丘永亮，邱騰雄，陳偉俊

(1.廣東工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械工程系，廣東廣州510510;2.廣東科達(dá)機(jī)電股份有限公司，廣東佛山 528313)

對(duì)于立式結(jié)構(gòu)的液壓機(jī)來說，其動(dòng)梁在主油缸驅(qū)動(dòng)下下降到接近工進(jìn)位置時(shí)，動(dòng)梁的速度需要降低以降低動(dòng)梁對(duì)液壓機(jī)整體框架的沖擊。傳統(tǒng)的采用電液比例節(jié)流閥為核心元件的節(jié)流油路，其優(yōu)點(diǎn)是動(dòng)梁的速度可以靈活控制，而且節(jié)流效果比較好;但是，該方案的最大缺點(diǎn)是電液比例節(jié)流閥的價(jià)格比較貴，而且需要增加高精度過濾器才能實(shí)現(xiàn)比例節(jié)流閥的正常工作，這將大大增加油路的經(jīng)濟(jì)成本。而采用節(jié)流閥控制動(dòng)梁的下降速度，在不同的負(fù)載條件下，動(dòng)梁的下降速度也會(huì)不同，只能依靠經(jīng)驗(yàn)來控制下降時(shí)間。

針對(duì)以上問題，研究并開發(fā)出了一種應(yīng)用于提升機(jī)構(gòu)的節(jié)流調(diào)速回路，以降低動(dòng)梁對(duì)液壓機(jī)整體框架的沖擊，同時(shí)提高在負(fù)載變化條件下動(dòng)梁下降時(shí)間的相對(duì)穩(wěn)定性。

1 技術(shù)方案的工作原理及特性分析

1.1 技術(shù)方案的工作原理

此方案采用調(diào)速閥作為核心元件控制動(dòng)梁的下降速度。油路的切換動(dòng)作由位移傳感器發(fā)出的信號(hào)控制。當(dāng)動(dòng)梁從最高位置下降時(shí)，液壓油不經(jīng)過調(diào)速閥直接回到油箱。當(dāng)動(dòng)梁下降到一定高度時(shí)，液壓油全部經(jīng)調(diào)速閥流過。由于調(diào)速閥的特性，由此高度下降至工進(jìn)位置所需的時(shí)間基本相同。在油路切換過程中，管道和油缸可能產(chǎn)生瞬時(shí)高壓，當(dāng)該壓力超過溢流閥的安全壓力時(shí)，溢流閥動(dòng)作，保證壓力不至于過高，避免管道和油缸破裂。

當(dāng)換向閥2失電和液控單向閥5失電不通入先導(dǎo)油時(shí)，液壓油經(jīng)由液壓泵7進(jìn)入提升油缸的有桿腔，提升油缸向上動(dòng)作。當(dāng)提升油缸到達(dá)指定位置時(shí)，液壓泵停止工作，液壓油不再注入油缸，提升油缸停止動(dòng)作。當(dāng)換向閥2得電時(shí)，提升油缸在重力作用下自動(dòng)回程，液壓油經(jīng)過換向閥的左位回到油箱，活塞的下降速度比較快，且速度的快慢取決于負(fù)載的大小。當(dāng)活塞下降到接近終點(diǎn)位置時(shí)，位移傳感器發(fā)出信號(hào)控制換向閥失電，液控單向閥6通入先導(dǎo)油，液壓油全部經(jīng)過調(diào)速閥4回到油箱?；钊麑?shí)現(xiàn)勻速下降，直至活塞回到起點(diǎn)位置，液控單向閥停止通入先導(dǎo)油。

1.2 特性分析

此方案回路中所用的調(diào)速閥是進(jìn)行了壓力補(bǔ)償?shù)墓?jié)流閥，它由節(jié)流閥和定差減壓閥串聯(lián)而成，如圖1所示的4號(hào)元件，它是實(shí)現(xiàn)活塞勻速下降的關(guān)鍵。在調(diào)速閥中，調(diào)速閥前、后的壓差Δp=p3－p1隨著負(fù)載的不同而變化，而調(diào)速閥中的節(jié)流閥前、后壓力p1與p2的壓差ΔpT=p2－p1，在定差減壓閥的作用下保持不變。

根據(jù)調(diào)速閥的靜態(tài)特性，流過調(diào)速閥的流量q為:

式中:CdT為節(jié)流閥口流量系數(shù);

AT為節(jié)流閥口過流面積 (m2);

K為調(diào)速閥的彈簧剛度 (N/m);

xo為減壓閥口開度為0時(shí)的彈簧預(yù)壓縮量(m);

ρ為油液密度 (kg/m3);

AR為減壓閥閥芯有效作用面積。從以上式子可知:在一個(gè)特定的調(diào)速閥中，決定調(diào)速閥流量大小的參數(shù)為AT，當(dāng)AT一定時(shí)，通過調(diào)速閥的流量基本上保持不變，與調(diào)速閥前后的壓差Δp=p3－p1無關(guān)。

于是液壓缸活塞的下降速度為:

式中:v為液壓缸的下降速度 (m/s);

A為液壓缸橫截面積。

該技術(shù)方案的調(diào)速回路在調(diào)速閥的作用下，在下降到某一位置后，流量q基本上保持不變，而A也為液壓缸的固有截面積，因此，可實(shí)現(xiàn)液壓缸在變化負(fù)載的情況下保持勻速下降，下降速度的快慢取決于調(diào)速閥閥口截流面積。

2 結(jié)束語

該技術(shù)方案應(yīng)用于立式結(jié)構(gòu)的液壓機(jī)中動(dòng)梁的下降速度控制，可降低動(dòng)梁對(duì)于液壓機(jī)整體框架的沖擊，并實(shí)現(xiàn)動(dòng)梁的勻速下降，其下降速度的快慢取決于調(diào)速閥閥口過流面積。在該方案中，換向閥及液控單向閥的切換時(shí)間由電控系統(tǒng)控制，可以實(shí)現(xiàn)靈活控制，且位移傳感器發(fā)出信號(hào)的位置也可實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)，甚至可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)梁的全程勻速下降。而對(duì)于換向閥換向過程中造成液壓沖擊，則采用溢流閥來防止管道和油缸的破裂。該技術(shù)方案在應(yīng)用過程中效果良好，并且已成功申請(qǐng)專利。

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