□ 徐成東

四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 交通與市政工程系 四川德陽(yáng) 618000

1 液控單向閥概述

方向控制閥用以控制液壓系統(tǒng)中油液流動(dòng)的方向或液流的通與斷，分為單向閥和換向閥兩類(lèi)，單向閥又分為普通單向閥和液控單向閥兩種。普通單向閥使油液只能沿一個(gè)方向流動(dòng)，不允許反向倒流，所以又稱逆止閥[1]。

液控單向閥是一種通入控制壓力油后即允許油液雙向流動(dòng)的單向閥，由單向閥和液控裝置兩部分組成。當(dāng)控制口未通入壓力油時(shí)，液控單向閥作用與普通單向閥相同，正向流通，反向截止。當(dāng)控制口通入壓力油后，控制活塞將單向閥的錐形閥芯頂離閥座，油液正反向均可流動(dòng)。

液壓系統(tǒng)中液控單向閥又稱液壓鎖，由于其具有良好的閉鎖能力，無(wú)滲漏，可長(zhǎng)時(shí)間保持液壓缸鎖緊定位，常用在速度換接回路及鎖緊回路中，如汽車(chē)起重機(jī)的液壓支腿回路[2-3]。

2 工作原理

液控單向閥可分為單向液控單向閥和雙向液控單向閥。當(dāng)執(zhí)行元件需要一個(gè)方向鎖緊時(shí)，采用單向液控單向閥。當(dāng)執(zhí)行元件需要雙向鎖緊時(shí)，采用雙向液控單向閥。

根據(jù)控制活塞處的泄油方式，單向液控單向閥分為內(nèi)泄式和外泄式兩種結(jié)構(gòu)[4]。圖1為內(nèi)泄式液控單向閥結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。當(dāng)控制油口K未通入壓力油時(shí)，A口進(jìn)入的油液頂開(kāi)閥芯彈簧，油液可從A1口流出。當(dāng)A1口進(jìn)油時(shí)，由于彈簧的作用，閥芯緊緊地貼合在閥座上，油液不能流通。此時(shí)，單向液控單向閥可作為普通單向閥使用。當(dāng)控制口K通入壓力油時(shí)，控制活塞將閥芯頂離閥座，油液可實(shí)現(xiàn)雙向流動(dòng)。

圖1 內(nèi)泄式液控單向閥結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

圖2 為雙向液控單向閥結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖,圖3為雙向液控單向閥圖形符號(hào)。由圖2可以看出，雙向液控單向閥由兩個(gè)液控單向閥共用一個(gè)閥體和控制活塞組成。當(dāng)壓力油從A口進(jìn)入時(shí)，油壓自動(dòng)將左邊的閥芯頂開(kāi)，使油液從A腔流動(dòng)到A1腔。同時(shí)，通過(guò)控制活塞將右閥頂開(kāi)，使B腔與B1腔相通，將原來(lái)封閉在B1腔通路上的油液通過(guò)B口排出，即當(dāng)一個(gè)油腔正向進(jìn)油時(shí)，另一個(gè)油腔就反向出油[5]。

油液反向流動(dòng)時(shí)，A1口在進(jìn)油壓力很高的情況下，依靠控制活塞推開(kāi)錐形閥芯時(shí)，阻力很大，頂開(kāi)閥芯比較困難，此種情況下可采用卸荷小閥芯。卸荷小閥芯是安裝在液控單向閥錐形閥芯中的更小的閥芯，又稱為先導(dǎo)閥芯。由于該閥芯面積較小，作用在其上的力并不是很大，因此在B腔壓力不是很大的時(shí)候，控制活塞就可以推開(kāi)卸荷小閥芯。此時(shí)，A口和A1口通過(guò)卸荷小閥芯的細(xì)孔實(shí)現(xiàn)互通，A1口輸入的壓力油逐漸卸壓，直至控制活塞將閥芯頂離閥座，實(shí)現(xiàn)油液的反向流動(dòng)。同理，對(duì)于B1口在反向進(jìn)油壓力很高的情況，卸荷小閥芯同樣適用。

圖2 雙向液控單向閥結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

圖3 雙向液控單向閥圖形符號(hào)

3 開(kāi)鎖條件

采用雙向液控單向閥的鎖緊回路如圖4所示。三位四通換向閥處于左位時(shí)，壓力油經(jīng)左液控單向閥進(jìn)入液壓缸無(wú)桿腔，右液控單向閥在回油路上起負(fù)載阻尼作用，因而進(jìn)油路壓力升高，油液頂開(kāi)右液控單向閥的控制活塞，閥芯打開(kāi)，油液從右液控單向閥逆向流過(guò)，進(jìn)入油箱。反之，換向閥處于右位時(shí)，壓力油經(jīng)右液控單向閥進(jìn)入液壓缸有桿腔，并將左液控單向閥打開(kāi)，使液壓缸無(wú)桿腔回油。

圖4 采用雙向液控單向閥的鎖緊回路

設(shè)液壓缸缸筒內(nèi)徑為D，活塞桿直徑為d，雙向液控單向閥控制活塞直徑為D1,閥芯前孔直徑為d1，液壓缸所受負(fù)載為F，液壓缸進(jìn)油腔壓力為p1,液壓缸回油腔壓力為p2，液壓缸無(wú)桿腔有效受力面積為S1，液壓缸有桿腔有效受力面積為S2，顯然，S1=πD2/4，S2=π（D2-d2）/4，則液壓缸的速比i=S1/S2=D2/（D2-d2）。

3.1 有桿腔開(kāi)鎖條件

根據(jù)圖4，換向閥左位工作時(shí)，無(wú)桿腔為進(jìn)油腔，有桿腔為回油腔，負(fù)載為F，對(duì)活塞進(jìn)行受力分析，不考慮活塞運(yùn)動(dòng)時(shí)的摩擦阻力及液流的壓力損失等因素，則有：

錐形閥芯彈簧的剛度很小，彈簧彈力可以忽略，同時(shí)忽略閥芯所受的摩擦阻力，則此時(shí)開(kāi)鎖條件為：

將式（1）代入式（2），并整理得：

即：

當(dāng)F=0，即液壓缸空載時(shí)，有桿腔的開(kāi)鎖條件為，即

當(dāng)F＞0，即液壓缸受壓時(shí)，有桿腔開(kāi)鎖，D1/d1的最小值有所降低。但是當(dāng)負(fù)載F的大小不確定，或者說(shuō)要保證在任意大小負(fù)載的條件下能夠開(kāi)鎖時(shí)，仍然可取

當(dāng)F＜0，即液壓缸受拉時(shí)，有桿腔開(kāi)鎖，D1/d1的最小值相應(yīng)增大。

3.2 無(wú)桿腔開(kāi)鎖條件

根據(jù)圖4，換向閥右位工作時(shí)，有桿腔為進(jìn)油腔，無(wú)桿腔為回油腔，負(fù)載為F，對(duì)活塞進(jìn)行受力分析，不考慮活塞運(yùn)動(dòng)時(shí)的摩擦阻力及液流的壓力損失等因素，則有：

由于錐形閥芯彈簧的剛度很小，彈簧彈力可以忽略，同時(shí)忽略閥芯所受的摩擦阻力，開(kāi)鎖條件與式（2）相同。

將式（5）代入式（2），并整理得：

即：

當(dāng)F=0，即液壓缸空載時(shí)，無(wú)桿腔的開(kāi)鎖條件為，即

當(dāng)F＞0，即液壓缸受壓時(shí)，無(wú)桿腔開(kāi)鎖，D1/d1的最小值有所增大。

當(dāng)F＜0，即液壓缸受拉時(shí)，無(wú)桿腔開(kāi)鎖，D1/d1的最小值相應(yīng)減小。但是當(dāng)負(fù)載F的大小不確定，或者說(shuō)要保證在任意大小負(fù)載的條件下能夠開(kāi)鎖時(shí)，仍然可取

可見(jiàn)，對(duì)于采用雙向液控單向閥的鎖緊回路而言，無(wú)論是無(wú)桿腔進(jìn)油還是有桿腔進(jìn)油，液控單向閥結(jié)構(gòu)尺寸D1、d1，油腔壓力p1，液壓缸結(jié)構(gòu)尺寸D、d，以及負(fù)載F之間存在一定的內(nèi)在聯(lián)系，同時(shí)，油腔壓力p1受液壓泵額定壓力或系統(tǒng)最大工作壓力的限制，因此，在設(shè)計(jì)液壓回路或進(jìn)行液壓元件選型時(shí)，一定要考慮上述多個(gè)因素之間的關(guān)系。此外，還要考慮管道壓力損失、閥壓力損失等因素，否則可能會(huì)出現(xiàn)液控單向閥無(wú)法開(kāi)鎖的情況。

4 鎖緊回路換向閥中位機(jī)能的選用

對(duì)于鎖緊回路中的液控單向閥而言，執(zhí)行元件工作時(shí)需要實(shí)現(xiàn)開(kāi)鎖，保持工作油口的互通，這就要求控制油口保持一定的壓力。需要指出的是，控制壓力油油口不工作時(shí)，應(yīng)使控制油口通回油箱，否則控制活塞難以復(fù)位，單向閥反向不能截止液流[6]，當(dāng)然也就不能實(shí)現(xiàn)鎖緊。當(dāng)換向閥處于H型或Y型中位時(shí)，液壓泵輸出的油液和控制口的油液直接流回油箱，油液不能形成壓力。此時(shí)，由于彈簧作用，控制活塞復(fù)位，液控單向閥處于閉鎖狀態(tài)。因?yàn)橐嚎貑蜗蜷y為座閥式結(jié)構(gòu)，密封性能良好，所以液壓缸活塞可以長(zhǎng)時(shí)間被鎖緊在停止時(shí)的位置。但如果換向閥中位機(jī)能采用O型、M型等其它型式，在需要鎖緊、換向閥處于中位時(shí)，由于控制液控單向閥的控制腔壓力油也被封死，若液控單向閥處于關(guān)閉狀態(tài)，其控制口在一定時(shí)間內(nèi)仍會(huì)維持較高的壓力，使液控單向閥不能迅速鎖緊[7]?？梢?jiàn)，在液控單向閥的液壓系統(tǒng)中，三位四通換向閥的中位機(jī)能不宜采用O型、M型，因?yàn)樗鼈兌疾荒苁挂嚎貑蜗蜷y立即關(guān)閉，而應(yīng)選用H型或Y型[8]。

5 鎖緊回路的改進(jìn)

當(dāng)圖4所示的鎖緊回路應(yīng)用于起升重物等場(chǎng)合時(shí)，液壓缸所受負(fù)載F來(lái)自于工作機(jī)構(gòu)的重力。當(dāng)重物下放時(shí)，液壓缸有桿腔進(jìn)油，驅(qū)使活塞桿帶動(dòng)工作機(jī)構(gòu)下降，同時(shí)液壓缸無(wú)桿腔回油。但是，由于工作機(jī)構(gòu)重力的作用，活塞桿可能會(huì)加速下滑，導(dǎo)致液壓缸進(jìn)油腔供油不足，進(jìn)油腔壓力急劇下降。當(dāng)進(jìn)油腔壓力低于回油路液控單向閥的開(kāi)啟壓力時(shí)，液控單向閥迅速關(guān)閉，造成無(wú)桿腔無(wú)法實(shí)現(xiàn)排油，液壓缸活塞便停止運(yùn)動(dòng)。另一方面，此時(shí)液壓泵繼續(xù)向液壓缸有桿腔供油，使有桿腔油路壓力繼續(xù)升壓，直到油路壓力升至液壓鎖開(kāi)啟壓力，再次打開(kāi)無(wú)桿腔液控單向閥，使液壓缸活塞運(yùn)動(dòng)。這樣一來(lái)，液壓缸無(wú)桿腔的液控單向閥時(shí)開(kāi)時(shí)閉，造成液壓缸活塞桿和工作機(jī)構(gòu)下落時(shí)斷時(shí)續(xù)，必然產(chǎn)生抖動(dòng)現(xiàn)象，尤其是工作機(jī)構(gòu)重力較大時(shí)，必定會(huì)產(chǎn)生很大的沖擊壓力，形成振動(dòng)和噪聲，而且活塞桿的每一次沖擊都會(huì)使液壓缸無(wú)桿腔至雙向液控單向閥之間產(chǎn)生越來(lái)越高的壓力，用來(lái)開(kāi)啟雙向液控單向閥的壓力也就越來(lái)越大[9]。

針對(duì)以上情況，一般采用平衡閥來(lái)達(dá)到負(fù)重勻速下降的要求。此外，在一些對(duì)負(fù)重下降勻速要求不嚴(yán)格的場(chǎng)合，可采用液控單向閥串聯(lián)單向節(jié)流閥來(lái)代替平衡閥[10]，改進(jìn)后采用雙向液控單向閥的鎖緊回路如圖5所示。

圖5 改進(jìn)后采用雙向液控單向閥的鎖緊回路

6 結(jié)束語(yǔ)

雙向液控單向閥在鎖緊回路中有著重要的應(yīng)用價(jià)值。在進(jìn)行鎖緊回路設(shè)計(jì)和液控單向閥選型，以及相關(guān)技術(shù)研究時(shí)，首先要考慮液控單向閥的結(jié)構(gòu)原理及工作機(jī)構(gòu)的工作狀況；然后要綜合考慮液壓泵額定壓力、液壓缸結(jié)構(gòu)尺寸，以及所受的負(fù)載大?。辉俅我⒁怄i緊回路中換向閥中位機(jī)能的選用；最后對(duì)于鎖緊回路中存在的振動(dòng)等問(wèn)題，可采用平衡閥或單向節(jié)流閥等來(lái)解決。

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