掘進(jìn)機(jī)負(fù)載敏感系統(tǒng)中二通壓力補(bǔ)償閥分析

劉軼

(大同煤礦集團(tuán)公司力泰公司，山西大同 037003）

掘進(jìn)機(jī)負(fù)載敏感系統(tǒng)中二通壓力補(bǔ)償閥分析

劉軼

(大同煤礦集團(tuán)公司力泰公司，山西大同 037003）

對掘進(jìn)機(jī)負(fù)載敏感液壓系統(tǒng)中的二通壓力補(bǔ)償閥的功能進(jìn)行了詳細(xì)分析，為設(shè)備的使用、維護(hù)及故障處理等提供了可靠的理論依據(jù).

掘進(jìn)機(jī) 負(fù)載敏感系統(tǒng) 二通壓力補(bǔ)償閥

液壓系統(tǒng)的負(fù)載敏感技術(shù)是上個(gè)世紀(jì)90年代已成熟的技術(shù)，具有高效節(jié)能的特點(diǎn)，主要應(yīng)用在工程機(jī)械的挖掘機(jī)上.在引進(jìn)的采掘設(shè)備上也采用了負(fù)載敏感系統(tǒng)，例如，引進(jìn)的四臂錨桿鉆車、掘錨機(jī)、掘進(jìn)機(jī)、采煤機(jī).近2～3年來，國內(nèi)各廠家生產(chǎn)的掘進(jìn)機(jī)的液壓系統(tǒng)，已采用了負(fù)載敏感系統(tǒng)，而在煤礦現(xiàn)場中對這項(xiàng)技術(shù)還不太熟悉.負(fù)載敏感比例多路閥是負(fù)載敏感系統(tǒng)的主要液壓元件之一，該閥裝有一個(gè)二通壓力補(bǔ)償閥.本文就二通壓力補(bǔ)償閥在負(fù)載敏感系統(tǒng)中的功能作一分析，以便為設(shè)備的使用、維護(hù)及故障處理等提供可靠的理論依據(jù).

國產(chǎn)掘進(jìn)機(jī)負(fù)載敏感液壓系統(tǒng)的液壓元件，目前均使用的是德國力士樂公司、哈威公司和美國派克公司的產(chǎn)品.下面以德國哈威公司的負(fù)載敏感比例多路閥為例進(jìn)行分析.

哈威公司的負(fù)載敏感比例多路閥職能符號(hào)見圖1.從圖上看這個(gè)閥很復(fù)雜，但實(shí)質(zhì)上負(fù)載敏感比例多路閥是一個(gè)手動(dòng) (或液動(dòng)或電磁)比例方向節(jié)流閥，確認(rèn)這一點(diǎn)非常重要.圖中的二通壓力補(bǔ)償閥3也稱作定差減壓閥，因此，負(fù)載敏感比例多路閥就是一個(gè)由節(jié)流閥+定差減壓閥構(gòu)成的調(diào)速閥，且還具有拾取負(fù)載信號(hào)(LS)反饋給負(fù)載敏感泵的功能及其他附加功能.

掘進(jìn)機(jī)的整個(gè)液壓系統(tǒng)圖較復(fù)雜且也比較大，為了分析問題的方便，將其簡化為圖2所示的原理示意圖.簡化的方法是：多個(gè)執(zhí)行元件只取2個(gè)；雙聯(lián)負(fù)載敏感泵取1個(gè)；負(fù)載敏感比例多路閥簡化為1個(gè)通路的節(jié)流閥；二通壓力補(bǔ)償閥一個(gè)畫成結(jié)構(gòu)簡圖，一個(gè)畫成職能符號(hào)圖.這樣的簡化不僅不影響問題的分析，而且更有利于問題的理解.

圖1 負(fù)載敏感比例多路閥的職能符號(hào)圖

圖2 掘進(jìn)機(jī)液壓系統(tǒng)的原理示意圖

首先結(jié)合圖2介紹一下調(diào)速閥的工作原理.

在調(diào)速閥中，就節(jié)流閥2來說，通過它的流量公式為

式中AT是孔口的過流面積，即閥的開度；K是由孔的形狀、尺寸和液體性質(zhì)決定的系數(shù)，這里視為常數(shù)；△P為節(jié)流閥的前、后壓力差，即△P＝P1－P2；m是由孔的長徑比決定的指數(shù)，這里孔口為薄壁小孔，則m=0.5.公式表明通過節(jié)流閥的流量與節(jié)流閥的過流面積、前后壓差有關(guān)，當(dāng)開度(過流面積)一定時(shí)，若負(fù)載增大即P2增大，則△P減小，流量也相應(yīng)的減小，則執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)行速度慢下來，反之亦然.由此說明節(jié)流閥的流量受負(fù)載大小變化的影響.

在調(diào)速閥中，二通壓力補(bǔ)償閥的工作原理：參見圖2，泵的供油壓力PP經(jīng)過定差減壓閥的閥口h后壓力降為P1，然后經(jīng)節(jié)流閥流出其壓力為P2.同時(shí)壓力油P1又作用于二通壓力補(bǔ)償閥閥芯的左腔，P2反饋?zhàn)饔糜陂y芯的右腔，則閥芯在向右的液壓力P1A(A為閥芯的面積，且左右面積相等)、向左的液壓力P2A和彈簧力Fs的作用下，處于某一平衡位置時(shí)，力的平衡方程式為：

這樣P2增加時(shí)，P1也增加，其壓力差△P＝P1－P2基本保持不變.反之亦然.由此可見，二通壓力補(bǔ)償閥的作用是保持節(jié)流閥進(jìn)、出口兩端的壓差△P恒定，使得節(jié)流閥的流量與負(fù)載大小變化無關(guān)，只與節(jié)流閥的開口度成線性關(guān)系，這是二通壓力補(bǔ)償閥在調(diào)速閥中的常規(guī)功能.

本文側(cè)重要談的是，在負(fù)載敏感系統(tǒng)中，二通壓力補(bǔ)償閥的另一個(gè)作用：它能使同時(shí)工作的多個(gè)執(zhí)行元件的速度互不干涉，即某個(gè)執(zhí)行元件的負(fù)載增大時(shí)，其他執(zhí)行元件的速度保持不變.在圖2中，假定負(fù)載1(P2)小于負(fù)載2(P′2)，當(dāng)負(fù)載1不變，負(fù)載2增大時(shí)，負(fù)載1、負(fù)載2的負(fù)載壓力信號(hào)經(jīng)梭閥1比較后，負(fù)載2的壓力信號(hào)(P′2)輸出至泵上的負(fù)載敏感閥4的彈簧腔，它控制泵的輸出壓力達(dá)到負(fù)載2所需的壓力 (這是負(fù)載敏感系統(tǒng)的壓力適應(yīng)功能，這里不做展開分析)，這里要注意的是，泵的在線供油壓力為最大負(fù)載的壓力.此時(shí)由于負(fù)載2的增大導(dǎo)致泵的供油壓力PP增大，則負(fù)載1的調(diào)速閥進(jìn)口壓力也增大，即二通壓力補(bǔ)償閥3的進(jìn)口壓力，單從這一點(diǎn)看負(fù)載1的流量將增大.但是，當(dāng)負(fù)載1的調(diào)速閥的進(jìn)口壓力PP增大時(shí)，由于一開始二通壓力補(bǔ)償閥的閥芯來不及移動(dòng)，故P1在這一瞬間也增大，閥芯失去平衡而右移，使閥口h減小，則減壓作用增強(qiáng)，使P1又減小，直至閥芯達(dá)到新的平衡位置，即

保持不變，由于△P不變，通過節(jié)流閥的流量恒定，所以負(fù)載1(執(zhí)行機(jī)構(gòu))的速度不變.在這里值得一提的是，泵的供油壓力因負(fù)載2的增大而增大，即負(fù)載1的供油壓力也增大了，那么對于沒有變化的負(fù)載1來說，多余的壓力哪里去了呢？這部分能量在二通壓力補(bǔ)償閥的減壓閥口處，因閥口h的減小造成壓力損失變成了熱能.因此，也可以說這部分壓力被二通壓力補(bǔ)償閥“補(bǔ)償”掉了.

綜上所述，在負(fù)載敏感系統(tǒng)中二通壓力補(bǔ)償閥的作用有二：一是使流過調(diào)速閥的流量不受負(fù)載大小變化影響；二是使多個(gè)執(zhí)行元件同時(shí)工作時(shí)速度互不干涉.因此，在掘進(jìn)機(jī)工作過程中，若某個(gè)多路閥上的二通壓力補(bǔ)償閥出現(xiàn)故障 (如卡住)，那么這個(gè)多路閥所控制的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，就會(huì)出現(xiàn)因其本身負(fù)載增大而速度降低的現(xiàn)象，或者在其他執(zhí)行機(jī)構(gòu)的負(fù)載增大時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)速度也隨之增大的現(xiàn)象.

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Analysis of the Second-pass Pressure Com pensating Valves in the Load Sensing System of Boring M achines

LIU Yi
(LitaiCompany,Datong CoalMines Group,Datong Shanxi,037003)

This article elaborates on the functions of the second-pass pressure compensating valves in the load sensing system of boringmachines,which provides a reliable theoretical basis for the use,maintenance,and trouble-shooting of the equipment.

boringmachine;load sensing system;second-pass pressure compensating valve

R711.7

A

〔編輯 石白云〕

1674-0874(2010)02-0081-02

2010-01-28

劉軼(1982-)，男，山西大同人，助理工程師，研究方向：煤礦設(shè)備.