液壓制動(dòng)回路的改進(jìn)

100kn250knm全液壓紹向器是2008年31.5mn壓力精煉水壓機(jī)購(gòu)買的一套設(shè)備。該設(shè)備由山東青島遠(yuǎn)東工程公司設(shè)計(jì)制造。調(diào)試后，鉗桿旋轉(zhuǎn)壓力畸變，嚴(yán)重影響生產(chǎn)順利進(jìn)行。而故障產(chǎn)生的原因在于液壓馬達(dá)采用的由先導(dǎo)式順序閥組成的液壓制動(dòng)回路存在設(shè)計(jì)缺陷,為此將該液壓制動(dòng)回路改為溢流橋式液壓制動(dòng)回路,徹底解決了問(wèn)題,大大提高了設(shè)備運(yùn)行的可靠性。一、發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力生產(chǎn)線的基本要求1.液壓馬達(dá)橫向旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)方案b這里液壓馬達(dá)用于雙向回轉(zhuǎn),如圖1所示,當(dāng)三位四通換向閥左側(cè)電磁鐵得電時(shí),壓力油經(jīng)P口通至A口,同時(shí)B口通T口回油,從而驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)正向旋轉(zhuǎn);反之,當(dāng)三位四通換向閥右側(cè)電磁鐵得電時(shí),P通B同時(shí)A通T回油驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)反向旋轉(zhuǎn)。鑒于液壓馬達(dá)的性能要求,驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)的液壓油工作壓力必須限制在所使用的液壓馬達(dá)的額定壓力范圍內(nèi),同時(shí)由于對(duì)液壓馬達(dá)運(yùn)行平穩(wěn)性的要求,故圖1中A、B兩個(gè)油路中都必須設(shè)置限壓閥或恒壓閥。2.液壓馬達(dá)難以進(jìn)入液壓推動(dòng)的區(qū)域發(fā)展新模式如圖1所示,液壓馬達(dá)從旋轉(zhuǎn)狀態(tài)轉(zhuǎn)為停止?fàn)顟B(tài)時(shí),即三位四通換向閥從任一得電狀態(tài)轉(zhuǎn)換為失電狀態(tài)時(shí),液壓馬達(dá)不會(huì)立即停止,依然會(huì)由于慣性繼續(xù)旋轉(zhuǎn),此過(guò)程中液壓馬達(dá)即轉(zhuǎn)換為油泵將驅(qū)動(dòng)側(cè)的油液排至回油側(cè),此時(shí)三位四通換向閥閥芯已快速回至中間位置,令A(yù)、B、P、T油路互不相通,導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)側(cè)壓力迅速轉(zhuǎn)變?yōu)樨?fù)壓,若不予即時(shí)補(bǔ)油可能會(huì)損壞液壓馬達(dá);同時(shí)回油側(cè)壓力迅速升高產(chǎn)生液壓沖擊,該液壓沖擊若不予以減緩限制也會(huì)損壞液壓馬達(dá)。故圖1中A、B兩個(gè)油路中都必須設(shè)置限壓閥和補(bǔ)油閥。3.限壓補(bǔ)油組件的設(shè)計(jì)通過(guò)以上分析可知,如圖1所示,雙向液壓馬達(dá)液壓制動(dòng)回路的基本組成必須包括限壓補(bǔ)油組件。限壓補(bǔ)油組件可以由多種方式實(shí)現(xiàn),在此涉及的限壓補(bǔ)油組件構(gòu)成是由帶有單向閥的先導(dǎo)式順序閥和由先導(dǎo)式溢流閥與單向閥組成的溢流橋兩種方式。二、該臂旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)原理和設(shè)計(jì)缺陷1.先導(dǎo)式順序閥先導(dǎo)式順序閥結(jié)構(gòu)原理如圖2所示,先導(dǎo)式順序閥的主閥和先導(dǎo)閥均為滑閥式結(jié)構(gòu),壓力油進(jìn)入先導(dǎo)式順序閥作用在主閥芯下端,同時(shí)壓力油一路經(jīng)管道進(jìn)入先導(dǎo)閥左端,作用在滑閥的左端面上,一路經(jīng)阻尼孔進(jìn)入主閥芯上端,并進(jìn)入先導(dǎo)閥的中間環(huán)形部分。當(dāng)進(jìn)油口p1壓力低于先導(dǎo)閥的調(diào)整壓力時(shí),主閥芯關(guān)閉,先導(dǎo)式順序閥出油口p2無(wú)油流出。一旦進(jìn)油口p1壓力超過(guò)先導(dǎo)閥的調(diào)整壓力時(shí),進(jìn)入先導(dǎo)閥左端的壓力就克服調(diào)整彈簧壓力將滑閥推向右邊,此時(shí)先導(dǎo)閥的中間環(huán)形部分與先導(dǎo)式順序閥出油口p2溝通,壓力油經(jīng)阻尼孔、主閥芯上腔、先導(dǎo)閥流向出口。由于液阻的存在,主閥芯上腔壓力低于進(jìn)油口p1壓力,主閥芯移動(dòng),使先導(dǎo)式順序閥進(jìn)出油口p1和p2溝通。2.液壓系統(tǒng)及特點(diǎn)該100kN/250kN·m有軌鍛造操作機(jī)鉗桿旋轉(zhuǎn)由低速大轉(zhuǎn)矩徑向液壓馬達(dá)后置驅(qū)動(dòng),減速器輸出軸小齒輪與位于空心軸上的大齒圈嚙合,將旋轉(zhuǎn)動(dòng)力傳遞到空心軸上,空心軸與鉗桿螺栓連接為一體,從而帶動(dòng)鉗桿旋轉(zhuǎn),可實(shí)現(xiàn)鉗桿繞軸線做正、反方向360°連續(xù)旋轉(zhuǎn),液壓控制采用三位四通比例換向閥控制。液壓馬達(dá)型號(hào)INM4-800,額定壓力25MPa。按常規(guī)生產(chǎn)鍛件規(guī)格需要,兩個(gè)先導(dǎo)式順序閥壓力均調(diào)整為16MPa。液壓系統(tǒng)如圖3所示,液壓馬達(dá)由兩個(gè)帶單向閥的先導(dǎo)式順序閥(將順序閥的出油口接至油箱)實(shí)現(xiàn)雙向制動(dòng):當(dāng)三位四通比例換向閥回中位時(shí),液壓馬達(dá)在慣性力作用下,使一側(cè)壓力升高,此時(shí)由該側(cè)的先導(dǎo)式順序閥限壓減緩液壓沖擊。液壓馬達(dá)制動(dòng)過(guò)程中另一側(cè)呈負(fù)壓狀態(tài),由先導(dǎo)式順序閥附帶的單向閥從油箱吸油補(bǔ)充,從而實(shí)現(xiàn)液壓馬達(dá)制動(dòng)。3.液壓馬達(dá)的質(zhì)量及選型問(wèn)題原設(shè)計(jì)將先導(dǎo)式順序閥的出油口p2接至油箱,當(dāng)進(jìn)油口壓力高于先導(dǎo)閥的調(diào)整壓力時(shí),利用先導(dǎo)式順序閥的工作原理使進(jìn)油口p1壓力通過(guò)出油口p2卸油回油箱降低并穩(wěn)定進(jìn)油口p1的壓力。從而使先導(dǎo)式順序閥實(shí)現(xiàn)溢流恒壓和安全限壓防止過(guò)載的功能,理論上可以實(shí)現(xiàn)液壓馬達(dá)液壓制動(dòng)回路限壓、恒壓和補(bǔ)油功能,但在實(shí)際應(yīng)用中其缺陷卻不容小視。100kN/250kN·m全液壓有軌鍛造操作機(jī),原設(shè)計(jì)由帶有單向閥的先導(dǎo)式順序閥組成的液壓馬達(dá)液壓制動(dòng)回路,控制鉗桿旋轉(zhuǎn)液壓馬達(dá)運(yùn)行,投產(chǎn)后頻繁出現(xiàn)鉗桿旋轉(zhuǎn)液壓馬達(dá)油缸爆裂故障,導(dǎo)致液壓馬達(dá)內(nèi)部元件嚴(yán)重?fù)p毀,影響設(shè)備運(yùn)行。經(jīng)細(xì)致檢查分析,確定液壓馬達(dá)質(zhì)量及選型不存在問(wèn)題,原因在于,帶有單向閥的先導(dǎo)式順序閥作為鉗桿旋轉(zhuǎn)液壓馬達(dá)限壓補(bǔ)油組件的設(shè)計(jì)存在先天性缺陷。先導(dǎo)式順序閥的先導(dǎo)閥采用的是滑閥結(jié)構(gòu),在順序閥中,滑閥結(jié)構(gòu)的閥芯理論上只要克服閥芯與閥體的摩擦力以及先導(dǎo)閥調(diào)整彈簧的彈力就可以移動(dòng),然而在實(shí)際應(yīng)用中,由于閥芯幾何形狀的偏差以及閥芯與閥體的不同軸,在中、高壓控制油路中,當(dāng)閥芯停止一段時(shí)間后或換向時(shí),閥芯在液壓操縱力作用下不移動(dòng),或液壓操縱力消除后,先導(dǎo)閥調(diào)整彈簧不能使閥芯復(fù)位,這種現(xiàn)象稱為液壓卡緊現(xiàn)象。閥芯的卡緊現(xiàn)象是由于閥芯所受徑向力不平衡所造成,它會(huì)使閥芯移動(dòng)困難,液壓動(dòng)作失靈。因?yàn)閹缀涡螤钜约把b配精度不可能達(dá)到理想狀態(tài),所以徑向力不平衡問(wèn)題就是普遍存在的現(xiàn)象,只能設(shè)法減小而不能完全消除,與小直徑滑閥閥芯相比大直徑滑閥閥芯更容易出現(xiàn)問(wèn)題。從以上分析可知,由于先導(dǎo)式順序閥主閥芯和先導(dǎo)閥閥芯均采用的是滑閥結(jié)構(gòu),而且主閥芯的直徑遠(yuǎn)大于先導(dǎo)閥閥芯的直徑,因此先導(dǎo)式順序閥最易出現(xiàn)的故障現(xiàn)象是先導(dǎo)閥閥芯卡滯,由于先導(dǎo)閥閥芯卡滯導(dǎo)致順序閥超壓時(shí)不能及時(shí)卸壓,產(chǎn)生的液壓沖擊壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出液壓馬達(dá)所能承受的額定壓力值,出現(xiàn)液壓馬達(dá)損壞現(xiàn)象。三、完善和比較能源動(dòng)力設(shè)備1.溢流橋式液壓制動(dòng)回路液壓元件檢查的結(jié)果證實(shí)了上述結(jié)論,因而采取了改進(jìn)鉗桿旋轉(zhuǎn)液壓馬達(dá)液壓制動(dòng)限壓補(bǔ)油組件的措施。在液壓馬達(dá)和三位四通比例換向閥等液壓元件不做改動(dòng)的前提下,將鉗桿旋轉(zhuǎn)液壓馬達(dá)液壓制動(dòng)回路改為溢流橋式液壓制動(dòng)回路,如圖4所示。由四個(gè)單向閥和一個(gè)先導(dǎo)式溢流閥構(gòu)成的溢流橋組成了液壓制動(dòng)限壓補(bǔ)油組件,當(dāng)三位四通比例換向閥回中位時(shí),液壓馬達(dá)在慣性作用下有繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的趨勢(shì),它此時(shí)所排出的高壓油經(jīng)單向閥由溢流閥限壓,另一側(cè)靠單向閥從油箱吸油。該回路中的溢流閥既限制了換向閥回中位時(shí)引起的液壓沖擊,又能夠使液壓馬達(dá)平穩(wěn)制動(dòng)。而且溢流橋出入口的四個(gè)單向閥,除構(gòu)成制動(dòng)回路外,同時(shí)起到了液壓馬達(dá)的自吸補(bǔ)油作用。2.先導(dǎo)式溢流閥先導(dǎo)式溢流閥由主閥芯、主閥彈簧、閥體和先導(dǎo)閥等組成(圖5),壓力油進(jìn)入先導(dǎo)式溢流閥直接作用在主閥芯上,同時(shí)經(jīng)阻尼孔及控制管道作用在主閥芯上端面和先導(dǎo)閥的先導(dǎo)錐閥上。當(dāng)系統(tǒng)的壓力低于彈簧所調(diào)定的壓力值時(shí),錐閥關(guān)閉,主閥芯兩端所受液壓力相等,主閥芯在彈簧的作用下壓向閥座,使P口與O口不相通。當(dāng)系統(tǒng)壓力超過(guò)彈簧的調(diào)定值時(shí),先導(dǎo)錐閥打開(kāi),壓力油通過(guò)阻尼孔、管道、先導(dǎo)錐閥、回油管道流回油箱,此時(shí)由于液流通過(guò)阻尼孔的流動(dòng),造成主閥芯兩端的液壓力的不平衡,這個(gè)壓差超過(guò)彈簧的作用力而使閥芯移動(dòng),從而打開(kāi)P和O的通道,實(shí)現(xiàn)溢流。理想狀態(tài)下無(wú)論溢流量的多少,先導(dǎo)式溢流閥P口的壓力始終保持調(diào)壓彈簧所調(diào)定的壓力值。先導(dǎo)式溢流閥的主閥彈簧比較軟,剛度小,在很小的外力作用下即可被壓縮,主閥芯的位移量大小,對(duì)系統(tǒng)的壓力影響較小。先導(dǎo)閥的結(jié)構(gòu)尺寸較小,其錐閥的承壓面積亦較小,調(diào)壓彈簧不必選用剛度較強(qiáng)的彈簧,因而使調(diào)節(jié)壓力比較輕便。阻尼孔起到增加主閥芯上下移動(dòng)的阻尼,可以起到穩(wěn)定主閥芯的作用。3.閥常見(jiàn)故障分析兩閥的外形相似;主閥芯結(jié)構(gòu)相同,均為滑閥結(jié)構(gòu);結(jié)構(gòu)與工作原理相似;出現(xiàn)故障的幾率相差不大。先導(dǎo)式溢流閥的先導(dǎo)閥芯為錐閥結(jié)構(gòu),而先導(dǎo)式順序閥的先導(dǎo)閥是滑閥結(jié)構(gòu),相比之下錐閥結(jié)構(gòu)在超壓打開(kāi)和復(fù)位的靈敏性能上明顯優(yōu)于滑閥結(jié)構(gòu)。先導(dǎo)式順序閥常見(jiàn)的故障為滑閥閥芯卡滯引起不卸壓或卸壓慢,嚴(yán)重降低系統(tǒng)超壓或瞬間超壓造成液壓沖擊時(shí)保護(hù)液壓馬達(dá)的功能,而先導(dǎo)式溢流閥常見(jiàn)的故障是由于先導(dǎo)閥封閉不嚴(yán)使系統(tǒng)不上壓,很少出現(xiàn)系統(tǒng)超壓和瞬間超壓造成液壓沖擊時(shí)損壞液壓馬達(dá)的情況。溢流橋式液壓制動(dòng)回路組件由四個(gè)單向閥和一個(gè)先導(dǎo)式溢流閥組成,表面上看共五個(gè)故障點(diǎn),但因?yàn)閱蜗蜷y不易出現(xiàn)故障,故實(shí)際使用中僅有一個(gè)故障點(diǎn),而先導(dǎo)式順序閥液壓制動(dòng)回路由兩個(gè)帶單向閥的先導(dǎo)式順序閥組成,共有兩個(gè)故障點(diǎn)。溢流橋式液壓制動(dòng)回路常見(jiàn)故障為先導(dǎo)式溢流閥的先導(dǎo)閥封閉不嚴(yán)出現(xiàn)系統(tǒng)不上壓或壓力低,液壓馬達(dá)正反兩個(gè)方向均出現(xiàn)相同的故障現(xiàn)象———不轉(zhuǎn)或轉(zhuǎn)矩低,此故障出現(xiàn)時(shí)不會(huì)損害液壓馬達(dá),而先導(dǎo)式順序閥液壓制動(dòng)回路常見(jiàn)故障現(xiàn)象為,由于任一側(cè)先導(dǎo)式順序閥的先導(dǎo)閥閥芯卡滯造成液壓馬達(dá)工作壓力過(guò)高或不能緩沖液壓沖擊,進(jìn)而損壞液壓馬達(dá)。兩種液壓制動(dòng)回路出現(xiàn)的故障雖然都會(huì)影響