粉末制品液压机液压系统的研究与设计——二通插装阀在液压机上的应用

成晓军王悦善

（1．重庆三峡职业学院，重庆万州 404100；2．重庆三峡学院，重庆万州 404100）

粉末制品液压机液压系统的研究与设计
——二通插装阀在液压机上的应用

成晓军1王悦善2

（1．重庆三峡职业学院，重庆万州 404100；2．重庆三峡学院，重庆万州 404100）

二通插装阀是20世纪末出现在世界发达国家中采用的新型对液压机控制技术的一种先进的逻辑控制方式．二通插装阀运用于逻辑控制阀，主要通过控制插入元件的开启、关闭和开启量的大小来控制油液的通断、压力的高低和流量的大小，以实现对执行机构的方向、压力和速度的控制．并以粉末制品液压机的半自动工作程序：电机启动、顶出缸顶出、中心缸顶出、滑块快下、滑块慢下、压制、保压、卸压、滑块回程、顶出缸退回、中心缸退回、停机为例，说明二通插装阀在各个工作程序中的动作．

二通插装阀；液压系统；应用研究

1 采用二通插装阀逻辑控制的必要性

在液压机的液压控制系统中，根据液压机的工作要求：压力大，密封好，工作平稳，元件制造和系统维修方便，体积小，成本低，动作可靠等特点．以往都采用板式阀或管式阀，通过设计组合，在平稳性要求下采用电液换向阀和专门的卸压回路，特别是利用滑阀机能的换向阀完全不能保证压力的稳定性，而且大流量系统（20通径以上）国家标准少，价格高，这样的系统已经不可能适应发展的液压机控制、传动的需要．20世纪70年代，美国、德国就率先采用将阀集成化，芯型化，小型化，多功能化的复合方式制造液压阀．按这样的思路，液压系统出现的分支，二通插装阀逻辑控制系统在发达国家开始研究和运用并很快适应了发展中的液压机械控制系统要求，有效地解决了陈旧的板式阀控制方式，克服了原方式存在的缺点，成为了液压机控制的崭新方式．

2 二通插装阀的结构和工作原理

一个液压系统要对油液的方向、压力和流量进行控制，使主机的执行机构（油缸）按设计要求完成各种动作，实现主机动作，达到设计要求，二通插装阀就必须具备这三个要求．

2.1 二通插装阀结构（如图1）

一个二通插装阀通常由插入元件、先导元件、控制元件和插装块体四个部分组成，基本结构如图1，插入元件是二通插装阀的主体或功率元件，插装在阀体或集成于块体之中，通常采用它的开启、关闭和开启量的大小来控制油液的通断、压力的高低和流量的大小，以实现对执行机构的方向、压力和速度的控制．

2.2 二通插装阀的工作原理

1）二通插装方向阀控制原理（如图2）

2）二通插装压力阀控制原理（如图3）

3）二通插装流量阀控制原理（如图4）

4）二通插装阀开、闭控制元件梭阀结构（如图5）

图1 二通插装阀结构

图2 二通插装方向阀控制原理

图3 二通插装压力阀控制原理

图4 二通插装流量阀控制原理

图5 梭阀结构

YJ79型液压机主要功能为粉末制品的压制和整形，根据粉末制品零件的制造工艺，给液压机提出的要求如下．

半自动工作程序：电机启动——顶出缸顶出——中心缸顶出——滑块快下——滑块慢下——压制——保压——卸压——滑块回程——顶出缸退回——中心缸退回——停机（在滑块压制过程中，中心缸和顶出缸随滑块下压而代压溢流）工作频繁，生产率高．

根据上述要求，考虑液压系统可增设一冷却泵和按两种传动设计，即主缸和顶缸流量大，密封性能要求高，可设计为二通插装阀逻辑控制，中心缸流量小和压力偏低，可考虑用板式阀控制，然后用行程开关通过PLC控制有效地将动作联系在一些达到一个周期内半自动工作程序．

按上述方案，建立各动作回路．

1）电机启动回路（如图6）

按启动按钮，电机D1、D2、D3启动，柱塞式变量泵1泵出的油液经CZ7回油箱卸荷；柱塞式变量泵2泵出的油经34DH2中位回油箱卸荷，齿轮泵3开始泵油经冷却器回油箱作油液冷却用．

2）顶出缸顶出回路（如图7）

按操作按钮三位四通阀Y1Ab、Y6Aa通电，插装阀的控制油被封闭，此时溢流阀3YF起安全阀作用（调整压力25 MPa）．

由于Y6Aa通电梭阀上腔的控制油经34DYA口到T口回油，梭阀芯向上梭阀下腔控制油进顶出缸下腔泵1压力油打开CZ4进入顶出缸下腔，顶出缸活塞向上运动；由于CZ1的控制油回油，顶出缸上腔的油液打开插装阀CZ1回油，顶出缸活塞上升直到撞击行程开关SQ6．

3）中心缸顶出回路（如图8）

当顶出缸活塞到位撞击SQ6后，

a. Y1Ab断电，34DH1处于中位，泵1泵出的油打开CZ7回油箱卸荷．

b. 三位四通换向阀Y7Ab通电，泵2泵出油进入中心缸下腔，上腔油经单向顺序阀XD2F，34DH2回油，直到撞击SQ4．溢流阀为该系统（中心缸动作部分）的调整压力16 MPa．

4）滑块快速下行回路（如图9）

当中心缸顶出撞击SQ4后，Y1Ab、Y3A、Y2A通电，Y7Ab断电．

a. Y1Ab通电，34DH1将CZ7控制油封闭，3YF起安全阀作用．

b. Y3A通电，CZ10插装阀控制油由A口进T口回油，CZ10开启，泵1泵出的压力油经DYF1液控单向阀进入快速缸．

c. Y2A通电，主缸下腔油打开CZ5回油，活塞下行，主缸上腔形成负压自动吸开充液阀DY2，充液箱中油补充进入主缸上腔．

d.由于Y7Ab断电处于中位，泵2油卸荷，快速下行直到撞击SQ2．

图6 电机启动回路

图7 顶出缸顶出回路

图8 中心缸顶出回路

图9 滑块快速下行回路

5）滑块慢速压制回路（如图10）

当滑块撞击SQ2行程开关后，Y4A、Y3A、Y1Ab通电．

a. Y4A通电．泵1泵出的压力油打开CZ8，通过DF1进入主油缸上腔，同时Y3A通电，CZ10的控制油由A口进T口回油，CZ10开启，泵1泵出的压力油经CZ10阀DFY1液控单向阀进入快速缸．由于上腔进油关闭DFY2，主缸上腔和快速缸只能靠泵1供油形成慢速压制．

b. 由于Y2A断电CZ5的控制油被关闭，只能通过6YF溢流阀（调整压力为3～5 MPa）打开后通过24D2回油，主缸下腔在有背压情况下打开CZ5回油（工作平稳）．

c. 慢下压制直到撞击SQ3或压力升到压力继电器PF调整压力后，慢下停止．慢速压制中，此时顶缸和中心缸的力在压制过程中，中心缸可经过10YF回油下降，顶缸下腔油可因高于7YF溢流阀的调整压力被打开而从CZ3回油．

6）保压回路（如图11）

根据零件加工工艺可按两种程序进行保压．

a. 当工作压力达到PF压力继电器（定压）调定压力后，PF发讯全部电磁铁断电，时间继电器开始计时，此时主缸上腔压力被DFY1、DFY2和DF1封住，行程开关SQ3起安全作用．

b. 当滑块在慢速压制过程中，如果压力还未达到压力继电器调定压力就撞击SQ3（定程），SQ3发讯，全部电磁铁断电，时间继电器开始计时，此时主缸上腔压力被DFY1、DFY2和DF1封住，压力继电器PF起安全作用．此时泵1油液可通过CZ7卸荷，泵2的油液可通过34DH2卸荷．

7）卸压回路（如图12）

当保压时间经时间继电器调定时间完成后，时间继电器发讯，Y1Aa与Y5A通电，梭阀上腔控制油回油，梭阀芯处上位，泵1油可以打开CZ6，但油缸上腔压力油被DFY1、DFY2和DF1关住，此时连接在主油路的控制油经24D3的P口到B口，压力升高的控制油打开DFY1和DFY2的预泄阀芯，上腔快速缸油从CZ9回油箱，大腔油回充液箱，上腔开始卸压，卸压时间2～3 s，此时4YF（调整压力3～5 MPa）起安全作用．

8）滑块快退回路（如图13）

卸压2～3 s后Y1Aa断电，Y1Ab、Y5A通电，当控制油完全打开DFY1和DFY2主阀芯后，主油路就可打开CZ6进主缸下腔，上腔大腔油可经DFY2回充液箱，快速缸的油可经DFY1和CZ9阀回油箱，直到快退撞击SQ1停止，泵2处于34DH2中位卸荷状态．

9）顶缸退回回路（如图14）

当滑块回程撞击SQ1行程开关后，Y1Ab、Y6Ab通电，泵1的压力油通过CZ2进入顶缸上腔，顶缸下腔的油经CZ3回油，顶缸退回直到撞击SQ7，此时泵2的油经34DH2中位回油卸荷．

10）中心缸退回回路（如图15）

当顶缸退回撞击SQ7行程开关后，Y1Ab断电（34DH1处中位泵1卸荷）Y7Aa通电．泵2的压力油经34DH2，XD2P进入中心缸上腔，中心缸下腔油经34DH2回油，中心缸活塞退回直到撞击SQ5．

11）静止与总停（如图16）

a. 当中心缸退回撞击SQ5后，SQ5发讯全部电磁铁断电，此时整个压机处于静止状态，三个泵中泵1从CZ7回油卸荷，泵2因34DH2卸荷．泵3继续泵油进冷却器降低液压油温度．

b. 按动总停开关，三个电机全断电，系统和主机处于停车状态，整个半自动工作程序结束．

半自动动作：（按电机启动按钮）电机启动——（按操作按钮）顶出缸顶出——（SQ6）中心缸顶出——（SQ4）滑块快下——（SQ2）滑块慢下、压制——[压力继电器（SQ3保护）或SQ3（压力继电器保护）]保压——（时间继电器计时）保压延时——卸压——（延时2～3S）滑块回程——（SQ1）顶出缸退回——（SQ7）中心缸退回——（SQ5）停机．

图10 滑块慢速压制回路

图11 保压回路

图12 卸压回路

图13 滑块快退回路

图14 顶出缸退回回路

图15 中心缸退回回路

图16 静止与总停

3 系统动作表（表1）

说明：①D1,7.5 KW；D2,1.5 KW；D3,0.75 KW．

②系统可设高压过滤器一个，设报警停D1．

③系统二通插装阀采用20 mm通经按行列标准制造．

④系统梭阀采用6 mm通经按行列标准制造．

4 结 语

通过二通插装阀逻辑控制液压系统的设计，完全达到主机提出的要求和目的，同时按此各回路设计组合后的逻辑控制系统，为更复杂的高压大流量，高密封性能液压机液压系统的设计提供了可靠的设计思路．

表1 系统动作表

[1]黄人豪.二通插装阀控制技术[M].上海实用科技研究中心，1985.

[2]陆一心.液压阀使用手册[M].北京：化学工业出版社，2009.

[3]黄人豪，等.液压二通插装阀试验方法.北京：机械工业出版社，2006.

[4]张利平.液压传动系统设计与使用.北京：化学工业出版社，2010.

[5]王庆国.二通插装阀控制技术.北京：机械工业出版社，2001.

[6]唐英千.液压集成元件——二通插装阀[J].锻压装备及制造技术，1991，26（1）-（5）.

[7]郑淑丽.二通插装阀及其液压系统实例分析[J].山东工业大学学报，2003，22（2）：63-65.

[8]天津锻压机床厂.中小型液压机设计计算[M].天津：天津人民出版社，1977.

[9]王益民.二通插装阀在小型液压机系统中的应用[J].锻压机械，1988，23（5）：29.

[10]陈就.插装阀的复合控制机能及其在大型液压机上的应用[J].机床与液压，2003（2）：213-215.

（责任编辑：张新玲）

A Study on Design of Hydraulic System of Hydraulic Press for Powder Products: the Application of Two-way Cartridge Valve on the Hydraulic Press

CHENG Xiaojun1WANG Yueshan2
(1.Chongqing Three Gorges Vocational College, Wanzhou, Chongqing 404000; 2.Chongqing Three Gorges University, Wanzhou, Chongqing 404000)

Two-way cartridge valve is the new logical control of advanced hydraulic control technology in the developed countries of the world in the late 20th century. It is used in logic control valves to achieve control of direction, pressure and speed of the implementing agencies primarily through the opening, closing and opening of the control into the components to control the size of oil breaking, high and low pressure and flow rate. It uses semi-automatic hydraulic press for powder products for its work program to illustrate the two-way cartridge valves in various actions in work processes: motor starting, crest-crest, center, cylinder, slider sliding slowly down, pressing, holding pressure, oil pressure, slider, top cylinder return on return trip, center cylinder back, shutting down, etc.

two-way cartridge; valve oil system; application research

TH132

A

1009-8135（2014）03-0057-07

2014-03-16

成晓军（1985-），男，重庆人，助理工程师，重庆三峡职业学院机械与电子工程系教师，主要研究液压缸设计．