液壓回路中液控單向閥的應(yīng)用研究

楊孟庚

（中國農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院，北京 100083）

1 液控單向閥的特點(diǎn)

在液壓回路當(dāng)中液控單向閥屬于方向控制閥的一種，主要依靠控制流體壓力使單向閥反向流通。按照控制方向的不同可以將液控單向閥分為單向液控單向閥和雙向液控單向閥兩大類。當(dāng)控制油路油控制壓力輸入時(shí)，活塞頂桿在壓力油作用下向右移動(dòng)，用頂桿頂開單向閥，使進(jìn)出油口接通。若出油口大于進(jìn)油口就能使油液反向流動(dòng)。液控單向閥具體結(jié)構(gòu)如下圖1所示：

圖1 液控單向閥的結(jié)構(gòu)示意圖

在液控單向閥的結(jié)構(gòu)示意圖中(a)是單向液控單向閥、(b)是雙向液控單向閥，兩者主要結(jié)構(gòu)基本一致，包括1.活塞；2.閥體；3.閥芯；4.彈簧這四個(gè)部分。根據(jù)液壓回路的實(shí)際情況，如果僅對(duì)一個(gè)方向具有鎖閉要求可以選擇；如果在兩個(gè)方向都具有鎖閉要求時(shí)可以選擇是雙向液控單向閥。以下就對(duì)兩種液控單向閥的工作原理進(jìn)行簡要分析：

（1）單向液控單向閥。從圖(a)可以看出，K、A、A′分別是單向液控單向閥的出油口，如果當(dāng)A′處的油壓低于A處時(shí)，由于壓力差會(huì)促使閥芯開啟，液壓油就可以從液壓較高的A處流向液壓較低的A′處，從而使兩者之間恢復(fù)平衡；如果當(dāng)A′處的油壓高于A處時(shí)，壓力差會(huì)使閥芯關(guān)閉，從而能夠有效阻止液壓油從A′處進(jìn)入到A處。在K處通入控制油，推動(dòng)活塞的同時(shí)頂開閥芯使保持A與A′連通，從而實(shí)現(xiàn)液壓油的反向流動(dòng)。

（2）雙向液控單向閥。圖(b)中 A、B、A′、B′分別是雙向液控單向閥的出油口，主要工作原理與單向液控單向閥類似。雙向液控單向閥的工作區(qū)域可以分為左右兩個(gè)部分，當(dāng)左邊區(qū)域的A′處的油壓低于A處時(shí)，由于壓力差會(huì)促使閥芯開啟，液壓油就可以從液壓較高的A處流向液壓較低的A′處，然后會(huì)推動(dòng)活塞向右移動(dòng)并頂起右側(cè)閥芯，使B與B′保持連通，實(shí)現(xiàn)液壓油的反向流動(dòng)；如果當(dāng)右邊區(qū)域的B′處的油壓低于B處時(shí)，壓力差會(huì)使閥芯開啟，液壓油會(huì)從B處流入B′處，并推動(dòng)活塞向左移動(dòng)并頂起左側(cè)閥芯，使A與A′連通實(shí)現(xiàn)液壓油的反向流動(dòng)。

2 液壓回路中液控單向閥的應(yīng)用

液壓回路是由各種液壓元件組成的具有一定機(jī)能的液壓裝置構(gòu)成部分，以下就對(duì)液壓回路中液控單向閥的應(yīng)用進(jìn)行具體分析：

（1）液控單向閥在鎖緊回路中的應(yīng)用。由于液控單向閥具有良好的鎖閉性能，因此在液壓鎖緊回路中有著非常廣泛的應(yīng)用。折臂液壓缸的結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 液控單向閥在液壓鎖緊回路中的應(yīng)用

液控單向閥在液壓鎖緊回路中的應(yīng)用圖中1指折臂液壓缸；2指雙向液控單向閥；3指手動(dòng)切換閥。在具體應(yīng)用過程中折臂液壓缸可以分為有桿腔和無桿腔兩種工作條件，當(dāng)液壓油從A處流向A′處時(shí)，此時(shí)液壓油進(jìn)入的是折臂液壓缸的無桿腔，根據(jù)液壓油壓力的平衡公式可以得到：PAF1=R+P謖BF2。

從上式中可以進(jìn)一步得到有桿腔的開鎖條件為P謖AF3＞P謖BF4，代入液壓缸活塞的力平衡公式可以進(jìn)一步得到：

式中F1為液壓缸活塞無桿腔面積；F2為液壓缸活塞有桿腔面積；ψ為液壓缸速比，即ψ＝F1/F2、F3表示活塞有效面積；F4為錐閥有效面積。

當(dāng)液壓油從B處流向B′處時(shí)，此時(shí)液壓油進(jìn)入的是折臂液壓缸的有桿腔，同樣根據(jù)液壓油壓力的平衡公式可以得到：P謖AF1=R+PBF2。

由此可以得到，只要滿足無桿腔開鎖條件的同時(shí)也可以滿足有桿腔開鎖條件。

（2）液控單向閥在同步回路中的應(yīng)用。文章主要以折臂雙液壓缸為例研究液控單向閥在同步回路中的應(yīng)用，折臂雙液壓缸的結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 折臂雙液壓缸的結(jié)構(gòu)示意圖

在折臂雙液壓缸正常工作情況下，電液換向閥通電后位于左端，此時(shí)油箱中的液壓油通過進(jìn)油口P流入，然后依次通過電液換向閥、單向節(jié)流閥、平衡閥、雙向液控單向閥并最終進(jìn)入折臂液壓缸的無桿腔，促使兩個(gè)折臂液壓缸同步伸出。根據(jù)折臂雙液壓缸的工作原理，有桿腔的液壓油會(huì)經(jīng)過雙向液控單向閥、單向節(jié)流閥、電液換向閥并最終通過出油口O到達(dá)油箱。當(dāng)電液換向閥通電后位于右端時(shí)，油箱中的液壓油通過進(jìn)油口O流入，然后依次通過電液換向閥、單向節(jié)流閥、雙向液控單向閥并最終進(jìn)入折臂液壓缸的有桿腔，促使兩個(gè)折臂液壓缸同步縮回。同樣根據(jù)折臂雙液壓缸的工作原理，無桿腔的液壓油會(huì)經(jīng)過雙向液控單向閥、平衡閥、單向節(jié)流閥、電液換向閥并最終通過出油口P到達(dá)油箱。

（3）液控單向閥在平衡回路中的應(yīng)用。整個(gè)平衡回路可以通過較高的精度控制負(fù)載位置，但是當(dāng)負(fù)載下降的過程中無法確保穩(wěn)定的下降速度。當(dāng)換向閥位于左端時(shí)，液壓油進(jìn)入折臂液壓缸的有桿腔，等到壓力足夠大時(shí)，液控單向閥開啟。此時(shí)的折臂液壓缸無桿腔無壓力，負(fù)載會(huì)受到自身重力的影響快速下降，如果折臂液壓缸的油量不足時(shí)會(huì)促使有桿腔的壓力急劇下降；當(dāng)壓力低于液控單向閥的最低控制壓力時(shí)，會(huì)導(dǎo)致液控單向閥關(guān)閉，此時(shí)負(fù)載會(huì)立即停止運(yùn)動(dòng)。液壓泵不斷地向折臂液壓缸供油，促使有桿腔內(nèi)部的液壓油上升，當(dāng)壓力可以使液控單向閥開啟時(shí)，負(fù)載同樣會(huì)在重力作用下快速下降。在負(fù)載快速下降的過程中，由于壓力存在變化區(qū)間會(huì)影響液控單向閥的開啟與閉合，不僅會(huì)降低了負(fù)載下降過程的穩(wěn)定性，而且還容易產(chǎn)生異常的振動(dòng)和噪聲。針對(duì)液控單向閥在平衡回路中的應(yīng)用中出現(xiàn)的速度不穩(wěn)定的問題，可以在折臂液壓缸的無桿腔液壓回路中增加一個(gè)液控單向閥。這樣一來就可以通過液控單向閥的調(diào)節(jié)作用，保持負(fù)載下降的穩(wěn)定性。由于增加了一個(gè)液控單向閥，在折臂液壓缸的有桿腔中能夠提供給液控單向閥持續(xù)開啟的壓力，這樣不僅可以使負(fù)載平衡下降，而且還能夠有效地降低功率損耗。液控單向閥在平衡回路中的應(yīng)用的結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 液控單向閥在平衡回路中的應(yīng)用示意圖

進(jìn)行工程機(jī)械液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要根據(jù)機(jī)械的工作特點(diǎn)選用合適的中位機(jī)能換向閥，目前較為常見的中位機(jī)能有O型、H型、X型、M型、Y型、P型、J型、C型以及K型。現(xiàn)階段的工程機(jī)械領(lǐng)域當(dāng)中，在液控單向閥組成的液壓回路中較多采用的是M型換向閥，當(dāng)該換向閥處于中位時(shí)，液壓泵泄荷，此時(shí)液控單向閥的控制油路關(guān)閉。由于液控單向閥的控制油換向閥關(guān)閉后，控制口遮擋影響了液壓泵的泄壓過程，以至于單向閥不能夠立即關(guān)閉，只有等到控制壓力油經(jīng)過換向閥內(nèi)泄或者其它原因失壓后，單向閥才能緩慢閉合。從換向閥換向到中位至負(fù)載停止運(yùn)動(dòng)，整個(gè)過程存在較長的滯留時(shí)間，這樣一來就大大降低了液控單向閥的定位精度以及工作穩(wěn)定性，因此要想進(jìn)一步提升液控單向閥的定位精度，就需要將M型換向閥換成擇H型或者Y型換向閥。當(dāng)H型或者Y型換向閥處于中位時(shí)，兩個(gè)負(fù)載口都與油箱連接，使液控單向閥隨即關(guān)閉，此時(shí)活塞或者負(fù)載的運(yùn)動(dòng)立刻停止，從而能夠有效地提高液壓回路的定位精度和工作穩(wěn)定性。

3 結(jié)語

綜上所述，液控單向閥在工程機(jī)械設(shè)備當(dāng)中的應(yīng)用十分廣泛，尤其是其良好的鎖閉能力能夠長時(shí)間確保液壓缸鎖緊定位。本文主要分析了液控單向閥在鎖緊回路、同步回路以及平衡回路中的應(yīng)用，通過理論計(jì)算得到了液控單向閥的開鎖條件，并且針對(duì)在液壓回路中的遇到的一些問題提出了一些解決措施，為日后液控單向閥的研究提供有力依據(jù)。

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