液控单向阀在液压回路中的合理应用

2018-05-30徐成东

中国重型装备 2018年2期

徐成东

(四川建筑职业技术学院交通与市政工程系，四川618000)

单向阀分为普通单向阀和液控单向阀两种。普通单向阀通常简称单向阀，它是一种只允许油液正向流动，不允许倒流的阀，故又称逆止阀或止回阀[1]。

液控单向阀是一种通入控制压力油后即允许油液双向流动的单向阀。它由单向阀和液控装置两部分组成。当控制口未通入压力油时，作用与普通单向阀相同，正向流通，反向截止。当控制口通入压力油(也称控制油)后，控制活塞把单向阀的锥形阀芯顶离阀座，油液正反向均可流动[1]。

1 液控单向阀的结构组成、工作原理及分类

1.1 液控单向阀的结构组成及分类

液控单向阀由阀体、控制活塞、阀芯和弹簧组成。液控单向阀因泄漏油液方式的不同而有内泄式和外泄式两种[2]，如图1和图2所示。外泄式液控单向阀分为带卸荷小阀芯和不带卸荷小阀芯的两种结构。

1.2 液控单向阀的工作原理

图1为内泄式液控单向阀的结构简图。当控制油口K未通入压力油时，A口进入的油液顶开阀芯弹簧，油液可从A1口流出；反之，A1口进油时，由于弹簧的作用，阀芯紧紧地贴合在阀座上，油液不能流通。此时，液控单向阀可作为普通单向阀使用。当控制口K通入压力油时，控制活塞将阀芯顶离阀座，油液可实现双向流动。

1—阀体 2—控制活塞 3—阀芯 4—弹簧图1 内泄式液控单向阀

1—阀体 2—控制活塞 3—阀芯 4—卸荷小阀芯 5—弹簧

油液反向流动，即A1口进油时，进油压力相当于系统工作压力，通常很高，此时，A口油液的压力有时也较高，造成控制活塞移动时，背压很大。控制口的油液压力必须足够高，才有可能打开锥形的阀芯，不仅造成压力能的浪费，而且会影响液控单向阀的工作可靠性。因此，内泄式液控单向阀主要应用于反向出油腔无背压或背压很小的场合[3]。

A进油口压力较高时，会造成控制活塞移动时，背压较大，此时可采用外泄口回油降低背压。图2为带卸荷小阀芯的外泄式液控单向阀。控制活塞与阀体为二节同心式配合，A油口压力较高时，背压对控制活塞的作用面积很小，控制活塞顶开阀芯时阻力也就较小，且泄油口L可将A腔和K腔的泄漏油排回油箱，几乎不会形成阻力。外泄式液控单向阀主要用于反向出油腔A油流背压较高的场合，以便降低最小控制压力，减少控制功率。

油液反向流动时，对于A1口进油压力很高的情况，依靠控制活塞推开锥形阀芯时，阻力很大，顶开阀芯比较困难，此种情况下可采用卸荷小阀芯(见图2)。卸荷小阀芯是安装在液控单向阀的锥形阀芯中更小的阀芯，称为先导阀芯或卸荷小阀芯。由于该阀芯面积较小，作用在其上的力并不是很大，因此在控制油口压力不是很高的情况下，控制活塞可以推开卸荷小阀芯。此时A油口和A1油口通过卸荷小阀芯的细孔实现互通，A1口输入的压力油逐渐卸压，直至控制活塞将主阀芯顶离阀座，实现油液的反向流动。

2 液控单向阀的合理应用

液压系统中液控单向阀也叫“液压锁”，由于液控单向阀具有良好的闭锁能力、无渗漏、长时间保持液压缸锁紧定位等特点，常用在平衡回路、保压回路及锁紧回路上，如液压汽车起重机的支腿回路[4]。

2.1 平衡回路

为了防止立式液压缸及其工作部件在悬空停止期间因自重而自行下滑，或在下行运动过程中由于自重而造成失控超速的不稳定运动，可设置平衡回路。

液控单向阀虽然具有良好的密封性能，可以将液压缸活塞及工作部件锁紧在某一位置，但是却不能保证工作部件在下行过程中保持稳定的速度。因此，可在回油路上串联一单向节流阀，构成平衡回路，如图3所示。单向节流阀的作用是工作部件上升，为无杆腔提供进油路，工作部件下滑，起到节流限速作用，防止失控超速。

1—油源 2—换向阀 3—单向节流阀 4—液控单向阀 5—液压缸

1—油源 2—换向阀 3—平衡阀 4—液控单向阀 5—液压缸

图4(a)所示为由单向顺序阀构成的平衡回路，顺序阀作为平衡阀使用。这种回路采用M型机能换向阀，当液压缸停止工作时，液压缸上下腔油液被封闭，从而有助于锁紧工作部件，还可以使泵卸荷，减少能耗。

此类平衡回路中，由于顺序阀会存在泄漏，故在长时间停止时，工作部件仍会有缓慢的下移现象。因此，可在液压缸与顺序阀之前增设一个液控单向阀，以减少泄漏影响，提高锁紧精度，见图4(b)。为了使工作部件在悬空停止时保持锁紧状态，此时换向阀不能使用M型中位机能，否则液控单向阀控制油液不能及时卸压，无法立即实现锁紧。

2.2 充液回路

图5为某立式液压缸的充液回路。活塞下降时，由于其自身重量、油液重量和工作机构重量的作用，活塞会加速下降。此时无杆腔进油路的供油量无法满足需要，致使其中的油液压力迅速降低，甚至出现负压，大量的气泡从油液中分离出来，形成气穴现象，出现噪音。不仅如此，由于负压的存在，还可能导致工作机构下降速度减慢甚至停止，因此必须增设补油装置。图5中的液控单向阀可完成充液补油的功能。

1—油箱 2—液控单向阀 3—液压缸

2.3 大流量排油回路

对于双作用单杆式活塞液压缸，由于其两油腔的面积相差较大，造成其进油和回油量不等。当有杆腔进油时，无杆腔的回油量很大。此时若采用额定流量较小的滑阀式换向阀，会造成液压缸无杆腔和油箱之间产生较大的背压，形成节流作用，不仅形成多余的压力损失，还会降低活塞杆的退回速度。如果采用液控单向阀，如图6所示，此时进油路压力通过控制活塞打开锥形阀芯，油液可通过液控单向阀实现逆向流动，返回油箱。

1—油源 2—换向阀 3—单向阀 4—液控单向阀 5—液压缸

2.4 保压回路

有些液压设备在工作过程中，常常要求液压执行元件在其行程中止时保压一段时间，其目的是防止加工后的被加工件变形回弹，此时需要采用保压回路。所谓保压回路，就是在执行元件停止工作或因工件变形而产生微小位移的工况下保持稳定不变的压力回路[5]。

保压回路的设计方法有多种。使用定量泵可实现保压，但是液压泵始终以较高的压力工作，压力油经溢流阀几乎全部流回油箱，造成较大的功率损失，且油液容易发热，故此种回路只适用于功率较小的液压系统且保压时间较短的场合。

如果使用普通滑阀式电磁换向阀实现保压，由于滑阀式结构普遍存在严重的泄露问题，因而仅适用于保压时间较短的场合。

图7为采用液控单向阀的保压回路。由于液控单向阀的阀芯为锥阀式结构，因而泄露小，密封性能良好，保压效果好。无杆腔进油时，活塞杆伸到预定位置，此时进油腔压力上升。当压力上升到规定值时，压力继电器发出电信号，电磁换向阀回归H型中位，液压泵卸荷，同时液控单向阀关闭，实现无杆腔的保压。当无杆腔的压力下降至压力继电器的下限值时，压力继电器再次发出电信号，右边电磁铁得电，换向阀换向至右位。液压泵再次向无杆腔供油，直至达到规定值，继续保压。通过液控单向阀的使用，不仅可以实现长时间保压，而且可以使泵卸荷，节省功率。

1—液压泵 2—溢流阀 3—换向阀 4—液控单向阀 5—压力继电器 6—液压缸

3 使用注意事项

3.1 回路中换向阀中位机能的选用

对于采用液控单向阀的平衡、保压回路等，执行元件工作时需要实现开锁，保持工作油口互通，要求控制油口保持一定的压力。当执行元件不工作时，液控单向阀工作油口断开。另外，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[6]，不能实现锁紧。当换向阀处于H型(或Y型)中位时，控制口的油液直接流回油箱，油液不能形成压力(不考虑管路的压力损失)。此时，由于弹簧作

用，控制活塞复位，液控单向阀处于闭锁状态。但如果换向阀中位机能采用O型等其它型式，在需要锁紧、换向阀处于中位时，由于控制液控单向阀的控制腔压力油也被封死，当单向阀处于关闭状态时，其控制口在一定时间内仍维持较高的压力，从而单向阀不能迅速锁紧[7]。存在液控单向阀的液压系统中，三位换向阀的中位不宜使用O、M型，由于它们都不能使液控单向阀立即关闭，因而选择用H或Y型[8]。