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摘要:針對(duì)油壓機(jī)液壓系統(tǒng)普遍存在震動(dòng)大、回程速度慢和能耗大等問(wèn)題進(jìn)行了研究,提出了對(duì)這幾種問(wèn)題的解決方案,并對(duì)各種方案進(jìn)行了論證和比較。

　　油壓機(jī)是常見而典型的液壓設(shè)備,其種類繁多,形式多樣,用途各異。但在使用過(guò)程中,這些設(shè)備總存在著震動(dòng)大、回程速度慢、能耗大等不足。圖1所 示為一種油壓機(jī)的液壓系統(tǒng)原理圖。從原理上講,該圖能夠滿足油壓機(jī)動(dòng)作上的要求,但經(jīng)仔細(xì)分析該圖,我們發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)存在以下問(wèn)題。

　　1 系統(tǒng)的回程泄壓?jiǎn)栴}

　　1.1 問(wèn)題產(chǎn)生的原因

　　如圖1所示,系統(tǒng)回程時(shí),電磁鐵2YA得電,這時(shí)電液閥1換向,壓力油經(jīng)電液閥進(jìn)入油缸有桿腔,同時(shí)打開液控單向閥2,油缸3無(wú)桿腔的油液經(jīng)液 控單向閥2和電液閥1回油箱。油缸無(wú)桿腔油液在工進(jìn)動(dòng)作后正處于高壓狀態(tài),其壓力通常為30MPa左右。可以想象如此高的壓力油瞬間釋放會(huì)給系統(tǒng)造成多大 的震動(dòng)和破壞.因此,必須解決好系統(tǒng)回程時(shí)的泄壓?jiǎn)栴}。

　　1.2 解決方案

　　我們研究發(fā)現(xiàn),以下幾種方案可以有效解決油壓機(jī)液壓系統(tǒng)回程時(shí)的泄壓?jiǎn)栴},從而防止系統(tǒng)回程時(shí)產(chǎn)生沖擊和炮鳴現(xiàn)象,如圖2所示。

　　1.3 方案論證

　　圖2所示的這幾種方案中, (a)、(b)兩種方案中的液控單向閥2都必須選擇帶卸荷閥芯的液控單向閥,其結(jié)構(gòu)原理如圖3所示。

　　在圖2 (a)方案中,當(dāng)電磁閥2YA得電動(dòng)作時(shí),油缸3有桿腔的油液壓力取決于溢流閥4a的調(diào)定壓力。當(dāng)溢流閥4a調(diào)定的壓力適當(dāng)時(shí),液控單向閥推桿僅能將其卸 荷閥芯頂開而不至于將主閥芯頂開,實(shí)現(xiàn)油缸3無(wú)桿腔回程泄壓。當(dāng)油缸3無(wú)桿腔油液壓力低于一定值時(shí),液控單向閥推桿便將其主閥芯頂開,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)回油。溢流 閥4a的壓力調(diào)節(jié)有一個(gè)范圍,其計(jì)算如下:

　　設(shè)圖3中溢流閥調(diào)定壓力為pY,則由受力平衡原理知:

式中:S1-液控單向閥推桿活塞面積; S2)卸荷閥芯有效面積;S3-主閥芯活塞面積;f-彈簧力。

　　當(dāng)溢流閥4a的調(diào)定壓力偏下*,系統(tǒng)的泄壓效果好,回程沖擊小,但回程時(shí)間長(zhǎng);反之,若溢流閥4a的調(diào)定壓力偏上限,則回程時(shí)間短,但泄壓效果不好,回程沖擊大。

　　在圖2(b)方案中,當(dāng)電磁閥2YA得電動(dòng)作時(shí),油缸3無(wú)桿腔的油液回程壓力取決于順序閥4b的調(diào)節(jié)壓力,它的原理與圖2(a)方案相類似,只是控制點(diǎn)不同。要注意的是電磁閥2YA得電動(dòng)作后順序閥4b兩端的壓差$p要大于頂開液控單向閥2卸荷閥芯所需壓力,即

　　圖2 (c)所示方案,在回程時(shí)只需3YA先得電接通,延時(shí)一段時(shí)間后2YA接通,實(shí)現(xiàn)回程泄壓,其關(guān)鍵是調(diào)節(jié)好延時(shí)時(shí)間。此時(shí)液控單向閥2可選擇不帶卸荷閥芯的類型。

　　1.4 方案比較

　　總結(jié)圖2所示的三種回程泄壓方案,方案(a)的優(yōu)點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,容易實(shí)現(xiàn)。缺點(diǎn)是對(duì)油缸無(wú)桿腔壓力間接控制,因而不能得到*的泄壓點(diǎn)。 它主要應(yīng)用于對(duì)系統(tǒng)振動(dòng)控制要求不太高的場(chǎng)合;方案(b)直接控制油缸無(wú)桿腔的回程壓力,結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,它也主要應(yīng)用于對(duì)系統(tǒng)振動(dòng)控制要求不太高的場(chǎng)合; 方案(c)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,但由于卸壓時(shí)間任意可調(diào),故可將無(wú)桿腔壓力降為零,從而可使回程時(shí)系統(tǒng)無(wú)任何沖擊,這是(a)和(b)兩種方案所不能實(shí)現(xiàn)的。因此, 選擇哪種泄壓方案應(yīng)根據(jù)不同的要求進(jìn)行選擇。

　　2 進(jìn)出油流量不對(duì)稱問(wèn)題

　　如圖1所示,設(shè)油缸無(wú)桿腔活塞面積為S無(wú),有桿腔活塞的有效面積為S有,活塞的移動(dòng)速度為v,則回程時(shí)流出油缸無(wú)桿腔的油液與流進(jìn)油缸有桿腔的油液將不相等,其差值為:

　　設(shè)油缸1無(wú)桿腔活塞面積S無(wú)與有桿腔活塞有效面積S有之比為

　　則回程時(shí)出口油流量為進(jìn)口油流量的3倍,即

　　當(dāng)系統(tǒng)流量很大時(shí),為滿足系統(tǒng)回程速度要求,必須選擇較大的電液閥,這將使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,造價(jià)昂貴,這就需要我們解決好系統(tǒng)的進(jìn)出油流量不對(duì)稱問(wèn)題。給系統(tǒng)增加一液控單向閥5實(shí)現(xiàn)回程分流不失為一種簡(jiǎn)單有效的解決方案,如圖4所示。

　　系統(tǒng)回程時(shí),油缸無(wú)桿腔油液同時(shí)經(jīng)液控單向閥2和液控單向閥5回油,實(shí)現(xiàn)回油分流,從而提高系統(tǒng)回程速度。

　　3 系統(tǒng)中位卸荷問(wèn)題

　　3.1 問(wèn)題產(chǎn)的原因

　　如圖1所示,當(dāng)電液閥處于中位時(shí),系統(tǒng)必須卸荷,否則油泵會(huì)產(chǎn)生很大的噪音和磨損,系統(tǒng)能耗大。

　　3.2 方案提出

　　經(jīng)研究發(fā)現(xiàn),以下幾種方案可以有效解決油壓機(jī)液壓系統(tǒng)的中位卸荷問(wèn)題,如圖5所示。

　　3.3 方案論證和比較

　　圖5 (a)所示為zui簡(jiǎn)單的解決方案,該方案選用M型機(jī)能的電液閥來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中位卸荷。在該方案中,為了使電液閥在換向時(shí)能夠產(chǎn)生控制壓力油,必須在回油路中增 加一背壓閥7。但在大流量的油壓機(jī)中,該方案會(huì)給系統(tǒng)造成*的能量損失。例如,設(shè)油泵流量為300L/min,背壓閥7的調(diào)定壓力為1.5MPa,則當(dāng) 電液閥處于中位時(shí),系統(tǒng)卸荷時(shí)所損耗功率為油泵的輸出功率,即:

式中--油泵輸出壓力(等于溢流閥調(diào)定壓力);

　　Qp--油泵輸出流量;G)效率。

　　可見該方案在大流量系統(tǒng)中應(yīng)用的不足。圖5中,方案(b)是方案(a)的一種改進(jìn),它同樣采用M型機(jī)能的電液閥來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中位卸荷,但電液控閥 的控制壓力油由另外一臺(tái)小流量泵8供給。這時(shí),設(shè)油泵8的流量為10L/min,溢流閥9的調(diào)定壓力為1.5MPa,則其能量損耗為:

　　可見方案(b)比方案(a)在節(jié)能方面要好得多,但系統(tǒng)要額外增加一臺(tái)供油泵,因而結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,而且油泵8必須連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn),其能耗也不容忽視。圖 5 (c)方案為一種綜合性較好的方案。該方案選用O型機(jī)能的電液閥,采用另加旁路的辦法來(lái)解決系統(tǒng)中位卸荷問(wèn)題。該方案中,當(dāng)電液閥1處于中位時(shí),電磁閥 10的電磁鐵4YA同時(shí)斷電,這時(shí),油泵輸出的油液直接經(jīng)電磁換向閥流10回油箱,因而其能量損失近為零。在1YA或2YA得電時(shí), 4YA也同時(shí)得電,以便得到相應(yīng)的控制油壓力。該方案結(jié)構(gòu)復(fù)雜,造價(jià)高。

　　4 結(jié)束語(yǔ)

　　本文研究了油壓機(jī)存在的諸如震動(dòng)大、回程慢、能耗大等特點(diǎn),結(jié)合液壓閥件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),提出較為完善的解決方案,對(duì)油壓機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)有重要的參考價(jià)值。