一种提升机构节流调速回路设计

丘永亮，邱腾雄，陈伟俊

(1.广东工贸职业技术学院机械工程系，广东广州510510;2.广东科达机电股份有限公司，广东佛山 528313)

对于立式结构的液压机来说，其动梁在主油缸驱动下下降到接近工进位置时，动梁的速度需要降低以降低动梁对液压机整体框架的冲击。传统的采用电液比例节流阀为核心元件的节流油路，其优点是动梁的速度可以灵活控制，而且节流效果比较好;但是，该方案的最大缺点是电液比例节流阀的价格比较贵，而且需要增加高精度过滤器才能实现比例节流阀的正常工作，这将大大增加油路的经济成本。而采用节流阀控制动梁的下降速度，在不同的负载条件下，动梁的下降速度也会不同，只能依靠经验来控制下降时间。

针对以上问题，研究并开发出了一种应用于提升机构的节流调速回路，以降低动梁对液压机整体框架的冲击，同时提高在负载变化条件下动梁下降时间的相对稳定性。

1 技术方案的工作原理及特性分析

1.1 技术方案的工作原理

此方案采用调速阀作为核心元件控制动梁的下降速度。油路的切换动作由位移传感器发出的信号控制。当动梁从最高位置下降时，液压油不经过调速阀直接回到油箱。当动梁下降到一定高度时，液压油全部经调速阀流过。由于调速阀的特性，由此高度下降至工进位置所需的时间基本相同。在油路切换过程中，管道和油缸可能产生瞬时高压，当该压力超过溢流阀的安全压力时，溢流阀动作，保证压力不至于过高，避免管道和油缸破裂。

当换向阀2失电和液控单向阀5失电不通入先导油时，液压油经由液压泵7进入提升油缸的有杆腔，提升油缸向上动作。当提升油缸到达指定位置时，液压泵停止工作，液压油不再注入油缸，提升油缸停止动作。当换向阀2得电时，提升油缸在重力作用下自动回程，液压油经过换向阀的左位回到油箱，活塞的下降速度比较快，且速度的快慢取决于负载的大小。当活塞下降到接近终点位置时，位移传感器发出信号控制换向阀失电，液控单向阀6通入先导油，液压油全部经过调速阀4回到油箱。活塞实现匀速下降，直至活塞回到起点位置，液控单向阀停止通入先导油。

1.2 特性分析

此方案回路中所用的调速阀是进行了压力补偿的节流阀，它由节流阀和定差减压阀串联而成，如图1所示的4号元件，它是实现活塞匀速下降的关键。在调速阀中，调速阀前、后的压差Δp=p3－p1随着负载的不同而变化，而调速阀中的节流阀前、后压力p1与p2的压差ΔpT=p2－p1，在定差减压阀的作用下保持不变。

根据调速阀的静态特性，流过调速阀的流量q为:

式中:CdT为节流阀口流量系数;

AT为节流阀口过流面积 (m2);

K为调速阀的弹簧刚度 (N/m);

xo为减压阀口开度为0时的弹簧预压缩量(m);

ρ为油液密度 (kg/m3);

AR为减压阀阀芯有效作用面积。从以上式子可知:在一个特定的调速阀中，决定调速阀流量大小的参数为AT，当AT一定时，通过调速阀的流量基本上保持不变，与调速阀前后的压差Δp=p3－p1无关。

于是液压缸活塞的下降速度为:

式中:v为液压缸的下降速度 (m/s);

A为液压缸横截面积。

该技术方案的调速回路在调速阀的作用下，在下降到某一位置后，流量q基本上保持不变，而A也为液压缸的固有截面积，因此，可实现液压缸在变化负载的情况下保持匀速下降，下降速度的快慢取决于调速阀阀口截流面积。

2 结束语

该技术方案应用于立式结构的液压机中动梁的下降速度控制，可降低动梁对于液压机整体框架的冲击，并实现动梁的匀速下降，其下降速度的快慢取决于调速阀阀口过流面积。在该方案中，换向阀及液控单向阀的切换时间由电控系统控制，可以实现灵活控制，且位移传感器发出信号的位置也可实现调节，甚至可以实现动梁的全程匀速下降。而对于换向阀换向过程中造成液压冲击，则采用溢流阀来防止管道和油缸的破裂。该技术方案在应用过程中效果良好，并且已成功申请专利。

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