液压回路中液控单向阀的应用研究

杨孟庚

（中国农业机械化科学研究院，北京 100083）

1 液控单向阀的特点

在液压回路当中液控单向阀属于方向控制阀的一种，主要依靠控制流体压力使单向阀反向流通。按照控制方向的不同可以将液控单向阀分为单向液控单向阀和双向液控单向阀两大类。当控制油路油控制压力输入时，活塞顶杆在压力油作用下向右移动，用顶杆顶开单向阀，使进出油口接通。若出油口大于进油口就能使油液反向流动。液控单向阀具体结构如下图1所示：

图1 液控单向阀的结构示意图

在液控单向阀的结构示意图中(a)是单向液控单向阀、(b)是双向液控单向阀，两者主要结构基本一致，包括1.活塞；2.阀体；3.阀芯；4.弹簧这四个部分。根据液压回路的实际情况，如果仅对一个方向具有锁闭要求可以选择；如果在两个方向都具有锁闭要求时可以选择是双向液控单向阀。以下就对两种液控单向阀的工作原理进行简要分析：

（1）单向液控单向阀。从图(a)可以看出，K、A、A′分别是单向液控单向阀的出油口，如果当A′处的油压低于A处时，由于压力差会促使阀芯开启，液压油就可以从液压较高的A处流向液压较低的A′处，从而使两者之间恢复平衡；如果当A′处的油压高于A处时，压力差会使阀芯关闭，从而能够有效阻止液压油从A′处进入到A处。在K处通入控制油，推动活塞的同时顶开阀芯使保持A与A′连通，从而实现液压油的反向流动。

（2）双向液控单向阀。图(b)中 A、B、A′、B′分别是双向液控单向阀的出油口，主要工作原理与单向液控单向阀类似。双向液控单向阀的工作区域可以分为左右两个部分，当左边区域的A′处的油压低于A处时，由于压力差会促使阀芯开启，液压油就可以从液压较高的A处流向液压较低的A′处，然后会推动活塞向右移动并顶起右侧阀芯，使B与B′保持连通，实现液压油的反向流动；如果当右边区域的B′处的油压低于B处时，压力差会使阀芯开启，液压油会从B处流入B′处，并推动活塞向左移动并顶起左侧阀芯，使A与A′连通实现液压油的反向流动。

2 液压回路中液控单向阀的应用

液压回路是由各种液压元件组成的具有一定机能的液压装置构成部分，以下就对液压回路中液控单向阀的应用进行具体分析：

（1）液控单向阀在锁紧回路中的应用。由于液控单向阀具有良好的锁闭性能，因此在液压锁紧回路中有着非常广泛的应用。折臂液压缸的结构如图2所示。

图2 液控单向阀在液压锁紧回路中的应用

液控单向阀在液压锁紧回路中的应用图中1指折臂液压缸；2指双向液控单向阀；3指手动切换阀。在具体应用过程中折臂液压缸可以分为有杆腔和无杆腔两种工作条件，当液压油从A处流向A′处时，此时液压油进入的是折臂液压缸的无杆腔，根据液压油压力的平衡公式可以得到：PAF1=R+P謖BF2。

从上式中可以进一步得到有杆腔的开锁条件为P謖AF3＞P謖BF4，代入液压缸活塞的力平衡公式可以进一步得到：

式中F1为液压缸活塞无杆腔面积；F2为液压缸活塞有杆腔面积；ψ为液压缸速比，即ψ＝F1/F2、F3表示活塞有效面积；F4为锥阀有效面积。

当液压油从B处流向B′处时，此时液压油进入的是折臂液压缸的有杆腔，同样根据液压油压力的平衡公式可以得到：P謖AF1=R+PBF2。

由此可以得到，只要满足无杆腔开锁条件的同时也可以满足有杆腔开锁条件。

（2）液控单向阀在同步回路中的应用。文章主要以折臂双液压缸为例研究液控单向阀在同步回路中的应用，折臂双液压缸的结构如图3所示。

图3 折臂双液压缸的结构示意图

在折臂双液压缸正常工作情况下，电液换向阀通电后位于左端，此时油箱中的液压油通过进油口P流入，然后依次通过电液换向阀、单向节流阀、平衡阀、双向液控单向阀并最终进入折臂液压缸的无杆腔，促使两个折臂液压缸同步伸出。根据折臂双液压缸的工作原理，有杆腔的液压油会经过双向液控单向阀、单向节流阀、电液换向阀并最终通过出油口O到达油箱。当电液换向阀通电后位于右端时，油箱中的液压油通过进油口O流入，然后依次通过电液换向阀、单向节流阀、双向液控单向阀并最终进入折臂液压缸的有杆腔，促使两个折臂液压缸同步缩回。同样根据折臂双液压缸的工作原理，无杆腔的液压油会经过双向液控单向阀、平衡阀、单向节流阀、电液换向阀并最终通过出油口P到达油箱。

（3）液控单向阀在平衡回路中的应用。整个平衡回路可以通过较高的精度控制负载位置，但是当负载下降的过程中无法确保稳定的下降速度。当换向阀位于左端时，液压油进入折臂液压缸的有杆腔，等到压力足够大时，液控单向阀开启。此时的折臂液压缸无杆腔无压力，负载会受到自身重力的影响快速下降，如果折臂液压缸的油量不足时会促使有杆腔的压力急剧下降；当压力低于液控单向阀的最低控制压力时，会导致液控单向阀关闭，此时负载会立即停止运动。液压泵不断地向折臂液压缸供油，促使有杆腔内部的液压油上升，当压力可以使液控单向阀开启时，负载同样会在重力作用下快速下降。在负载快速下降的过程中，由于压力存在变化区间会影响液控单向阀的开启与闭合，不仅会降低了负载下降过程的稳定性，而且还容易产生异常的振动和噪声。针对液控单向阀在平衡回路中的应用中出现的速度不稳定的问题，可以在折臂液压缸的无杆腔液压回路中增加一个液控单向阀。这样一来就可以通过液控单向阀的调节作用，保持负载下降的稳定性。由于增加了一个液控单向阀，在折臂液压缸的有杆腔中能够提供给液控单向阀持续开启的压力，这样不仅可以使负载平衡下降，而且还能够有效地降低功率损耗。液控单向阀在平衡回路中的应用的结构如图4所示。

图4 液控单向阀在平衡回路中的应用示意图

进行工程机械液压系统设计需要根据机械的工作特点选用合适的中位机能换向阀，目前较为常见的中位机能有O型、H型、X型、M型、Y型、P型、J型、C型以及K型。现阶段的工程机械领域当中，在液控单向阀组成的液压回路中较多采用的是M型换向阀，当该换向阀处于中位时，液压泵泄荷，此时液控单向阀的控制油路关闭。由于液控单向阀的控制油换向阀关闭后，控制口遮挡影响了液压泵的泄压过程，以至于单向阀不能够立即关闭，只有等到控制压力油经过换向阀内泄或者其它原因失压后，单向阀才能缓慢闭合。从换向阀换向到中位至负载停止运动，整个过程存在较长的滞留时间，这样一来就大大降低了液控单向阀的定位精度以及工作稳定性，因此要想进一步提升液控单向阀的定位精度，就需要将M型换向阀换成择H型或者Y型换向阀。当H型或者Y型换向阀处于中位时，两个负载口都与油箱连接，使液控单向阀随即关闭，此时活塞或者负载的运动立刻停止，从而能够有效地提高液压回路的定位精度和工作稳定性。

3 结语

综上所述，液控单向阀在工程机械设备当中的应用十分广泛，尤其是其良好的锁闭能力能够长时间确保液压缸锁紧定位。本文主要分析了液控单向阀在锁紧回路、同步回路以及平衡回路中的应用，通过理论计算得到了液控单向阀的开锁条件，并且针对在液压回路中的遇到的一些问题提出了一些解决措施，为日后液控单向阀的研究提供有力依据。

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