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液压缸差动回路设计注意事项探析

时间:2019-03-07 11:11作者:曼切
本文导读:这是一篇关于液压缸差动回路设计注意事项探析的文章,实际在开展工作的时候, 必须要对差动回路的应用情况充分进行考虑。差动控制实现的方法有几种, 如果多个执行元件在运行的时候, 为了避免干扰, 就可以选择阀后或是阀内的形式。

  摘    要: 液压差动回路设计中, 经常会因为忽视负载的特性, 或忽视系统元件的特性选型, 未充分考虑输出速度受管道液阻, 差动工作时换向阀工作状态等问题, 造成液压差动回路的设计缺陷。本文对这些问题进行了探讨。

  关键词: 差动回路; 负载特性; 液阻; 差动阀;

  1 液压缸差动控制回路

  目前使用的液压缸差动控制回路, 主要有三种类型:

  第一种, 使用的是OP型三位四通换向阀, 图1 (a) 是阀内的差动回路。吐过换向阀左位进行运行的过程中, 那么Q1就是进入活塞杆腔的流量, 而v2就是活塞杆的缩回速度;如果换向阀的右位进行运行的时候, 这一位置就是P型机能, Q=Q1+Q2, 也就是活塞腔的进入流量, 会在一定程度上提高活塞杆的伸出速度。

  第二种, 将交替单向阀A安装到液压缸的两腔油路之间, 这样就可以使图1 (b) 的阀后差动回路得以建立。在这个时候, 选择三位四通阀的时候, 可以选择普通的O型机能。阀左位开展运行的时候, 液流进入活塞杆腔是通过交替单向阀A, v2是缩回速度, Q1是流量;而阀在右位开展运行的时候, 活塞杆腔排液通过A阀门返回到活塞腔的进油管路, 这就可以形成差动回路, 从而实现了v1≥v2, Q=Q1+Q2就是进入液压缸的活塞腔流量。

液压缸差动回路设计注意事项探析

  第三种, 图1 (c) 表示的就是阀外差动回路, 采用的是二位三通阀。活塞腔实际在进液的时候, 活塞杆腔返回液, 会进入阀前管路的速度是v1, Q=Q1+Q2为活塞腔进液量;如果阀在换向的时候, 那么进入活塞杆腔速度为v2, 流量是Q1, , 也能够形成差动回路。

  图1 差动控制回路
图1 差动控制回路

  2 液压缸差动回路设计中应注意的几个问题

  2.1差动液压缸前冲现象

  在设计以及应用换向阀差动回路的时候, 相关人员对于回路功能的实现比较关注, 但是对于回路中快进换向阀的状态没有足够的重视。就是说在进行差动快进的时候, 快进换向阀应当是断点还是保持通电的状态。但是, 如果没有合适的设置状态, 就会对差动回路的运行造成很大的影响。

  图2差动回路采用的是三通换向阀, 主要是因为方便控制电路, 表1代表的是其电磁铁的工作状态, “+”指的是通电, “-”指的是断电, 在原理上来说回路没有问题。但是, 从实际的运行情况来说, 如果液压缸在运行的过程中, 出现快退停车或是快进停车的时候, 就会发生前冲的问题。通过分析研究发现, 这一油路中, 三通电磁阀 (3DT) 不论在液压缸快退停车时还是快进停车的状态, 都属于一个通电转变为断电的过程中。实际在运行的过程中, 阀把液压缸的有杆腔与无杆腔连接了起来, 这样就导致在两腔压差的作用下, 出现前冲的问题。

  图2 三通换向阀的差动回路
图2 三通换向阀的差动回路

  表1 电磁铁动作顺序表
表1 电磁铁动作顺序表

  基于这一问题, 本文主要通过以下两种方式进行处理。

  第一种, 对油路不改变现状的状态下, 对控制电路进行设计的时候, 使用三通电磁阀在进行工进停车或是快退停车的情况时, 可以使原有的通电状态得以保持, 确保液压缸的杆腔不会形成失压的状态, 从而使停车前冲的问题得到解决, 进一步改善液压缸运行的平稳能力。

  第二种, 在设计油路的时候, 适当的变换三通电磁阀的工作状态。也就是把油路的快进状态, 在三通电磁阀通电状态下进行设计, 如果液压缸在进行回程停车或是工进停车的时候, 那么3DT就会处在断电的状态当中, 防止发生前冲的现象。而且, 实际在运行的过程中, 电磁铁3DT也不需要保持通电状态, 使电磁阀的使用期限得到提升。对控制电路进行调试和设计的过程中, 应当适当的进行简化, 确保实现更加合理的油路。

  图3 液压差动回路简图
图3 液压差动回路简图

  2.2负载特性没有充分考虑

  图3就是液压差动回路的简图。

  在图3当中:液压缸无杆腔的面积是S1, 体积是V1;油源压力是p, 流量是q;有杆腔的面积是S2, 体积为V2;而D是差动回路的结合点。

  下面是差动回路的计算公式:如果液压缸以v的速度前进, 那么活塞杆侧进入活塞侧的流量q1。

  流量q2从系统补充是:

  流量进入到无杆腔的是:

  当系统提供的已知q2流量的时候, 那么液压缸能够达到的最大速度公式是

  下面是液压缸的输出力:

  从上面的公式就能够得知, 当液压缸的有杆腔与无杆腔的面积差比较大的情况下, 那么液压缸的增速作用就会较小, 反之则会更大;当面积差比较小的时候, 那么液压缸的增速作用相对教会增加, 而降低了液压缸的输出力F。

  2.3差动液压缸速度不快

  液压缸差动控制回路工作的时候, 管道压力损失会直接影响到液压缸的输出速度。外面的表现形式就是, 在进行空载运行的时候, 溢流量比较大, 系统压力有很大的提升, 并且时液阻也会增加, 导致速度出现异常情况, 液压缸的运行速度不规律。

  在图3中, 空载时, F=0, 液压缸活塞快速推出, 推导得

  公式中φ—活塞直径与活塞杆直径之比, φ<1;

  p1—无杆腔压力;

  —有杆腔压力。

  式 (6) 就可以看出, 泵在进行空载运行状态下的时候, 需要对管道的较大液阻进行克服, 有很大的可能会导致泵的供油压力有一定的提升。在各液阻流量经过的时候会出现一些变化, 而损失的液阻压力必然也会出现很大的改变。φ值越大, 代表损失的压力就会越大。因为液阻上的压力损失与流量的平方是正比, 所以在差动工况的情况时, 只有利用降低流经液阻的流量, 使液阻压损得到减少, 这样才能确保压力更加平衡。因为液压油溢流的时候主要是经过阀溢流, 只有很少一些油液通过才能到达液压缸, 致使液压缸的速度放缓, 没有办法满足实际的工作需要。一般情况下可以利用降低φ值, 或者是将供油压力适当提升, 这样也可以有效提高液压缸的运行速度。

  2.4在选择差动阀型号的时候, 通流量较小

  R型机能换向阀属于电磁换向阀, 具有特殊的换向位。图4就是换向阀的功能符号。

  图4 R型机能换向阀功能符号 (又称差动阀)
图4 R型机能换向阀功能符号 (又称差动阀)

  通过差动阀搭建的差动回路, 能够最大程度的节约系统元件, 回路也更加简单。但是, 换向阀如果是在差动位的时候, 那么液压缸的小腔与大腔是形成连接状态的, 换向阀的阀压差也比较小。从换向阀的流量-压力曲线中能够得知, 在相同的阀压降状态中, R型机能换向阀的流量相比较其它机能阀来说, 流量更小一些。

  3 结论

  (1) 在设计差动回路的时候, 必须要对负载特性充分考虑, 管路的液阻效应, 差动阀 (R型机能换向阀) 选型时通流量偏小等问题。差动液压缸的φ值不宜取得过大, 将管道长度尽可能的缩短, 根据差动流量汇合点的通油量, 对差动回路的阀的规格和管道直径合理进行选择, 这样就能够有效防止差动不快的问题, 压力损失得以减少。

  (2) 实际在开展工作的时候, 必须要对差动回路的应用情况充分进行考虑。差动控制实现的方法有几种, 如果多个执行元件在运行的时候, 为了避免干扰, 就可以选择阀后或是阀内的形式。

  参考文献:

  [1]王积伟, 章宏甲, 黄谊.液压与气压传动[M].北京:机械工业出版社, 20 05.
  [2]刘延俊.液压与气压传动[M].北京:机械工业出版社, 2002.
  [3]成红梅, 苏杭, 刘迎春.液压缸差动回路应用研究[J].煤矿机械, 2007, (3) :157-159.

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