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        先導(dǎo)式主溢流閥功能特性的優(yōu)化改造

        2018-11-30 02:54:24山東常林機(jī)械集團(tuán)股份有限公司臨沭276700黃華賓
        金屬加工(冷加工) 2018年11期
        關(guān)鍵詞:單向閥卸荷溢流

        ■ 山東常林機(jī)械集團(tuán)股份有限公司 (臨沭 276700) 黃華賓

        溢流閥是一種液壓壓力控制閥。在液壓設(shè)備中主要起定壓溢流作用、穩(wěn)壓、系統(tǒng)卸荷和安全保護(hù)作用,是液壓系統(tǒng)中核心零部件。主要有3種作用:①定壓溢流、穩(wěn)壓作用。在液壓系統(tǒng)中,泵提供恒定流量,當(dāng)系統(tǒng)壓力增大時,會使流量需求減小,此時溢流閥開啟,使多余流量溢回油箱,保證溢流閥進(jìn)口壓力。當(dāng)溢流閥串聯(lián)在回油路上時,溢流閥產(chǎn)生背壓,運(yùn)動部件平穩(wěn)性增加。②系統(tǒng)卸荷作用。先導(dǎo)式主溢流閥,在溢流閥的遙控口串接溢小流量的電磁閥,當(dāng)電磁鐵通電時,溢流閥的遙控口通油箱,此時液壓泵卸荷。溢流閥此時作為卸荷閥使用。③安全保護(hù)作用。系統(tǒng)正常工作時,閥門關(guān)閉。只有負(fù)載超過規(guī)定的極限(系統(tǒng)壓力超過調(diào)定壓力)時開啟溢流,進(jìn)行過載保護(hù),使系統(tǒng)壓力不再增加。

        1.問題描述

        我公司生產(chǎn)的一種先導(dǎo)式主溢流閥,主要應(yīng)用于30T挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)中,當(dāng)作卸荷閥、遠(yuǎn)程調(diào)壓閥用。

        對原有先導(dǎo)式主溢流閥的功能特性進(jìn)行試驗(yàn)檢測,曲線如圖1所示(綠色曲線為功能曲線),開啟點(diǎn)為30.4MPa,隨壓力增大逐漸開啟,在36.5MPa壓力點(diǎn)時完全開啟,從開啟點(diǎn)至完全開啟,整個壓力跨域6.1MPa。壓力在30.4~33.6MPa時,開啟緩慢,當(dāng)壓力達(dá)到33.6MPa時,流量較先前突然變大,說明閥芯開啟提前,動作不靈敏,且在開啟過程中存在緩沖狀態(tài),并且有明顯的流量沖擊。

        該先導(dǎo)式主溢流閥安裝在挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)上,反映出挖掘機(jī)動作不靈敏、定壓精度低等問題。當(dāng)挖掘機(jī)動作時,遇到外力,壓力瞬時升高,不能迅速打開閥芯進(jìn)行泄壓,對系統(tǒng)管路產(chǎn)生很大的影響。由于開啟點(diǎn)提前,閥芯開啟緩慢,會導(dǎo)致挖掘機(jī)挖掘無力、油溫升溫快和效率低等問題。

        圖1 改善前功能曲線

        低效率的挖掘機(jī)已不適合現(xiàn)代挖掘機(jī)追求高效節(jié)能的要求,該先導(dǎo)式主溢流閥不再適用挖掘機(jī)液壓系統(tǒng),急需改善其功能特性,使之在系統(tǒng)中反應(yīng)靈敏,定壓準(zhǔn)確,操作舒適、靈敏。

        2.工作原理

        先導(dǎo)式主溢流閥安裝在整體閥上,主要有4種狀態(tài),其工作原理如下所述。

        (1)初始狀態(tài)。如圖2所示,當(dāng)P口壓力小于主溢流閥的壓力值時,在彈簧力的作用下,所有零件均處于初始狀態(tài),閥口關(guān)閉。壓力油流過閥芯的小孔B并被注入內(nèi)部的A腔,使閥芯緊緊的壓靠在單向閥上。

        (2)先導(dǎo)油路導(dǎo)通狀態(tài)。如圖3所示,當(dāng)P口壓力高于主溢流閥的設(shè)定壓力時,P口壓力作用于錐閥上,克服彈簧的彈力,推動錐閥,油液流過節(jié)流孔B,通過錐閥孔D,最終流入R口。

        (3)溢流狀態(tài)。如圖4所示,錐閥的開啟使A腔內(nèi)的壓力迅速下降,在P口壓力的作用下,閥芯克服彈簧的彈力,向右運(yùn)動,聯(lián)通P口和R口,實(shí)現(xiàn)溢流。

        (4)先導(dǎo)增壓狀態(tài)。如圖5所示,當(dāng)行走閥芯發(fā)生動作時,先導(dǎo)壓力通過PZ口進(jìn)入,作用于調(diào)整座,使調(diào)整座向左運(yùn)動,壓縮彈簧,增加彈簧預(yù)緊力,從而增加主溢流閥的設(shè)定壓力。

        3.解決方案

        先導(dǎo)式主溢流閥的結(jié)構(gòu)如圖6所示。通過以上4種狀態(tài)進(jìn)行大量的分析研究和試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)影響功能曲線的狀態(tài)應(yīng)為溢流狀態(tài),即閥芯由密封到完全開啟的整個過程,其主要的影響因素應(yīng)為閥芯(見圖7)、彈簧、單向閥(見圖8)和擋圈17、18構(gòu)成的一組滑動移動。

        液壓系統(tǒng)節(jié)流孔計(jì)算公式分析所述。

        (1)細(xì)長孔流量公式:Q=π·d4·Δp/(128μ·l)。其中μ為油液粘度,l為細(xì)長孔長度,d為細(xì)長孔直徑,Δp為流入部與流出部壓力差。

        由細(xì)長孔流量公式可知,影響小孔流量的主要為細(xì)長孔φ0.5mm、長度尺寸20.5mm,因?yàn)榧?xì)長孔長度尺寸與流量成反比關(guān)系,若想提高流量,只有通過減小細(xì)長孔長度來實(shí)現(xiàn)。

        (2)圓環(huán)形間隙流量:Q=π·R·δ3·Δp(1+15ε2)/(6μ·L)。其中μ為油液粘度,L為間隙長度,Δp為流入部與流出部壓力差,e為偏心量,δ為(R-r)(R為外圓半徑,r為內(nèi)圓半徑),ε為偏心率(ε=e/δ)。

        由先導(dǎo)式主溢流閥結(jié)構(gòu)可知,閥芯與單向閥配合為圓環(huán)形間隙,流量通過圓環(huán)形間隙導(dǎo)通R口。根據(jù)圓環(huán)形間隙流量公式可知,兩件配合后配合長度與流量成反比,配合長度越長流量就越小。由此指明了改善方向,應(yīng)改善圖6所示尺寸。綜合考慮,應(yīng)對閥芯和單向閥進(jìn)行改善,經(jīng)過理論計(jì)算和試驗(yàn)驗(yàn)證,最終將閥芯和單向閥部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化改善,優(yōu)化后尺寸對比如附表所示。

        圖2

        圖4

        圖3

        圖5

        圖6 先導(dǎo)式主溢流閥結(jié)構(gòu)1.密封座 2、5.螺母 3.螺釘 4.閥座 5.螺母 6.螺栓閥座 7、9、20、22.O型圈 8、13.彈簧10.調(diào)整墊 11.濾油網(wǎng)墊 12.單向閥 14.閥芯 15、17、18.擋圈 16.濾網(wǎng) 19.錐閥 21.調(diào)整座

        圖7 閥芯

        圖8 單向閥

        閥芯、單向閥更改前后實(shí)物外形對比如圖9所示。

        按照改善后的尺寸進(jìn)行多次試驗(yàn)驗(yàn)證,對先導(dǎo)式主溢流閥進(jìn)行功能特性試驗(yàn),所得曲線如圖10所示。

        由圖1 0可知,開啟點(diǎn)為32MPa,在壓力點(diǎn)34MPa達(dá)到最大流量140L/min,從開啟點(diǎn)到達(dá)到最大流量,壓力跨域2MPa,開啟迅速且定壓準(zhǔn)確,使先導(dǎo)式主溢流閥功能特性得到很大的改善。

        閥芯和單向閥尺寸優(yōu)化對比表

        圖9

        圖10 改善后功能曲線

        將改善后的先導(dǎo)式溢流閥裝配至挖掘機(jī)上,進(jìn)行上機(jī)試驗(yàn),試驗(yàn)反饋為挖掘機(jī)效率有了較大的提高,挖掘有力,手柄操作更加舒適、靈敏,油液升溫較慢。通過該改善,使挖掘機(jī)性能得到進(jìn)一步的提升,提高了作業(yè)效率。

        5.結(jié)語

        以上試驗(yàn)說明對先導(dǎo)式主溢流閥的改善是非常成功的,目前我司已對先導(dǎo)式主溢流閥優(yōu)化完畢,并且已批量生產(chǎn),投入市場應(yīng)用。該先導(dǎo)式主溢流閥的改善,為其他形式的插裝閥提供了一種技術(shù)參考和改善思路,供其他類型插裝閥借鑒。

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