液壓差動回路的特性分析

液壓差動回路的特性分析

液壓缸的本質(zhì)是在不使用大流量泵和其他輔助部件（如蓄能器、高速水池等）的前提下，利用電路組合，將氣壓缸的現(xiàn)有腔和無岸腔連接起來，將無岸腔中的液體引入無桿腔，增加進入無桿腔的流量，提高血脂的運動速度。是一種應(yīng)用較普遍的調(diào)速回路。根據(jù)油泵的輸出流量，合理匹配油缸無桿腔與有桿腔的面積比，可得到所需的運動速度。這種增速方法結(jié)構(gòu)簡單，流量分配合理，可有效提升液壓系統(tǒng)的工作效率，降低了整體能耗。對于大噸位液壓機，一般采用滑塊靠自身重力下落，油缸通過充液閥從油箱內(nèi)被動吸油的方式獲得較大的快下速度，因此，液壓差動回路在液壓機上一般應(yīng)用在受限于機械結(jié)構(gòu)無法使用充液閥或滑塊無法靠自重下行（或無法得到足夠快下速度）的中小型液壓機上，以及控制水平加載缸的液壓系統(tǒng)上。1差動器的原理和性能1.1活塞桿有效面積f液壓差動回路基礎(chǔ)液壓原理如圖1所示，差動狀態(tài)下，負載F為液壓缸兩腔的壓力差，在忽略無桿腔管路壓力損失ΔP式中：PA在此情況下，液壓缸兩腔的壓力相同，而有效面積A以上關(guān)系表明，壓力不變的前提下，活塞桿有效面積A1.2有桿腔和無桿腔面積差動回路液壓泵供油量為Q代入并轉(zhuǎn)換后：根據(jù)式（2）可知：差動連接的回路實質(zhì)有效作用的面積是無桿腔和有桿腔的面積差，即活塞桿的截面積，其他條件不變時，當(dāng)A這時，有桿腔流量與泵流量相等，液壓缸差動回路的無桿腔流量為液壓泵流量的兩倍?？蓪崿F(xiàn)回路快進速度V2差動回路液壓系統(tǒng)的設(shè)計在實際應(yīng)用中應(yīng)充分考慮差動回路的基礎(chǔ)特性，發(fā)揮差動回路的優(yōu)點，避免其缺點，周密考慮，設(shè)計出切實可行的液壓控制原理。以基礎(chǔ)常見的差動回路為例，介紹在設(shè)計差動回路的注意事項。圖2為典型的液壓差動回路，構(gòu)成的回路需詳細思考以下問題：(1）負載問題。當(dāng)差動回路工作時，油缸的速度雖然提升了，但力的輸出能力降低了，因此差動回路更適用于高速小推力的快進動作中，而全行程均采用差動回路時，應(yīng)考慮油缸真實的輸出力是否滿足需求，如圖2a所示原理，而如圖2b所示原理則可通過方向控制在工進時選擇不組成差動回路，實現(xiàn)油缸全力輸出。(2）壓力損失不可忽略。在式（1）中分析差動回路的負載特性時，將ΔP全部視為零，而實際上，因管路與閥的選取不當(dāng)，ΔP可能會很大，造成液壓油從系統(tǒng)的安全閥處溢流，使油缸該快不快。以力士樂10通徑R型換向機能的電磁換向閥為例，差動時，有桿腔返回的油Q同樣的道理，接無桿腔的管徑應(yīng)按泵排量Q(3）發(fā)熱問題。因油缸的有桿腔的熱油直接進入了無桿腔，而油缸和管路散熱面積較小，回路又存在液阻，當(dāng)循環(huán)次數(shù)高時，會發(fā)熱高，散熱差，出現(xiàn)超溫的情況。在設(shè)計液壓系統(tǒng)時應(yīng)根據(jù)工況合適匹配對應(yīng)的冷卻系統(tǒng)。(4）豎直下壓油缸受重力影響速度不穩(wěn)問題。以上案例為油缸水平放置的情況，不存在重力導(dǎo)致油缸活塞竄動的情況，而豎直下壓的油缸應(yīng)將重力因素考慮在內(nèi)，防止油缸誤動作。以圖4為例，在油缸的有桿腔處設(shè)置平衡閥，平衡閥抵消了活塞桿的重量，防止活塞桿因重量自由下落。3插裝閥組成控制回路圖5為50t液壓機液壓原理圖，因噸位不大，工作速度不高，因此采用了滑閥系統(tǒng)，其工作流程為：(1）快進。電磁鐵YA2和YA3通電，來自泵的壓力油進入液壓缸的上腔，同時下腔的油液打開平衡閥通過電磁閥YA3通道直接接到油缸上腔，實現(xiàn)差動連接，油缸快進。(2）工進。YA2保持通電，YA3斷電后，下腔的油液進入YA2對應(yīng)電磁閥的A→T口，差動回路斷開，油缸工進。(3）快退。YA1和YA4得電，YA2和YA3斷電，油泵來油通過電磁閥YA3及平衡閥的單向閥，進入油缸的下腔，此時下腔已建立起一定的壓力，上腔的液控單向閥控制油口與下腔連通，液控單向閥被打開，油缸上腔的油液流過液控單向閥，流向電磁閥YA4和YA1相應(yīng)孔道，流回油箱，實現(xiàn)油缸快推。(4）停止。全部電磁鐵斷電，設(shè)備待機停止動作。圖中電磁閥YA3用于實現(xiàn)差動回路連接，電磁鐵YA4用于油缸回程時單獨排油，避免回程時全部流量經(jīng)電磁閥的B→T，壓差過大，造成能源浪費。對于相對較大的315～500t中小型液壓機，以315t單缸液壓機為例，快速下行速度50mm/s，工作壓力25MPa時，所需總流量為378L/min，遠超過普通電磁換向閥或電液換向閥的通流量，因此不適合選用滑閥系統(tǒng)。二通插裝閥在大流量系統(tǒng)中具有可降低液阻和壓力損失，啟閉靈敏等優(yōu)點，比滑閥系統(tǒng)有著明顯的優(yōu)勢，所以在大直徑、大流量的液壓缸控制系統(tǒng)中應(yīng)優(yōu)先選用插裝閥組成控制回路圖6為100t液壓機差動液壓原理圖，是由插裝閥組成的差動系統(tǒng)，其工作流程為：(1）快進。當(dāng)電磁鐵YA1得電后，電磁閥YA1使壓力閥插件Ⅵ上腔的控制油關(guān)斷，壓力閥插件被關(guān)閉，泵切斷空循環(huán)動作，開始向系統(tǒng)中供油。YA3得電，使控制油壓到方向閥插件Ⅳ上，而方向插件Ⅲ上腔的控制油接回油，從而插件Ⅲ允許被打開，方向插件Ⅳ被關(guān)閉，泵來油通過方向插件Ⅲ進入油缸上腔。YA2得電，方向插件Ⅰ上腔的控制油接回油，控制油接到液控單向閥Ⅴ和壓力閥插件Ⅱ的支撐閥回油口處使之無法回油，這樣方向插件Ⅰ和液控單向閥Ⅴ被打開、壓力閥插件Ⅱ被關(guān)閉，下腔的油液進入了油缸上腔，實現(xiàn)了差動連接，油缸進入快進狀態(tài)。(2）工進。YA1持續(xù)得電，當(dāng)YA2斷電后，方向插件Ⅰ上腔接通控制油來油，壓力閥插件Ⅱ的支撐閥回油口接回油，方向插件Ⅰ被關(guān)閉，差動回路斷開。隨著油缸下腔壓力的提升，大于支撐閥壓力之后，壓力閥插件Ⅱ被打開，此時支撐壓力抵消了油缸活塞的自重，油缸進入工進狀態(tài)。(3）快退。YA1持續(xù)得電，YA3斷電，使控制油壓到方向閥插件Ⅲ上，而方向插件Ⅳ上腔的控制油接回油，從而插件Ⅳ允許被打開，方向插件Ⅲ被關(guān)閉，泵來油無法進入油缸上腔。YA2得電，方向插件Ⅰ上腔的控制油接回油，控制油接到液控單向閥Ⅴ和壓力閥插件Ⅱ的支撐閥回油口處使之無法回油，這樣方向插件Ⅰ和液控單向閥Ⅴ被打開、壓力閥插件Ⅱ被關(guān)閉，油液進入油缸下腔，且油缸上腔的通路全部被打開，油缸上腔的油接回油進入油箱，油缸進入快退狀態(tài)。(4）停止。當(dāng)YA1,YA2,YA3全部斷電后，控制油全部作用于方向閥插件Ⅰ和Ⅲ上腔，插件關(guān)閉，油泵的油液不能進入油缸的上腔及下腔，只有通過壓力閥插件Ⅵ進行空循環(huán)。4精確設(shè)計，制定合理回路差動回路是一種節(jié)能型增速回