油压机卸压回路的分析与研究

油压机卸压回路的分析与研究

油压机是利用汽油作为工作介质，通过传递能量，满足各种加工工艺的机械。广泛应用于桥梁压、弯曲、压、压等相关机械工程领域。在压下工序结束后,回程工序之前,油压机的主工作缸的位移是保持不变的,此时,开启控制阀释放主工作缸中的高压油液,该过程被称为卸压;当卸压工序进行一段时间后,主工作缸内工作介质的压力降到设定值时,油压机的横梁在回程缸的提升作用下开始回程工序,同时主工作缸内的油液大量排出,该过程称之为卸荷。在卸荷过程中大量的液压油被释放回油箱;而卸压工序的主要作用是释放产生高压的部分油液的过程。虽然卸压工序中释放的油液相对于工主作缸内的油液量占比很少,但是卸压过程还常常伴随着液压冲击,具体表现形式为产生振动和噪声。1常用卸压回路为了降低油压机在卸压过程中产生的的液压冲击,尽量消除设备的振动和噪声,提升压机的整体性能,在设计油压机的液压系统时常常设置专门的卸压回路1.1压工序时,主缸下腔内高压油液的开度控制使用单向节流阀做卸压阀的卸压回路是经典的小吨位油压机上常用的卸压方案,3.15MN模锻压机的卸压回路就是使用单向节流阀来实现卸压的(见图2)。该回路的特点是于主压下缸的下腔管路上并联一个顺序阀,而此顺序阀的控制腔与主压下缸的上腔相连通。当压机进入卸压工序时,三位四通电磁换向阀的右位电磁铁得电,泵源的高压油液通向主缸的下腔,主工作缸上腔内的高压油通过单向节流阀和三位四通换向阀卸掉,通过调节单向节流阀的阀芯开口度可以控制油液的流量,进而控制卸压的速率。此时,主工作缸上腔的高压油把顺序阀打开,主工作缸下腔内的液压油通过换向阀、顺序阀构成的通路流回油箱,而主工作缸的活塞不动;当卸压工序持续一段时间后,主工作缸上腔的压力降低到顺序阀的设定压力值,顺序阀关闭,主工作缸下腔的压力又逐渐上升,充液阀被打开,主工作缸开始回升。采用单向节流阀作卸压阀的卸压回路的优点是卸压速率可调,卸压过程比较平稳。但是,当液压系统要求的流量较大时,会出现主工作缸卸压失速的现象,即主工作缸上腔的高压油经过液控单向阀卸压,会影响油压机活动横梁运动的平稳性;此外,用于控制卸压速度的单向节流阀的开口度无法进行精准控制。1.2液控单向阀卸压回路采用液控单向阀作卸压阀的卸压回路(见图3)。设定主工作缸无杆腔的压力为p采用液控单向阀作卸压阀的卸压回路,通过三位四通电磁换向阀、节流阀,以及液控单向阀卸压,该卸压方案产生的冲击较大,卸压周期较长,不适合在具有快锻功能的压机上使用。1.3差动连接卸压回路见图1差动连接的卸压回路,是一种既能完成压机卸压功能,又能在该过程中进行能量回收的卸压方案(见图4)。进入卸压工序后,电磁换向阀处于中位,首先,电磁阀的电磁铁4DT得电,使得主工作缸的低压腔(p通常,卸压回路都是直接将全部高压油释放流回油箱,而差动连接的卸压回路的显著特点是分级卸压:一部分高压油通过旁路电磁阀和节流阀回流,另外一部分高压油由差动连接回路转移到主工作缸的下腔,在回程时得到利用。1.4压机液压系统仿真近年来,高压、大流量已成为油压机液压系统的发展趋势,插装阀因其基本构件的标准化和通用化,通流能力大,以及模块化程度高、液阻小等优点被广泛应用于油压机液压系统中。三级插装阀卸压回路的工作原理,本质上是一种能实现开启速度先慢后快功能的快速二通插装阀组(见图5)。压机进入卸压工序后,电磁阀换向通电,先导插装阀3开启。由于先导插装阀3为小通经插装阀,主插装阀1控制腔的油液压力p与普通二通插装阀相比较,采用三级插装阀进行卸压时,其通流能力更大,且阀口关闭也更快。但该方案本质上仍属逻辑开关控制回路,需设定多个参数值,而插装阀阀芯的行程调节会影响阀芯的开启规律,不易实现阀芯位置的精准控制。1.5比例插装溢流阀的原理前面几种卸压回路都是由开关阀控制的卸压回路,均是通过手柄、电磁铁、压力继电器或行程开关等元器件实现卸压控制,它们有一个共同的缺点,即无法实现精准控制,同时,在开关量换向阀换向时常常伴随有换向冲击和压力的波动,以及产生振动和噪声。而比例插装阀将比例控制阀和插装阀两者的优点集于一身,如今已在高压、大流量液压控制系统中占据重要地位,在当下的压机卸压控制系统中得到了广泛应用。(1)比例插装溢流阀卸压回路比例插装溢流阀通过电比例技术控制主阀控制腔的油液压力,从而控制主阀芯的位移(见图6)。比例插装溢流阀是由一个先导式比例溢流阀和一个二通插装阀组成。当主工作缸卸压时,上腔内的高压油由主阀芯的A口流入,插装阀控制腔的压力升高,此时,通过调整溢流阀的压力,使得主插装阀控制腔的压力逐渐降低,保证插装阀的主阀芯可以平稳开启,主工作缸内的油液经插装阀的B口流出。由于通过比例电磁铁可以对卸压过程中的压力由高到低无级调节,最终实现平稳卸压采用比例插装溢流阀的卸压回路有许多优点,如:卸压元件少;可实现对卸荷过程压力的闭环控制;与用三级插装阀作卸压阀的卸压回路相比,比例插装溢流阀的卸荷过程很容易实现自动控制,可以快速平稳地卸压,减小了人为因素的影响。比例插装溢流阀的卸压回路的缺点是先导式比例溢流阀的通流能力较弱,当主阀的通径较大时,主插装阀控制腔的流量会受到限制,导致主插装阀阀芯开启速度较慢。(2)比例插装节流阀卸压回路比例插装节流阀卸压回路通过电磁换向阀的电磁铁得电来完成加压功能(见图7)。当加压或保压工序结束后,通过先导伺服阀控制先导x油路来控制主阀的阀芯位移,通过主阀的位移传感器构成位置闭环,进而控制卸压过程中油液的排放。利用这种高频响应比例流量阀卸压的优点是,卸压过程可按照斜坡比例调整,减小冲击和振动。当主工作缸的压力卸载到设定值时,改变输入信号,关闭主阀芯,主阀复位,同时,卸荷回路打开,压机进入回程工序。比例插装节流阀作卸压阀的卸压回路的优点是:参与卸压过程的元件数量少;容易实现由计算机进行比例控制,减小了人为因素的影响。相比于比例插装溢流阀的回路方案,大流量比例插装节流阀的响应时间更短,更能够满足压机平稳、快速、精准卸压的技术要求,并且可以按设定的卸压曲线进行控制(见表1)。2工作缸卸压过程通常,当工作压力大于7MPa时,油压机系统中应该采用合理的卸压手段,故而,在设计和调试油压机液压系统时要合理控制油压机的卸压过程。由经验数据可知,当主工作缸内的油液压力低于20~40×10对比油压机卸压前后的状态,不难发现:主工作缸在卸压前,系统内的高压油处于压缩状态,机架、管路及主工作缸等均处于弹性变形状态;而在主工作缸卸压后,油液的压力得以释放,机架、管路及主工作缸等亦由弹性变形状态恢复到初始状态。所以,卸压过程的实质就是上述油液体积的增量伴随压制完成后所储存能量一起释放的过程;控制主工作缸卸压,也就是控制上述油液体积的增量及所储存的能量进行合理释放。下面对卸压过程的数学模型进行推理计算:设主工作缸和管道内的油液在未压缩时的初始油液体积为V由于受工作压力作用,油液被弹性压缩的体积由于机架的弹性变形,在卸压时被释放的油液体积式中:△S—液压机机架的变形量(m)。由于管道弹性变形,在卸压时被释放的油液体积式中:d—进油管的弹性变形量(m)。由于液压缸的弹性变形,在卸压时被释放的油液式中:△D—工作缸径向弹性变形量(m)。所以,卸压过程中需要释放的液压油体积可见,整个卸压过程就是把体积为△V的液压油,通过卸压阀排出去的过程。在△V中,占比最大的部分是△V由以上分析可知,正确选择卸压阀是保证卸压回路有效工作的前提,而根据本文的分析结果将3系统稳定工作原理的确定本文通过对目前油压机中常见的卸压回路进行分析,