二通插裝閥的結(jié)構(gòu)_原理及其在液壓機(jī)上的應(yīng)用

1、裝備EQUIPMENT文章編號(hào)：16720121(2009）05007604二通插裝閥的原理及其在液壓機(jī)上的應(yīng)用結(jié)構(gòu)、李百煉（廣東省液壓機(jī)械設(shè)備工程技術(shù)研究開發(fā)中心，廣東佛山528000）摘要：本文分析了二通插裝閥的特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)及其工作原理，并通過一個(gè)實(shí)例介紹其在液壓機(jī)上的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：流體傳動(dòng)與控制；結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；二通插裝閥；應(yīng)用；液壓機(jī)中圖分類號(hào)：TH137.51前言二通插裝閥是一種新型的液壓控制元件，它的推廣使用，使得液壓控制技術(shù)發(fā)展到一個(gè)嶄新的階段。與傳統(tǒng)液壓控制技術(shù)相比它具有以下的特點(diǎn)：流動(dòng)阻力小，通油能力強(qiáng)，使用范圍廣，特別適合于高壓大流量系統(tǒng)；閥芯尺寸比滑閥小，重量輕，慣性小，故二通插

2、裝閥反應(yīng)靈敏，切換速度快，可用于要求高速切換的場合；錐面密封，密封性好，泄漏少；能實(shí)現(xiàn)多機(jī)能控制，結(jié)構(gòu)緊湊，集成化程度高，易于實(shí)文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化；工作可靠，使用壽命長，抗污染能力強(qiáng)，適合于各種介質(zhì)，性價(jià)比高。上述特點(diǎn)，在很大程度上滿足了現(xiàn)代液壓技術(shù)發(fā)展需要，因此，自其問世以來，得到了世界各國的普遍重視，該項(xiàng)技術(shù)在世界主要工業(yè)化國家迅速推廣。世界主要液壓件制造商德國Rexroth 、美國Vickers 等都在積極從事該產(chǎn)品的研發(fā)工作。我國從20世紀(jì)70年代由濟(jì)南鑄鍛研究所牽頭從事二通插裝閥的研發(fā)工作，完成了從16mm 200mm 整個(gè)系列的開發(fā)定型工作，形成了以濟(jì)寧泰豐液壓

3、設(shè)備有限公司和山東液壓機(jī)械制造總公司等為龍頭的專業(yè)化的二通插裝閥制造企業(yè)。目前，二通收稿日期：2009-06-26作者簡介：李百煉（1969），男，工程師，從事液壓機(jī)的制造與開發(fā)插裝閥控制技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于鍛壓、塑料、陶瓷、冶金等機(jī)械產(chǎn)品和船舶、礦山等行業(yè)，取得了良好的!Analysis of Lateral Thrust on Main Cylinder Rod of Hydraulic Swing Beam Shearon the Basis of Finite Element AnalysisXIA Weiming ，JI Kuanbin ，PAN Shihong（Jiangsu Guo

4、li Forging Machine Tool Co. ，Ltd. ，Yangzhou 225009，Jiangsu China ）Abstract :Inthe text, the finite element method has been applied to solve the leakage of the hydraulic oil which is caused by the wear -out failure of the main cylinder connecting rod for some hydraulic swing beam shear.The three-dime

5、nsional problem has been simplified into a plane stress problem, which greatly increases the efficiency and accuracy of the solution. The position where the connecting rod was wrecked and changing rule of the lateral thrust have been obtained on the basis of FEM analysis. The calculation results sho

6、w that the reduction of the friction2009年第5期coefficient of the contact surface between the ball joints and the cutter saddle oblique plate can reduce the wear and tear of the connecting rod effectively. The procedure embedded optimum design module has been used to obtain the minimum friction coeffic

7、ient when the ball joint is stuck that cant be moved at the position where the cutter saddle is on the upper limit location ，and it is concluded that the minimum friction coefficient is 0.17when the ball joint is stuck.Keywords ：Failure of piston rod in main cylinder ；Shear machine ；Finite Element A

8、nalysis76經(jīng)濟(jì)效益。2二通插裝閥的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡圖如圖1a 所示，通常由插入元件1、先導(dǎo)元件2、控制蓋板3、插裝閥體4等四部分組成。插入元件是二通插裝閥的主級(jí)或功率元件（職能符號(hào)如圖1b），插裝在插裝閥體內(nèi)，通過它的開啟、關(guān)閉和開啟量的大小來實(shí)現(xiàn)對液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)的方向、壓力和速度的控制。插入元件形狀與單向閥相似，由閥芯、閥套、彈簧和密封圈組成, 它有兩個(gè)工作腔A 、B 和一個(gè)控制腔C, 閥芯在閥套中滑動(dòng)，其配合間隙很小，以保證B 腔與C 腔間的泄漏最小。閥芯的錐面與閥套形成可靠的線密封，從而保證了B 腔與A 腔間零泄漏。閥套上的密封圈防止A 、B 、C 三腔之間沿閥套外沿的泄漏。C 腔2密封

9、圈P c3C閥套P b4閥芯彈簧P aB 腔A 腔A 1Ba A b AA c圖1二通插裝閥結(jié)構(gòu)簡圖先導(dǎo)元件是二通插裝閥的控制級(jí)，一般以板式或疊加式連接安裝在控制蓋板上，也有些以插入式連接安裝在控制蓋板內(nèi)或插裝閥體內(nèi)，先導(dǎo)元件一般由電磁換向閥和各種先導(dǎo)控制閥組成?？刂粕w板起固定插入元件的作用，同時(shí)，它還起連接插入元件和先導(dǎo)元件的橋梁作用，同先導(dǎo)元件一起構(gòu)成二通插裝閥的先導(dǎo)控制級(jí)。插裝閥體加工有插入元件和控制蓋板的安裝孔和各種通道。在這四部分中，插入元件、先導(dǎo)元件、控制蓋板目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化和系列化，在設(shè)計(jì)中根據(jù)控制要求選擇不同的標(biāo)準(zhǔn)件即可。3二通插裝閥的工作原理插入元件的基本結(jié)構(gòu)和符號(hào)如圖1，

10、A 、B 為主油路工作腔，C 為控制腔。A 、B 、C 三腔的工作壓力及其作用面積分別為P a 、P b 、P c 和A a 、A b 、A c ，F(xiàn) 1為彈簧作用在閥芯上的力，F(xiàn) 2為穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力，與通過的流量和開口的大小有關(guān)，在開口較小時(shí)才起作用，作用力方向向下。EQUIPMENT裝備插入元件的工作狀態(tài)是由作用在閥芯上合力的大小和方向決定的。當(dāng)不計(jì)閥芯重量和閥芯與閥套間的摩擦阻力時(shí)，閥芯所受的合力為：F =P c A c -P a A a -P b A b +F 1+F 2當(dāng)合力為正，即F 0，閥芯關(guān)閉；當(dāng)合力為負(fù)，即F 0，閥芯開啟；當(dāng)合力為零，即F 0，閥芯處于平衡位置。從以上分析可以看

11、出，該插入元件具有二位二通閥和單向閥的機(jī)能，能實(shí)現(xiàn)方向控制；如果設(shè)定控制腔的壓力，能實(shí)現(xiàn)壓力控制功能；在控制腔設(shè)置行程調(diào)節(jié)裝置，控制閥芯的開口大小，又能實(shí)現(xiàn)流量控制功能，這就是二通插裝閥多機(jī)能的特點(diǎn)。4在液壓機(jī)上的應(yīng)用液壓機(jī)是一種重要的鍛壓機(jī)械，主要用于各種金屬的塑性成形, 現(xiàn)代液壓機(jī)是二通插裝閥控制技術(shù)應(yīng)用的一個(gè)重要領(lǐng)域。本文以我公司生產(chǎn)的Y27-800單動(dòng)薄板拉伸液壓機(jī)為例說明二通插裝閥在液壓機(jī)上的應(yīng)用。液壓機(jī)基本工藝過程為：主缸快速下行主缸慢速下行、壓制工件（此時(shí)液壓墊頂出缸浮動(dòng)壓邊）系統(tǒng)保壓卸壓主缸回程液壓墊頂出缸頂出復(fù)位。為分析方便，把整個(gè)工藝過程分為油源、主缸、液壓墊頂出缸控制等三

12、部分來分析。4.1油源控制（圖2）P 口T 口BP 1123YV14YV25P 1口6P 2口7YV3M1M2圖2油源控制原理圖機(jī)器的油源部分采用兩臺(tái)160YCY14-1B 型恒功率變量泵進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，由于采用恒功率變量泵，使電機(jī)功率顯著下降。單向控制插入元件1、2實(shí)現(xiàn)方向控制，防止系統(tǒng)的壓力干擾。插入元件3、先導(dǎo)溢流期閥6和電磁換向閥YV1實(shí)現(xiàn)壓力控制功能，控制口5第年9的建壓與卸荷。同理，插入元件4、先導(dǎo)溢流閥5、7002和電磁換向閥YV2、YV3實(shí)現(xiàn)壓力控制功能，控制口的建壓與卸荷。與前者不同的是多了低壓先導(dǎo)溢流閥5，主要用于當(dāng)主缸保壓后要求卸壓時(shí)，YV3得電，使該閥接入，低壓油打開充液閥，

13、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)低壓77裝備EQUIPMENT卸壓，以防止換向時(shí)的沖擊。4.2主缸控制（圖3）一般液壓機(jī)的主缸通常垂直放置，因?yàn)檫@樣可以充分利用主缸活塞桿和活動(dòng)橫梁的重量，依靠其自重實(shí)現(xiàn)近似自由落體的快速下行，有利于提高空行程的速度。此時(shí)，主缸上腔形成負(fù)壓，吸開充液閥，充液箱中的油液在短時(shí)間內(nèi)經(jīng)充液閥進(jìn)入主缸上腔，以補(bǔ)充因快速下行在上腔形成的油液不足。充液部分必須具有足夠的充液能力，否則會(huì)造成轉(zhuǎn)為慢速加壓時(shí)升壓緩慢，這主要是充液不足，使在加壓的前階段油液先要充滿型腔，然后才能升壓造成的。另外，下腔排油必須充分，否則會(huì)在下腔形成高的背壓，阻礙主缸的快速下行，影響快速下行速度。當(dāng)活動(dòng)橫梁接近工件時(shí)，主缸轉(zhuǎn)

14、為慢速下行，下腔需施加一定的背壓，使速度減為慢速。要注意在快速轉(zhuǎn)為慢速時(shí)，轉(zhuǎn)換過程需平穩(wěn)、無沖擊。有保壓要求時(shí)，系統(tǒng)必須可靠保壓。保壓完成后，需先卸壓，再回程，以防止沖擊和振動(dòng)。當(dāng)主缸停止時(shí)，下腔必須有可靠支撐，防止活動(dòng)橫梁下滑。K 口YV48SP 1910BP 2YV51112A 口13SQ 1YV7SQ YV62B 口141516主缸SQ 3YV8171819YV920P 口T 口圖3主缸控制原理圖主缸具體工作過程如下：（1）主缸快速下行YV5得電，插入元件9開啟，P 口輸出的油液經(jīng)插入元件9、單向閥13進(jìn)入主缸上腔。此時(shí)，YV8得電，插入元件17開啟，YV7得電，方向節(jié)流插入元件15開啟

15、，下腔的油液經(jīng)插入元件17、方向節(jié)流插入元件15流回油箱。在自重的作用下，主缸快速下行, 主缸上腔形成負(fù)壓，充液閥8閥芯吸開，充液箱中的油液經(jīng)充液閥8快速向上腔充液。調(diào)節(jié)插入元期件15上的節(jié)流桿，可以實(shí)現(xiàn)對主缸快速下行速度的5第年調(diào)節(jié)。9002（2）主缸慢速下行、壓制工件當(dāng)活動(dòng)橫梁接近工件撞到行程開關(guān)SQ2時(shí)，YV7失電，方向節(jié)流插入元件15關(guān)閉，主缸下腔建立由背壓閥16調(diào)定的背壓。主缸上腔壓力升高，充液閥8關(guān)閉，上腔轉(zhuǎn)為由油泵供油，主缸實(shí)現(xiàn)慢速下78行，壓制工件。先導(dǎo)溢流閥11、遠(yuǎn)控溢流閥12分別用于調(diào)節(jié)主缸上腔的安全壓力和工作壓力。背壓閥16調(diào)定壓力以快速轉(zhuǎn)慢速時(shí)轉(zhuǎn)換平穩(wěn)、無沖擊、活動(dòng)橫梁

16、不下溜為原則，不要過高，否則會(huì)造成較大的壓力損失。（3）系統(tǒng)保壓、卸壓壓制完成后，為保證零件充分貼模，一般要設(shè)置一段保壓，所有電磁鐵失電，單向閥13關(guān)閉，主缸上腔實(shí)現(xiàn)保壓。前面所述二通插裝閥的閥芯錐面與閥套形成可靠的線密封，從而保證了B 腔與A 腔間零泄漏，所以，該系統(tǒng)的保壓性能是非常好的。此時(shí)，主缸活塞處于下位，機(jī)架和上腔處于較高的容積剛度和勢能聚積，在回程前必須卸掉上腔的壓力，否則會(huì)引起較大的沖擊。系統(tǒng)是這樣實(shí)現(xiàn)卸壓的：YV3得電，低壓溢流閥5接入；YV4得電，油泵輸出的低壓油打開充液閥8，由于油壓較低，充液閥8的卸載閥芯開啟速度較慢，這樣在卸壓時(shí)液壓沖擊很小，實(shí)現(xiàn)無沖擊、平穩(wěn)卸壓。（4）

17、主缸回程上腔卸壓后，YV3失電，YV2得電，高壓溢流閥7接入；YV6得電，插入元件14開啟，系統(tǒng)輸出的油液經(jīng)插入元件14、17進(jìn)入主缸下腔；YV9得電，先導(dǎo)溢流閥19接入，插入元件18和先導(dǎo)溢流閥19實(shí)現(xiàn)對主缸下腔回程力的控制。此時(shí)，YV4仍得電，充液閥8的主閥芯打開，上腔的油液經(jīng)充液閥8、充液箱、充液回油管流回油箱，從而實(shí)現(xiàn)主缸回程。（5）主缸停止所有電磁鐵都失電，主缸停止動(dòng)作。此時(shí)，要求主缸下腔具有良好的支撐性能，為此設(shè)有插入元件17, 利用17閥芯的錐面與閥套形成可靠的線密封，保證了兩工作腔間零泄漏，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定可靠的支撐。在活動(dòng)橫梁下行(特別是快速下行）然后轉(zhuǎn)為停止時(shí)，活動(dòng)橫梁具有很大的慣

18、量，會(huì)造成下腔壓力驟然上升，因此，在下腔設(shè)有安全溢流閥20。4.3液壓墊頂出缸的控制（圖4）液壓墊頂出缸在工作循環(huán)的初始階段一般處于上部位置，在主缸壓制過程中隨主缸一起下行，實(shí)現(xiàn)浮動(dòng)壓邊。下腔必須有可靠的壓力保護(hù)，否則易出現(xiàn)超壓現(xiàn)象。上腔此時(shí)形成負(fù)壓，必須及時(shí)補(bǔ)充油液，否則在轉(zhuǎn)為差動(dòng)頂出上行復(fù)位時(shí)，會(huì)出現(xiàn)先慢后快的現(xiàn)象，這主要是因上腔吸油不足，在上行時(shí)泵輸出的油液先充滿型腔，然后才能上行造成的。在浮動(dòng)壓邊后，液壓墊頂出缸必須頂出上行復(fù)位，為下一工作循環(huán)作準(zhǔn)備。因其復(fù)位過程不帶負(fù)載，為提高工作效率，減小所需泵的流量，其工作過程一般采用差動(dòng)控EQUIPMENT制。對某些特殊工藝，要求液壓墊頂出缸工

19、作過程中在調(diào)整時(shí)，需要液壓墊頂出缸下頂出作反擠壓工藝。行。SQ 4液壓墊頂出缸YV10212326YV14D 口30P 口T 口272822YV1224YV1325裝備動(dòng)，故可實(shí)現(xiàn)帶負(fù)載的反擠壓工藝。（4）液壓墊頂出缸下行在點(diǎn)動(dòng)液壓墊頂出缸下行時(shí)，YV11得電，插入元件21開啟，系統(tǒng)輸出的油液經(jīng)插入元件21進(jìn)入插入元件28開啟，液壓墊頂出缸上腔。YV15得電，下腔的回油經(jīng)插入元件28流回油箱，從而實(shí)現(xiàn)下行。先導(dǎo)溢流閥24用于調(diào)節(jié)液壓墊頂出缸上腔的安全壓力。5結(jié)束語二通插裝閥的出現(xiàn)，使現(xiàn)代液壓機(jī)液壓控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)了從滑閥向二通插裝閥的一次質(zhì)的飛躍。特別是近年來出現(xiàn)的比例插裝控制技術(shù)，把比例控制和二

20、通插裝閥控制技術(shù)有機(jī)結(jié)合，使傳統(tǒng)的二通插裝閥控制技術(shù)從粗放控制進(jìn)入高精度的比例控制新時(shí)代，滿足了液壓機(jī)控制要求的高壓化、大流量化、高精度化的控制要求，使二通插裝閥控制技術(shù)在液壓機(jī)上的應(yīng)用更加廣泛。【參考文獻(xiàn)】1唐英千. 液壓集成元件二通插裝閥. 鍛壓機(jī)械.1991，26（1）-（5）. 23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. 鄭淑麗. 二通插裝閥及其液壓系統(tǒng)實(shí)例分析. 山東工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào). 22（2）:63-65.2003，45王益民. 二通插裝閥在小型液壓機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用. 鍛壓機(jī)械. 1988,23（5）:29.7天津鍛壓機(jī)床廠. 中小型液壓機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算. 天津:天

21、津人民出版社，1977.SQ 5YV11C 口SP 2BP 329YV15圖4液壓墊頂出缸控制原理圖液壓墊頂出缸具體工作過程如下：（1）液壓墊頂出缸浮動(dòng)壓邊在做浮動(dòng)拉深工藝時(shí)，主缸壓制過程中，液壓墊頂出缸被動(dòng)壓下，YV13得電，比例溢流閥25接入，插入元件28和比例溢流閥25實(shí)現(xiàn)壓力控制，在液壓墊頂出缸下腔產(chǎn)生由比例溢流閥25調(diào)定的背壓，從而實(shí)現(xiàn)浮動(dòng)壓邊工藝。液壓墊頂出缸上腔形成負(fù)壓，單向閥23吸開，油液經(jīng)單向閥23進(jìn)入到液壓墊頂出缸上腔以補(bǔ)充油液之不足。為防止系統(tǒng)超壓故障，設(shè)有安全溢流閥29、30。（2）液壓墊頂出缸頂出上行復(fù)位當(dāng)壓制過程完成，主缸回程到位進(jìn)入下一工作YV10得電，插入元件27開啟，系統(tǒng)輸出的循環(huán)前，油液經(jīng)插入元件27進(jìn)入液壓墊頂出缸下腔。YV14得電，