基于电磁阀的速度控制液压系统的研究

基于电磁阀的速度控制液压系统的研究

1液压系统的组成推动装置速度控制系统广泛应用于挖掘机、深水压力机等工程机械。目标是控制支撑装置的速度。该装置的要求压力高运动，以实现高旋转，稳定运行，可靠性。目前，由于设备的大型机械驱动系统的结构复杂，控制动作速度的方法采用集中控制，采用广泛应用的螺钉插装阀和集成阀块。阀块是集中统制的系统的核心单元，由配备液体系统孔的阀块体和安装的各种能源元件组成。在速度控制方面，采用比例控制法消除速度运动的不稳定因素。2速度控制系统推进装置的液压控制系统主要用来实现对装置的速度进行控制，可实现推进装置的高、低速控制及返回速度控制。推进装置改进前的液压系统，如图1所示。电机泵1为整个系统提供动力，过滤器2用来过滤液压回油，调压阀3用来控制整个液压系统的压力，通过电磁阀4和电磁阀9配合使用，通过单向阀7和调速阀8来实现对推进装置运动速度的快速，慢速，通过单向阀6和调速阀5实现对装置回程速度的控制。其工作过程如下：换向阀4左侧得电，电磁阀9得电，压力油经电磁阀进入油缸无杆腔，油缸获得一个由系统提供流量的控制速度；电磁阀9断电，压力油经单向阀7、节流阀8进入油缸的无杆腔，油缸获得一个由节流阀控制的速度；换向阀4右侧得电，油缸下行，无杆腔液压油经单向阀6、节流阀5返回，此时油缸获得了一个由节流阀5控制的速度。此套控制系统在正常的维护保养情况下，该速度推进控制运行能满足设备要求，实现前进快、慢速转换和返回的速度的双路调速功能，现有设备采用板式阀，结构较为复杂，存在体积大、成本高、拆卸不便的缺陷，同时，由于电磁铁换向存在延时在速度转换时候装置运动不平稳有冲击，不能较好地满足使用要求。鉴于此，对此速度控制系统进行了改进设计，着重解决以下几个问题：目前，控制阀采用的是板式阀，体积大容易泄露，结构复杂，占用空间很大，给维修带来了难度；此套控制系统速度由快速转慢速时，存在冲击，节流阀调速存在不灵活。3螺纹插装阀组成和特点基于以上两个问题，在之前系统工作原理的基础上，进行了改进设计，改进后的液压系统原理，如图2所示。一方面，重新设计推进装置的液压控制系统，利用现在广泛应用的螺纹插装阀，可以减少板阀带空间偏大的问题，将速度调节的节流阀和电磁阀改为电比例调速阀，对油缸速度能更精确地控制，实现无级调速；另一方面，采用单向阀桥式连接形式集成到一个液压阀组中，而单向阀的成本比较低，结构决定了其抗耐污染能力比滑阀液压阀要强，提高了系统的可靠性；螺纹插装阀体积小、结构紧凑、安装简单可靠，插装阀集中安装在一个集成块中，螺纹插装阀安装在集成块上的插孔采用成型刀具加工，精度高，减少系统的泄漏，适合批量生产。其工作工程如下：当换向阀4左侧得电，液压油经单向阀5、比例调速阀9、单向阀8进入油缸的无杆腔，此时，油缸的速度由电比例调速阀来实现快速慢速，速度平稳，消除了冲击，当换向阀右侧得电，油缸返回无杆腔油液经单向阀6、比例调速阀9、单向阀7返回，此时，油缸的速度由电比例调试阀来实现控制,这样速度推进由一个电比例调速阀、4个单向阀来实现。4集成控制阀组及设计以某矿山钻机设备实际应用为例，具体说明改进设计的应用，设备要求速度控制装置使用压力21MPa，流量160L/min实现装置先快进再慢进，回程速度可调，根据客户现有设备整体布局，考虑设备空布局受限，采用螺钉通孔安装固定，上面出油管，可调元件上面安装，应用以上改进的速度控制原理，阀件采用插装阀并整体集成在一个块体上，称为集成控制阀组，集成控制阀组的体积小、结构紧凑，螺纹插装阀成型刀具加工，加工精度高，泄漏小，适合批量生产，集成控制阀组设计成比例调速阀上面和单向阀对称布置的形式。集成阀组材料根据使用压力21MPa和材料的物理特性，此次设计采用45号钢（或者锻钢），根据负载使用的流量大小160L/min,选择合适的阀件，匹配相应的油口或者根据客户的要求确定油口大小，此时，根据客户要求选用G1油口顶面布置，设计块体的孔道时，为尽量缩短孔道长度，减少拐弯，合理确定孔道的通流截面积，与阀的油口相通的孔道直径与液压阀的直径相同，与管接头相连接的孔道，其直径一般应按通过的流量和允许流速计算确定，孔口须按管接头螺纹小径钻孔并攻螺纹。根据油道的孔径计算公式：式中，d为油道孔径，mm;Q为流经该油道孔的流量，L/min；ν为油道孔的允许流速，m/s，对于压力油孔而言，取ν=3～6m/s(系统压力高，管路短，油液粘度小取最大值，反之取小值)。根据孔道之间壁厚计算公式：式中，t为最小壁厚，mm;d为油道孔直径，mm;Py为油孔最大试验压力，MPa，取Py=(1.5～1.75)P;P为工作压力，MPa；[σ]为材料许用应力，MPa，[σ]=σp0.2/n,当Py≥17.5MPa时，n取3.5,Py>17.5MPa时，n取3，σp0.2为塑性材料的屈服强度；n为安全系数。据此设计选型如表1。遵循上述设计原则和计算的结果，应用三维设计软件INVENTOR平台设计出集成控制阀组，集成块尺寸为170×110×60(mm），通过设置图形的透明度或者用删除面的办法可以很方便地校核各孔道的连通关系，同时可以通过三维软件自带的应力分析功能对设计的阀块进行应力分析，改进的三维模型设计如图3所示。(1）阀块的加工制造。加工的阀块材料须保证内部组织致密，不得有夹层、沙眼等缺陷，必要时应对毛坯探伤，钢材块在加工前进行时效处理和预处理，阀块的表面粗糙度一定要达到要求，尤其是液压阀、法兰、管接头的安装面上不得有划线痕迹和其他缺陷，加工完成后必须倒角、去刺，阀块中所有的流道，尤其是相惯流道的交叉处必须彻底清除毛刺，阀块进入装配前必须彻底清洗，应用专用设备，清洗，冲洗时最好有一定的压力，所有流道特别是盲孔必须清洗干净，不留有铁屑、污垢和杂质，在装配前应再次校对孔道的连通情况是否与原理图相符，校对所有待装的元件及零部件，保证所装配的元件均为合格品。(2）样件试验验证，按要求加工组装好液压集成阀组在超过24小时后，在调试前应先进行10～20min回路冲洗此阀组上的比例阀在冲洗前换上冲洗板就是盲孔堵，将液压控制阀组在液压试验台进行耐压试验和功能测试，检测集成各液压阀安装表面和安装孔的密封性问题，按要求设定好各阀的压力值，整个液压阀组在压力21MPa的情况下，保压30min测试集成阀组的耐压及密封情况，多次启闭验证冲击能力，阀块各油口和阀件有没有泄漏经测试无泄漏，整体测试结果表明，该集成阀组没有出现漏油、发热现象，运行平稳、可靠。(3）改进后的性能及使用情况。对改进的控制集成阀组进行了客户现场实际测试，经过多次调试，完全满足设备的使用要求，较之前的阀组对速度的控制更灵活，速度切换冲击减少，速度运行平稳、可靠。5在工程机械中的应用目前