一種提升機構節流調速回路設計

丘永亮，邱騰雄，陳偉俊

(1.廣東工貿職業技術學院機械工程系，廣東廣州510510;2.廣東科達機電股份有限公司，廣東佛山 528313)

對于立式結構的液壓機來說，其動梁在主油缸驅動下下降到接近工進位置時，動梁的速度需要降低以降低動梁對液壓機整體框架的沖擊。傳統的采用電液比例節流閥為核心元件的節流油路，其優點是動梁的速度可以靈活控制，而且節流效果比較好;但是，該方案的最大缺點是電液比例節流閥的價格比較貴，而且需要增加高精度過濾器才能實現比例節流閥的正常工作，這將大大增加油路的經濟成本。而采用節流閥控制動梁的下降速度，在不同的負載條件下，動梁的下降速度也會不同，只能依靠經驗來控制下降時間。

針對以上問題，研究并開發出了一種應用于提升機構的節流調速回路，以降低動梁對液壓機整體框架的沖擊，同時提高在負載變化條件下動梁下降時間的相對穩定性。

1 技術方案的工作原理及特性分析

1.1 技術方案的工作原理

此方案采用調速閥作為核心元件控制動梁的下降速度。油路的切換動作由位移傳感器發出的信號控制。當動梁從最高位置下降時，液壓油不經過調速閥直接回到油箱。當動梁下降到一定高度時，液壓油全部經調速閥流過。由于調速閥的特性，由此高度下降至工進位置所需的時間基本相同。在油路切換過程中，管道和油缸可能產生瞬時高壓，當該壓力超過溢流閥的安全壓力時，溢流閥動作，保證壓力不至于過高，避免管道和油缸破裂。

當換向閥2失電和液控單向閥5失電不通入先導油時，液壓油經由液壓泵7進入提升油缸的有桿腔，提升油缸向上動作。當提升油缸到達指定位置時，液壓泵停止工作，液壓油不再注入油缸，提升油缸停止動作。當換向閥2得電時，提升油缸在重力作用下自動回程，液壓油經過換向閥的左位回到油箱，活塞的下降速度比較快，且速度的快慢取決于負載的大小。當活塞下降到接近終點位置時，位移傳感器發出信號控制換向閥失電，液控單向閥6通入先導油，液壓油全部經過調速閥4回到油箱。活塞實現勻速下降，直至活塞回到起點位置，液控單向閥停止通入先導油。

1.2 特性分析

此方案回路中所用的調速閥是進行了壓力補償的節流閥，它由節流閥和定差減壓閥串聯而成，如圖1所示的4號元件，它是實現活塞勻速下降的關鍵。在調速閥中，調速閥前、后的壓差Δp=p3－p1隨著負載的不同而變化，而調速閥中的節流閥前、后壓力p1與p2的壓差ΔpT=p2－p1，在定差減壓閥的作用下保持不變。

根據調速閥的靜態特性，流過調速閥的流量q為:

式中:CdT為節流閥口流量系數;

AT為節流閥口過流面積 (m2);

K為調速閥的彈簧剛度 (N/m);

xo為減壓閥口開度為0時的彈簧預壓縮量(m);

ρ為油液密度 (kg/m3);

AR為減壓閥閥芯有效作用面積。從以上式子可知:在一個特定的調速閥中，決定調速閥流量大小的參數為AT，當AT一定時，通過調速閥的流量基本上保持不變，與調速閥前后的壓差Δp=p3－p1無關。

于是液壓缸活塞的下降速度為:

式中:v為液壓缸的下降速度 (m/s);

A為液壓缸橫截面積。

該技術方案的調速回路在調速閥的作用下，在下降到某一位置后，流量q基本上保持不變，而A也為液壓缸的固有截面積，因此，可實現液壓缸在變化負載的情況下保持勻速下降，下降速度的快慢取決于調速閥閥口截流面積。

2 結束語

該技術方案應用于立式結構的液壓機中動梁的下降速度控制，可降低動梁對于液壓機整體框架的沖擊，并實現動梁的勻速下降，其下降速度的快慢取決于調速閥閥口過流面積。在該方案中，換向閥及液控單向閥的切換時間由電控系統控制，可以實現靈活控制，且位移傳感器發出信號的位置也可實現調節，甚至可以實現動梁的全程勻速下降。而對于換向閥換向過程中造成液壓沖擊，則采用溢流閥來防止管道和油缸的破裂。該技術方案在應用過程中效果良好，并且已成功申請專利。

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