一種液壓缸速度調節的簡易改進設計

周洪，鄭曉東

( 中國空氣動力研究與發展中心高速研究所，四川綿陽622661)

基于環境要求及安全考慮，很多廠礦企業要求液壓系統在緊急或掉電的情況下，執行機構能夠快速回零或復位，即液壓缸具有快速縮回或伸出的功能。在風洞閥門系統中，通常對主進氣管路的閥門都有類似要求，其中由雙作用缸作為執行器的快速閥就是典型，其液壓缸縮回速度通常為400 ～500 mm/s。近年來，隨著試驗任務的增加，風洞閥門系統運轉極為頻繁，工作中快速閥液壓缸快速縮回引起系統回油流量大，導致系統振動及沖擊極大，多次引起濾芯破損及密封失效等問題，對液壓系統穩定運行和風洞試驗的正常進行造成很大的影響。

1 快速閥液壓系統介紹

快速閥設計開啟時間為8 s，關閉時間為3 s，其系統原理如圖1 所示，工作原理是:快速閥開啟時，電磁閥1DT 和電磁閥2DT 帶電，油液通過插裝閥NG1 進入液壓缸無桿腔，有桿腔通過插裝閥NG3 回油?？焖匍y關閉時電磁閥1DT 和電磁閥2DT 失電，油液通過插裝閥NG2 進入液壓缸有桿腔，無桿腔通過插裝閥NG4 回油。其中NG2 和NG4 是大口徑插裝閥，可確?？焖匍y快速關閉。

圖1 快速閥液壓系統原理圖

2 改進方案的設計

原設計中，快速閥只有一開一關兩種功能，其設計初衷是在緊急或掉電的情況下快速關閉閥門，在正常使用時無需過快的速度，因此為延長設備壽命、提高系統運行的可靠性，提出了改進閥門關閉模式的要求，即閥門正常關閉時間為10 ～15 s，快速關閉時間為3 s。

基于上述要求，最初考慮過4 種方案:對系統重新設計、進油節流、回油節流和改造插裝閥蓋板。在對各方案的周期、經費及可操作性等方面進行對比后，最終采用周期最短、經費最少且改動量最小的方案，即大口徑電磁閥與節流閥并聯的方式進行回油節流的調速方法。如圖2 所示，將主回油路上DN50 管路改為兩條并聯管路:一條為DN30 管路，安裝節流閥;另一條為DN50 管路，安裝有大口徑先導式電磁閥。

圖2 快速閥改進后系統原理圖

從圖2 可以看出:快速閥開啟時電磁閥1DT 和2DT 得電，電磁閥3DT 失電，其開啟時間與改進前基本一樣;正常關閉時，電磁閥1DT 和2DT 失電，電磁閥3DT 得電，油液通過插裝閥NG2 進入液壓缸有桿腔，無桿腔回油通過插裝閥NG4，再經過節流閥MG1 回油，由節流閥開口大小控制回油速度即閥門的關閉速度;快速關閉時，電磁閥1DT、2DT 和3DT失電，油液通過插裝閥NG2 進入液壓缸有桿腔，無桿腔回油通過插裝閥NG4，再同時經過節流閥MG1和電磁閥3DT 回油，達到快速關閉的目的。

3 關閉時間計算與分析

(1)正常關閉時間

快速閥液壓缸尺寸為280/200/1 045 (缸徑/桿徑/行程)，快速閥關閉時需要控制無桿腔的油液流速，經計算無桿腔容積為64.3 L，選取的MG30 節流閥最大流量為400 L/min，可知當只有MG30 節流閥工作且處于全開時快速閥關閉時間為9.6 s，關閉時間可通過調節節流口進行控制并延長。

(2)快速關閉時間

原回油管路通徑為DN50，改造后兩條管路通徑分別為DN30 和DN50?？焖訇P閉時，液壓缸回油可通過并聯的兩根回油管回油，節流閥的壓差為0.6 ～0.8 MPa，如圖3 所示，而電磁閥壓差為0.4 ～0.5 MPa，電磁閥開啟時間為400 ～500 ms。經核算，在節流閥全開的情況下，快速關閉時間為2.6 s，快于原設計的關閉時間。經現場調試，將節流閥開口設定在全開口的80%時，即正常關閉時間為12 s 時，快速關閉時間為2.98 ～3.05 s，基本滿足現場使用要求。

圖3 MG30 節流閥p-Q 特性曲線

4 結束語

通過上述簡單的改進后，快速閥正常關閉過程中液壓缸運行平穩，消除了管路振動和沖擊，濾芯破損及密封失效等問題也隨之消失，閥門的壽命及系統工作的可靠性有很大的提高。該速度調節方法簡單易行，對類似液壓系統的應用及改進有一定的借鑒作用。

【1】雷天覺. 液壓工程手冊［M］. 北京:機械工業出版社，1990.

【2】王益群.液壓工程師技術手冊［M］.北京:化學工業出版社，2010.