液壓回路中液控單向閥的應用研究

楊孟庚

（中國農(nóng)業(yè)機械化科學研究院，北京 100083）

1 液控單向閥的特點

在液壓回路當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。當控制油路油控制壓力輸入時，活塞頂桿在壓力油作用下向右移動，用頂桿頂開單向閥，使進出油口接通。若出油口大于進油口就能使油液反向流動。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.彈簧這四個部分。根據(jù)液壓回路的實際情況，如果僅對一個方向具有鎖閉要求可以選擇；如果在兩個方向都具有鎖閉要求時可以選擇是雙向液控單向閥。以下就對兩種液控單向閥的工作原理進行簡要分析：

（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A′處的油壓低于A處時，由于壓力差會促使閥芯開啟，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平衡；如果當A′處的油壓高于A處時，壓力差會使閥芯關閉，從而能夠有效阻止液壓油從A′處進入到A處。在K處通入控制油，推動活塞的同時頂開閥芯使保持A與A′連通，從而實現(xiàn)液壓油的反向流動。

（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部分，當左邊區(qū)域的A′處的油壓低于A處時，由于壓力差會促使閥芯開啟，液壓油就可以從液壓較高的A處流向液壓較低的A′處，然后會推動活塞向右移動并頂起右側(cè)閥芯，使B與B′保持連通，實現(xiàn)液壓油的反向流動；如果當右邊區(qū)域的B′處的油壓低于B處時，壓力差會使閥芯開啟，液壓油會從B處流入B′處，并推動活塞向左移動并頂起左側(cè)閥芯，使A與A′連通實現(xiàn)液壓油的反向流動。

2 液壓回路中液控單向閥的應用

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

（1）液控單向閥在鎖緊回路中的應用。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用

液控單向閥在液壓鎖緊回路中的應用圖中1指折臂液壓缸；2指雙向液控單向閥；3指手動切換閥。在具體應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，當液壓油從A處流向A′處時，此時液壓油進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。

當液壓油從B處流向B′處時，此時液壓油進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，此時油箱中的液壓油通過進油口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入折臂液壓缸的無桿腔，促使兩個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到達油箱。當電液換向閥通電后位于右端時，油箱中的液壓油通過進油口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入折臂液壓缸的有桿腔，促使兩個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到達油箱。

（3）液控單向閥在平衡回路中的應用。整個平衡回路可以通過較高的精度控制負載位置，但是當負載下降的過程中無法確保穩(wěn)定的下降速度。當換向閥位于左端時，液壓油進入折臂液壓缸的有桿腔，等到壓力足夠大時，液控單向閥開啟。此時的折臂液壓缸無桿腔無壓力，負載會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會促使有桿腔的壓力急劇下降；當壓力低于液控單向閥的最低控制壓力時，會導致液控單向閥關閉，此時負載會立即停止運動。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，當壓力可以使液控單向閥開啟時，負載同樣會在重力作用下快速下降。在負載快速下降的過程中，由于壓力存在變化區(qū)間會影響液控單向閥的開啟與閉合，不僅會降低了負載下降過程的穩(wěn)定性，而且還容易產(chǎn)生異常的振動和噪聲。針對液控單向閥在平衡回路中的應用中出現(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，保持負載下降的穩(wěn)定性。由于增加了一個液控單向閥，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用示意圖

進行工程機械液壓系統(tǒng)設計需要根據(jù)機械的工作特點選用合適的中位機能換向閥，目前較為常見的中位機能有O型、H型、X型、M型、Y型、P型、J型、C型以及K型?，F(xiàn)階段的工程機械領域當中，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，當該換向閥處于中位時，液壓泵泄荷，此時液控單向閥的控制油路關閉。由于液控單向閥的控制油換向閥關閉后，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載停止運動，整個過程存在較長的滯留時間，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H型或者Y型換向閥處于中位時，兩個負載口都與油箱連接，使液控單向閥隨即關閉，此時活塞或者負載的運動立刻停止，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械設備當中的應用十分廣泛，尤其是其良好的鎖閉能力能夠長時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用，通過理論計算得到了液控單向閥的開鎖條件，并且針對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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