变载机构的液压控制.doc

变载机构的液压控制*1前言变载机构——顾名思义，指的是在运行过程中质量或质量力矩发生变化的设 备例如，塔吊，闸门启闭机，倾动设备及翻转装置等尽管现都已使用液压传动技术，但同常规设备相比，变载机构的控制有两个 明显的技术要求：一是，液压控制系统要能克服负载变化对速度产生的影响，确 保机构继续无冲击平稳运行；二是，液压系统须有安全措施，确保机构在紧急情 况下能立即定位而不坠落而要阐述一个行之有效的控制原理，就得先了解系统中的主要液压元件 ——FD型平衡阀2 FD型平衡阀工作原理FD型平衡阀亦称单向截止型平衡调速阀，是力士乐公司生产的液压元件 图1显示了其内部结构图1 FD型平衡阀结构FD型平衡阀主要由阀体1,主锥阀芯2,辅助阀芯3,先导阀芯4,牵引阀 芯5,阻尼孔6及阀套11组成该阀正确连接方法是：油口 A接压力源，油口 B 接负载当液流从A至B时为自由流动，主锥阀被打开如果A、B油口间的压差小 于负载压力（例如系统失压或方向阀至油口 A间的连接软管爆裂时），则主锥阀在 容腔7中的负载压力和容腔8中的弹簧力作用下直接关闭，截止时无内泄漏，这 样可使运行中的负载安全定位，不致于突然坠落，此谓该阀的单向截止功能。

当液流从B至A时为反向流动，原始状态主锥阀关闭要使主锥1阀打开， 实现液流B至A的真正反向流动，油口X中必须有足够的先导控制压力阀的自 身结构特性已确定：仅在X 口中建立起控制压力，即1 / 20的负载压力时，主锥 阀上的预开阀便被打开，也就是说球形阀芯10被先导阀芯4从锥阀座上顶起； 与此同时，辅助阀芯3沿轴向右移这样，便出现以下两种情况：其一，容腔8 中的压力油通过辅助阀芯3中的小孔，流经球形阀芯10与主锥阀间敞开的缝隙, 从油口 A卸入油箱，实现容腔8的卸载；其二，容腔8与油口 B的负载压力腔断 开，主锥阀完全处于卸载状态；此时，先导阀芯4的位置刚好使其右端面紧顶住 主锥阀，左端面紧靠着牵引阀芯5的凹面所以，为打开B到A通道而在X油口 中所需的压力则完全由容腔9中的弹簧力所决定样本中提供数据表明：使B 到A通道打开的初始压力为2 MPa,完全打开则需要5 MPa那么，FD平衡阀究竟是如何克服负载变化影响，而保证机构运行速度不变 的呢?现结合图2予以说明FD平衡阀七、 b】J1图2典型变载机构液压控制这是典型的变负载控制，摆角从0〜90表示机构运行全过程，相对 于支点的负载力矩由小到大变化。

在0位置机构起动的瞬间，液压缸工作腔 （即活塞腔）的工作压力为最高，而设置在有杆腔同路中的FD型平衡阀，因其X 油口中的控制压力取自于另一侧，所以主锥阀被打开，液压缸按排出的流量Q-2 运行；随着摆角的不断增大，机构便存在超速下倾趋势，致使有杆腔的负载 压力升高，而无杆腔的工作压力降低，于是主锥阀便左移，其控制棱边遮住阀套 11上的部分小孔，使欲增加的Q-2减小而趋于原值，从而确保机构运行速度不 变主锥阀虽左移，但不会关闭，因为如果这样的话，无杆腔瞬间上升的压力又 将其打开所以主锥阀是随动的其开口度与X油口中的控制压力、阀口压差三 者间的动态平衡关系共同决定了从执行器排出的流量保持不变这就是该阀的平 衡调速功能在冶金设备中的应用3.1炼钢设备图3是电炉炉体倾动液压控制原理，炉体倾动的3种不同工况见图4o电炉炉体• / 03电炉炉体倾动液压控制(a)出钢(c)出渣图4电炉炉体倾动3种工况在图3的回路中，FD型平衡阀设在连接无杆腔的管路中当炉体朝出钢方 向倾动时，见图4a,因机构重心不过支点故活塞杆腔无需平衡；而当炉体复 位或朝出渣方向倾动时，分别见图4b和图4c,则机构存在超速下倾趋势，这就 需要液压回路（即无杆腔）建立起背压进行平衡。

由于炉体倾动机构的质量惯性相 当大，故而要求液压控制系统必须有手段来确保整个机构的运行平稳性，所以此 处选用FD型平衡阀是合适的这个原理己在某钢厂百吨电炉中得到使用3.2连铸设备图5是小方坯连铸机铸坯步进冷床升降机构的液压控制原理步进冷床的床 面由固定齿梁和活动齿梁共同组成活动齿梁在两液压缸作用下沿斜轨进行升 降，而在另一液压缸作用下进行水平移动，使活动梁完成一次步进动作周而复 始，活动梁不停地使固定梁第一•齿口腾出空泊位来接收下一•铸坯与此同时，又 将固定梁上已储铸坯向后输送一个齿距，以完成冷床出坯功能由此可见，活动 齿梁每升降一次，其承载力就加大一次尤其是在它载坯沿斜轨面下降时，整个 冷床面的超速下滑趋势就需要两升降液压缸进行平衡所以，图5回路中也合理 使用了 FD型平衡阀液压缸无杆腔使用的液控单向阀起安全保护作用图5步进冷床升降液压控制图6是小方坯连铸机另一变载设备——铸坯堆垛机升降液压控制原理液压 缸每下降一次，其上部堆一层铸坯无杆腔管路中使用FD型平衡阀的原理同上待坯FD型平衡阁Bn=E3ra6铸坯堆垛机液压控制3.3轧钢设备图7是轧钢辅助设备——钢卷翻转装置的液压控制原理。

钢卷翻转装置主要 是将钢卷由立卷翻成卧卷或是由卧卷翻成立卷同前面列举的几种变载机构相 比，此种装置正反翻转方向均需要液压平衡，故回路中使用了两个FD型平衡阀钢卷图7钢卷翻转装置液压控制变负载液压控制应注意的问题综上所述，此类型液压控制的关键元件是FD型平衡调速阀为了更好地设 计与使用这种控制系统，笔者认为应注意以下几个问题：(l)FD型平衡阀的定位FD型平衡阀一•定要放在机构需要平衡的回路中当液压缸需要使用软管连 接时，则该阀必须放在液压缸与软管之间，以确保机构运行的安全性如果机构传动需要两个液压缸，则不能象图8那样分用两个FD型平衡阀去 强制同步两个缸，尽管它们的X油口控制压力都取自同一处，但也不可能在每个 缸中保持相同的同步压力此时，应该在每个缸上各装一只外泄式的液控单向阀, 而FD型平衡阀则应装在两个液压缸的公用管路中，见图3O8 FD型平衡阀错误设置（2）单向节流阀的设置方向FD型平衡阀最大功能是保持变载机构速度平稳性但有时变载机构运行速 度需要调节，这就要求回路设置流量控制阀如果在方向阀与FD型平衡阀之间 使用单向节流阀，应特别注意其安装方向，见图93）不理想设置 （b）理想设置图9单向节流阀在系统中的设置图9a是不妥的回路设计，显然单向节流阀的节流孔与FD型平衡阀中的节流 孔两者功能重叠。

因为，如果单向节流阀的开口度比平衡阀的大，就起不到调节 作用；如果开曰度比平衡阀的小，就在一定程度上提高了负载的背压，有可能还 会影响平衡阀的动态调节功能事实上，两者节流孔的大小关系是无法判定的， 究竟谁在起作用也很难确定而图9b中，节流阀和平衡阀的功能很清楚进入液压缸无杆腔的流量直接 由单向节流阀1调节特性所决定,有杆腔的负载压力由平衡阀4中的节流孔平衡, 液流经单向节流阀2中的单向阀直接回油箱；同样，进入有杆腔的流量是由单向 节流阀2的节流特性所决定，无杆腔由平衡阀3中的节流孔平衡，液流最后由单 向节流阀1中的单向阀回油箱。