液控單向閥的應用與分析

商 林

（廣東省韶鋼設計院，廣東 韶關 512123）

液控單向閥亦稱為液壓鎖，它是利用閥芯和閥座相配合的金屬錐面進行密封.液控單向閥是在一般功能單向閥基礎上增加液控部分，它除了具有一般單向閥單向截流的功能，同時可以根據實際需要實現油液逆向流動功能.由于液控單向閥結構和功能的特殊性，在機械設備、試驗設備和冶金設備液壓系統中得到廣泛運用［1］.

1 液控單向閥原理及結構

圖1 液控單向閥三種結構形式

液控單向閥與普通單向閥不同之處，在于它增加了控制油路，液控單向閥分為三種形式：內泄式、外泄式、泄壓式［2］，如圖1所示.當液壓控制活塞下部無控制油Pk進入時，油路只能從P2到P1，逆向則無法通過，其功能相當于普通單向閥.當控制油孔引入控制油Pk進入控制活塞底部，推動活塞上升頂開主閥芯，使油液可以從P2流向P1，也可以從P1流向P2.液控單向閥允許正向油路自由通過，而反向油路則要借助控制油路Pk使反向油路流動.

圖1中（a）為內泄式液控單向閥.為了減小油液流動時的壓力損失，則單向閥在設計時主閥芯直徑比較大.當控制油路進入時，推動控制活塞上升頂開主閥芯時，必須克服主閥芯上端壓力P1和控制活塞上端壓力P2以及彈簧力，此時Pk壓力要求很高，不然無法實現液控的功能.在實際使用過程中，往往需要加大額外的控制油壓，給液壓油路的設計和實際操作帶來不便.該形式液控單向閥適合裝在反向油出口P2很小或為零的條件下.

圖1中（b）是在內泄式基礎上進行改進的外泄式液控單向閥，它將控制活塞上端與P2隔離，使控制油Pk在工作的過程中不需要克服反向出油口P2對活塞向下的力，使控制油壓力Pk大大減小.同時將外泄油口同油箱相連，這樣活塞桿上端面壓力為零，使活塞桿上下活動自如.它消除了內泄式液控單向閥P2腔只能為零的限制條件，擴大了液控單向閥的使用范圍.

圖1中（c）則是更為合理先進的泄壓式液控單向閥，外泄式液控單向閥解決了P2下推力問題，但P1作用在主閥芯上表面的下推力依舊很大，控制油路克服壓力很大.同時單向閥主閥芯在打開的瞬間，油液瞬間通過打開的閥芯，將會造成強烈的沖擊，損壞液控單向閥內部零件.泄壓式液控單向閥很好的解決了上述存在的問題.它相當于一個先導結構，控制油路壓力只需推到先導小閥芯，使P1與P2想通，控制油以較小的壓力即可推開主閥芯.同時由于壓差減小，在開啟的過程中不會產生劇烈的沖擊而損壞閥芯.

2 液控單向閥的運用

2.1 液壓缸的鎖定功能

液控單向閥在液壓系統中經常用于鎖定某段油路起到保壓作用，所以亦稱為液壓鎖.它可以將液壓缸鎖定在任何位置保持不動.因單向閥為座閥結構，其密封性相對較高，泄漏量幾乎為零有效的保證了工作的安全性，工作原理圖如圖2所示.

圖2 液控單向閥鎖定功能原理圖

圖3 液控單向閥閥芯結構形式

液控單向閥在鎖定功能工作過程中，進油段壓力與出油段壓力存在一定的壓力差，對鎖定功能更加精確和穩定.控制油口在液控單向閥關閉過程中，成為活塞桿泄油口，為了保證主閥芯快速關閉，泄油口壓力必須瞬間降低或為零.所以在選擇電磁換向閥時候，應選用Y型電磁換向閥，如圖3（a)所示，它保證了在鎖定過程中，液控單向閥的主閥芯能在瞬間回落關閉單向閥，同時控制油口與出油口接回油箱，壓力為零，更好的保證了液控單向閥的密封性.但是由于控制油口與出油口直接與油箱連接同時壓力為零，會在重力的作用下，使管路中的油液回到油箱，當再次使用時，油液首先充滿管路建立起壓力后在動作，所以會存在一定時間延緩，在使用過程中可以加以關注.

但是如果選用如圖3(b)所示O型電磁換向閥，那么在關閉過程中，控制油口與出油口依然存在較高的壓力，液壓缸則不能瞬間鎖定任何位置，同時在長期鎖定過程中，液控單向閥主閥芯兩端和控制油口均存在較高壓力，該種形式其實是依靠O型換向閥中位鎖定，可靠性遠遠不及單向閥的鎖定效果.

圖4 液壓單向閥鎖定功能圖

2.2 防止吊物自重下落

對于垂直吊掛液壓缸設備中，可以使用液控單向閥有效的保證重物長時間停留在任意位置，而不會下滑，如圖4所示.

液控單向閥在使用中，正確的設計回路會更好的保證了功能的穩定性.如圖4液控單向閥使用回路中，如果未設置節流閥1，當液控單向閥油路打開，液壓缸活塞在重物作用下，相當于自由落體，瞬時下降速度很快.當油缸上腔油液來不及及時補充時，上腔壓力與控制油口壓力瞬間降低，會使液控單向閥關閉，使油缸停止下降.隨后，隨著時間的推移，上腔壓力又升高，使液控單向閥打開，油缸繼續下降.這樣反復交替出現，油缸的下降則出現抖動與爬行，將產生強烈的低頻振動，對液壓系統造成傷害［3］.

2.3 作充液、排液閥使用

圖5 液控單向閥補液、排液功能圖

如圖5所示，垂直油缸快速空行程下降時，因受自由落體作用，油泵油液難以及時填充油缸上腔，則上腔形成一定的真空度，充溢油箱在大氣壓力的作用下打開液控單向閥向上腔快速補油，及時充滿油缸避免形成真空度對油缸產生損害.當油缸活塞桿直徑和油缸內徑相差很小時，那么從有桿腔進入油缸的流量遠遠小于無桿腔流出的流量，為了保證油缸的平穩運行，可以從無桿腔旁路一套液控單向閥進行旁路分流回油箱，避免了管道和換向閥因瞬間大流量沖擊產生沖擊與損壞.

3 結語

通過液控單向閥的應用實例，根據特定的回路要求和特點選用合理液控單向閥形式對整個系統起關鍵性作用.對于內泄式，回路設計中應保證反向流動出口油路不能存在較高的管道壓力.單向閥關閉過程中，控制油口成泄油口，為了保證快速鎖定，電磁換向閥必須選用Y型閥，而不能選用O型閥.同時作為充液與排液閥時，閥門的通徑必須足夠大，吸油阻力小，同時可以快速達到充液和排液的效果［4］.了解液控單向閥的結構和控制原理、正確的使用方法和使用特點，對完善液壓系統的設計和提高液壓系統的維護起具有重大的意義.

［1］宋海林.液控單向閥的結構特點及其正確使用［J］.通用機械,2003(1):46-48.

［2］路甬祥.液壓氣動技術手冊［M］.北京:機械工業出版社,2001.

［3］雷天覺.新編液壓工程手冊［M］.北京:機械工業出版社,1996.

［4］陸望龍.實用液壓機械故障排除與修理大全［M］.長沙:湖南科學技術出版社,2002.