比例溢流閥和比例換向閥在快速打包機上的應用

■ 陳興橋 任福亭 徐向東

〔山東天鵝棉業機械股份有限公司，山東濟南250032〕

比例溢流閥和比例換向閥在快速打包機上的應用

■ 陳興橋 任福亭 徐向東

〔山東天鵝棉業機械股份有限公司，山東濟南250032〕

在整個棉花加工行業中，打包機占據了不可或缺的地位，它是機電液一體化結合的產物。電氣指揮著液壓動作，液壓又驅動著機械動作。液壓工況決定了整個打包機運行的平穩性，特別是快速打包機僅僅依靠傳統的溢流閥和電磁閥組合的方式，很難實現既快速又平穩的運行，所以在快速打包機液壓中使用了比例溢流閥和比例換向閥，通過PLC來控制它們的動作，實現快速、平穩打包。

一、背景技術

在國內現有棉花加工技術領域，打包機主要是把皮棉打成統一標準的棉包，在打包機工作過程中，液壓沖擊大小決定了打包機工作的效率、使用壽命、棉包計量的精度。國內現有打包機都是利用普通溢流閥來調定液壓系統的參數，再配合若干電磁換向閥來實現打包機動作。普通液壓閥只能通過預調的方式對液流的壓力、流量等參數進行定值控制。也就是說液流的壓力、流量等參數須在設備運行之前調定，參數一旦調定，在設備運行過程中就不會再變動，所以壓力值變化局限于若干個溢流閥之間的切換來實現，數量始終有限，因為是跳變，所以避免不了產生沖擊。但是當打包機在工作過程中要求對液壓系統的壓力、流量等參數進行自動調節或連續控制，例如，要求轉箱正轉時按慢速啟動、快速旋轉、再慢速到位連續變化的速度實現工作，或者按一定精度模擬某個最佳控制曲線實現控制。普通液壓閥實現不了，這時可以用電液比例閥（包括比例溢流閥和比例方向閥）對液壓系統進行控制。打包機的速度變化僅靠普通溢流閥和電磁閥配合來實現，由于電磁閥本身的反應速度及設備慣性，容易出現下列現象：

1.打包機的運行速度相當快，同一個執行元件正反向速度切換也很快，比如預壓上行轉下行或下行轉上行，快速轉慢速，這就很容易產生沖擊。

2.打包機系統壓力偏大，比如主壓壓包及脫箱上行初期，液壓系統的沖擊就在所難免，不能保證棉包計量的精度。

從以上現象來看，僅僅依靠溢流閥和電磁閥配合容易出現下列問題：

1.打包機工作過程中液壓沖擊太大，致使機械設備不穩定，整個機架晃動，信號采集不穩定，可能導致PLC及人機界面工作不穩定，所以打包機達不到設計效果，嚴重時甚至造成打包機故障停機，影響整條生產線的工作效率。

2.由于液壓沖擊頻繁，壓力數值大，因此棉包計量不穩定，非標準包率增加，浪費捆包材料。如果非標準包不能參加市場流通，還必須回包，既增加工人的勞動量、延長工人勞動時間，又浪費資源。

3.液壓配件使用壽命縮短，增加了故障判斷難度。

二、比例溢流閥和比例換向閥簡介

比例溢流閥和比例換向閥安裝簡單，調試和維護都很方便，它們都是按輸入的電信號連續地、按比例地控制液壓系統的液流方向、流量和壓力的閥類。從電氣角度來說，比例溢流閥沒有方向，它通過電信號按比例控制壓力大小來控制它本身的運行方向，它們由電-機械比例轉換裝置和液壓控制閥本體兩大部分構成。前者將輸入的電信號連續地按比例地轉換為機械力和位移輸出，后者在接受這種機械力和位移之后，按比例連續地輸出壓力和流量。

三、比例溢流閥和比例換向閥參數設置

比例溢流閥和比例方向閥在打包機液壓上雖然具有強大的功能，但是必須通過電氣系統來實現。在人機界面上進行參數設定后，PLC控制系統就能達到控制它們輸出壓力、流量或者方向的目的，如圖1和2所示。比例溢流閥通過電信號對應其壓力范圍，可以在人機界面上任意設置參數來控制其對應的任意壓力來作為相應動作的油源壓力；比例換向閥通過對稱雙向電信號對應其壓力范圍，可以在人機界面上任意設置參數來控制比例換向閥對應的任意壓力來作為相應動作的液流方向，再通過PLC來控制打包機動作，這樣打包機在運行過程中，我們可以根據工況的需要任意且隨時變換油源壓力。打包機速度變化可以依靠參加動作的油源壓力和電磁閥切換來共同實現，達到多級甚至無極調速的目的，從而實現打包機快速、平穩、無沖擊與高精度棉包計量。

圖1 比例溢流閥設定

現有快速打包機上所用比例溢流閥電信號都為0～10 V，對應壓力值為0～20 MPa或0～31.5 MPa，在圖1所示的參數設置項里設置0～10的任意數，其對應相應的壓力值，如果同一個動作需要多個壓力值，在PLC程序里可以按照要求編寫，只需直接在人機界面設置好即可。在設備運行過程中，PLC會根據程序自動控制所需壓力來參加到工作中。例如：轉箱馬達正轉，為了實現轉箱平穩且沒有沖擊，在整個轉箱正轉過程中需要3個速度：1.最初開始時要快速，2.轉到一定位置須要減速，3.為了無沖擊到位，在快轉箱到位時要把速度減到最小。為此在屏上設置了3個電壓參數設置項，其分別對應3個壓力值，在整個轉箱正轉過程中，在PLC控制下自動依次參加工作，直至轉箱結束。參數值越大，速度越快。

圖2 比例換向閥及相關比例溢流閥設定

現有快速打包機上所用比例換向閥電信號都為-10 V～+10 V，其中-10 V～0代表一個方向，0～+10 V代表另一個方向。兩個方向中的數字“0”都代表設備在靜止狀態，跟“0”偏差越大，表示設備運行速度越快。如果送棉前進的電信號為-10 V～0，需要設置快、慢兩個速度；那么0～+10 V則為送棉后退電信號，也需設置快、慢兩個速度。設置方式跟比例溢流閥類似，設置完成后，設備運行時各個參數會自動被PLC調用，達到平穩運行的目的。

四、與普通液壓閥相比，比例閥的優點

1.對操作者而言，能簡單地實現遠距離設置并控制。

2.能連續地、按比例地控制液壓系統的壓力和流量，從而實現對執行機構的位置、速度和力的連續控制，并能防止或減小壓力、速度變換時的沖擊。

3.元件數量少，接線更簡單，故障點少且容易查找。

4.人機界面上還能實時顯示液壓系統的壓力值，便于觀察。