粉末制品液壓機(jī)液壓系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)
——二通插裝閥在液壓機(jī)上的應(yīng)用

成曉軍王悅善

（1．重慶三峽職業(yè)學(xué)院，重慶萬州 404100；2．重慶三峽學(xué)院，重慶萬州 404100）

粉末制品液壓機(jī)液壓系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)
——二通插裝閥在液壓機(jī)上的應(yīng)用

成曉軍1王悅善2

（1．重慶三峽職業(yè)學(xué)院，重慶萬州 404100；2．重慶三峽學(xué)院，重慶萬州 404100）

二通插裝閥是20世紀(jì)末出現(xiàn)在世界發(fā)達(dá)國家中采用的新型對(duì)液壓機(jī)控制技術(shù)的一種先進(jìn)的邏輯控制方式．二通插裝閥運(yùn)用于邏輯控制閥，主要通過控制插入元件的開啟、關(guān)閉和開啟量的大小來控制油液的通斷、壓力的高低和流量的大小，以實(shí)現(xiàn)對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的方向、壓力和速度的控制．并以粉末制品液壓機(jī)的半自動(dòng)工作程序：電機(jī)啟動(dòng)、頂出缸頂出、中心缸頂出、滑塊快下、滑塊慢下、壓制、保壓、卸壓、滑塊回程、頂出缸退回、中心缸退回、停機(jī)為例，說明二通插裝閥在各個(gè)工作程序中的動(dòng)作．

二通插裝閥；液壓系統(tǒng)；應(yīng)用研究

1 采用二通插裝閥邏輯控制的必要性

在液壓機(jī)的液壓控制系統(tǒng)中，根據(jù)液壓機(jī)的工作要求：壓力大，密封好，工作平穩(wěn)，元件制造和系統(tǒng)維修方便，體積小，成本低，動(dòng)作可靠等特點(diǎn)．以往都采用板式閥或管式閥，通過設(shè)計(jì)組合，在平穩(wěn)性要求下采用電液換向閥和專門的卸壓回路，特別是利用滑閥機(jī)能的換向閥完全不能保證壓力的穩(wěn)定性，而且大流量系統(tǒng)（20通徑以上）國家標(biāo)準(zhǔn)少，價(jià)格高，這樣的系統(tǒng)已經(jīng)不可能適應(yīng)發(fā)展的液壓機(jī)控制、傳動(dòng)的需要．20世紀(jì)70年代，美國、德國就率先采用將閥集成化，芯型化，小型化，多功能化的復(fù)合方式制造液壓閥．按這樣的思路，液壓系統(tǒng)出現(xiàn)的分支，二通插裝閥邏輯控制系統(tǒng)在發(fā)達(dá)國家開始研究和運(yùn)用并很快適應(yīng)了發(fā)展中的液壓機(jī)械控制系統(tǒng)要求，有效地解決了陳舊的板式閥控制方式，克服了原方式存在的缺點(diǎn)，成為了液壓機(jī)控制的嶄新方式．

2 二通插裝閥的結(jié)構(gòu)和工作原理

一個(gè)液壓系統(tǒng)要對(duì)油液的方向、壓力和流量進(jìn)行控制，使主機(jī)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)（油缸）按設(shè)計(jì)要求完成各種動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)主機(jī)動(dòng)作，達(dá)到設(shè)計(jì)要求，二通插裝閥就必須具備這三個(gè)要求．

2.1 二通插裝閥結(jié)構(gòu)（如圖1）

一個(gè)二通插裝閥通常由插入元件、先導(dǎo)元件、控制元件和插裝塊體四個(gè)部分組成，基本結(jié)構(gòu)如圖1，插入元件是二通插裝閥的主體或功率元件，插裝在閥體或集成于塊體之中，通常采用它的開啟、關(guān)閉和開啟量的大小來控制油液的通斷、壓力的高低和流量的大小，以實(shí)現(xiàn)對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的方向、壓力和速度的控制．

2.2 二通插裝閥的工作原理

1）二通插裝方向閥控制原理（如圖2）

2）二通插裝壓力閥控制原理（如圖3）

3）二通插裝流量閥控制原理（如圖4）

4）二通插裝閥開、閉控制元件梭閥結(jié)構(gòu)（如圖5）

圖1 二通插裝閥結(jié)構(gòu)

圖2 二通插裝方向閥控制原理

圖3 二通插裝壓力閥控制原理

圖4 二通插裝流量閥控制原理

圖5 梭閥結(jié)構(gòu)

YJ79型液壓機(jī)主要功能為粉末制品的壓制和整形，根據(jù)粉末制品零件的制造工藝，給液壓機(jī)提出的要求如下．

半自動(dòng)工作程序：電機(jī)啟動(dòng)——頂出缸頂出——中心缸頂出——滑塊快下——滑塊慢下——壓制——保壓——卸壓——滑塊回程——頂出缸退回——中心缸退回——停機(jī)（在滑塊壓制過程中，中心缸和頂出缸隨滑塊下壓而代壓溢流）工作頻繁，生產(chǎn)率高．

根據(jù)上述要求，考慮液壓系統(tǒng)可增設(shè)一冷卻泵和按兩種傳動(dòng)設(shè)計(jì)，即主缸和頂缸流量大，密封性能要求高，可設(shè)計(jì)為二通插裝閥邏輯控制，中心缸流量小和壓力偏低，可考慮用板式閥控制，然后用行程開關(guān)通過PLC控制有效地將動(dòng)作聯(lián)系在一些達(dá)到一個(gè)周期內(nèi)半自動(dòng)工作程序．

按上述方案，建立各動(dòng)作回路．

1）電機(jī)啟動(dòng)回路（如圖6）

按啟動(dòng)按鈕，電機(jī)D1、D2、D3啟動(dòng)，柱塞式變量泵1泵出的油液經(jīng)CZ7回油箱卸荷；柱塞式變量泵2泵出的油經(jīng)34DH2中位回油箱卸荷，齒輪泵3開始泵油經(jīng)冷卻器回油箱作油液冷卻用．

2）頂出缸頂出回路（如圖7）

按操作按鈕三位四通閥Y1Ab、Y6Aa通電，插裝閥的控制油被封閉，此時(shí)溢流閥3YF起安全閥作用（調(diào)整壓力25 MPa）．

由于Y6Aa通電梭閥上腔的控制油經(jīng)34DYA口到T口回油，梭閥芯向上梭閥下腔控制油進(jìn)頂出缸下腔泵1壓力油打開CZ4進(jìn)入頂出缸下腔，頂出缸活塞向上運(yùn)動(dòng)；由于CZ1的控制油回油，頂出缸上腔的油液打開插裝閥CZ1回油，頂出缸活塞上升直到撞擊行程開關(guān)SQ6．

3）中心缸頂出回路（如圖8）

當(dāng)頂出缸活塞到位撞擊SQ6后，

a. Y1Ab斷電，34DH1處于中位，泵1泵出的油打開CZ7回油箱卸荷．

b. 三位四通換向閥Y7Ab通電，泵2泵出油進(jìn)入中心缸下腔，上腔油經(jīng)單向順序閥XD2F，34DH2回油，直到撞擊SQ4．溢流閥為該系統(tǒng)（中心缸動(dòng)作部分）的調(diào)整壓力16 MPa．

4）滑塊快速下行回路（如圖9）

當(dāng)中心缸頂出撞擊SQ4后，Y1Ab、Y3A、Y2A通電，Y7Ab斷電．

a. Y1Ab通電，34DH1將CZ7控制油封閉，3YF起安全閥作用．

b. Y3A通電，CZ10插裝閥控制油由A口進(jìn)T口回油，CZ10開啟，泵1泵出的壓力油經(jīng)DYF1液控單向閥進(jìn)入快速缸．

c. Y2A通電，主缸下腔油打開CZ5回油，活塞下行，主缸上腔形成負(fù)壓自動(dòng)吸開充液閥DY2，充液箱中油補(bǔ)充進(jìn)入主缸上腔．

d.由于Y7Ab斷電處于中位，泵2油卸荷，快速下行直到撞擊SQ2．

圖6 電機(jī)啟動(dòng)回路

圖7 頂出缸頂出回路

圖8 中心缸頂出回路

圖9 滑塊快速下行回路

5）滑塊慢速壓制回路（如圖10）

當(dāng)滑塊撞擊SQ2行程開關(guān)后，Y4A、Y3A、Y1Ab通電．

a. Y4A通電．泵1泵出的壓力油打開CZ8，通過DF1進(jìn)入主油缸上腔，同時(shí)Y3A通電，CZ10的控制油由A口進(jìn)T口回油，CZ10開啟，泵1泵出的壓力油經(jīng)CZ10閥DFY1液控單向閥進(jìn)入快速缸．由于上腔進(jìn)油關(guān)閉DFY2，主缸上腔和快速缸只能靠泵1供油形成慢速壓制．

b. 由于Y2A斷電CZ5的控制油被關(guān)閉，只能通過6YF溢流閥（調(diào)整壓力為3～5 MPa）打開后通過24D2回油，主缸下腔在有背壓情況下打開CZ5回油（工作平穩(wěn)）．

c. 慢下壓制直到撞擊SQ3或壓力升到壓力繼電器PF調(diào)整壓力后，慢下停止．慢速壓制中，此時(shí)頂缸和中心缸的力在壓制過程中，中心缸可經(jīng)過10YF回油下降，頂缸下腔油可因高于7YF溢流閥的調(diào)整壓力被打開而從CZ3回油．

6）保壓回路（如圖11）

根據(jù)零件加工工藝可按兩種程序進(jìn)行保壓．

a. 當(dāng)工作壓力達(dá)到PF壓力繼電器（定壓）調(diào)定壓力后，PF發(fā)訊全部電磁鐵斷電，時(shí)間繼電器開始計(jì)時(shí)，此時(shí)主缸上腔壓力被DFY1、DFY2和DF1封住，行程開關(guān)SQ3起安全作用．

b. 當(dāng)滑塊在慢速壓制過程中，如果壓力還未達(dá)到壓力繼電器調(diào)定壓力就撞擊SQ3（定程），SQ3發(fā)訊，全部電磁鐵斷電，時(shí)間繼電器開始計(jì)時(shí)，此時(shí)主缸上腔壓力被DFY1、DFY2和DF1封住，壓力繼電器PF起安全作用．此時(shí)泵1油液可通過CZ7卸荷，泵2的油液可通過34DH2卸荷．

7）卸壓回路（如圖12）

當(dāng)保壓時(shí)間經(jīng)時(shí)間繼電器調(diào)定時(shí)間完成后，時(shí)間繼電器發(fā)訊，Y1Aa與Y5A通電，梭閥上腔控制油回油，梭閥芯處上位，泵1油可以打開CZ6，但油缸上腔壓力油被DFY1、DFY2和DF1關(guān)住，此時(shí)連接在主油路的控制油經(jīng)24D3的P口到B口，壓力升高的控制油打開DFY1和DFY2的預(yù)泄閥芯，上腔快速缸油從CZ9回油箱，大腔油回充液箱，上腔開始卸壓，卸壓時(shí)間2～3 s，此時(shí)4YF（調(diào)整壓力3～5 MPa）起安全作用．

8）滑塊快退回路（如圖13）

卸壓2～3 s后Y1Aa斷電，Y1Ab、Y5A通電，當(dāng)控制油完全打開DFY1和DFY2主閥芯后，主油路就可打開CZ6進(jìn)主缸下腔，上腔大腔油可經(jīng)DFY2回充液箱，快速缸的油可經(jīng)DFY1和CZ9閥回油箱，直到快退撞擊SQ1停止，泵2處于34DH2中位卸荷狀態(tài)．

9）頂缸退回回路（如圖14）

當(dāng)滑塊回程撞擊SQ1行程開關(guān)后，Y1Ab、Y6Ab通電，泵1的壓力油通過CZ2進(jìn)入頂缸上腔，頂缸下腔的油經(jīng)CZ3回油，頂缸退回直到撞擊SQ7，此時(shí)泵2的油經(jīng)34DH2中位回油卸荷．

10）中心缸退回回路（如圖15）

當(dāng)頂缸退回撞擊SQ7行程開關(guān)后，Y1Ab斷電（34DH1處中位泵1卸荷）Y7Aa通電．泵2的壓力油經(jīng)34DH2，XD2P進(jìn)入中心缸上腔，中心缸下腔油經(jīng)34DH2回油，中心缸活塞退回直到撞擊SQ5．

11）靜止與總停（如圖16）

a. 當(dāng)中心缸退回撞擊SQ5后，SQ5發(fā)訊全部電磁鐵斷電，此時(shí)整個(gè)壓機(jī)處于靜止?fàn)顟B(tài)，三個(gè)泵中泵1從CZ7回油卸荷，泵2因34DH2卸荷．泵3繼續(xù)泵油進(jìn)冷卻器降低液壓油溫度．

b. 按動(dòng)總停開關(guān)，三個(gè)電機(jī)全斷電，系統(tǒng)和主機(jī)處于停車狀態(tài)，整個(gè)半自動(dòng)工作程序結(jié)束．

半自動(dòng)動(dòng)作：（按電機(jī)啟動(dòng)按鈕）電機(jī)啟動(dòng)——（按操作按鈕）頂出缸頂出——（SQ6）中心缸頂出——（SQ4）滑塊快下——（SQ2）滑塊慢下、壓制——[壓力繼電器（SQ3保護(hù)）或SQ3（壓力繼電器保護(hù)）]保壓——（時(shí)間繼電器計(jì)時(shí)）保壓延時(shí)——卸壓——（延時(shí)2～3S）滑塊回程——（SQ1）頂出缸退回——（SQ7）中心缸退回——（SQ5）停機(jī)．

圖10 滑塊慢速壓制回路

圖11 保壓回路

圖12 卸壓回路

圖13 滑塊快退回路

圖14 頂出缸退回回路

圖15 中心缸退回回路

圖16 靜止與總停

3 系統(tǒng)動(dòng)作表（表1）

說明：①D1,7.5 KW；D2,1.5 KW；D3,0.75 KW．

②系統(tǒng)可設(shè)高壓過濾器一個(gè)，設(shè)報(bào)警停D1．

③系統(tǒng)二通插裝閥采用20 mm通經(jīng)按行列標(biāo)準(zhǔn)制造．

④系統(tǒng)梭閥采用6 mm通經(jīng)按行列標(biāo)準(zhǔn)制造．

4 結(jié) 語

通過二通插裝閥邏輯控制液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，完全達(dá)到主機(jī)提出的要求和目的，同時(shí)按此各回路設(shè)計(jì)組合后的邏輯控制系統(tǒng)，為更復(fù)雜的高壓大流量，高密封性能液壓機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了可靠的設(shè)計(jì)思路．

表1 系統(tǒng)動(dòng)作表

[1]黃人豪.二通插裝閥控制技術(shù)[M].上海實(shí)用科技研究中心，1985.

[2]陸一心.液壓閥使用手冊[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.

[3]黃人豪，等.液壓二通插裝閥試驗(yàn)方法.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

[4]張利平.液壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與使用.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010.

[5]王慶國.二通插裝閥控制技術(shù).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001.

[6]唐英千.液壓集成元件——二通插裝閥[J].鍛壓裝備及制造技術(shù)，1991，26（1）-（5）.

[7]鄭淑麗.二通插裝閥及其液壓系統(tǒng)實(shí)例分析[J].山東工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2003，22（2）：63-65.

[8]天津鍛壓機(jī)床廠.中小型液壓機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算[M].天津：天津人民出版社，1977.

[9]王益民.二通插裝閥在小型液壓機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].鍛壓機(jī)械，1988，23（5）：29.

[10]陳就.插裝閥的復(fù)合控制機(jī)能及其在大型液壓機(jī)上的應(yīng)用[J].機(jī)床與液壓，2003（2）：213-215.

（責(zé)任編輯：張新玲）

A Study on Design of Hydraulic System of Hydraulic Press for Powder Products: the Application of Two-way Cartridge Valve on the Hydraulic Press

CHENG Xiaojun1WANG Yueshan2
(1.Chongqing Three Gorges Vocational College, Wanzhou, Chongqing 404000; 2.Chongqing Three Gorges University, Wanzhou, Chongqing 404000)

Two-way cartridge valve is the new logical control of advanced hydraulic control technology in the developed countries of the world in the late 20th century. It is used in logic control valves to achieve control of direction, pressure and speed of the implementing agencies primarily through the opening, closing and opening of the control into the components to control the size of oil breaking, high and low pressure and flow rate. It uses semi-automatic hydraulic press for powder products for its work program to illustrate the two-way cartridge valves in various actions in work processes: motor starting, crest-crest, center, cylinder, slider sliding slowly down, pressing, holding pressure, oil pressure, slider, top cylinder return on return trip, center cylinder back, shutting down, etc.

two-way cartridge; valve oil system; application research

TH132

A

1009-8135（2014）03-0057-07

2014-03-16

成曉軍（1985-），男，重慶人，助理工程師，重慶三峽職業(yè)學(xué)院機(jī)械與電子工程系教師，主要研究液壓缸設(shè)計(jì)．