液压逻辑元件液控阀的分类及应用

液压逻辑元件液控阀的分类及应用

1插装阀普通液控阀所谓的逻辑元件器是一个具有以下特征的独立液控制装置。1)二通口;2)三端口或四端口,弹簧腔有单独的端口,被用作控制腔;3)工作流量较同尺寸的普通液控阀大。本文中沿用一些文献的叫法,不称阀而称作元件,只是想突出,如果没有配以相应的先导控制阀,它就不能工作。按理说,液压逻辑元件不一定要单列划分。海德福斯公司的产品样本就是这样,把它归在方向阀中。Sterling公司在2003的样本中,把液压逻辑元件归入液控换向阀中。到Sterling公司并入派克公司以后,在2007的样本中,液压逻辑元件就单列一章了。在升旭公司的样本中,长期以来,液压逻辑元件一直是单列一章的。1.1特殊的逻辑元件从功能角度看,液压逻辑元件有以下特点。1)螺纹插装式的液压逻辑元件的功能与它的“大兄弟”—盖板式二通插装阀是完全相同的,只是体积小些,并采用螺纹旋入式安装而已。因此,它可以弥补“大兄弟”的不足。因为,在小规格时,螺旋式比盖板式的元件数量少,结构更紧凑,在集成块中占地少,装拆更方便。2)由于功能单一,与一般螺纹插装阀相比,液压逻辑元件可通过更大流量,达到甚至超过760L/min,实现了螺旋式插装阀与盖板式插装阀之间在流量方面的无空白衔接。3)和其它液控阀相同,在所有的应用中,它都需要另外配先导阀。由于控制腔的容积很小,因此进出流量很小,只需要一个很小的先导阀。1.2调节型向比例插装阀液压逻辑元件最初得名,是因为它只能够实现简单的开和关,就如逻辑判断中的是和非。一般是座阀。弹簧压力较低,且不可调,主要用于方向控制,此即开关型。但以后又发展出,结构相近、阀芯能够停留在开和关之间的任意位置,以实现压力和流量的连续调节型。但还是称作液压逻辑元件,虽然已经名不符实了。调节型,一般是滑阀。主要用作溢流阀、减压阀、顺序阀、流量调节阀等压力或流量的连续控制。调节型也可用于方向控制。但密封性差些,与同尺寸的座阀相比,液阻大些,响应时间长一些。2开关型智能逻辑元素2.1液控能力的实现1)类型(参见图1)从控制形式来看,可分为三大类:三端口卸荷开启型、三端口加压开启型(参见图1b))和四端口型。三端口卸荷开启型(参见图1a))是最传统最普遍使用的类型。这是一种被动开启型,即开启不需要从外部提供压力油,只要把弹簧腔通回油,即卸荷,就可依靠进口压力开启通道。三端口加压开启型(参见图1b))则是一种主动开启型,即开启需要从外部(端口3)提供压力,加压,才能开启通道。三端口卸荷开启型依据其关闭功能的不同,又有外控型(pilottoclose)(参见图2a))和内节流孔型(venttoopen)(参见图2b)、2c))之分。外控型的关闭需从外部引入压力油。而内控型的关闭不需从外部引入压力油,因为其阀芯中带节流孔。节流孔连接控制腔和端面口(参见图2b))或侧面口(参见图2c)),这样,可利用端面口或侧面口的压力来关闭。2)应用举例(1)组成大流量二位二通开关阀有多种形式。i)外控型+二位三通先导阀(参见图4a))使用一个二位三通电磁阀作为先导阀,控制一个外控型液压逻辑元件控制腔的压力,就可以实现,在通口压力下的被动开启,和在辅助油源C压力高于通口压力时的主动关闭。主通道的流动可以是双向的:A→B,B→A。ii)外控型+二位二通先导阀(参见图4b))也可使用一个二位二通电磁阀作为先导阀。此时需要设置一个固定节流孔,以避免在先导阀开启时,过多的流量流出到油箱,导致辅助油源C失压。但若此节流孔太小的话,会减慢液压逻辑元件的关闭速度。主通道的流动可以是双向的:A→B,B→A。iii)内节流孔型+二位二通先导阀(参见图5)如果使用内节流孔型液压逻辑元件的话,那就不需要辅助油源。流动只能是单向的,从A到B。iv)外控型+梭阀+二位三通先导阀(参见图6)如果在图5回路的基础上,增加一个梭阀,就既不需要辅助油源,也可以实现双向流动。(2)组成大流量三通回路使用两个液压逻辑元件,可以实现一个三通阀的各种机能(参见图7)。(3)组成大流量四通回路如果用五个开关型液压逻辑元件搭成桥路(参见图8a)),就可以实现普通四通阀的所有各种机能(参见图8b))。而且,可以通过控制开启关闭的顺序及间隔时间,组成适宜的过渡位置,从而得到更灵活的控制,减少切换冲击。另外,在工程机械中大量使用的液压缸是差动型的,即只有单活塞杆。因此,在工作中,进出无杆腔的流量总是大于进出有杆腔的。用普通三位四通换向阀,就必须按最大的流量配置,在如图9的例中为2500L/min。而因为普通三位四通换向阀各通道的开口面积一般都是相近的,用于有杆腔的400L/min就大材小用了。使用逻辑阀的话,则可以根据实际各通道进出液压缸的流量分别配置,既减少压降,也减少体积。使用逻辑阀控制液压缸,内泄漏少,对污染相对不敏感,响应时间短而且可调。(4)组成可自动切换的快进回路(参见图10)常闭型液压逻辑元件V2用于快进回路的自动切换:无杆腔压力低—快进,压力高—切换为普通慢速推进。切换是根据负载压力进行的,比较缓和。切换点可通过减压阀V4的设定值调节。在液压缸返程时,V2会自动开启。3)液控性能作为开关型液压逻辑元件,其功能就是开关。因此,什么条件下能切换,自然是它最重要的性能。只是,由于它的特殊构造,开启条件不能简单地用切换压力来表示。以下,做一简单分析。在多数情况下,阀芯上不带柔性密封,阀芯的导向部分与阀体之间是滑动配合。因此,相互间的摩擦力相比弹簧力和静压力要小得多,可以忽略。阀芯上带柔性密封时,阀芯的导向部分与阀体相互间的摩擦力情况多变,无法做一概括的分析,必须通过测试来确定,这里只好回避。(1)卸荷开启型的开启条件不考虑摩擦力,阀芯向上移动,开启通道的条件(参见图11)就是:式中,Fp式(1)中A面积比和弹簧预紧压力是决定开关型元件开启的两个最重要参数。常采用的面积比有1:1.5,1:1.2等多种类型,最高1:1。i)在A意味着,只要端口1的压力大于端口3的压力加上弹簧预压力,就可开启通道。ii)开关型液压逻辑元件的面积比多数小于1,如此,则端口1的压力必须相应高些,或与端口2的压力共同作用,才能开启通道。这就是应用开关型液压逻辑元件特别要注意的地方。(2)加压开启型的开启条件类似,可以得出加压开启型(参见图12)通道开启的条件为:以上的分析都只考虑了还没有流动时的静压力。而一待开启,有了流动后,静压力即会由于流动而发生变化,即有了液动力。不管流动方向如何,液动力总是倾向于关闭开口的。因此,实际保证切换完成的压力还应更大一些。4)其他性能(1)许用压力,与其他阀相似。(2)流量压差特性,与其他换向阀,比如说与电磁换向阀相似。2.2外控型、内泄漏、内流型1)升旭公司的LOFC型液压逻辑元件(参见图13)外控型许用压力:35MPa;流量:200L/min;内泄漏:少于0.6mL/min;面积比:1.8;控制腔容积:1.1cm³;弹簧预紧压力:0.35MPa。2)派克公司的20SLC1-A型液压逻辑元件(参见图14)外控型进口许用压力:24MPa;测定流量:303L/min;弹簧预紧压力:0.17至1.03MPa,5档;内泄漏:小于0.33mL/min。3)海德福斯公司的EP10-S38型液压逻辑元件(参见图15)外控型许用压力:35MPa;流量:见性能曲线;内泄漏:24MPa时,0.2mL/min;面积比:1:2;弹簧预紧压力:0.55MPa,1.1MPa。4)派克公司的16SLC1-B型液压逻辑元件(参见图16)内节流孔端面口型许用压力:24MPa;测定流量:189L/min;弹簧预紧压力:0.17至1.03MPa,5档,不可调;内泄漏:小于0.33mL/min。5)派克公司的16SLC1-C型液压逻辑元件(参见图17)内节流孔侧面口型名义流量:189L/min;弹簧预紧压力:0.17至1.03MPa,5档;内泄漏:小于0.33mL/min。2.3内泄漏mt参数升旭公司的LKFC型液压逻辑元件(参见图18)参数:许用压力:35MPa;名义流量:120L/min;内泄漏:少于0.7mL/min;面积比:1.8;控制腔容积:1cm³。2.4压力调节型液压逻辑元件1)升旭公司的DOFS型液压逻辑元件(参见图19)常开型许用压力:35MPa;名义流量:120L/min;关闭压力:至少2.8MPa;内泄漏:少于0.3mL/min;控制腔容积:0.33cm³。特点有:1)关闭压力不受通口1和2压力影响;2)端口3卸荷,开启时,