs)/A=p－Fs/A

由于流過節(jié)流閥4的油液經(jīng)電磁閥1、油口Y 回油箱，則節(jié)流閥4 出口油壓為0，那么節(jié)流閥4的前后壓差:

Δp1=p1－0=p－Fs/A

流經(jīng)節(jié)流閥4的流量:

式中:K為孔口的形狀系數(shù)，AK為節(jié)流閥4的開口面積，m為由孔口形狀決定的指數(shù)。

主閥芯液動力換向速度:

下面再分析液壓缸反向運動后要停止時主閥芯的受力情況。由于電磁閥1左側(cè)電磁鐵得電實現(xiàn)液壓缸向一個方向的運動，則電磁閥1右側(cè)電磁鐵得電實現(xiàn)液壓缸向反方向的運動，此時主閥芯被推到閥體的左位。當電磁閥1右側(cè)電磁鐵失電，此時主閥芯左側(cè)彈簧的推力Fs克服節(jié)流閥4的節(jié)流阻力p2，使主閥芯向右移動至中位復(fù)位，實現(xiàn)液壓缸反向運動后的停止。

主閥芯復(fù)位時的受力平衡方程式為:

Fs=p2A

則 p2=Fs/A

此時節(jié)流閥4的前后壓差:

Δp2=p2－0=Fs/A

流經(jīng)節(jié)流閥4的流量:

彈簧復(fù)位速度:

比較式(1)、(2)可知，由于系統(tǒng)壓力p 遠大于Fs/A，而其他參數(shù)都相等，則顯然v1＞＞v2，主閥芯在一個方向上的液動力換向速度總是大于彈簧復(fù)位速度，存在巨大差異。當調(diào)小節(jié)流閥的開口AK使q1減小，v1變慢以增加換向時間，可以使啟動時液壓缸沖擊較小，但AK減小會使q2更小，v2更慢，主閥芯在彈簧力作用下復(fù)位時間更長，故造成液壓缸在反向運動后甚至“停不下來”，換向精度低，沖出量大。反之，為使液壓缸按要求停止而開大節(jié)流閥的開口AK使q2增大，v2變大，則彈簧復(fù)位時間減少，但AK增大，會使q1、v1更大，主閥芯在液動力作用下?lián)Q向時間更短，使液壓缸啟動時沖擊變大。

2 措施

通過以上的分析知道，問題的關(guān)鍵在于油壓p與Fs/A的差距。故可采取如下措施。

措施一:增大彈簧力

給液動閥2換用一對硬彈簧或增加墊片，使Δp2(Δp2=Fs/A)增大，同時也就使Δp1(Δp1=p－Fs/A)減小，縮小q1與q2的差距，使主閥芯液動力換向速度接近彈簧復(fù)位速度來解決以上問題。

措施二:調(diào)小控制油壓p

電液動換向閥按控制油液的進油、回油方式可分為:外控外泄、外控內(nèi)泄、內(nèi)控外泄和內(nèi)控內(nèi)泄4種形式。通過對螺堵7或8以及螺堵9或10的去留組合，可以很方便地任意得到所需的形式，圖1所示為內(nèi)控外泄式，圖2為內(nèi)控內(nèi)泄式，圖3為外控外泄式，圖4為外控內(nèi)泄式。

圖3 外控外泄式電液動換向閥

圖4 外控內(nèi)泄式電液動換向閥

首先將電液動換向閥調(diào)整為外控外泄或外控內(nèi)泄式，然后在外控口X與油口P之間設(shè)置一減壓閥11，如圖3、4所示，將系統(tǒng)油壓p 降低后給控制油路供油。

實際調(diào)整過程:可先調(diào)節(jié)節(jié)流閥3、4，使彈簧復(fù)位時的液壓沖擊、換向精度達到最佳效果后，將節(jié)流閥鎖死，再通過調(diào)整減壓閥11 使液壓缸啟動效果至最佳(壓力p 調(diào)整至3～4.5 MPa 較為理想)。

3 結(jié)束語

通過采取以上措施都可以提高電液動換向閥的綜合性能，使液壓缸啟動、停止的沖擊都較小，換向精度較高，但兩措施各有特點。

措施1 適用于電液動換向閥的4種形式，但適應(yīng)性差、煩瑣，因為當系統(tǒng)油壓p 調(diào)整了，又得更換彈簧或調(diào)整墊片厚度，同時，頻繁拆卸液壓元件也易造成灰塵雜質(zhì)侵入液壓系統(tǒng)。

措施2 只適用于外控外泄和外控內(nèi)泄式電液動換向閥，通過調(diào)節(jié)減壓閥能很方便地適應(yīng)系統(tǒng)油壓p的變化，同時可明顯減小液體流動時的液壓沖擊與電液動換向閥的泄漏，工作中優(yōu)先推薦采用。但該措施增加了一個減壓閥，成本相對增高。

【1】李芝.液壓傳動[M].北京:機械工業(yè)出版社，1996.

【2】楊培元，朱福元.液壓系統(tǒng)設(shè)計簡明手冊[M].北京:機械工業(yè)出版社，1995.