液控單向閥的應用與分析

商 林

（廣東省韶鋼設計院，廣東 韶關(guān) 512123）

液控單向閥亦稱為液壓鎖，它是利用閥芯和閥座相配合的金屬錐面進行密封.液控單向閥是在一般功能單向閥基礎上增加液控部分，它除了具有一般單向閥單向截流的功能，同時可以根據(jù)實際需要實現(xiàn)油液逆向流動功能.由于液控單向閥結(jié)構(gòu)和功能的特殊性，在機械設備、試驗設備和冶金設備液壓系統(tǒng)中得到廣泛運用［1］.

1 液控單向閥原理及結(jié)構(gòu)

圖1 液控單向閥三種結(jié)構(gòu)形式

液控單向閥與普通單向閥不同之處，在于它增加了控制油路，液控單向閥分為三種形式：內(nèi)泄式、外泄式、泄壓式［2］，如圖1所示.當液壓控制活塞下部無控制油Pk進入時，油路只能從P2到P1，逆向則無法通過，其功能相當于普通單向閥.當控制油孔引入控制油Pk進入控制活塞底部，推動活塞上升頂開主閥芯，使油液可以從P2流向P1，也可以從P1流向P2.液控單向閥允許正向油路自由通過，而反向油路則要借助控制油路Pk使反向油路流動.

圖1中（a）為內(nèi)泄式液控單向閥.為了減小油液流動時的壓力損失，則單向閥在設計時主閥芯直徑比較大.當控制油路進入時，推動控制活塞上升頂開主閥芯時，必須克服主閥芯上端壓力P1和控制活塞上端壓力P2以及彈簧力，此時Pk壓力要求很高，不然無法實現(xiàn)液控的功能.在實際使用過程中，往往需要加大額外的控制油壓，給液壓油路的設計和實際操作帶來不便.該形式液控單向閥適合裝在反向油出口P2很小或為零的條件下.

圖1中（b）是在內(nèi)泄式基礎上進行改進的外泄式液控單向閥，它將控制活塞上端與P2隔離，使控制油Pk在工作的過程中不需要克服反向出油口P2對活塞向下的力，使控制油壓力Pk大大減小.同時將外泄油口同油箱相連，這樣活塞桿上端面壓力為零，使活塞桿上下活動自如.它消除了內(nèi)泄式液控單向閥P2腔只能為零的限制條件，擴大了液控單向閥的使用范圍.

圖1中（c）則是更為合理先進的泄壓式液控單向閥，外泄式液控單向閥解決了P2下推力問題，但P1作用在主閥芯上表面的下推力依舊很大，控制油路克服壓力很大.同時單向閥主閥芯在打開的瞬間，油液瞬間通過打開的閥芯，將會造成強烈的沖擊，損壞液控單向閥內(nèi)部零件.泄壓式液控單向閥很好的解決了上述存在的問題.它相當于一個先導結(jié)構(gòu)，控制油路壓力只需推到先導小閥芯，使P1與P2想通，控制油以較小的壓力即可推開主閥芯.同時由于壓差減小，在開啟的過程中不會產(chǎn)生劇烈的沖擊而損壞閥芯.

2 液控單向閥的運用

2.1 液壓缸的鎖定功能

液控單向閥在液壓系統(tǒng)中經(jīng)常用于鎖定某段油路起到保壓作用，所以亦稱為液壓鎖.它可以將液壓缸鎖定在任何位置保持不動.因單向閥為座閥結(jié)構(gòu)，其密封性相對較高，泄漏量幾乎為零有效的保證了工作的安全性，工作原理圖如圖2所示.

圖2 液控單向閥鎖定功能原理圖

圖3 液控單向閥閥芯結(jié)構(gòu)形式

液控單向閥在鎖定功能工作過程中，進油段壓力與出油段壓力存在一定的壓力差，對鎖定功能更加精確和穩(wěn)定.控制油口在液控單向閥關(guān)閉過程中，成為活塞桿泄油口，為了保證主閥芯快速關(guān)閉，泄油口壓力必須瞬間降低或為零.所以在選擇電磁換向閥時候，應選用Y型電磁換向閥，如圖3（a)所示，它保證了在鎖定過程中，液控單向閥的主閥芯能在瞬間回落關(guān)閉單向閥，同時控制油口與出油口接回油箱，壓力為零，更好的保證了液控單向閥的密封性.但是由于控制油口與出油口直接與油箱連接同時壓力為零，會在重力的作用下，使管路中的油液回到油箱，當再次使用時，油液首先充滿管路建立起壓力后在動作，所以會存在一定時間延緩，在使用過程中可以加以關(guān)注.

但是如果選用如圖3(b)所示O型電磁換向閥，那么在關(guān)閉過程中，控制油口與出油口依然存在較高的壓力，液壓缸則不能瞬間鎖定任何位置，同時在長期鎖定過程中，液控單向閥主閥芯兩端和控制油口均存在較高壓力，該種形式其實是依靠O型換向閥中位鎖定，可靠性遠遠不及單向閥的鎖定效果.

圖4 液壓單向閥鎖定功能圖

2.2 防止吊物自重下落

對于垂直吊掛液壓缸設備中，可以使用液控單向閥有效的保證重物長時間停留在任意位置，而不會下滑，如圖4所示.

液控單向閥在使用中，正確的設計回路會更好的保證了功能的穩(wěn)定性.如圖4液控單向閥使用回路中，如果未設置節(jié)流閥1，當液控單向閥油路打開，液壓缸活塞在重物作用下，相當于自由落體，瞬時下降速度很快.當油缸上腔油液來不及及時補充時，上腔壓力與控制油口壓力瞬間降低，會使液控單向閥關(guān)閉，使油缸停止下降.隨后，隨著時間的推移，上腔壓力又升高，使液控單向閥打開，油缸繼續(xù)下降.這樣反復交替出現(xiàn)，油缸的下降則出現(xiàn)抖動與爬行，將產(chǎn)生強烈的低頻振動，對液壓系統(tǒng)造成傷害［3］.

2.3 作充液、排液閥使用

圖5 液控單向閥補液、排液功能圖

如圖5所示，垂直油缸快速空行程下降時，因受自由落體作用，油泵油液難以及時填充油缸上腔，則上腔形成一定的真空度，充溢油箱在大氣壓力的作用下打開液控單向閥向上腔快速補油，及時充滿油缸避免形成真空度對油缸產(chǎn)生損害.當油缸活塞桿直徑和油缸內(nèi)徑相差很小時，那么從有桿腔進入油缸的流量遠遠小于無桿腔流出的流量，為了保證油缸的平穩(wěn)運行，可以從無桿腔旁路一套液控單向閥進行旁路分流回油箱，避免了管道和換向閥因瞬間大流量沖擊產(chǎn)生沖擊與損壞.

3 結(jié)語

通過液控單向閥的應用實例，根據(jù)特定的回路要求和特點選用合理液控單向閥形式對整個系統(tǒng)起關(guān)鍵性作用.對于內(nèi)泄式，回路設計中應保證反向流動出口油路不能存在較高的管道壓力.單向閥關(guān)閉過程中，控制油口成泄油口，為了保證快速鎖定，電磁換向閥必須選用Y型閥，而不能選用O型閥.同時作為充液與排液閥時，閥門的通徑必須足夠大，吸油阻力小，同時可以快速達到充液和排液的效果［4］.了解液控單向閥的結(jié)構(gòu)和控制原理、正確的使用方法和使用特點，對完善液壓系統(tǒng)的設計和提高液壓系統(tǒng)的維護起具有重大的意義.

［1］宋海林.液控單向閥的結(jié)構(gòu)特點及其正確使用［J］.通用機械,2003(1):46-48.

［2］路甬祥.液壓氣動技術(shù)手冊［M］.北京:機械工業(yè)出版社,2001.

［3］雷天覺.新編液壓工程手冊［M］.北京:機械工業(yè)出版社,1996.

［4］陸望龍.實用液壓機械故障排除與修理大全［M］.長沙:湖南科學技術(shù)出版社,2002.