摘要：該文重點(diǎn)闡述了液控單向閥在液壓系統回路中的合理設計, 分析了液控單向閥在液壓系統回路中設計不當會(huì )導致的故障、產(chǎn)生原因及解決方法, 使液壓系統回路設計既高效節能又安全可靠。

　　關(guān)鍵詞：液控單向閥; 液壓系統回路; 合理設計; 高效節能;

　　Abstract：This paper mainly elaborates the reasonable design of hydraulic control one-way valve in the hydraulic system circuit, analyses the fault、the causation and the solution of hydraulic control one-way valve in the hydraulic system circuit on account of defective design, help to bring about high efficiency and energy conservation、safety and reliability of hydraulic system circuit.

　　Keyword：pilot operated check ualve; hydraulic system circuit; reasonable design; high efficiency and energy conservation;

　　1、概述

　　液控單向閥是允許液流向一個(gè)方向流動(dòng), 反向開(kāi)啟則必須通過(guò)液壓控制來(lái)實(shí)現的單向閥, 液壓原理圖形符號如圖1 (內泄) 、圖2 (外泄) 。內泄式液控單向閥一般用于反向出油腔 (A口) 無(wú)背壓或背壓較小的場(chǎng)合 (如圖7、圖8) ;而外泄式液控單向閥可用于反向出油腔 (A口) 背壓較高的場(chǎng)合, 以降低最小的控制壓力, 節省控制功率 (如圖10) 。液控單向閥為錐閥, 反向泄漏量極少, 閉鎖性好, 在很多場(chǎng)合得到應用。

圖1 液控單向閥液壓原理符號 (內泄)

圖2 液控單向閥液壓原理符號 (外泄)

　　液控單向閥的種類(lèi):液控單向閥常用的安裝連接形式有底板連接及螺紋連接、疊加式連接、二通插裝式連接。底板連接及螺紋連接式液控單向閥有內泄式及外泄式, 內泄式液控單向閥可分為無(wú)釋壓型及預釋壓型 (如圖3) 、外泄式液控單向閥可分為無(wú)釋壓型 (如圖4) 及預釋壓型;疊加式液控單向閥基本上為內泄式 (如圖8中件號2) ;二通插裝式液控單向閥有液控式 (如圖5、圖6) 及電液控式 (如圖11中件號3) , 二通插裝式液控單向閥均須設計單獨的外泄口 (Y口) 。

圖3 液控單向閥結構示意圖 (內泄帶預釋壓)

圖4 液控單向閥結構示意圖 (外泄無(wú)預釋壓)

圖5 二通插裝式液控單向閥

圖6 二通插裝式液控單向閥

　　液控單向閥的作用:可用作二通開(kāi)關(guān)閥, 也可用作保壓閥、平衡閥或立式液壓缸的支撐閥 (當管路破裂時(shí), 作為防止負載失壓的安全措施, 或避免執行機構在液壓閉鎖時(shí)的爬行或漂移) ;用兩個(gè)液控單向閥或一個(gè)雙液控單向閥還可以組成液壓鎖, 將液壓缸活塞桿準確鎖定在某個(gè)位置;還可以作為充液閥, 從油箱 (或充液油箱) 向液壓缸或系統補充油液, 以免出現吸空現象。

　　液控單向閥種類(lèi)齊全、作用顯著(zhù), 得到廣大液壓系統設計者的廣泛應用。但如何避免液控單向閥在液壓系統回路中出現故障, 使液壓系統回路設計既高效節能又安全可靠, 是廣大設計者渴望解決的問(wèn)題。積累了多年設計經(jīng)驗, 下面闡述幾種工況下液控單向閥在液壓系統回路中的合理設計, 與大家共鳴。

　　2、液控單向閥在液壓系統回路中的合理設計

　　2.1、避免振動(dòng)及噪聲

　　在高壓液壓系統回路中的液控單向閥反向開(kāi)啟前, 高壓封閉油腔 (B腔) 內壓力很高, 瞬間釋壓可能會(huì )產(chǎn)生沖擊振動(dòng)和噪聲, 對液壓系統的正常運行極為不利, 也稱(chēng)之為“炮鳴”。為了避免這種現象, 現推薦以下幾種設計方案供參考:

　　(1) 可以采用帶預釋壓機構的液控單向閥結構形式 (如圖3) , 緩慢推開(kāi)釋壓閥芯后再推開(kāi)主閥芯, 實(shí)際上是一個(gè)分級失壓的過(guò)程, 不僅可以緩和沖擊、降低噪聲、還可使控制壓力得到明顯降低。帶卸載功能的液?jiǎn)? 可以實(shí)現缸中受壓流體的平穩失壓, 從而避免可能的壓力沖擊。

　　(2) 液控單向閥的控制油路上設計單向節流閥 (如圖10) 或阻尼 (如圖11) 使液控單向閥的控制速度減慢, 進(jìn)而使液控單向閥反向平穩開(kāi)啟。

　　(3) 設計小型截止式電磁換向閥卸壓 (如圖7) 。電磁換向閥1的YV1通電, 液壓缸3的活塞桿下行, 當液壓缸3完成擠壓后, 在活塞桿退回之前, 截止式電磁換向閥4的電磁鐵YV3先通電約2S后, 電磁換向閥1的YV2通電換向, 液壓缸3的活塞桿退回。這樣, 在幾乎沒(méi)有壓力的情況下電磁換向閥1進(jìn)行換向, 使液壓缸活塞桿上行, 從而避免了振動(dòng)及噪聲。

圖7 電磁換向閥卸壓

圖8 平衡回路

　　2.2、液控單向閥在液壓系統平衡回路中的合理設計

　　液控單向閥閉鎖性好, 可有效防止液壓缸活塞等運動(dòng)部件在停止時(shí)的下滑, 起到可靠的平衡支撐作用。某機構液壓系統平衡回路 (如圖8) , 為了避免液壓缸在重力負載下行時(shí)平穩性差的現象, 在液壓缸與液控單向閥之間設計了單向節流閥。理論分析如下:液壓缸活塞桿下行時(shí), 由于液控單向閥2只有在液壓缸3上腔壓力達到液控單向閥2的控制壓力時(shí)才能打開(kāi);如果回路中沒(méi)有單向節流閥4, 在重力負載作用下, 液控單向閥2打開(kāi)—液壓缸3的活塞桿快速下降—油缸上腔失壓 (控制壓力達不到) —液控單向閥2關(guān)閉—液壓缸上腔又建壓 (達到液控單向閥控制壓力) —液控單向閥2又打開(kāi), 這樣循環(huán)往復, 帶來(lái)運行不利的振動(dòng)和噪聲。在液壓缸與液控單向閥之間設計了單向節流閥4 (回油節流) , 平衡了重力負載, 實(shí)現了液壓缸3的平穩運行, 提高了液壓系統及相應設備的安全可靠性。

　　2.3、液控單向閥在液壓系統鎖緊回路中的合理設計

　　液壓系統中用兩個(gè)液控單向閥或一個(gè)雙液控單向閥可以實(shí)現液壓缸鎖緊回路 (如圖8) , 圖8中選用了疊加式的雙液控單向閥2, 應注意選用Y型或H型中位機能的電磁換向閥1, 以保證中位時(shí)液控單向閥控制口及反向出油腔 (A口) 壓力能立即釋放, 液控單向閥瞬間關(guān)閉, 避免工作機構出現停位不準及竄動(dòng)現象。

　　2.4、充液閥在液壓系統回路中的合理設計

　　充液閥是一種特殊的液控單向閥 (開(kāi)啟壓力很低) , 如圖9所示液壓系統回路中設計了充液閥, 通過(guò)執行元件懸掛物的重力實(shí)施高效節能的液壓系統回路。可以實(shí)現液壓缸空載快進(jìn) (活塞桿伸出) 、液壓缸帶載工進(jìn) (活塞桿伸出加壓) 和快退 (液壓缸快速縮回) 的工作循環(huán)。當YV1通電時(shí), 壓力油通過(guò)電磁換向閥1向液壓缸上腔供油, 依靠懸掛的重物克服摩擦力和回油阻力, 迅速將液壓缸下腔的油液通過(guò)電磁換向閥1排回油箱;此時(shí)油泵供油常常不能充滿(mǎn)液壓缸上腔, 缸上腔未充滿(mǎn)油部分會(huì )形成一定程度真空, 受大氣壓作用, 高位油箱4內的油液會(huì )通過(guò)充液閥2補充到液壓缸上腔, 實(shí)現空載快速下降。

圖9 帶充液閥的液壓系統回路

　　2.5、液控單向閥外泄油路在液壓系統回路中的合理設計

　　如圖10、圖11所示, 為某弧門(mén)液壓?jiǎn)㈤]機液壓系統的兩種回路, 液壓油缸無(wú)桿腔與有桿腔的面積比A無(wú)/A有=1.3;有桿腔啟門(mén)壓力18MPa;靠自重閉門(mén), 液壓缸無(wú)桿腔安全保護溢流閥6的設定壓力0.7MPa。件號4為啟門(mén)工況安全保護直動(dòng)式溢流閥。

　　1) 液控單向閥的Y口泄油匯入低壓回路

　　如圖所示, 啟門(mén)工況液壓系統動(dòng)作原理簡(jiǎn)述:電液換向閥YV1得電, P口壓力油經(jīng)調速閥組2、液控單向閥3進(jìn)入液壓缸5的下腔 (有桿腔) ;液壓缸5的上腔 (無(wú)桿腔) 油液經(jīng)單向順序閥7、電液換向閥1回到回油T口。閉門(mén)工況液壓系統動(dòng)作原理簡(jiǎn)述:電液換向閥YV2得電, P口壓力油經(jīng)電液換向閥1、單向順序閥7進(jìn)入液壓缸5的上腔 (無(wú)桿腔) , 液壓缸5的下腔 (有桿腔) 油液經(jīng)液控單向閥3、調速閥組2進(jìn)入電液換向閥1回到回油T口。

　　如圖10所示, 自重閉門(mén)過(guò)程無(wú)桿腔壓力很低, 達不到液控單向閥3的最低控制壓力;設計了單向順序閥7來(lái)給液控單向閥3的X口提供穩定可靠的控制壓力;液控單向閥3的泄油Y口的油液匯入液壓缸上腔 (無(wú)桿腔) 低壓油路, 結構緊湊、減少了液壓設備外接管路;不考慮管路壓力損失的情況下, 此回路中液控單向閥的Y口會(huì )有0.7MPa的背壓。這種液壓系統回路中的液控單向閥只能選用底板連接及螺紋連接式液控單向閥, 液控單向閥3的結構類(lèi)似于圖B-2, Y口的0.7MPa的背壓會(huì )使控制油X口稍增加一點(diǎn)壓力 (<0.7MPa) 。設B腔與控制油腔X受壓面積比約1:3, 那么此液控單向閥在一定的控制壓力 (約7MPa) , 克服B腔壓力與Y腔的一點(diǎn)壓力下就可以反向開(kāi)啟。

圖10 液壓?jiǎn)㈤]機液壓系統回路

　　當然, 如果低壓回路壓力較高 (約>1MPa) , 液控單向閥的Y口泄油就不建議匯入此低壓回路, 以免增加控制功率。

　　2) 液控單向閥的Y口泄油須單獨接泄油管到油箱

　　如圖11所示, 啟門(mén)工況液壓系統動(dòng)作原理簡(jiǎn)述:電液換向閥YV1得電, P口壓力油經(jīng)調速閥組2、插裝電液控單向閥組3進(jìn)入液壓缸5的下腔 (有桿腔) ;液壓缸5的上腔 (無(wú)桿腔) 油液經(jīng)電液換向閥1回到回油T口。閉門(mén)工況液壓系統動(dòng)作原理簡(jiǎn)述:電液換向閥YV2得電, P口壓力油經(jīng)電液換向閥1進(jìn)入油缸5的上腔 (無(wú)桿腔) , 液壓缸5的下腔 (有桿腔) 油液經(jīng)插裝電液控單向閥組3 (YV3得電、插裝單向閥反向開(kāi)啟) 、調速閥組2進(jìn)入電液換向閥回到回油口。

　　如圖11所示, 插裝電液控單向閥組3由二通插裝方向閥及其控制蓋板上疊加的電控方向座閥組成。插裝閥A口連接液壓系統控制閥組、插裝閥B口連接液壓缸有桿腔、插裝閥X口油壓來(lái)自插裝閥的B口、泄油Y口的油液?jiǎn)为毣氐接拖洹２豢紤]管路壓力損失的情況下, 此回路中液控單向閥的Y口壓力為零。這種液壓系統回路中的插裝電液控單向閥組3的控制回路類(lèi)似于圖5, 區別在于本液壓系統回路是由電控先導座閥使插裝閥反向開(kāi)啟;而圖5是由液控先導座閥來(lái)使插裝閥反向開(kāi)啟。

圖11 液壓?jiǎn)㈤]機液壓系統回路

　　3) 二通插裝式液控單向閥

　　不管是液控 (如圖5及圖6) 還是電液控 (如圖11中件號3) , 其控制蓋板的泄油Y口油液必須直接回油箱 (理論上不允許有背壓) 。

　　如圖11所示, 設二通插裝閥的A腔、B腔、C腔 (彈簧所在的控制油腔) 的面積代號分別為AA、AB、AC, 二通插裝閥的A腔、B腔、C腔 (彈簧所在的控制油腔) 的壓力代號分別為pA、pB、pC;二通插裝方向閥一般常見(jiàn)的面積比AB=0.3333AC或者AB=0.4AC。假設此二通插裝閥面積比AB=0.4AC, 彈簧開(kāi)啟壓力為0.16MPa, 那么pB=2.5pC+0.16MPa即可反向開(kāi)啟此插裝液控單向閥;YV3通電時(shí), 二通插裝閥彈簧所在的控制油腔C腔連通控制蓋板的泄油Y口, 即pC=pY;在Y口沒(méi)有背壓的情況下, 即pC=pY=0時(shí), pB>0.16MPa即可反向開(kāi)啟此插裝液控單向閥, 完成此油缸伸出動(dòng)作。

　　假設圖11液壓系統回路中的二通插裝式液控單向閥的泄油Y口不是單獨連接到油箱, 而是匯入油缸無(wú)桿腔 (低壓油路) , 那么Y口存在與無(wú)桿腔壓力相等的背壓, 當pB>2.5pC+0.16MPa才可反向開(kāi)啟此插裝液控單向閥;YV3通電時(shí), 二通插裝閥彈簧所在的控制油腔C腔連通控制蓋板的泄油Y口, 啟閉機正常閉門(mén)工況, 不考慮管路壓力損失的情況下, 如果p無(wú)=0.7MPa, 那么pC=pY=p無(wú)=0.7MPa, 計算得p有=pB>2.5pC+0.16MPa=1.91MPa才可反向開(kāi)啟此插裝液控單向閥。弧門(mén)啟閉機運行工況 (自重閉門(mén)) 決定了有桿腔的液壓力是平衡啟閉機弧門(mén)自重產(chǎn)生的負載而導致的背壓, 在閉門(mén)全過(guò)程中此負載是由小到大不斷變化的, 即啟閉液壓缸有桿腔液壓力p有是由小到大不斷變化的, 如果閉門(mén)過(guò)程有桿腔產(chǎn)生的最小壓力<1.91MPa, 則液壓系統回路中插裝液控單向閥反向開(kāi)啟失敗, 那么閉門(mén)動(dòng)作就停止, 可見(jiàn)二通插裝式液控單向閥的泄油Y口有一定的背壓是不可靠的。

　　綜上所述, 二通插裝式液控單向閥, 不管是液控還是電液控, 其控制蓋板的泄油Y口油液必須直接回油箱, 考慮上Y口液壓管路的壓力損失, Y口作用到插裝閥C腔的最高壓力須小于0.5MPa, 否則會(huì )影響到液壓系統及設備的安全可靠性。

　　3、結束語(yǔ)

　　本文簡(jiǎn)述了液控單向閥的概念、種類(lèi)及作用, 并采用多種圖例詳細闡述了液控單向閥在不同工況、不同應用領(lǐng)域的液壓系統回路中的合理設計, 同時(shí)分析了液控單向閥在液壓系統回路中設計不當會(huì )導致的故障、產(chǎn)生原因及解決方法。對設計者合理選用與設計液控單向閥相應液壓系統回路、使液壓系統回路及設備高效節能、運行平穩、安全可靠具有重要意義。

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