單向閥在泵-馬達式閉式容積調(diào)速回路中的巧妙應用

徐成東　袁國棟

(四川建筑職業(yè)技術學院交通與市政工程系，四川618000)

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單向閥在泵-馬達式閉式容積調(diào)速回路中的巧妙應用

徐成東袁國棟

(四川建筑職業(yè)技術學院交通與市政工程系，四川618000)

摘要：結(jié)合單向閥和溢流閥的結(jié)構和工作原理，介紹了泵-馬達式閉式容積調(diào)速回路中的幾種補油及安全保護油路，分析了幾種補油及安全保護油路的優(yōu)缺點，闡述了單向閥在泵-馬達式閉式容積調(diào)速回路中的巧妙應用，并提出了單向閥使用時的注意事項。

關鍵詞：單向閥，補油，安全保護

普通單向閥簡稱單向閥，它使油液只能沿一個方向流動，不允許反向倒流，故又稱逆止閥[1]。單向閥結(jié)構和工作原理雖然比較簡單，但卻是液壓系統(tǒng)中應用最多的元件之一。正確應用單向閥不僅可以滿足液壓系統(tǒng)不同使用場合的各種功能要求，而且還可使液壓系統(tǒng)設計簡化。

由雙向泵或雙向馬達組成的閉式容積調(diào)速回路在各類工程機械及其它類型機械設備的液壓系統(tǒng)中有著廣泛的應用，采用雙向液壓泵可以很方便地變換液壓馬達的運動方向。閉式回路中的液壓泵將油液輸入執(zhí)行元件的進油腔，又從執(zhí)行元件的回油腔處吸油，這種回路結(jié)構緊湊，減少了空氣侵入的可能性。缺點是散熱條件差，為了防止回路中的泄露，補償執(zhí)行元件進油腔與回油腔之間的流量差額，需要設置補油裝置[2]。雙向泵的出油口可以位于任意一側(cè)，補油時要保證無論泵的出油口位于哪一側(cè)，都能夠?qū)⒂鸵貉a充到泵的吸油口，即油路的低壓側(cè)。此外，為了防止液壓系統(tǒng)過載而損壞液壓元件，回路中還必須設置安全閥。以上這些要求都使得回路的設計復雜化。泵-馬達式容積調(diào)速回路有變量泵和定量馬達、定量泵和變量馬達及變量泵和變量馬達三種組合形式[2]。本文以變量泵-定量馬達式閉式容積調(diào)速回路為例，講述單向閥在泵-馬達式閉式容積調(diào)速回路中的應用。

1單向閥的應用

圖1為雙向變量泵1和雙向定量馬達2組成的閉式容積調(diào)速回路。回路中配置了兩套補油和安全保護回路。兩套補油油路分別由補油泵3、溢流閥6及單向閥5和補油泵3′、溢流閥6′及單向閥4組成。當主泵1的出油口位于上側(cè)時，補油泵3′輸出的油液壓力遠小于主泵1輸出的油液壓力，但由于溢流閥6′的調(diào)壓作用，補油壓力略高于單向閥的開啟壓力，使得單向閥4無法開啟，補油泵3′輸出的油液經(jīng)溢流閥6′直接流回油箱。而補郵泵3的吸油口位于下側(cè)的低壓回油油路，其輸出的油液壓力克服單向閥5內(nèi)的彈簧彈力，將輸出的油液補充至主泵1的下側(cè)吸油口。當高壓側(cè)油路出現(xiàn)過載時，油液經(jīng)安全閥7′溢流至油箱，保護了系統(tǒng)的安全。同理，當主泵1的出油口位于下側(cè)時，補油泵3′輸出的油液經(jīng)單向閥4補充至主泵1的上側(cè)吸油口，補油泵3輸出的油液經(jīng)溢流閥6進入油箱。當系統(tǒng)過載時，油液經(jīng)安全閥7溢流至油箱。但此種類型的補油及安全保護回路也存在著下列不足：

(1)系統(tǒng)結(jié)構復雜，使用成本高。元件數(shù)量較多意味著一次性投入成本較高，而且出現(xiàn)故障的幾率增大，無形中增加了系統(tǒng)使用時的維護成本。溢出的油液排回油箱，增大液壓污染的可能性，影響了油液的循環(huán)使用，這同樣會增加系統(tǒng)的使用成本。

(2)效率低下。泵的功能是將機械能轉(zhuǎn)化為壓力能，壓力油流回油箱意味著能量的損失。此外，元件本身的能量損失，尤其是泵的能量損失，同樣會降低系統(tǒng)的效率。

綜上所述，此種類型的液壓系統(tǒng)不能實現(xiàn)理想的經(jīng)濟性指標，不具有廣泛的應用推廣價值。

1—雙向變量泵　2—雙向定量馬達　3—補油泵

圖2為改進后的液壓回路。單向閥4和5成對使用，且安裝方向相反，組成了補油閥組。元件12為液控三位三通換向閥，在回路中起到方向選擇的作用。當主泵1的出油口位于上側(cè)時，上側(cè)為高壓進油油路，補油泵3的出油壓力無法開啟單向閥4，單向閥4保持閉合狀態(tài)。此時主泵1的下側(cè)為低壓回油油路，補油泵3輸出的油液壓力克服單向閥5內(nèi)的彈簧彈力，使單向閥5開啟，補油泵3向主泵1的下側(cè)吸油口補油。出現(xiàn)系統(tǒng)過載時，液控三位三通換向閥12上位工作，系統(tǒng)通過溢流閥7實現(xiàn)油液的溢流，起到安全保護作用。同理，當主泵1的出油口位于下側(cè)時，補油泵3通過單向閥4對主泵1的上吸油口進行補油。出現(xiàn)過載時，換向閥12下位工作，油液通過溢流閥7實現(xiàn)溢流。

可以看出，針對雙向泵的工作特點，此種類型的設計通過成對使用單向閥，簡化了補油油路，提高了運行效率。但液控三位三通換向閥12的使用，還是會增加投入成本和后期的維護成本。此外，系統(tǒng)過載時，總有一些油液流回油箱，造成了壓力能的浪費，增加了油液污染的可能性。此類液壓系統(tǒng)的使用成本依然偏高。

1—變量泵　2—定量馬達　3—補油泵

圖3所示的液壓回路是對圖2中的安全保護回路進行改進，而補油油路保持不變。出現(xiàn)系統(tǒng)過載時，高壓油沖開單向閥8或9(取決于主泵1的出油方向)，通過溢流閥7實現(xiàn)油液的溢流，起到安全保護作用。此種類型的設計取消了液控三位三通換向閥，通過成對使用單向閥，簡化了安全保護油路，降低了使用成本及維護成本。然而，系統(tǒng)過載時壓力油的損耗依然會造成能量的浪費。此類液壓系統(tǒng)的使用經(jīng)濟性仍然有待于進一步提高。

圖4所示的液壓回路同樣成對使用單向閥4和5，構成補油油路，其結(jié)構簡單，使用、維護成本低廉，而安全保護回路使用了順序閥10和11。若泵1的出油口位于上側(cè)，則上側(cè)為高壓進油油路，下側(cè)為低壓回油油路。系統(tǒng)過載時，高壓側(cè)的油液壓力大于順序閥10的開啟壓力，壓力油打開順序閥10，通過單向閥5向低壓油路進行補油。

1—變量泵　2—定量馬達　3—補油泵

1—變量泵　2—定量馬達　3—補油泵

此時低壓油路的壓力遠小于順序閥11的開啟壓力，順序閥11處于閉合狀態(tài)。反之，若泵1的下側(cè)為出油口且系統(tǒng)過載時，油液通過順序閥11和單向閥4補充至上側(cè)低壓油路，順序閥10和單向閥5處于閉合狀態(tài)。在此類回路中，單向閥4、5和順序閥10、11共同構成了過載補油閥組(圖中點畫線方框所示)。過載補油閥組的使用不僅簡化了回路結(jié)構，降低了使用成本，而且還將過載后溢出的油液重新補充至低壓油路，保證了油液的循環(huán)使用，減小了油液污染的可能性，為液壓系統(tǒng)帶來了良好的經(jīng)濟性。因而，此種結(jié)構類型的閉式容積調(diào)速回路在振動壓路機等各類工程機械液壓系統(tǒng)中得到了廣泛的應用。

2單向閥使用時的注意事項

(1)通過單向閥的流量不能超過其額定值。流量超過額定值會造成單向閥尖叫。

(2)單向閥的開啟壓力在滿足系統(tǒng)功能的前提下應盡量低，以減小壓力損失。單向閥作背壓閥使用時，其開啟壓力較高，通常由背壓值確定。

(3)普通單向閥安裝時尤其是成對使用前要認清進、出油口的方向，否則不但無法實現(xiàn)其預定的功能，影響液壓系統(tǒng)正常工作，而且還會損壞液壓元件等。例如單向閥用在泵的出口時，如反向安裝可能損壞泵或燒壞電機。

3結(jié)語

設計液壓系統(tǒng)時，不但要滿足設計的目的，實現(xiàn)系統(tǒng)預定的功能，還要考慮系統(tǒng)的使用經(jīng)濟性。設計的液壓系統(tǒng)要力求結(jié)構簡單，投入少，使用維護方便且成本低廉。單向閥是液壓控制閥中最簡單的一種，但卻有著非常廣泛甚至巧妙的應用，在液壓系統(tǒng)中發(fā)揮著不可替代的作用。只要能夠正確使用，就可以充分發(fā)揮它的功能，從而使液壓系統(tǒng)的設計變得更加簡單，功能更加豐富。

參考文獻

[1]毛智勇, 劉寶權. 液壓與氣壓傳動[M].北京：機械工業(yè)出版社, 2008:55.

[2]章宏甲，黃誼. 液壓傳動[M].北京：機械工業(yè)出版社, 1998:142-143.

編輯李韋螢

Skillful Application of Check Valve in Pump-motor Type of Volume Speed Regulation Closed Circuit

Xu Chengdong, Yuan Guodong

Abstract：Based on the structure and operating principle of check valve and relief valve, some oil supplementary and safety protection circuits of the pump-motor type of volume speed regulation closed circuit are introduced and their advantages and disadvantages are analyzed. Some skillful application of check valve in the pump-motor type of volume speed regulation closed circuit is explained and some matters needing attention for use of the check valve are put forward.

Key words：check valve; oil supplementary; safety protection

中圖分類號：TH137.52

文獻標志碼：B

作者簡介：徐成東(1982—)，男，碩士，工程師，主要從事工程機械液壓系統(tǒng)故障分析與診斷方向的教學與研究。電話：18980116736，E-mail:397083553@qq.com

收稿日期：2016—01—11