顺序阀

新型顺序阀及其应用

[摘要] 简要介绍了两种新型顺序阀——常开式和复合式顺序阀的结构、

原理、特点和它们在组合机床液压系统中的应用。

[关键词] 顺序阀; 常闭式; 常开式; 复合式; 组合机床; 液压系统

1 新型顺序阀的结构原理

顺序阀的功用是利用液压系统中的压力变化来控制油路的通断, 从而实现多个液压元件按一定的顺序动作。顺序阀按结构分为直动型和先导型; 按控制油来源又有内控式和外控式;还可以按常态时油口的连通状态进行分类, 可分为常闭式( 已有顺序阀) 、常开式和复合( 新型顺序阀, 本文将介绍) ; 内控式还可以以控制油来自进油口还是出油口之别, 可进油口控制式和出油口控制式。

图1( a) 所示为一般顺序阀的结构原理图, 常态时, 油口A B 不通, 本文称之为常闭式。

图2( a) 所示为新型顺序阀的结构原理图之一, 常态时, 油口A 与B 相通, 本文称之为常开式。

图3( a) 所示为新型顺序的结构原理图之二, 常态时, 油A与B 不通, 而A 与C 油口相通, 本文称之为复合式。

这三种顺序阀, 当压力油由进油口A 阀体4 和下盖7 的小孔流到控制活塞6 的下方, 使阀芯5 受到一个向上的推力作用。当进油口油压较低时, 阀芯在弹簧2 的作用下处于下部位置, 此时进出油口: 在图1( a) 中, A、B 不通; 在图2( a) 中, A、B 连通; 在图3( a)中, A、B 不通, A、C 连通。当进口油压增大到预调的数值以后, 阀芯底部受到的推力大于弹簧力, 阀芯上移, 此时进出

油口: 在图1( a) 中, A、B 连通; 在图2( a)中, A、B 不通; 在图3( a) 中, A、B 连通, 同时A、C 不通;压力油就从连通的油口流过顺序阀。可以用调压螺钉1 移动顺序阀的阀芯来调节压力的大小。

在这些阀中, 控制活塞的直径很小, 因而阀芯受到的向上推力不大, 所

用的平衡弹簧就不需太硬, 这样,可以使阀在较高的压力下工作( 最大控制压力可达7MPa) 。

先导型顺序阀( 包括常开式和复合式) 的结构原理与先导型溢流阀类似, 区别在于顺序阀出口一般通向有压力的油路, 故必须专设一泄油口, 使先导阀的泄油流回油箱, 否则将无法正常工作。

在序阀结构中( 含常开式和复合式) , 当控制油直接引自进油口时[ 如图1( a) 、图2( a)和图3( a) 所示通路情况] , 或当控制油直接引自出油口时( 指复合式顺序阀) , 这种控制方式本文均称为内控; 若控制压力油不是来自进出

油口, 而是从外部油路引入, 这种控

制方式则称为外控; 当阀的泄油从泄油口流回油箱时, 这种泄油方式称为外泄; 当阀用出口接油箱的场合, 泄油可经内部通道并入阀的出油口,以简化管路连接, 这种泄油方式则称为内泄。常闭式顺序阀及不同控泄方式的图形符号如图1( b) 所示; 为了便于绘图, 对于常开式和复合式顺序阀及不同控泄方式, 本文约定采用图2( b)与图3( b) 所示图型符号分别表示之。对于图1( a)、图2( a) 和图3( a) 所示顺序阀, 将下盖7 旋转90b安装, 并打开外控口X 的堵头, 就可使内控式变成外控式; 对于图3( a) 所示复合式顺序阀, 若将下盖反向旋转90°、使下盖上的f 孔与阀体4 上的d 孔接通, 或将下盖旋转180°、使下盖上的f 孔与阀体4 上的e 孔接通安装, 就可使顺序阀由进口内控式变为出口内控式; 同样, 若将上盖旋转安装, 并堵塞外泄口Y, 就 可使外泄式变为内泄式。

2 常开式和复合式顺序阀应用举例

2．1 在双泵供油增速回路中的应用 图4(a) 为双泵供油已有增速回路原理图。

图4(b) 则为采用了常开出口内控的复合式顺序阀、取代已有原理图中的单向阀8 和常闭式顺序阀3后的新的液压系统回路原理图。

该两图实现的动作循环相同, 其工作原理是: 泵1为大流量泵,泵2 为小流量泵, 两泵并联。当主换向阀4 在左位或右位工作时, 使阀6 通电, 双泵便同时向液压缸供油, 使液压缸获得大流量, 作快速进给或快速退回运动。当快进完成后, 阀6 断电, 缸的回油流经节流阀5, 因此流动阻力增大

,

引起系统压力升高。当顺序阀3 的控制油路压力达到或超过某一调定值时, 大泵1 即通过打开的常闭式顺序阀(图5(a))、或切换动作后的复合式顺序3(图5(b)流入油箱卸荷, 此时顺序阀3 做卸荷阀用。此时,(图5(a)中单向阀8 被高压封闭, 而(图5(b))中已省去此单向阀液压缸由小泵2 供油,缸作慢速工进运动。回路中溢流阀7应根据最大负载调定压力, 卸荷阀3 的调定压力应比溢流阀7低、但快进时又不应打开(图5(a))或切换(图b)。

2．2 在组合机床YT 4543 型动力滑台液压系统中的应用

图5( a) 为已有的YT4543 型动力滑台液压系统原理图。图5( b) 与( c) 分别为用常开式复合式顺序阀13取代了图5( a) 图中的单向阀12 和常闭式顺序阀13后的原理图。图5( a)、( b)、( c) 中的各电磁铁及行程阀的动作顺序相同。通常实现的工作循环也相同: 快进y 第一次工作进给y第二次工作进给y 死挡块停留y 快退y原位停止。

它们的工作原理如下:

1)快进

按下启动按钮, 电磁铁1YA 通电, 电液换向阀4左位接入系统, 顺序阀13 因系统压力低而处于常态:图5( a) 中的阀13 关闭, 而在图5( b) 中的阀13 处于打开状态, 图5( c) 中的阀13 处于常态, ( A、C 油口通, A、B 油口不通。) 变量泵2 则输出较大流量, 这时液压缸5两腔连通, 实现差动快进, 其油路为: 进油路: 过滤器1→ 泵2→单向阀3→ 换向阀4→行程阀6→液压缸5 左腔。

回油路: 液压缸5 右腔→ 电液换向阀4→ ( a 图) 单向阀12 （c图 ) 复合式顺序阀13 缸5 左腔。缸差动快进。

在图5( b) 图中, 要求背压阀14 的调定压力应比快进时系统的压力略大, 以免快进时开启; 而在图5 ( c) 中, 背压阀14 可无此限制。

( b 图) 常开式顺序阀13 → 行程阀6→ 液压缸5左腔缸差动快进

2）第一次工作进给

当滑台快进终了时, 挡块压下行程阀6, 切断快速运动进油路, 电磁铁1YA 继续通电, 阀4 仍以左位接入系统。这时液压油只能经调速阀11 和二位二通换向阀9 进入液压缸5 左腔。由于工进时系统压力升高, 变量泵2 便自动减小其输出流量, 此时顺序阀13打开(5( a) ) 、或关闭( 图5( b) ) 、或切换( 图5( c) ) , 当图5( a) 中的单向阀12 关闭时, 液压缸5 右腔的回油最终经背压阀14 流回油箱, 这样就使滑台转为第一次工作进给运动。进给量的大小由阀11 调节, 其油路是:

进油路: 过滤器1→泵2→ 阀3→ 阀4→ 阀11→ 阀9→液压缸5 左腔。 回油路: 液压缸5 右腔→ 换向阀4→ ( a 和c 图) 阀13

→ 背压阀14→ 油箱。 ( b 图) 直通→ 3) 第二次工作进给

第二次工作进给油路和第一次工作进给油路基本上是相同的, 所不同之处是当第一次工进终了时, 滑台上挡块压下行程开关, 发出电信号使阀9 电磁铁

3YA通电, 使其油路关闭, 此时液压油须通过阀11 和阀10进入液压缸左腔。回油路和第一次工作进给完全相同。因调速阀10 的通油面积比调速阀11 通流面积小, 故第二次工作进给的进给量由调速阀10 来决定。

4) 止挡块停留

滑台完成第二次工作进给后, 碰上止挡块即停下来。这里液压缸5 左腔的压力升高, 使压力继电器8动作, 发出电信号给时间继电器, 停留时间由时间继电器调定。设置止挡块可以提高滑台加工进给的位置精度。

5) 快速退回

滑台停留时间结束后, 时间继电器发出信号, 使电磁铁1YA、3YA 断电, 2YA 通电, 此时阀4 右位接入系统。因滑台返回时负载小, 系统压力低, 顺序阀13 复位, 变量泵2 输出流量又自动恢复到最大, 滑台快速退回, 其油路是:

进油路: 过滤器1→ 泵2→ 阀3→ 阀4→ 液压缸5右腔。 回油路: 液压缸5 左腔→ 阀7→阀4→油箱。 6) 原位停止

滑台快退到原位, 挡块压下原位行程开关, 发出信号, 使电磁铁2YA 断电, 至此全部电磁铁皆断电, 阀4处于中位, 液压缸两腔油路均被切断, 滑台原位停止。这时变量泵2 出口压力升高, 输出流量减到最小, 其输出功率接近于零。

由以上分析, 可见在图5( b) 、图5( c) 中采用常开式或复合式顺序阀取代已有系统图5( a) 中的单向阀12 和常闭式顺序阀13, 可完全实现同样的动作循环;且回路中的元件有所减少, 外油路连接也可简化, 可靠性应有增无减, 而造价也相应降低。

2．3变负载工况中的应用

顺序阀的基本功能是控制多个执行元件的顺序动作，根据具体功能的不同，分别称为顺序阀、背压阀、卸荷阀和平衡阀。如图5、图6 所示，是外控顺序阀和外控顺序阀做平衡阀使用的典型工况， 其作用是使立式液压缸的回油路保持

一定背压， 以防止运动部件在悬空停止期间因自重而自行下落， 或下行运动时因自重超速失控。然而，它做背压阀和平衡阀时，无论是使用内控顺序阀还是外控顺序阀， 在实际使用当中都存在或多或少的缺陷。

在图5 中，平衡回路中的顺序阀一方面是为了防止液压缸因自重超速，当无

杆腔压力达到设定压力时，顺序阀打开，重物下降。但顺序阀一旦打开，则无杆腔压力下降， 其压力不足以克服顺序阀的弹簧力而造成顺序阀在弹簧力作用下又关闭，重物下降停止。无杆腔压力再次升高打开顺序阀，重物又再次下降，形成一降一停的冲击现象。之所以出现这种现象，是因为在外控压力把顺序阀打开以后，有杆腔的背压消失，故出现“超速”现象。要解决上述问题，可以采用内控顺序阀当平衡阀使用（见图6）。这时，虽然有杆腔的背压是恒定的，可以解决上述的冲击现象， 但是当平

衡阀的设定压力调好以后其背压大小就无法改变，无论负载大小，在回路上总会产生Δp×q （Δp 为经过背压阀的压力损失，q为通过顺序阀的流量）的功率损失，使系统效率降低。

要解决上述矛盾， 既要在回路上产生一定的回油背压，使液压缸平稳运行，又希望在负载大的情况下减小背压或者使背压为零， 就需要使用结合内控和外控于一体、具有节能功能的内-外控顺序阀（见图7）。

如图7 所示，对于液压缸来说：

F+ppA2=pxA1，配合内-外控顺序阀的px-pp工作特性曲线（见图8）。

在液压缸确定以后， 液压缸无杆腔面积A1和有杆腔面积A2是确定的，在负

载F 增大的情况下外控压力px增大，内控压力pp相应减小。在负载最大的情况下，无杆腔作用力px×A1增到最大，用以推动负载，而有杆腔作用力pp×A2降到最低甚至为零，该环节能量损失pp×q 也降到最低甚至为零，使系统效率增到最大。在负载减小甚至是负负载的情况下，无杆腔作用力px×A1减小直至降到最低， 而有杆腔作用力pp×A2增到最大，使背压增到最大， 防止液压缸运动过程中出现的冲击和震动，达到最稳定的运动状态。

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汽车液压与汽车传动大作业

新型顺序阀及其应用

学 院（系）： 交通工程

专 业： 汽车服务工程 学 生 姓 名： 兰青 学 号： 1111507137

评 阅 教 师：

完 成 日 期： 2012.12.21

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