液控单向阀的应用与分析

商 林

（广东省韶钢设计院，广东 韶关 512123）

液控单向阀亦称为液压锁，它是利用阀芯和阀座相配合的金属锥面进行密封.液控单向阀是在一般功能单向阀基础上增加液控部分，它除了具有一般单向阀单向截流的功能，同时可以根据实际需要实现油液逆向流动功能.由于液控单向阀结构和功能的特殊性，在机械设备、试验设备和冶金设备液压系统中得到广泛运用［1］.

1 液控单向阀原理及结构

图1 液控单向阀三种结构形式

液控单向阀与普通单向阀不同之处，在于它增加了控制油路，液控单向阀分为三种形式：内泄式、外泄式、泄压式［2］，如图1所示.当液压控制活塞下部无控制油Pk进入时，油路只能从P2到P1，逆向则无法通过，其功能相当于普通单向阀.当控制油孔引入控制油Pk进入控制活塞底部，推动活塞上升顶开主阀芯，使油液可以从P2流向P1，也可以从P1流向P2.液控单向阀允许正向油路自由通过，而反向油路则要借助控制油路Pk使反向油路流动.

图1中（a）为内泄式液控单向阀.为了减小油液流动时的压力损失，则单向阀在设计时主阀芯直径比较大.当控制油路进入时，推动控制活塞上升顶开主阀芯时，必须克服主阀芯上端压力P1和控制活塞上端压力P2以及弹簧力，此时Pk压力要求很高，不然无法实现液控的功能.在实际使用过程中，往往需要加大额外的控制油压，给液压油路的设计和实际操作带来不便.该形式液控单向阀适合装在反向油出口P2很小或为零的条件下.

图1中（b）是在内泄式基础上进行改进的外泄式液控单向阀，它将控制活塞上端与P2隔离，使控制油Pk在工作的过程中不需要克服反向出油口P2对活塞向下的力，使控制油压力Pk大大减小.同时将外泄油口同油箱相连，这样活塞杆上端面压力为零，使活塞杆上下活动自如.它消除了内泄式液控单向阀P2腔只能为零的限制条件，扩大了液控单向阀的使用范围.

图1中（c）则是更为合理先进的泄压式液控单向阀，外泄式液控单向阀解决了P2下推力问题，但P1作用在主阀芯上表面的下推力依旧很大，控制油路克服压力很大.同时单向阀主阀芯在打开的瞬间，油液瞬间通过打开的阀芯，将会造成强烈的冲击，损坏液控单向阀内部零件.泄压式液控单向阀很好的解决了上述存在的问题.它相当于一个先导结构，控制油路压力只需推到先导小阀芯，使P1与P2想通，控制油以较小的压力即可推开主阀芯.同时由于压差减小，在开启的过程中不会产生剧烈的冲击而损坏阀芯.

2 液控单向阀的运用

2.1 液压缸的锁定功能

液控单向阀在液压系统中经常用于锁定某段油路起到保压作用，所以亦称为液压锁.它可以将液压缸锁定在任何位置保持不动.因单向阀为座阀结构，其密封性相对较高，泄漏量几乎为零有效的保证了工作的安全性，工作原理图如图2所示.

图2 液控单向阀锁定功能原理图

图3 液控单向阀阀芯结构形式

液控单向阀在锁定功能工作过程中，进油段压力与出油段压力存在一定的压力差，对锁定功能更加精确和稳定.控制油口在液控单向阀关闭过程中，成为活塞杆泄油口，为了保证主阀芯快速关闭，泄油口压力必须瞬间降低或为零.所以在选择电磁换向阀时候，应选用Y型电磁换向阀，如图3（a)所示，它保证了在锁定过程中，液控单向阀的主阀芯能在瞬间回落关闭单向阀，同时控制油口与出油口接回油箱，压力为零，更好的保证了液控单向阀的密封性.但是由于控制油口与出油口直接与油箱连接同时压力为零，会在重力的作用下，使管路中的油液回到油箱，当再次使用时，油液首先充满管路建立起压力后在动作，所以会存在一定时间延缓，在使用过程中可以加以关注.

但是如果选用如图3(b)所示O型电磁换向阀，那么在关闭过程中，控制油口与出油口依然存在较高的压力，液压缸则不能瞬间锁定任何位置，同时在长期锁定过程中，液控单向阀主阀芯两端和控制油口均存在较高压力，该种形式其实是依靠O型换向阀中位锁定，可靠性远远不及单向阀的锁定效果.

图4 液压单向阀锁定功能图

2.2 防止吊物自重下落

对于垂直吊挂液压缸设备中，可以使用液控单向阀有效的保证重物长时间停留在任意位置，而不会下滑，如图4所示.

液控单向阀在使用中，正确的设计回路会更好的保证了功能的稳定性.如图4液控单向阀使用回路中，如果未设置节流阀1，当液控单向阀油路打开，液压缸活塞在重物作用下，相当于自由落体，瞬时下降速度很快.当油缸上腔油液来不及及时补充时，上腔压力与控制油口压力瞬间降低，会使液控单向阀关闭，使油缸停止下降.随后，随着时间的推移，上腔压力又升高，使液控单向阀打开，油缸继续下降.这样反复交替出现，油缸的下降则出现抖动与爬行，将产生强烈的低频振动，对液压系统造成伤害［3］.

2.3 作充液、排液阀使用

图5 液控单向阀补液、排液功能图

如图5所示，垂直油缸快速空行程下降时，因受自由落体作用，油泵油液难以及时填充油缸上腔，则上腔形成一定的真空度，充溢油箱在大气压力的作用下打开液控单向阀向上腔快速补油，及时充满油缸避免形成真空度对油缸产生损害.当油缸活塞杆直径和油缸内径相差很小时，那么从有杆腔进入油缸的流量远远小于无杆腔流出的流量，为了保证油缸的平稳运行，可以从无杆腔旁路一套液控单向阀进行旁路分流回油箱，避免了管道和换向阀因瞬间大流量冲击产生冲击与损坏.

3 结语

通过液控单向阀的应用实例，根据特定的回路要求和特点选用合理液控单向阀形式对整个系统起关键性作用.对于内泄式，回路设计中应保证反向流动出口油路不能存在较高的管道压力.单向阀关闭过程中，控制油口成泄油口，为了保证快速锁定，电磁换向阀必须选用Y型阀，而不能选用O型阀.同时作为充液与排液阀时，阀门的通径必须足够大，吸油阻力小，同时可以快速达到充液和排液的效果［4］.了解液控单向阀的结构和控制原理、正确的使用方法和使用特点，对完善液压系统的设计和提高液压系统的维护起具有重大的意义.

［1］宋海林.液控单向阀的结构特点及其正确使用［J］.通用机械,2003(1):46-48.

［2］路甬祥.液压气动技术手册［M］.北京:机械工业出版社,2001.

［3］雷天觉.新编液压工程手册［M］.北京:机械工业出版社,1996.

［4］陆望龙.实用液压机械故障排除与修理大全［M］.长沙:湖南科学技术出版社,2002.