基于使用功能的雙保險液壓回路

向思遇

(中冶南方工程技術有限公司，湖北武漢 430223)

任何復雜繁瑣的液壓系統(tǒng)總是由一些簡單的基本單元和基本回路組合而成，通過各種不同的回路去實現(xiàn)相應的功能。因此，回路作為液壓系統(tǒng)基本的功能控制單元，在整個液壓系統(tǒng)中起到了決定性的作用。在實際應用中，由于技術革新、技術進步、不同工況、不同作業(yè)環(huán)境和生產條件等多種因素，傳統(tǒng)的標準化、模塊化液壓回路不能完全滿足所有的生產工藝功能要求。因此，需要根據(jù)實際情況開發(fā)一些能滿足實際需要的新型液壓回路。

1 新型雙保險液壓回路開發(fā)的技術背景

液壓傳動與控制是現(xiàn)代機械工程基礎技術的重要組成部分，由于它在功率質量比、無極調速、自動控制和過載保護等多方面的獨特優(yōu)勢，因此成為了國民經濟中各行業(yè)各類機械裝備實現(xiàn)傳動和控制不可缺少的重要手段。

在現(xiàn)代工業(yè)生產中，尤其在一些惡劣工況環(huán)境中，比如高溫、高壓、輻射、易燃、易爆、有毒等環(huán)境，液壓傳動與控制更是無處不在。比如工作介質為易燃、易爆、有毒氣體的煤氣蝶閥，絕大部分都采用了液壓控制。然而傳統(tǒng)的液壓回路沒有徹底解決煤氣蝶閥的泄漏、雙保險備用以及備用回路遠程自動切換等功能的統(tǒng)一結合，這些功能性缺失常常會對生產、設備、財產和人身安全帶來巨大威脅，甚至因此釀成重大事故。

在實際應用中，針對煤氣蝶閥的傳統(tǒng)液壓控制回路，主要采用以下4種控制方式:第一種，單路兩位四通閥控制的回路 (如圖1);第二種，單路的三位四通閥控制的回路 (如圖2);第三種，雙路的兩位四通閥控制的回路 (如圖3);第四種，雙路的三位四通閥控制的回路 (如圖4)。然而，在實際應用中，這四種控制方式都或多或少地暴露出其自身的缺點:第一種可以持續(xù)給油供壓，但沒有備用油路;第二種不能持續(xù)給油供壓，也沒有備用油路;第三種可以持續(xù)給油供壓、有備用油路，但無法實現(xiàn)主、備用油路的自動切換;第四種，有備用油路且主、備用油路可以自動切換，但不能持續(xù)給油供壓。

由上述介紹可以看出，傳統(tǒng)的回路中至少存在著一個缺陷，都不能把雙保險備用、持續(xù)給油供壓和自動切換三大功能有機統(tǒng)一起來。而這些功能的缺失，對于工業(yè)生產來說往往都是致命的缺陷，情況嚴重時甚至會造成生產設備和人身安全。第一種，沒有雙保險備用油路是顯而易見的安全隱患;第二種，不能持續(xù)給油供壓的油路通常是由Y型機能三位四通換向閥和雙向液控單向閥組成的，由于雙向液控單向閥的保壓性能和油液的清潔度等原因，這一油路很難讓執(zhí)行元件持續(xù)牢固地保持原來的狀態(tài)，因此，常常會出現(xiàn)泄漏的安全隱患;第三種，不能自動切換油路，只能通過人工現(xiàn)場手動切換，但控制閥臺通常在執(zhí)行元件附近，一般離主控操作室和值班室比較遠，在緊急情況時，無法立即切換到備用油路，會造成生產安全隱患和事故。第四種，缺陷跟第二種相同。

圖1 單路兩位四通閥控制的回路

圖2 單路的三位四通閥控制的回路

圖3 雙路的兩位四通閥控制的回路

圖4 雙路的三位四通閥控制的回路

2 新型雙保險液壓回路的功能和結構特點

要解決傳統(tǒng)油路的缺陷，其核心問題是要把持續(xù)給油供壓、雙保險備用和自動切換三大功能有機統(tǒng)一起來，用一個回路單元同時實現(xiàn)三大功能。通過參閱大量文獻資料，從液壓原理上突破創(chuàng)新，并反復實驗論證，開發(fā)了新型雙保險液壓回路 (見圖5)。該回路具有如下的功能特點:

(1)持續(xù)給壓功能。由于直接控制液壓缸動作的是兩位四通液控換向閥，因此液壓缸動作后油路能持續(xù)給壓，如果控制的是煤氣蝶閥，它能確保閥門持久地嚴實關閉，使煤氣蝶閥實現(xiàn)零泄漏，阻斷了因煤氣泄漏導致的事故風險。

(2)雙保險備用油路功能。由于采用了兩套互為備用、相互獨立、互不干擾的油路，保證了油路的雙保險功能。當工作油路突然出現(xiàn)故障時，能隨時立即切換到備用油路，保障執(zhí)行元件的正常工作。同時還能在線維護、檢修工作油路故障，而不會影響到備有油路的運行。

(3)自動切換功能。利用控制油路的Y型機能三位四通電磁閥控制兩位四通液控換向閥換向，同時控制主油路和備用油路中的截止式換向閥的換向，使得工作油路和備用油路的切換與液壓缸動作一次完成，免去了人工切換油路的煩惱，隨時迅速的切換為危急情況贏得寶貴的時間，避免了因人工切換不及時造成的安全事故。

圖5 新型雙保險液壓回路原理圖

該液壓裝置主油路工作時，是利用主控制油路Y型機能三位四通電磁換向閥4控制主油路二位四通液控換向閥16，同時通過主控制油路梭閥7自動選擇交叉控制主油路二位四通液控截止式換向閥15和備用油路二位四通液控截止式換向閥13;備用油路工作運行原理同理可知。一方面打開工作油路，一方面切斷備用油路，既互為備用油路，又相互獨立，完美地實現(xiàn)了持續(xù)給油供壓、雙保險備用和自動切換三大功能的有機統(tǒng)一結合。

該回路結構主要由主油路、備用油路、主控制油路和備用控制油路4部分組成。主油路包括高壓球閥8、單向閥9、二位四通液控換向閥15、二位四通液控換向閥16、雙單向節(jié)流調速閥19和液壓缸32;備用油路包括高壓球閥11、單向閥12、二位四通液控截止式換向閥13、二位四通液控換向閥17和雙單向節(jié)流調速閥18;主控制油路包括單向閥1、高壓球閥3、Y型機能三位四通電磁換向閥4、路梭閥7和高壓球閥10;備用控制油路包括高壓球閥2、Y型機能三位四通電磁換向閥5、梭閥6和高壓球閥14。

3 新型雙保險液壓回路的工作原理

工作原理描述以控制煤氣蝶閥為例，具體陳述如下:

(1)當操作煤氣蝶閥主油路開閥指令時，主控制油路Y型機能的三位四通電磁換向閥4的電磁鐵a得電，來自液壓泵站的控制油X與控制油X2接通，通過主控制油路Y型機能三位四通電磁換向閥4后分成兩路，一路經過主控制油路梭閥7自動選擇后交叉控制主油路二位四通液控截止式換向閥15和備用油路二位四通液控截止式換向閥13，使得主油路的動力油P和回油T的油路都打開，同時使得備用油路的動力油P和回油T的油路都關閉;另一路進入主油路二位四通液控換向閥16的液控口b，使得主油路的動力油P與A1接通，同時使得回油T與B1接通，動力油P經過主油路二位四通液控換向閥16后，再通過主油路雙單向節(jié)流調速閥19和主油路高壓球閥27、31進入液壓缸32的無桿腔，推動閥門打開。

(2)當操作煤氣蝶閥主油路關閥指令時，主控制油路Y型機能的三位四通電磁換向閥4的電磁鐵b得電，來自液壓泵站的控制油X與控制油X1接通，通過主控制油路Y型機能三位四通電磁換向閥4后分成兩路，一路經過主控制油路梭閥7自動選擇后交叉控制主油路二位四通液控截止式換向閥15和備用油路二位四通液控截止式換向閥13，使得主油路的動力油P和回油T的油路都打開，同時使得備用油路的動力油P和回油T的油路都關閉;另一路進入主油路二位四通液控換向閥16的液控口a，使得主油路的動力油P與B1接通，同時使得回油T與A1接通，動力油P經過主油路二位四通液控換向閥16后，再通過主油路雙單向節(jié)流調速閥19和主油路高壓球閥26、30后進入液壓缸32的有桿腔，推動閥門關閉。

(3)當操作煤氣蝶閥備用油路開閥指令時，備用控制油路Y型機能的三位四通電磁換向閥5的電磁鐵a得電，來自液壓泵站的控制油X口與控制油X4口接通，控制油通過備用控制油路Y型機能的三位四通電磁換向閥5后分成兩路，一路經過備用控制油路梭閥6自動選擇后交叉控制主油路二位四通液控截止式換向閥15和備用油路二位四通液控截止式換向閥13，使得備用油路的動力油P和回油T的油路都打開，同時使得主油路的動力油P和回油T的油路都關閉;另一路進入備用油路二位四通液控換向閥17的液控口b，使得主油路的動力油P與A2接通，同時使得回油T與B2接通，動力油P經過備用油路二位四通液控換向閥17后，再通過備用油路雙單向節(jié)流調速閥18、備用油路高壓球閥25和主油路高壓球閥31后進入液壓缸32的無桿腔，推動閥門打開。

(4)當操作煤氣蝶閥主油路關閥指令時，備用控制油路Y型機能的三位四通電磁換向閥5的電磁鐵b得電，來自液壓泵站的控制油X口與控制油X3口接通，控制油通過備用控制油路Y型機能的三位四通電磁換向閥5后分成兩路，一路經過備用控制油路梭閥6自動選擇后交叉控制主油路二位四通液控截止式換向閥15和備用油路二位四通液控截止式換向閥13，使得備用油路的動力油P和回油T的油路都打開，同時使得主油路的動力油P和回油T的油路都關閉;另一路進入備用油路二位四通液控換向閥17的液控口a，使得主油路的動力油P與B2接通，同時使得回油T與A2接通，動力油P經過備用油路二位四通液控換向閥17后，再通過備用油路雙單向節(jié)流調速閥18、備用油路高壓球閥24和主油路高壓球閥30后進入液壓缸32的有桿腔，推動閥門關閉。

4 結束語

綜上所述，新型雙保險液壓回路以其簡潔、方便、安全和可靠等多項性能應用于類似于煤氣蝶閥為典型的系統(tǒng)中，并突顯其獨特的優(yōu)勢:

(1)采用實時持續(xù)給油供壓，讓執(zhí)行元件始終牢固地保持原有的狀態(tài)，提高了設備運行的可靠性。

(2)采用遠程電氣集中控制，可實現(xiàn)瞬間自動切換，操作方便，反應快捷，節(jié)省人力，降低工作強度，遠離危險源，大幅減少事故概率和安全風險。

(3)備用雙保險控制，為設備的運行和安全生產提供雙重保障，減少停工停產以及事故風險。

(4)采用常規(guī)元件模塊化設計，結構簡明清晰，維護方便。

(5)結構簡潔緊湊、用材省、投資小、成本低、功能全、效益高、使用維護方便、市場前景看好。

［1］成大先.機械設計手冊［M］.北京:化學工業(yè)出版社，2006.

［2］崔培雪，馮憲琴.典型液壓氣動回路600例［M］.北京:化學工業(yè)出版社，2011.

［3］趙月靜，寧辰校.液壓實用回路360例［M］.北京:化學工業(yè)出版社，2008.

［4］王益群，高殿榮.液壓工程師技術手冊［M］.北京:化學工業(yè)出版社，2010.

［5］周士昌.液壓系統(tǒng)設計圖集［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2004.