液壓邏輯元件液控閥的分類及應用

1插裝閥普通液控閥所謂的邏輯元件器是一個具有以下特征的獨立液控制裝置。1)二通口;2)三端口或四端口,彈簧腔有單獨的端口,被用作控制腔;3)工作流量較同尺寸的普通液控閥大。本文中沿用一些文獻的叫法,不稱閥而稱作元件,只是想突出,如果沒有配以相應的先導控制閥,它就不能工作。按理說,液壓邏輯元件不一定要單列劃分。海德福斯公司的產品樣本就是這樣,把它歸在方向閥中。Sterling公司在2003的樣本中,把液壓邏輯元件歸入液控換向閥中。到Sterling公司并入派克公司以后,在2007的樣本中,液壓邏輯元件就單列一章了。在升旭公司的樣本中,長期以來,液壓邏輯元件一直是單列一章的。1.1特殊的邏輯元件從功能角度看,液壓邏輯元件有以下特點。1)螺紋插裝式的液壓邏輯元件的功能與它的“大兄弟”—蓋板式二通插裝閥是完全相同的,只是體積小些,并采用螺紋旋入式安裝而已。因此,它可以彌補“大兄弟”的不足。因為,在小規格時,螺旋式比蓋板式的元件數量少,結構更緊湊,在集成塊中占地少,裝拆更方便。2)由于功能單一,與一般螺紋插裝閥相比,液壓邏輯元件可通過更大流量,達到甚至超過760L/min,實現了螺旋式插裝閥與蓋板式插裝閥之間在流量方面的無空白銜接。3)和其它液控閥相同,在所有的應用中,它都需要另外配先導閥。由于控制腔的容積很小,因此進出流量很小,只需要一個很小的先導閥。1.2調節型向比例插裝閥液壓邏輯元件最初得名,是因為它只能夠實現簡單的開和關,就如邏輯判斷中的是和非。一般是座閥。彈簧壓力較低,且不可調,主要用于方向控制,此即開關型。但以后又發展出,結構相近、閥芯能夠停留在開和關之間的任意位置,以實現壓力和流量的連續調節型。但還是稱作液壓邏輯元件,雖然已經名不符實了。調節型,一般是滑閥。主要用作溢流閥、減壓閥、順序閥、流量調節閥等壓力或流量的連續控制。調節型也可用于方向控制。但密封性差些,與同尺寸的座閥相比,液阻大些,響應時間長一些。2開關型智能邏輯元素2.1液控能力的實現1)類型(參見圖1)從控制形式來看,可分為三大類:三端口卸荷開啟型、三端口加壓開啟型(參見圖1b))和四端口型。三端口卸荷開啟型(參見圖1a))是最傳統最普遍使用的類型。這是一種被動開啟型,即開啟不需要從外部提供壓力油,只要把彈簧腔通回油,即卸荷,就可依靠進口壓力開啟通道。三端口加壓開啟型(參見圖1b))則是一種主動開啟型,即開啟需要從外部(端口3)提供壓力,加壓,才能開啟通道。三端口卸荷開啟型依據其關閉功能的不同,又有外控型(pilottoclose)(參見圖2a))和內節流孔型(venttoopen)(參見圖2b)、2c))之分。外控型的關閉需從外部引入壓力油。而內控型的關閉不需從外部引入壓力油,因為其閥芯中帶節流孔。節流孔連接控制腔和端面口(參見圖2b))或側面口(參見圖2c)),這樣,可利用端面口或側面口的壓力來關閉。2)應用舉例(1)組成大流量二位二通開關閥有多種形式。i)外控型+二位三通先導閥(參見圖4a))使用一個二位三通電磁閥作為先導閥,控制一個外控型液壓邏輯元件控制腔的壓力,就可以實現,在通口壓力下的被動開啟,和在輔助油源C壓力高于通口壓力時的主動關閉。主通道的流動可以是雙向的:A→B,B→A。ii)外控型+二位二通先導閥(參見圖4b))也可使用一個二位二通電磁閥作為先導閥。此時需要設置一個固定節流孔,以避免在先導閥開啟時,過多的流量流出到油箱,導致輔助油源C失壓。但若此節流孔太小的話,會減慢液壓邏輯元件的關閉速度。主通道的流動可以是雙向的:A→B,B→A。iii)內節流孔型+二位二通先導閥(參見圖5)如果使用內節流孔型液壓邏輯元件的話,那就不需要輔助油源。流動只能是單向的,從A到B。iv)外控型+梭閥+二位三通先導閥(參見圖6)如果在圖5回路的基礎上,增加一個梭閥,就既不需要輔助油源,也可以實現雙向流動。(2)組成大流量三通回路使用兩個液壓邏輯元件,可以實現一個三通閥的各種機能(參見圖7)。(3)組成大流量四通回路如果用五個開關型液壓邏輯元件搭成橋路(參見圖8a)),就可以實現普通四通閥的所有各種機能(參見圖8b))。而且,可以通過控制開啟關閉的順序及間隔時間,組成適宜的過渡位置,從而得到更靈活的控制,減少切換沖擊。另外,在工程機械中大量使用的液壓缸是差動型的,即只有單活塞桿。因此,在工作中,進出無桿腔的流量總是大于進出有桿腔的。用普通三位四通換向閥,就必須按最大的流量配置,在如圖9的例中為2500L/min。而因為普通三位四通換向閥各通道的開口面積一般都是相近的,用于有桿腔的400L/min就大材小用了。使用邏輯閥的話,則可以根據實際各通道進出液壓缸的流量分別配置,既減少壓降,也減少體積。使用邏輯閥控制液壓缸,內泄漏少,對污染相對不敏感,響應時間短而且可調。(4)組成可自動切換的快進回路(參見圖10)常閉型液壓邏輯元件V2用于快進回路的自動切換:無桿腔壓力低—快進,壓力高—切換為普通慢速推進。切換是根據負載壓力進行的,比較緩和。切換點可通過減壓閥V4的設定值調節。在液壓缸返程時,V2會自動開啟。3)液控性能作為開關型液壓邏輯元件,其功能就是開關。因此,什么條件下能切換,自然是它最重要的性能。只是,由于它的特殊構造,開啟條件不能簡單地用切換壓力來表示。以下,做一簡單分析。在多數情況下,閥芯上不帶柔性密封,閥芯的導向部分與閥體之間是滑動配合。因此,相互間的摩擦力相比彈簧力和靜壓力要小得多,可以忽略。閥芯上帶柔性密封時,閥芯的導向部分與閥體相互間的摩擦力情況多變,無法做一概括的分析,必須通過測試來確定,這里只好回避。(1)卸荷開啟型的開啟條件不考慮摩擦力,閥芯向上移動,開啟通道的條件(參見圖11)就是:式中,Fp式(1)中A面積比和彈簧預緊壓力是決定開關型元件開啟的兩個最重要參數。常采用的面積比有1:1.5,1:1.2等多種類型,最高1:1。i)在A意味著,只要端口1的壓力大于端口3的壓力加上彈簧預壓力,就可開啟通道。ii)開關型液壓邏輯元件的面積比多數小于1,如此,則端口1的壓力必須相應高些,或與端口2的壓力共同作用,才能開啟通道。這就是應用開關型液壓邏輯元件特別要注意的地方。(2)加壓開啟型的開啟條件類似,可以得出加壓開啟型(參見圖12)通道開啟的條件為:以上的分析都只考慮了還沒有流動時的靜壓力。而一待開啟,有了流動后,靜壓力即會由于流動而發生變化,即有了液動力。不管流動方向如何,液動力總是傾向于關閉開口的。因此,實際保證切換完成的壓力還應更大一些。4)其他性能(1)許用壓力,與其他閥相似。(2)流量壓差特性,與其他換向閥,比如說與電磁換向閥相似。2.2外控型、內泄漏、內流型1)升旭公司的LOFC型液壓邏輯元件(參見圖13)外控型許用壓力:35MPa;流量:200L/min;內泄漏:少于0.6mL/min;面積比:1.8;控制腔容積:1.1cm3;彈簧預緊壓力:0.35MPa。2)派克公司的20SLC1-A型液壓邏輯元件(參見圖14)外控型進口許用壓力:24MPa;測定流量:303L/min;彈簧預緊壓力:0.17至1.03MPa,5檔;內泄漏:小于0.33mL/min。3)海德福斯公司的EP10-S38型液壓邏輯元件(參見圖15)外控型許用壓力:35MPa;流量:見性能曲線;內泄漏:24MPa時,0.2mL/min;面積比:1:2;彈簧預緊壓力:0.55MPa,1.1MPa。4)派克公司的16SLC1-B型液壓邏輯元件(參見圖16)內節流孔端面口型許用壓力:24MPa;測定流量:189L/min;彈簧預緊壓力:0.17至1.03MPa,5檔,不可調;內泄漏:小于0.33mL/min。5)派克公司的16SLC1-C型液壓邏輯元件(參見圖17)內節流孔側面口型名義流量:189L/min;彈簧預緊壓力:0.17至1.03MPa,5檔;內泄漏:小于0.33mL/min。2.3內泄漏mt參數升旭公司的LKFC型液壓邏輯元件(參見圖18)參數:許用壓力:35MPa;名義流量:120L/min;內泄漏:少于0.7mL/min;面積比:1.8;控制腔容積:1cm3。2.4壓力調節型液壓邏輯元件1)升旭公司的DOFS型液壓邏輯元件(參見圖19)常開型許用壓力:35MPa;名義流量:120L/min;關閉壓力:至少2.8MPa;內泄漏:少于0.3mL/min;控制腔容積:0.33cm3。特點有:1)關閉壓力不受通口1和2壓力影響;2)端口3卸荷,開啟時,