徐成東 袁國棟
(四川建筑職業(yè)技術學院交通與市政工程系,四川618000)
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單向閥在泵-馬達式閉式容積調(diào)速回路中的巧妙應用
徐成東袁國棟
(四川建筑職業(yè)技術學院交通與市政工程系,四川618000)
摘要:結(jié)合單向閥和溢流閥的結(jié)構和工作原理,介紹了泵-馬達式閉式容積調(diào)速回路中的幾種補油及安全保護油路,分析了幾種補油及安全保護油路的優(yōu)缺點,闡述了單向閥在泵-馬達式閉式容積調(diào)速回路中的巧妙應用,并提出了單向閥使用時的注意事項。
關鍵詞:單向閥,補油,安全保護
普通單向閥簡稱單向閥,它使油液只能沿一個方向流動,不允許反向倒流,故又稱逆止閥[1]。單向閥結(jié)構和工作原理雖然比較簡單,但卻是液壓系統(tǒng)中應用最多的元件之一。正確應用單向閥不僅可以滿足液壓系統(tǒng)不同使用場合的各種功能要求,而且還可使液壓系統(tǒng)設計簡化。
由雙向泵或雙向馬達組成的閉式容積調(diào)速回路在各類工程機械及其它類型機械設備的液壓系統(tǒng)中有著廣泛的應用,采用雙向液壓泵可以很方便地變換液壓馬達的運動方向。閉式回路中的液壓泵將油液輸入執(zhí)行元件的進油腔,又從執(zhí)行元件的回油腔處吸油,這種回路結(jié)構緊湊,減少了空氣侵入的可能性。缺點是散熱條件差,為了防止回路中的泄露,補償執(zhí)行元件進油腔與回油腔之間的流量差額,需要設置補油裝置[2]。雙向泵的出油口可以位于任意一側(cè),補油時要保證無論泵的出油口位于哪一側(cè),都能夠?qū)⒂鸵貉a充到泵的吸油口,即油路的低壓側(cè)。此外,為了防止液壓系統(tǒng)過載而損壞液壓元件,回路中還必須設置安全閥。以上這些要求都使得回路的設計復雜化。泵-馬達式容積調(diào)速回路有變量泵和定量馬達、定量泵和變量馬達及變量泵和變量馬達三種組合形式[2]。本文以變量泵-定量馬達式閉式容積調(diào)速回路為例,講述單向閥在泵-馬達式閉式容積調(diào)速回路中的應用。
1單向閥的應用
圖1為雙向變量泵1和雙向定量馬達2組成的閉式容積調(diào)速回路。回路中配置了兩套補油和安全保護回路。兩套補油油路分別由補油泵3、溢流閥6及單向閥5和補油泵3′、溢流閥6′及單向閥4組成。當主泵1的出油口位于上側(cè)時,補油泵3′輸出的油液壓力遠小于主泵1輸出的油液壓力,但由于溢流閥6′的調(diào)壓作用,補油壓力略高于單向閥的開啟壓力,使得單向閥4無法開啟,補油泵3′輸出的油液經(jīng)溢流閥6′直接流回油箱。而補郵泵3的吸油口位于下側(cè)的低壓回油油路,其輸出的油液壓力克服單向閥5內(nèi)的彈簧彈力,將輸出的油液補充至主泵1的下側(cè)吸油口。當高壓側(cè)油路出現(xiàn)過載時,油液經(jīng)安全閥7′溢流至油箱,保護了系統(tǒng)的安全。同理,當主泵1的出油口位于下側(cè)時,補油泵3′輸出的油液經(jīng)單向閥4補充至主泵1的上側(cè)吸油口,補油泵3輸出的油液經(jīng)溢流閥6進入油箱。當系統(tǒng)過載時,油液經(jīng)安全閥7溢流至油箱。但此種類型的補油及安全保護回路也存在著下列不足:
(1)系統(tǒng)結(jié)構復雜,使用成本高。元件數(shù)量較多意味著一次性投入成本較高,而且出現(xiàn)故障的幾率增大,無形中增加了系統(tǒng)使用時的維護成本。溢出的油液排回油箱,增大液壓污染的可能性,影響了油液的循環(huán)使用,這同樣會增加系統(tǒng)的使用成本。
(2)效率低下。泵的功能是將機械能轉(zhuǎn)化為壓力能,壓力油流回油箱意味著能量的損失。此外,元件本身的能量損失,尤其是泵的能量損失,同樣會降低系統(tǒng)的效率。
綜上所述,此種類型的液壓系統(tǒng)不能實現(xiàn)理想的經(jīng)濟性指標,不具有廣泛的應用推廣價值。
1—雙向變量泵 2—雙向定量馬達 3—補油泵
圖2為改進后的液壓回路。單向閥4和5成對使用,且安裝方向相反,組成了補油閥組。元件12為液控三位三通換向閥,在回路中起到方向選擇的作用。當主泵1的出油口位于上側(cè)時,上側(cè)為高壓進油油路,補油泵3的出油壓力無法開啟單向閥4,單向閥4保持閉合狀態(tài)。此時主泵1的下側(cè)為低壓回油油路,補油泵3輸出的油液壓力克服單向閥5內(nèi)的彈簧彈力,使單向閥5開啟,補油泵3向主泵1的下側(cè)吸油口補油。出現(xiàn)系統(tǒng)過載時,液控三位三通換向閥12上位工作,系統(tǒng)通過溢流閥7實現(xiàn)油液的溢流,起到安全保護作用。同理,當主泵1的出油口位于下側(cè)時,補油泵3通過單向閥4對主泵1的上吸油口進行補油。出現(xiàn)過載時,換向閥12下位工作,油液通過溢流閥7實現(xiàn)溢流。
可以看出,針對雙向泵的工作特點,此種類型的設計通過成對使用單向閥,簡化了補油油路,提高了運行效率。但液控三位三通換向閥12的使用,還是會增加投入成本和后期的維護成本。此外,系統(tǒng)過載時,總有一些油液流回油箱,造成了壓力能的浪費,增加了油液污染的可能性。此類液壓系統(tǒng)的使用成本依然偏高。
1—變量泵 2—定量馬達 3—補油泵
圖3所示的液壓回路是對圖2中的安全保護回路進行改進,而補油油路保持不變。出現(xiàn)系統(tǒng)過載時,高壓油沖開單向閥8或9(取決于主泵1的出油方向),通過溢流閥7實現(xiàn)油液的溢流,起到安全保護作用。此種類型的設計取消了液控三位三通換向閥,通過成對使用單向閥,簡化了安全保護油路,降低了使用成本及維護成本。然而,系統(tǒng)過載時壓力油的損耗依然會造成能量的浪費。此類液壓系統(tǒng)的使用經(jīng)濟性仍然有待于進一步提高。
圖4所示的液壓回路同樣成對使用單向閥4和5,構成補油油路,其結(jié)構簡單,使用、維護成本低廉,而安全保護回路使用了順序閥10和11。若泵1的出油口位于上側(cè),則上側(cè)為高壓進油油路,下側(cè)為低壓回油油路。系統(tǒng)過載時,高壓側(cè)的油液壓力大于順序閥10的開啟壓力,壓力油打開順序閥10,通過單向閥5向低壓油路進行補油。
1—變量泵 2—定量馬達 3—補油泵
1—變量泵 2—定量馬達 3—補油泵
此時低壓油路的壓力遠小于順序閥11的開啟壓力,順序閥11處于閉合狀態(tài)。反之,若泵1的下側(cè)為出油口且系統(tǒng)過載時,油液通過順序閥11和單向閥4補充至上側(cè)低壓油路,順序閥10和單向閥5處于閉合狀態(tài)。在此類回路中,單向閥4、5和順序閥10、11共同構成了過載補油閥組(圖中點畫線方框所示)。過載補油閥組的使用不僅簡化了回路結(jié)構,降低了使用成本,而且還將過載后溢出的油液重新補充至低壓油路,保證了油液的循環(huán)使用,減小了油液污染的可能性,為液壓系統(tǒng)帶來了良好的經(jīng)濟性。因而,此種結(jié)構類型的閉式容積調(diào)速回路在振動壓路機等各類工程機械液壓系統(tǒng)中得到了廣泛的應用。
2單向閥使用時的注意事項
(1)通過單向閥的流量不能超過其額定值。流量超過額定值會造成單向閥尖叫。
(2)單向閥的開啟壓力在滿足系統(tǒng)功能的前提下應盡量低,以減小壓力損失。單向閥作背壓閥使用時,其開啟壓力較高,通常由背壓值確定。
(3)普通單向閥安裝時尤其是成對使用前要認清進、出油口的方向,否則不但無法實現(xiàn)其預定的功能,影響液壓系統(tǒng)正常工作,而且還會損壞液壓元件等。例如單向閥用在泵的出口時,如反向安裝可能損壞泵或燒壞電機。
3結(jié)語
設計液壓系統(tǒng)時,不但要滿足設計的目的,實現(xiàn)系統(tǒng)預定的功能,還要考慮系統(tǒng)的使用經(jīng)濟性。設計的液壓系統(tǒng)要力求結(jié)構簡單,投入少,使用維護方便且成本低廉。單向閥是液壓控制閥中最簡單的一種,但卻有著非常廣泛甚至巧妙的應用,在液壓系統(tǒng)中發(fā)揮著不可替代的作用。只要能夠正確使用,就可以充分發(fā)揮它的功能,從而使液壓系統(tǒng)的設計變得更加簡單,功能更加豐富。
參考文獻
[1]毛智勇, 劉寶權. 液壓與氣壓傳動[M].北京:機械工業(yè)出版社, 2008:55.
[2]章宏甲,黃誼. 液壓傳動[M].北京:機械工業(yè)出版社, 1998:142-143.
編輯李韋螢
Skillful Application of Check Valve in Pump-motor Type of Volume Speed Regulation Closed Circuit
Xu Chengdong, Yuan Guodong
Abstract:Based on the structure and operating principle of check valve and relief valve, some oil supplementary and safety protection circuits of the pump-motor type of volume speed regulation closed circuit are introduced and their advantages and disadvantages are analyzed. Some skillful application of check valve in the pump-motor type of volume speed regulation closed circuit is explained and some matters needing attention for use of the check valve are put forward.
Key words:check valve; oil supplementary; safety protection
中圖分類號:TH137.52
文獻標志碼:B
作者簡介:徐成東(1982—),男,碩士,工程師,主要從事工程機械液壓系統(tǒng)故障分析與診斷方向的教學與研究。電話:18980116736,E-mail:397083553@qq.com
收稿日期:2016—01—11