单向阀在泵-马达式闭式容积调速回路中的巧妙应用

徐成东　袁国栋

(四川建筑职业技术学院交通与市政工程系，四川618000)



单向阀在泵-马达式闭式容积调速回路中的巧妙应用

徐成东袁国栋

(四川建筑职业技术学院交通与市政工程系，四川618000)

摘要：结合单向阀和溢流阀的结构和工作原理，介绍了泵-马达式闭式容积调速回路中的几种补油及安全保护油路，分析了几种补油及安全保护油路的优缺点，阐述了单向阀在泵-马达式闭式容积调速回路中的巧妙应用，并提出了单向阀使用时的注意事项。

关键词：单向阀，补油，安全保护

普通单向阀简称单向阀，它使油液只能沿一个方向流动，不允许反向倒流，故又称逆止阀[1]。单向阀结构和工作原理虽然比较简单，但却是液压系统中应用最多的元件之一。正确应用单向阀不仅可以满足液压系统不同使用场合的各种功能要求，而且还可使液压系统设计简化。

由双向泵或双向马达组成的闭式容积调速回路在各类工程机械及其它类型机械设备的液压系统中有着广泛的应用，采用双向液压泵可以很方便地变换液压马达的运动方向。闭式回路中的液压泵将油液输入执行元件的进油腔，又从执行元件的回油腔处吸油，这种回路结构紧凑，减少了空气侵入的可能性。缺点是散热条件差，为了防止回路中的泄露，补偿执行元件进油腔与回油腔之间的流量差额，需要设置补油装置[2]。双向泵的出油口可以位于任意一侧，补油时要保证无论泵的出油口位于哪一侧，都能够将油液补充到泵的吸油口，即油路的低压侧。此外，为了防止液压系统过载而损坏液压元件，回路中还必须设置安全阀。以上这些要求都使得回路的设计复杂化。泵-马达式容积调速回路有变量泵和定量马达、定量泵和变量马达及变量泵和变量马达三种组合形式[2]。本文以变量泵-定量马达式闭式容积调速回路为例，讲述单向阀在泵-马达式闭式容积调速回路中的应用。

1单向阀的应用

图1为双向变量泵1和双向定量马达2组成的闭式容积调速回路。回路中配置了两套补油和安全保护回路。两套补油油路分别由补油泵3、溢流阀6及单向阀5和补油泵3′、溢流阀6′及单向阀4组成。当主泵1的出油口位于上侧时，补油泵3′输出的油液压力远小于主泵1输出的油液压力，但由于溢流阀6′的调压作用，补油压力略高于单向阀的开启压力，使得单向阀4无法开启，补油泵3′输出的油液经溢流阀6′直接流回油箱。而补邮泵3的吸油口位于下侧的低压回油油路，其输出的油液压力克服单向阀5内的弹簧弹力，将输出的油液补充至主泵1的下侧吸油口。当高压侧油路出现过载时，油液经安全阀7′溢流至油箱，保护了系统的安全。同理，当主泵1的出油口位于下侧时，补油泵3′输出的油液经单向阀4补充至主泵1的上侧吸油口，补油泵3输出的油液经溢流阀6进入油箱。当系统过载时，油液经安全阀7溢流至油箱。但此种类型的补油及安全保护回路也存在着下列不足：

(1)系统结构复杂，使用成本高。元件数量较多意味着一次性投入成本较高，而且出现故障的几率增大，无形中增加了系统使用时的维护成本。溢出的油液排回油箱，增大液压污染的可能性，影响了油液的循环使用，这同样会增加系统的使用成本。

(2)效率低下。泵的功能是将机械能转化为压力能，压力油流回油箱意味着能量的损失。此外，元件本身的能量损失，尤其是泵的能量损失，同样会降低系统的效率。

综上所述，此种类型的液压系统不能实现理想的经济性指标，不具有广泛的应用推广价值。

1—双向变量泵　2—双向定量马达　3—补油泵

图2为改进后的液压回路。单向阀4和5成对使用，且安装方向相反，组成了补油阀组。元件12为液控三位三通换向阀，在回路中起到方向选择的作用。当主泵1的出油口位于上侧时，上侧为高压进油油路，补油泵3的出油压力无法开启单向阀4，单向阀4保持闭合状态。此时主泵1的下侧为低压回油油路，补油泵3输出的油液压力克服单向阀5内的弹簧弹力，使单向阀5开启，补油泵3向主泵1的下侧吸油口补油。出现系统过载时，液控三位三通换向阀12上位工作，系统通过溢流阀7实现油液的溢流，起到安全保护作用。同理，当主泵1的出油口位于下侧时，补油泵3通过单向阀4对主泵1的上吸油口进行补油。出现过载时，换向阀12下位工作，油液通过溢流阀7实现溢流。

可以看出，针对双向泵的工作特点，此种类型的设计通过成对使用单向阀，简化了补油油路，提高了运行效率。但液控三位三通换向阀12的使用，还是会增加投入成本和后期的维护成本。此外，系统过载时，总有一些油液流回油箱，造成了压力能的浪费，增加了油液污染的可能性。此类液压系统的使用成本依然偏高。

1—变量泵　2—定量马达　3—补油泵

图3所示的液压回路是对图2中的安全保护回路进行改进，而补油油路保持不变。出现系统过载时，高压油冲开单向阀8或9(取决于主泵1的出油方向)，通过溢流阀7实现油液的溢流，起到安全保护作用。此种类型的设计取消了液控三位三通换向阀，通过成对使用单向阀，简化了安全保护油路，降低了使用成本及维护成本。然而，系统过载时压力油的损耗依然会造成能量的浪费。此类液压系统的使用经济性仍然有待于进一步提高。

图4所示的液压回路同样成对使用单向阀4和5，构成补油油路，其结构简单，使用、维护成本低廉，而安全保护回路使用了顺序阀10和11。若泵1的出油口位于上侧，则上侧为高压进油油路，下侧为低压回油油路。系统过载时，高压侧的油液压力大于顺序阀10的开启压力，压力油打开顺序阀10，通过单向阀5向低压油路进行补油。

1—变量泵　2—定量马达　3—补油泵

1—变量泵　2—定量马达　3—补油泵

此时低压油路的压力远小于顺序阀11的开启压力，顺序阀11处于闭合状态。反之，若泵1的下侧为出油口且系统过载时，油液通过顺序阀11和单向阀4补充至上侧低压油路，顺序阀10和单向阀5处于闭合状态。在此类回路中，单向阀4、5和顺序阀10、11共同构成了过载补油阀组(图中点画线方框所示)。过载补油阀组的使用不仅简化了回路结构，降低了使用成本，而且还将过载后溢出的油液重新补充至低压油路，保证了油液的循环使用，减小了油液污染的可能性，为液压系统带来了良好的经济性。因而，此种结构类型的闭式容积调速回路在振动压路机等各类工程机械液压系统中得到了广泛的应用。

2单向阀使用时的注意事项

(1)通过单向阀的流量不能超过其额定值。流量超过额定值会造成单向阀尖叫。

(2)单向阀的开启压力在满足系统功能的前提下应尽量低，以减小压力损失。单向阀作背压阀使用时，其开启压力较高，通常由背压值确定。

(3)普通单向阀安装时尤其是成对使用前要认清进、出油口的方向，否则不但无法实现其预定的功能，影响液压系统正常工作，而且还会损坏液压元件等。例如单向阀用在泵的出口时，如反向安装可能损坏泵或烧坏电机。

3结语

设计液压系统时，不但要满足设计的目的，实现系统预定的功能，还要考虑系统的使用经济性。设计的液压系统要力求结构简单，投入少，使用维护方便且成本低廉。单向阀是液压控制阀中最简单的一种，但却有着非常广泛甚至巧妙的应用，在液压系统中发挥着不可替代的作用。只要能够正确使用，就可以充分发挥它的功能，从而使液压系统的设计变得更加简单，功能更加丰富。

参考文献

[1]毛智勇, 刘宝权. 液压与气压传动[M].北京：机械工业出版社, 2008:55.

[2]章宏甲，黄谊. 液压传动[M].北京：机械工业出版社, 1998:142-143.

编辑李韦萤

Skillful Application of Check Valve in Pump-motor Type of Volume Speed Regulation Closed Circuit

Xu Chengdong, Yuan Guodong

Abstract：Based on the structure and operating principle of check valve and relief valve, some oil supplementary and safety protection circuits of the pump-motor type of volume speed regulation closed circuit are introduced and their advantages and disadvantages are analyzed. Some skillful application of check valve in the pump-motor type of volume speed regulation closed circuit is explained and some matters needing attention for use of the check valve are put forward.

Key words：check valve; oil supplementary; safety protection

中图分类号：TH137.52

文献标志码：B

作者简介：徐成东(1982—)，男，硕士，工程师，主要从事工程机械液压系统故障分析与诊断方向的教学与研究。电话：18980116736，E-mail:397083553@qq.com

收稿日期：2016—01—11