液控单向阀的应用及故障与排除

真空阀门 卜焰山 广东工业大学机电学院

  液控单向阀是一种反向开启可控的单向阀, 这类阀在冶金设备中应用较为广泛, 由于其结构与原理的特殊性, 生产现场因液控单向阀使用不当导致的故障经常发生。

1、液控单向阀结构与工作原理

  液控单向阀结构如图1所示。当控制油口不通压力油时,油液只能从PA→PB;当控制油口通压力油时,正、反向的油液均可自由通过。当油液反向流动时,阀芯的受力平衡表达式为:

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

式中pK———控制油压力,单位为N;
  pA———反向出油腔油液压力,单位为N;
  pB———反向进油腔油液压力,单位为N;
  FKM———控制活塞摩擦阻力,单位为N;
  FM———锥阀芯总摩擦阻力,单位为N;
  Fs———弹簧作用力,单位为N;
  W———阀芯重量,单位为N;
  AK———控制活塞面积,单位为m2
  A———阀座口面积,单位为m2

  当略去控制活塞和锥阀芯的摩擦阻力时, 则控制油压力为:

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

  该值是保证油液反向流动的控制油压力。若阀口关闭,油液反向流动停止,则出油腔压力pA=0。根据控制活塞上腔的泄油方式不同分为内泄式和外泄式。内泄式也就是图1所示的简式液控单向阀。外泄式液控单向阀如图2所示, 这种外泄式液控单向阀反向出油腔压力pA只作用在控制活塞的上端, 与图1结构相比,作用面积要小得多,同时,反向出油腔压力油和控制压力油泄漏到控制活塞上下段之间的容腔内,可通过外泄口直接引到阀体外,以避免由于泄漏油的聚积影响控制活塞的向上运动, 故称为外泄式液控单向阀。复式结构液控单向阀如图3所示,单向阀芯内装有卸载小阀芯。控制活塞上行时先顶开小阀芯使主油路卸压,再顶开单向阀阀芯,其控制压力仅为工作压力的4.5%,没有卸载小阀芯的液控单向阀的控制压力为工作压力的40%~50%。

简式液控单向阀

图1 简式液控单向阀 图2 外泄式液控单向阀

复式液控单向阀

图3 复式液控单向阀

2、液控单向阀的应用

  液控单向阀因泄漏量少、闭锁性能好、工作可靠而广泛运用在冶金液压系统中, 如炼铁厂泥炮回转液压装置、电炉电极升降回路、电炉料篮车悬挂液压回路等,轧机与卷取机液压系统更是大量使用液控单向阀,如图4所示为液控单向阀在某轧机活套液压回路的应用。

 液压活套系统

图4 液压活套系统

  液控单向阀具体应用场合如下:

(1) 保持压力。

  滑阀式换向阀都有间隙泄漏现象,只能短时间保压。当有保压要求时,可在油路上加一个液控单向阀,利用锥阀关闭的严密性,使油路长时间保压。

(2) 液压缸的“支承”。

  在立式液压缸中,由于滑阀和管的泄漏,在活塞和活塞杆的重力下,可能引起活塞和活塞杆下滑。将液控单向阀接于液压缸下腔的油路, 则可防止液压缸活塞和滑块等活动部分下滑。

(3) 实现液压缸锁紧。

  当换向阀处于中位时,两个液控单向阀关闭,可严密封闭液压缸两腔的油液, 这时活塞就不能因外力作用而产生移动。

(4) 大流量排油。

  液压缸两腔的有效工作面积相差很大。在活塞退回时,液压缸右腔排油量骤然增大,此时若采用小流量的滑阀,会产生节流作用,限制活塞的后退速度;若加设液控单向阀,在液压缸活塞后退时,控制压力油将液控单向阀打开,便可以顺利地将右腔油液排出。

(5) 作充油阀。

  立式液压缸的活塞在高速下降过程中, 因高压油和自重的作用,致使下降迅速,产生吸空和负压,必须增设补油装置。液控单向阀作为充油阀使用,以完成补油功能。

(6) 组合成换向阀。

  在设计液压回路时, 有时可将液控单向阀组合成换向阀使用。例如:用两个液控单向阀和一个单向阀并联(单向阀居中),则相当于一个三位三通换向阀的换向回路。需要指出,控制压力油油口不工作时,应使其通回油箱,否则控制活塞难以复位,单向阀反向不能截止液流。

3、液控单向阀使用注意事项

  现场实践证明,液控单向阀在使用维修过程中容易出现问题,以下是注意事项。

  (1) 必须保证液控单向阀有足够的控制压力,绝对不允许控制压力失压。应注意控制压力是否满足反向开启的要求。如果液控单向阀的控制引自主系统时,则要分析主系统压力的变化对控制油路压力的影响,以免出现液控单向阀的误动作。

  (2) 根据液控单向阀在液压系统中的位置或反向出油腔后的液流阻力(背压)大小,合理选择液控单向阀的结构(简式或复式)及泄油方式(内泄或外泄)。对于内泄式液控单向阀来说, 当反向油出口压力超过一定值时,液控部分将失去控制作用,故内泄式液控单向阀一般用于反向出油腔无背压或背压较小的场合;而外泄式液控单向阀可用于反向出油腔背压较高的场合,以降低最小的控制压力,节省控制功率。如图5所示系统若采用内卸式,则柱塞缸将断续下降发出振动和噪声。