液壓差動(dòng)回路分析與應(yīng)用

郝春玲

（渤海船舶職業(yè)學(xué)院，遼寧葫蘆島，125000）

液壓差動(dòng)回路分析與應(yīng)用

郝春玲

（渤海船舶職業(yè)學(xué)院，遼寧葫蘆島，125000）

液壓差動(dòng)回路在重型機(jī)械領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。本文通過(guò)對(duì)液壓差動(dòng)回路及機(jī)械設(shè)備差動(dòng)液壓系統(tǒng)工作原理的分析，總結(jié)了差動(dòng)液壓系統(tǒng)回路的特點(diǎn)，根據(jù)工作流程介紹了分析方法，論述了其具體應(yīng)用情況，最后提出了使用與維修時(shí)的注意事項(xiàng)。同行借鑒本文研究有助于提高生產(chǎn)加工效率。

液壓缸；差動(dòng)連接；差動(dòng)回路；沖壓機(jī)

引言

液壓差動(dòng)主要應(yīng)用于重型機(jī)械中，在執(zhí)行元件（或設(shè)備）運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，可以使其運(yùn)行速度相對(duì)增快，在壓力作用下完成快進(jìn)過(guò)程。在沖壓機(jī)中利用液壓差動(dòng)連接相關(guān)設(shè)備，可以完成快速下行運(yùn)動(dòng)。

1 差動(dòng)回路特點(diǎn)

液壓差動(dòng)運(yùn)動(dòng)靠差動(dòng)回路工作，其原理是利用液壓缸的作用面積差，使有桿腔的回油回到無(wú)桿腔，在不使用雙泵供油和大流量泵及各種輔助元件的情況下，使執(zhí)行元件速度相對(duì)加快，從而保證正常流量下實(shí)現(xiàn)高速度。

當(dāng)泵供油同時(shí)進(jìn)入液壓缸大腔和小腔時(shí)，在不計(jì)兩腔連通油路的壓力損失，如圖1所示，大小兩腔的油液壓力必然相等［1］。但因?yàn)榛钊麅汕粌?nèi)承受壓力的有效面積不等，大腔側(cè)有效面積大于小腔側(cè)，活塞同時(shí)受到大腔給向右的作用力大于小腔給其向左的作用力，活塞自然向右運(yùn)動(dòng)，同時(shí)小腔的油液流出并流進(jìn)大腔，由于從小腔流出的油液與泵輸送來(lái)的油液共同流入大腔，于是流入大腔的流量增多，同時(shí)也可以看成是同樣壓力下有效面積減小，加快活塞的伸出速度，所以即使使用正常流量油泵，也能實(shí)現(xiàn)執(zhí)行元件液壓缸的快速進(jìn)給工況。單桿液壓缸兩腔同時(shí)通入壓力油這種油路連接的方式稱(chēng)為差動(dòng)連接。

圖1　差動(dòng)連接

差動(dòng)連接狀態(tài)下，小腔排出流量q=A2V （1）

其中，V為流速， A2為小腔截面面積。進(jìn)入大腔后，則有A1V=q+A2V （2）其中，A1為大腔截面面積，且活塞桿的伸出速度V可表示為

若要使活塞的往返速度相等，即v2=v3，則得出作用力為：

由此可知，差動(dòng)回路是從無(wú)桿腔進(jìn)油，使有桿腔的油回到無(wú)桿腔。差動(dòng)連接的回路實(shí)質(zhì)有效作用的面積是大腔和小腔的面積差，即活塞桿的橫截面積。當(dāng)然與正常工進(jìn)的情況下相比，在輸入油液壓力和流量相同的情況下，利用大腔和小腔的面積的差，產(chǎn)生壓力F差，從而驅(qū)動(dòng)液壓缸伸出活塞桿伸出速度較大而推力較?。?］。因?yàn)橛袟U腔的油回到了無(wú)桿腔，所以液壓缸能以較快速度動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)小流量高速度。

2 差動(dòng)回路的應(yīng)用——以沖壓機(jī)為例

實(shí)際應(yīng)用中，液壓系統(tǒng)的執(zhí)行元件的換向是通過(guò)控制閥來(lái)改變單桿缸的油路連接，通過(guò)改變換向閥的閥芯位置，從而改變油路的聯(lián)通方式，改變是執(zhí)行元件的運(yùn)行方向，使其有不同的工作方式，最終獲得快進(jìn)（差動(dòng)連接）→工進(jìn)（大腔進(jìn)油）→快退（小腔進(jìn)油）的工作循環(huán)。差動(dòng)連接實(shí)現(xiàn)在不增加液壓泵流量的前提下，完成快進(jìn)的最有效辦法，它被廣泛應(yīng)用于組合機(jī)床的液壓動(dòng)力滑臺(tái)和各類(lèi)專(zhuān)用機(jī)床中。

某引進(jìn)沖壓機(jī)差動(dòng)液壓回路如圖2所示。沖壓的差動(dòng)快速運(yùn)動(dòng)到離沖壓件距離最大10 mm處結(jié)束，沖壓的工進(jìn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，沖件保壓過(guò)程和回程快退運(yùn)動(dòng)。

圖2　差動(dòng)液壓系統(tǒng)回路

沖壓缸快速差動(dòng)下行原理：電磁鐵1YA的電，液壓油經(jīng)換向閥3進(jìn)入沖壓缸大腔，沖壓缸小腔的油經(jīng)電磁鐵2YA帶電，換向閥5也進(jìn)入沖壓缸1大腔。

沖壓缸工進(jìn)沖壓原理：沖壓缸接觸到工件瞬間，系統(tǒng)壓力升高，使電磁鐵2YA失電，沖壓缸非差動(dòng)右行。此時(shí)沖壓缸產(chǎn)生大的沖壓力，完成對(duì)工件的沖壓。

沖壓缸返回原理：1YA失電，液壓油經(jīng)換向閥3右位進(jìn)入油路，經(jīng)節(jié)流閥中單向閥，同時(shí)電磁鐵2YA得電，經(jīng)換向閥右位進(jìn)入沖壓缸1小腔，推動(dòng)沖壓缸返回，沖壓缸1大腔的油經(jīng)換向閥2回油箱。

此系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，既能快速運(yùn)行，又能提供大的沖壓力，能適合快速?zèng)_壓的要求。

3 差動(dòng)回路使用維護(hù)注意事項(xiàng)

1）差動(dòng)連接必須實(shí)現(xiàn)單活塞桿液壓缸往復(fù)速度相等的要求［3］，活塞桿直徑d需滿足

其中，D為活塞直徑；

2）差動(dòng)回路液壓管的管徑和控制閥的通徑的過(guò)流量，必須是液壓泵的流量加上有桿側(cè)的流量之和；

3）通過(guò)負(fù)載力加上有桿側(cè)的反作用力是油缸的輸出推力來(lái)確定系統(tǒng)工作壓力；

4）使用差動(dòng)缸時(shí)要注意活塞桿的直徑不能太小，尤其是系統(tǒng)壓力較低時(shí)，否則油缸會(huì)在摩擦力與負(fù)載的作用下不能運(yùn)動(dòng)。這是因?yàn)椴顒?dòng)時(shí)液壓缸的推力取決于活塞桿的直徑大?。?/p>

5）保壓閥使用外泄式較好。若使用內(nèi)泄式，在回油背壓大的情況下，油無(wú)法完全封?。?］；

6）差動(dòng)回路能量損失比較大，容易產(chǎn)生噪音和發(fā)熱。差動(dòng)的沖擊很厲害，調(diào)整要注意避免動(dòng)作切換過(guò)程過(guò)速。

4 差動(dòng)回路常見(jiàn)故障原因分析及排除方法

執(zhí)行元件液壓缸一旦發(fā)生故障會(huì)引起動(dòng)作運(yùn)行不良，不能實(shí)現(xiàn)預(yù)定的速度和推力，緩沖效果不佳，液壓油泄漏等現(xiàn)象［5］。

1）液壓缸動(dòng)作不靈

主要現(xiàn)象是液壓缸帶動(dòng)的執(zhí)行元件出現(xiàn)爬行、顫斗，液壓油管脈動(dòng)大。分析可能造成這種現(xiàn)象的原因：液壓缸內(nèi)部壓力變小，與外界形成壓差，空氣被壓入缸內(nèi)；系統(tǒng)中的管接頭、閥等處密封不良；液壓缸在制造和修配過(guò)程中，尺寸公差、形狀偏差和配合間隙未達(dá)到要求；油箱中油面過(guò)低，液壓泵吸入空氣；過(guò)濾器容量不夠或贓物較多；油箱的進(jìn)出油管之間距離不夠。

排除方法： 使液壓缸在空載或輕載狀態(tài)下，進(jìn)行大行程往復(fù)運(yùn)動(dòng)，直至排凈空氣［6］。如果液壓缸設(shè)有排氣裝置，可打開(kāi)排氣閥螺釘排出油液中的氣體，此外，導(dǎo)致空氣混入液壓缸的損壞元件應(yīng)及時(shí)更換或修復(fù)。

2）液壓缸外泄漏

主要現(xiàn)象是活塞桿端面、管接頭、缸蓋接合面處漏油。分析可能造成這種現(xiàn)象的原因：液壓缸進(jìn)油口周?chē)h(huán)境溫度太高或阻力太大而引起液壓油溫度過(guò)高，粘性降低；活塞桿損傷活塞桿的密封圈老化破損；所選擇的液壓油粘性過(guò)低；缸蓋接合面、管接頭、膠圈破損。

排除方法：若是活塞桿出現(xiàn)損傷，采用更換新活塞桿或鍍鉻修復(fù)。應(yīng)進(jìn)行更換活塞桿缸蓋接合面、膠圈和管接頭。

3）液壓缸內(nèi)泄漏

主要現(xiàn)象是運(yùn)行速度慢，液壓缸推力不足，無(wú)法保證液壓缸處于最高額定壓力下工作。分析可能造成這種現(xiàn)象的原因是：缸筒內(nèi)壁縱向拉傷較深；活塞上密封圈安裝時(shí)扭曲、龜裂或老化。

排除方法：液壓缸不保壓是液壓缸內(nèi)泄漏影響最大的因素，并且故障分析排除不像其他現(xiàn)象那樣直觀，由于液壓泵的泄漏、控制閥件或系統(tǒng)安全溢流閥、分流閥調(diào)節(jié)不合適都會(huì)產(chǎn)生相似液壓缸內(nèi)泄漏的故障現(xiàn)象。所以在液壓缸維修之前，應(yīng)查詢液壓缸工況情況，也包括工作壓力、活塞全行程時(shí)間等工作記錄資料，了解其現(xiàn)象是偶發(fā)性還是漸變性不保壓，并與標(biāo)準(zhǔn)值或工作記錄相對(duì)比，一經(jīng)確認(rèn)為有液壓缸內(nèi)泄漏發(fā)生，就應(yīng)該進(jìn)行解體液壓缸，各種密封圈更換。

此外，還應(yīng)該注意回路中噪聲、發(fā)熱，液壓閥被卡住等現(xiàn)象。

5 結(jié)論與展望

在沖壓機(jī)中應(yīng)用液壓差動(dòng)回路，完成了下行無(wú)外負(fù)載情況下的快速運(yùn)動(dòng)，提高了生產(chǎn)加工效率。

但還存在一些不足，如能量損失大、泄漏嚴(yán)重等問(wèn)題，還有待于改進(jìn)和提高。

［1］趙學(xué)清.液壓與氣動(dòng)［M］.哈爾濱工程大學(xué)出版社，2008.

［2］黃志堅(jiān).液壓元件使用與維修150例［M］.中國(guó)電力出版社，2011.

［3］王興元.工程機(jī)械液壓與液力傳動(dòng)圖冊(cè)［M］.人民交通出版社，2008.

［4］馬憲亭.液壓與氣壓傳動(dòng)分析與應(yīng)用［M］.化學(xué)工業(yè)出版社，2010.

［5］趙月靜，寧辰校.液壓實(shí)用回路360例［M］.化學(xué)工業(yè)出版社，2008.

［6］劉延俊.液壓回路與系統(tǒng)［M］.化學(xué)工業(yè)出版社，2009.

［7］趙靜一.液壓氣動(dòng)系統(tǒng)常見(jiàn)故障分析與處理［M］.化學(xué)工業(yè)出版社，2009.

Analysis and Applications on Hydraulic Pressure Differential Circuit

Chunling Hao（Baohai Shipbuilding Vocational College， Huludao， Liaoning， 125005， China）

Hydraulic pressure differential circuit plays an important role in heavy machinery field. This paper analyzes differential hydraulic circuit and mechanical equipment differential hydraulic system；summarizes characteristics of hydraulic pressure differential circuit； introduces analytical methods according to standard work flow and states their specific application situation； and finally puts forward matters needing attention in the process of operation and maintenance. The research of this paper will help peers to improve the efficiency of production and processing.

Hydraulic Cylinder； Pressure Differential Connection； Pressure Differential Circuit； Punch

G460.45

A

2095-8412 （2016） 04-715-03

工業(yè)技術(shù)創(chuàng)新 URL： http: //www.china-iti.com 10.14103/j.issn.2095-8412.2016.04.035

郝春玲（1978-），女，副高，工程師，主要研究方向機(jī)械制造與數(shù)控加工。