适用于折弯机的专用比例阀

2015-04-16,

液压与气动 2015年3期

关键词：O型机能油缸

(伊顿流体动力(上海)有限公司产品工程部，上海　200131)

引言

随着科技的发展，特别是机械工业和液压技术的发展，对液压元件的性能提出了更高的要求。比例阀作为核心控制元件，其性能优劣将直接影响终端机械系统的性能。

图1　折弯机

折弯机(见图1)作为电液比例同步定位液压系统应用的一个典型，具有速度快、负载大、工况多、同步要求高、油缸面积比大等特点。如果仅仅依靠对阀性能及精度的提高上，不仅会增加产品成本，还会增加使用成本和维护成本。

比例阀性能和功能是产品的两个方面，既相辅相成，又相互影响。结合折弯机的这些特点，为我们指明了其他方向的可能性。

1　折弯机工况

比例阀的机能常见的有O型，Y型和H型[1，2]，如图2所示。折弯机的要求较高，一般选用带位置反馈高性能比例阀或伺服性能比例阀， O型机能和H型机能较为常见。

图2　O、Y、H型机能符号

以100 t折弯机为例，见图3，其中典型配置之一，是由2个O型机能比例阀控制2只油缸控制模具同步运行，压下或压上。而压下的过程，又分为快下、工进、保压等,见图4。工进段根据负载情况带载、半载，空载等又分为压底和不压底，这过程中，既有力控制又有位置控制,还有同步控制要求。

图3　折弯机控制部分液压原理简图

1.阀控制信号　2.系统压力Ⅰ.快下　Ⅱ.工进　Ⅲ.保压　Ⅳ.卸压　Ⅴ.快上图4　折弯机工作周期示意图

2　问题提出及分析

虽然O型的高性能比例阀能基本满足折弯机的要求，但是在工进保压结束时，油缸有明显的反弹，并伴随一定的噪音。在空载、高压、位置控制时，尤其是当系统压力变化时，对2个比例阀性能的同步性和对称性，特别是压力零漂要求提出了挑战。

经分析发现，折弯机是一个典型的利用大面积比油缸的液压力放大应用。仍以100 t折弯机为例，其上模自重约在有杆腔(下腔)产生60 bar压力，也就说下腔压力中的60 bar是用来平衡上模自重的，其他的压力则是平衡油缸上腔压力。在这个应用中，油缸活塞与杆径比约为13/12，则上下腔面积比为13/1。设A口压力为pa，B口压力为pb，则有

pa-60=pb×13

(1)

设P口压力为280 bar，根据压力增益特点，为方便计算，这里以简单线性关系代表A、B口之间的压力，

pa+pb=280

(2)

由式(1)、(2)可知，pb=15.7 bar，pa=264.3 bar。在油缸的有杆腔蓄积了超过200 bar能量，由此不难理解，在油缸上腔，快速卸压时，油缸下腔将快速释放液压能，从而导致了油缸一个明显上弹的失控动作。

一方面，保压时是一个位置控制，阀工作在零位附近，不需或很少流量输出。而O型机能的比例阀，由于滑阀的特性，决定了在中位时工作油口A、B的压力约为P口压力的1/2，接近于140 bar。这必然导致工作点偏离零位较远，更易受温度等影响。另一方面，由于油缸的放大作用，上腔微小的压力变化，比如1 bar，需要下腔同向13 bar的压力变化才不会使油缸因失去平衡而引起位置变化。同时又要保证两缸同步，是一个需要不断修正的动态平衡。图5为两缸下腔压力变化的一个示意：1、2曲线分别表示2只的阀控油缸下腔的压力变化。

1.阀1　2.阀2　3.P口压力图5　油缸下腔压力示意

3　解决方案与试验

由式(1)、(2)分析知，在位置控制工况下，油缸上腔压力越低越好，极限情况是0，则下腔只需平衡上模自重即可。如果可行，则没有多余的能量积蓄，自然运行更加平稳。因为阀在此工况下工作在零位附近，如果在O型机能的基础上，在B油口和T油口通过阀芯增加一个节流通路，就可以有效地卸掉油缸上腔不必要的压力。这相当于普通三位换向阀的J型(B通T) 或N型(A通T)机能[3]，见图6所示。

图6　J型机能符号

为了验证不同机能的比例阀在折弯机上的表现，我们在同一台机器上，用同类的两对阀，用等同的参数，对O型机能和J型机能进行了了对比，如图7所示。

1.O型　2.J型　3.系统压力　4.P口压力图7　油缸下腔压力变化比较

曲线1为普通O型机能阀的油缸下腔压力，曲线2为推荐专用的J型机能阀油缸下腔压力。对比两条曲线，可以发现曲线1在保压段，压力持续攀升达到220 bar以上，并在保压结束，压力急速下降。仅能通过合适的压力降斜坡确保模具运行平稳。而曲线2在保压段，压力基本保持在模具自重60 bar附近，压力平稳，不需要比例阀口作相应的快速滑动。

因此，从试验结果不难看出通过改变阀芯的机能符号，消除了原阀芯控制中引入的附带压力，巧妙地转化了高性能要求与机能之间的矛盾，使得同等条件下，位置控制的效果更好，同步性更好，鲁棒性更好。