油壓機(jī)卸壓回路的分析與研究

油壓機(jī)卸壓回路的分析與研究

油壓機(jī)是利用汽油作為工作介質(zhì)，通過傳遞能量，滿足各種加工工藝的機(jī)械。廣泛應(yīng)用于橋梁壓、彎曲、壓、壓等相關(guān)機(jī)械工程領(lǐng)域。在壓下工序結(jié)束后,回程工序之前,油壓機(jī)的主工作缸的位移是保持不變的,此時(shí),開啟控制閥釋放主工作缸中的高壓油液,該過程被稱為卸壓;當(dāng)卸壓工序進(jìn)行一段時(shí)間后,主工作缸內(nèi)工作介質(zhì)的壓力降到設(shè)定值時(shí),油壓機(jī)的橫梁在回程缸的提升作用下開始回程工序,同時(shí)主工作缸內(nèi)的油液大量排出,該過程稱之為卸荷。在卸荷過程中大量的液壓油被釋放回油箱;而卸壓工序的主要作用是釋放產(chǎn)生高壓的部分油液的過程。雖然卸壓工序中釋放的油液相對(duì)于工主作缸內(nèi)的油液量占比很少,但是卸壓過程還常常伴隨著液壓沖擊,具體表現(xiàn)形式為產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲。1常用卸壓回路為了降低油壓機(jī)在卸壓過程中產(chǎn)生的的液壓沖擊,盡量消除設(shè)備的振動(dòng)和噪聲,提升壓機(jī)的整體性能,在設(shè)計(jì)油壓機(jī)的液壓系統(tǒng)時(shí)常常設(shè)置專門的卸壓回路1.1壓工序時(shí),主缸下腔內(nèi)高壓油液的開度控制使用單向節(jié)流閥做卸壓閥的卸壓回路是經(jīng)典的小噸位油壓機(jī)上常用的卸壓方案,3.15MN模鍛壓機(jī)的卸壓回路就是使用單向節(jié)流閥來實(shí)現(xiàn)卸壓的(見圖2)。該回路的特點(diǎn)是于主壓下缸的下腔管路上并聯(lián)一個(gè)順序閥,而此順序閥的控制腔與主壓下缸的上腔相連通。當(dāng)壓機(jī)進(jìn)入卸壓工序時(shí),三位四通電磁換向閥的右位電磁鐵得電,泵源的高壓油液通向主缸的下腔,主工作缸上腔內(nèi)的高壓油通過單向節(jié)流閥和三位四通換向閥卸掉,通過調(diào)節(jié)單向節(jié)流閥的閥芯開口度可以控制油液的流量,進(jìn)而控制卸壓的速率。此時(shí),主工作缸上腔的高壓油把順序閥打開,主工作缸下腔內(nèi)的液壓油通過換向閥、順序閥構(gòu)成的通路流回油箱,而主工作缸的活塞不動(dòng);當(dāng)卸壓工序持續(xù)一段時(shí)間后,主工作缸上腔的壓力降低到順序閥的設(shè)定壓力值,順序閥關(guān)閉,主工作缸下腔的壓力又逐漸上升,充液閥被打開,主工作缸開始回升。采用單向節(jié)流閥作卸壓閥的卸壓回路的優(yōu)點(diǎn)是卸壓速率可調(diào),卸壓過程比較平穩(wěn)。但是,當(dāng)液壓系統(tǒng)要求的流量較大時(shí),會(huì)出現(xiàn)主工作缸卸壓失速的現(xiàn)象,即主工作缸上腔的高壓油經(jīng)過液控單向閥卸壓,會(huì)影響油壓機(jī)活動(dòng)橫梁運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性;此外,用于控制卸壓速度的單向節(jié)流閥的開口度無法進(jìn)行精準(zhǔn)控制。1.2液控單向閥卸壓回路采用液控單向閥作卸壓閥的卸壓回路(見圖3)。設(shè)定主工作缸無桿腔的壓力為p采用液控單向閥作卸壓閥的卸壓回路,通過三位四通電磁換向閥、節(jié)流閥,以及液控單向閥卸壓,該卸壓方案產(chǎn)生的沖擊較大,卸壓周期較長,不適合在具有快鍛功能的壓機(jī)上使用。1.3差動(dòng)連接卸壓回路見圖1差動(dòng)連接的卸壓回路,是一種既能完成壓機(jī)卸壓功能,又能在該過程中進(jìn)行能量回收的卸壓方案(見圖4)。進(jìn)入卸壓工序后,電磁換向閥處于中位,首先,電磁閥的電磁鐵4DT得電,使得主工作缸的低壓腔(p通常,卸壓回路都是直接將全部高壓油釋放流回油箱,而差動(dòng)連接的卸壓回路的顯著特點(diǎn)是分級(jí)卸壓:一部分高壓油通過旁路電磁閥和節(jié)流閥回流,另外一部分高壓油由差動(dòng)連接回路轉(zhuǎn)移到主工作缸的下腔,在回程時(shí)得到利用。1.4壓機(jī)液壓系統(tǒng)仿真近年來,高壓、大流量已成為油壓機(jī)液壓系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì),插裝閥因其基本構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)化和通用化,通流能力大,以及模塊化程度高、液阻小等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于油壓機(jī)液壓系統(tǒng)中。三級(jí)插裝閥卸壓回路的工作原理,本質(zhì)上是一種能實(shí)現(xiàn)開啟速度先慢后快功能的快速二通插裝閥組(見圖5)。壓機(jī)進(jìn)入卸壓工序后,電磁閥換向通電,先導(dǎo)插裝閥3開啟。由于先導(dǎo)插裝閥3為小通經(jīng)插裝閥,主插裝閥1控制腔的油液壓力p與普通二通插裝閥相比較,采用三級(jí)插裝閥進(jìn)行卸壓時(shí),其通流能力更大,且閥口關(guān)閉也更快。但該方案本質(zhì)上仍屬邏輯開關(guān)控制回路,需設(shè)定多個(gè)參數(shù)值,而插裝閥閥芯的行程調(diào)節(jié)會(huì)影響閥芯的開啟規(guī)律,不易實(shí)現(xiàn)閥芯位置的精準(zhǔn)控制。1.5比例插裝溢流閥的原理前面幾種卸壓回路都是由開關(guān)閥控制的卸壓回路,均是通過手柄、電磁鐵、壓力繼電器或行程開關(guān)等元器件實(shí)現(xiàn)卸壓控制,它們有一個(gè)共同的缺點(diǎn),即無法實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制,同時(shí),在開關(guān)量換向閥換向時(shí)常常伴隨有換向沖擊和壓力的波動(dòng),以及產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲。而比例插裝閥將比例控制閥和插裝閥兩者的優(yōu)點(diǎn)集于一身,如今已在高壓、大流量液壓控制系統(tǒng)中占據(jù)重要地位,在當(dāng)下的壓機(jī)卸壓控制系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。(1)比例插裝溢流閥卸壓回路比例插裝溢流閥通過電比例技術(shù)控制主閥控制腔的油液壓力,從而控制主閥芯的位移(見圖6)。比例插裝溢流閥是由一個(gè)先導(dǎo)式比例溢流閥和一個(gè)二通插裝閥組成。當(dāng)主工作缸卸壓時(shí),上腔內(nèi)的高壓油由主閥芯的A口流入,插裝閥控制腔的壓力升高,此時(shí),通過調(diào)整溢流閥的壓力,使得主插裝閥控制腔的壓力逐漸降低,保證插裝閥的主閥芯可以平穩(wěn)開啟,主工作缸內(nèi)的油液經(jīng)插裝閥的B口流出。由于通過比例電磁鐵可以對(duì)卸壓過程中的壓力由高到低無級(jí)調(diào)節(jié),最終實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)卸壓采用比例插裝溢流閥的卸壓回路有許多優(yōu)點(diǎn),如:卸壓元件少;可實(shí)現(xiàn)對(duì)卸荷過程壓力的閉環(huán)控制;與用三級(jí)插裝閥作卸壓閥的卸壓回路相比,比例插裝溢流閥的卸荷過程很容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制,可以快速平穩(wěn)地卸壓,減小了人為因素的影響。比例插裝溢流閥的卸壓回路的缺點(diǎn)是先導(dǎo)式比例溢流閥的通流能力較弱,當(dāng)主閥的通徑較大時(shí),主插裝閥控制腔的流量會(huì)受到限制,導(dǎo)致主插裝閥閥芯開啟速度較慢。(2)比例插裝節(jié)流閥卸壓回路比例插裝節(jié)流閥卸壓回路通過電磁換向閥的電磁鐵得電來完成加壓功能(見圖7)。當(dāng)加壓或保壓工序結(jié)束后,通過先導(dǎo)伺服閥控制先導(dǎo)x油路來控制主閥的閥芯位移,通過主閥的位移傳感器構(gòu)成位置閉環(huán),進(jìn)而控制卸壓過程中油液的排放。利用這種高頻響應(yīng)比例流量閥卸壓的優(yōu)點(diǎn)是,卸壓過程可按照斜坡比例調(diào)整,減小沖擊和振動(dòng)。當(dāng)主工作缸的壓力卸載到設(shè)定值時(shí),改變輸入信號(hào),關(guān)閉主閥芯,主閥復(fù)位,同時(shí),卸荷回路打開,壓機(jī)進(jìn)入回程工序。比例插裝節(jié)流閥作卸壓閥的卸壓回路的優(yōu)點(diǎn)是:參與卸壓過程的元件數(shù)量少;容易實(shí)現(xiàn)由計(jì)算機(jī)進(jìn)行比例控制,減小了人為因素的影響。相比于比例插裝溢流閥的回路方案,大流量比例插裝節(jié)流閥的響應(yīng)時(shí)間更短,更能夠滿足壓機(jī)平穩(wěn)、快速、精準(zhǔn)卸壓的技術(shù)要求,并且可以按設(shè)定的卸壓曲線進(jìn)行控制(見表1)。2工作缸卸壓過程通常,當(dāng)工作壓力大于7MPa時(shí),油壓機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)該采用合理的卸壓手段,故而,在設(shè)計(jì)和調(diào)試油壓機(jī)液壓系統(tǒng)時(shí)要合理控制油壓機(jī)的卸壓過程。由經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知,當(dāng)主工作缸內(nèi)的油液壓力低于20~40×10對(duì)比油壓機(jī)卸壓前后的狀態(tài),不難發(fā)現(xiàn):主工作缸在卸壓前,系統(tǒng)內(nèi)的高壓油處于壓縮狀態(tài),機(jī)架、管路及主工作缸等均處于彈性變形狀態(tài);而在主工作缸卸壓后,油液的壓力得以釋放,機(jī)架、管路及主工作缸等亦由彈性變形狀態(tài)恢復(fù)到初始狀態(tài)。所以,卸壓過程的實(shí)質(zhì)就是上述油液體積的增量伴隨壓制完成后所儲(chǔ)存能量一起釋放的過程;控制主工作缸卸壓,也就是控制上述油液體積的增量及所儲(chǔ)存的能量進(jìn)行合理釋放。下面對(duì)卸壓過程的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行推理計(jì)算:設(shè)主工作缸和管道內(nèi)的油液在未壓縮時(shí)的初始油液體積為V由于受工作壓力作用,油液被彈性壓縮的體積由于機(jī)架的彈性變形,在卸壓時(shí)被釋放的油液體積式中:△S—液壓機(jī)機(jī)架的變形量(m)。由于管道彈性變形,在卸壓時(shí)被釋放的油液體積式中:d—進(jìn)油管的彈性變形量(m)。由于液壓缸的彈性變形,在卸壓時(shí)被釋放的油液式中:△D—工作缸徑向彈性變形量(m)。所以,卸壓過程中需要釋放的液壓油體積可見,整個(gè)卸壓過程就是把體積為△V的液壓油,通過卸壓閥排出去的過程。在△V中,占比最大的部分是△V由以上分析可知,正確選擇卸壓閥是保證卸壓回路有效工作的前提,而根據(jù)本文的分析結(jié)果將3系統(tǒng)穩(wěn)定工作原理的確定本文通過對(duì)目前油壓機(jī)中常見的卸壓回路進(jìn)行分析,