液控單向閥的應用及故障與排除

真空閥門 卜焰山 廣東工業大學機電學院

  液控單向閥是一種反向開啟可控的單向閥, 這類閥在冶金設備中應用較為廣泛, 由于其結構與原理的特殊性, 生產現場因液控單向閥使用不當導致的故障經常發生。

1、液控單向閥結構與工作原理

  液控單向閥結構如圖1所示。當控制油口不通壓力油時,油液只能從PA→PB;當控制油口通壓力油時,正、反向的油液均可自由通過。當油液反向流動時,閥芯的受力平衡表達式為:

pKAK-pAAK-FKM=pBA-pAA=Fs+Fs+W (1)

式中pK———控制油壓力,單位為N;
  pA———反向出油腔油液壓力,單位為N;
  pB———反向進油腔油液壓力,單位為N;
  FKM———控制活塞摩擦阻力,單位為N;
  FM———錐閥芯總摩擦阻力,單位為N;
  Fs———彈簧作用力,單位為N;
  W———閥芯重量,單位為N;
  AK———控制活塞面積,單位為m2
  A———閥座口面積,單位為m2

  當略去控制活塞和錐閥芯的摩擦阻力時, 則控制油壓力為:

pK=[(pB-pA)A+Fs+W]/AK+pA (2)

  該值是保證油液反向流動的控制油壓力。若閥口關閉,油液反向流動停止,則出油腔壓力pA=0。根據控制活塞上腔的泄油方式不同分為內泄式和外泄式。內泄式也就是圖1所示的簡式液控單向閥。外泄式液控單向閥如圖2所示, 這種外泄式液控單向閥反向出油腔壓力pA只作用在控制活塞的上端, 與圖1結構相比,作用面積要小得多,同時,反向出油腔壓力油和控制壓力油泄漏到控制活塞上下段之間的容腔內,可通過外泄口直接引到閥體外,以避免由于泄漏油的聚積影響控制活塞的向上運動, 故稱為外泄式液控單向閥。復式結構液控單向閥如圖3所示,單向閥芯內裝有卸載小閥芯。控制活塞上行時先頂開小閥芯使主油路卸壓,再頂開單向閥閥芯,其控制壓力僅為工作壓力的4.5%,沒有卸載小閥芯的液控單向閥的控制壓力為工作壓力的40%~50%。

簡式液控單向閥

圖1 簡式液控單向閥 圖2 外泄式液控單向閥

復式液控單向閥

圖3 復式液控單向閥

2、液控單向閥的應用

  液控單向閥因泄漏量少、閉鎖性能好、工作可靠而廣泛運用在冶金液壓系統中, 如煉鐵廠泥炮回轉液壓裝置、電爐電極升降回路、電爐料籃車懸掛液壓回路等,軋機與卷取機液壓系統更是大量使用液控單向閥,如圖4所示為液控單向閥在某軋機活套液壓回路的應用。

 液壓活套系統

圖4 液壓活套系統

  液控單向閥具體應用場合如下:

(1) 保持壓力。

  滑閥式換向閥都有間隙泄漏現象,只能短時間保壓。當有保壓要求時,可在油路上加一個液控單向閥,利用錐閥關閉的嚴密性,使油路長時間保壓。

(2) 液壓缸的“支承”。

  在立式液壓缸中,由于滑閥和管的泄漏,在活塞和活塞桿的重力下,可能引起活塞和活塞桿下滑。將液控單向閥接于液壓缸下腔的油路, 則可防止液壓缸活塞和滑塊等活動部分下滑。

(3) 實現液壓缸鎖緊。

  當換向閥處于中位時,兩個液控單向閥關閉,可嚴密封閉液壓缸兩腔的油液, 這時活塞就不能因外力作用而產生移動。

(4) 大流量排油。

  液壓缸兩腔的有效工作面積相差很大。在活塞退回時,液壓缸右腔排油量驟然增大,此時若采用小流量的滑閥,會產生節流作用,限制活塞的后退速度;若加設液控單向閥,在液壓缸活塞后退時,控制壓力油將液控單向閥打開,便可以順利地將右腔油液排出。

(5) 作充油閥。

  立式液壓缸的活塞在高速下降過程中, 因高壓油和自重的作用,致使下降迅速,產生吸空和負壓,必須增設補油裝置。液控單向閥作為充油閥使用,以完成補油功能。

(6) 組合成換向閥。

  在設計液壓回路時, 有時可將液控單向閥組合成換向閥使用。例如:用兩個液控單向閥和一個單向閥并聯(單向閥居中),則相當于一個三位三通換向閥的換向回路。需要指出,控制壓力油油口不工作時,應使其通回油箱,否則控制活塞難以復位,單向閥反向不能截止液流。

3、液控單向閥使用注意事項

  現場實踐證明,液控單向閥在使用維修過程中容易出現問題,以下是注意事項。

  (1) 必須保證液控單向閥有足夠的控制壓力,絕對不允許控制壓力失壓。應注意控制壓力是否滿足反向開啟的要求。如果液控單向閥的控制引自主系統時,則要分析主系統壓力的變化對控制油路壓力的影響,以免出現液控單向閥的誤動作。

  (2) 根據液控單向閥在液壓系統中的位置或反向出油腔后的液流阻力(背壓)大小,合理選擇液控單向閥的結構(簡式或復式)及泄油方式(內泄或外泄)。對于內泄式液控單向閥來說, 當反向油出口壓力超過一定值時,液控部分將失去控制作用,故內泄式液控單向閥一般用于反向出油腔無背壓或背壓較小的場合;而外泄式液控單向閥可用于反向出油腔背壓較高的場合,以降低最小的控制壓力,節省控制功率。如圖5所示系統若采用內卸式,則柱塞缸將斷續下降發出振動和噪聲。