高性能电液比例方向控制阀

怕怕

摘  要：流体传动与控制技术是现代机械工程的基本技术构成，也是现代控制工程的基本技术要素，由于其本身独特的技术优势，使得它在现代农业、工业、航天制造与军事国防工程等领域中获得了广泛应用，而液压缸的行走控制更是液压技术中最基本的问题，自然是广大工程技术人员所关心的和需要掌握的技术知识。本文主要通过离心球墨铸铁管机液压油缸行走控制系统出现的设备故障率高、浇注行走不稳定等问题进行了总结，并提出了一套改造方案。
关键词：流体传动与控制技术  液压缸  高性能电液比例方向节流阀  电液比例阀

文章主要从以下几个方面对高性能电液比例方向节流阀的应用，通过分析原有液压控制系统的弊端，论证了改造的必要性，对普通电液比例阀与高性能电液比例方向节流阀在理论上、实践上作了详细分析，焦点是后者的工作原理。文章对整个改造过程作了简单阐述，最后对此次的液压控制系统的成功改造作了总结与建议。
1、改造的目的和意义
液压缸作为液压系统中重要基本部件，其行走动作与控制精度是目前液压技术中最根本、最重要的问题。液压缸是机器设备动作的执行元件，在工艺性要求很高的离心铸造行业中，其动作的准确性，行走精度的要求比较严格，对产品质量的保证起重要作用。早期的液压控制阀件已不能满足当今工业发展的要求，新型、先进的液压控制阀的研制成为热门课题。目前一批工艺性能好、控制精度高的阀件被迅速推广使用，而且已得到广泛好评，并取得了巨大的经济效益，这也为提高国内产品质量，提高国际竞争力做出了巨大贡献。
2、采用高性能液压比例阀与普通比例阀相比具有很大优越性
<1>其阀芯、阀套采用伺服阀加工精度，精度高，从而实现精确控制。
<2>抗干扰、抗污染能力强，对工作环境要求低，这也符合铸造行业环境恶劣的情况。
<3>技术指标达到优良水平，超过普通比例阀。
3、国内当前铸造行业中，离心机液压系统的发展状况
对于离心球墨铸管机所用的液压系统基本上可分为三大类：一类是早期的伺服阀控制系统；另一类是电液伺服阀；第三类是比例阀。目前正大力推广使用高性能电液比例方向阀，其中以BOSCH公司产品为代表，发展趋势是工艺性能更好，精度更高，满足了工业生产日益发展的需要。
由于离心铸造工艺要求液压缸行走要准确、平稳、动作灵敏，而且还得满足当今工业化生产的要求，应具有较强的抗干扰、抗污染、抗腐蚀能力强、故障率小的优点，通过分析两种不同液压阀的工作原理及其性能特点，做出正确、合理的选择，这也体现了经济学中优化匹配取得最佳经济效益的原则。
4、普通电液比例阀与高性能电液比例方向阀的性能特点
4.1普通电液比例阀的性能特点：现以原系统中所用的电液比例二通插装阀（先导级）为例，它是由一个三位三通电液比例先导阀、插装阀芯、阀盖、位移传感器等元件组成，利用位移传感器检测插装阀阀芯的位移，构成位移闭环控制（见插图一），可以无级调节插装阀阀芯的位移，从而调节A与B间的压差。显然，要控制一个容腔的压力需要二个阀来进行，这样的系统不稳定，在实际生产中便常出现故障，动作不稳定，反应迟钝，而且抗干扰、抗污能力差。
4.2高性能电液比例阀的性能特点：此次改造使用的是高性能电液比例方向阀，与带位移传感器的三位四通阀作为主阀的二级阀，主阀及先导阀芯位移信号均反馈到放大器，构成二级位移闭环控制，其原理如插图二（a、b、c图）。先导阀为四位四通Y型功能直动式高性能电液比例阀（阀的结构原理见插图二a、b），它采用单电磁铁驱动，用位移传感器检测阀芯的位移，构成阀芯位置的闭环控制，这与普通位移电反馈直动式电液比例阀相比，在结构上有所不同。它采用了阀芯、阀套结构，有利于提高阀口的配合精度，达到零开口；而普通位移电反馈直动式比例阀中没有阀套，阀芯直接与阀体相配，不易获得较高的配合精度，从而很难实现零开口。值得指出的是这种高性能电液比例方向阀还有一个普通伺服阀所不易实现的附加特性是，当阀的电流失效（或断电）情况下，由于弹簧的作用能使阀芯处于一个确定的位置，从而使其四个通口具有固定的断通形式。（如插图二c图）
                                        图二
从以上两种阀的结构原理及性能可判断出高性能液压比例方向阀在加工工艺上，采用伺服阀的加工精度，动态性能优良、安全可靠性高、抗干扰、抗污能力强，可在恶劣环境下工作，因此采用高性能电液比例方向阀，更能取得较好的经济效益。
根据以下工作需要对阀进行选型
1）油泵供油压力——15MPa
2）油泵电机功率——10KW
3）液压缸活塞面积无杆侧——70650cm2
                有杆侧——39250cm2
4）油缸有效行程——6300mm
5）油泵最大流量——320L/min
根据以上参数和阀座联接形式及工作性能，通过计算、查手册及参考制造厂家样本来进行选阀。本次改造选用了BOSCH公司的产品，因阀是根据阀座进行选型，阀购进后将阀体固定于阀座上进行紧固，然后根据要求对液压管路进行了改装—将以前的管路进行拆除，按要求重新安装管路，并对新装管路进行酸洗清洗，确定安装工作完成后进行调试，并对系统的安全性、可靠性、稳定性进行了验收。（液压原理图如插图三）

图 三
目前该改造系统已投入使用，在生产中运行稳定可靠，已得到了生产车间广大职工的广泛认可。据统计，产品质量由原来的78%，提高到目前的98.6%，产量提高尤为显著，为原来的1.7，为公司获得了巨大的经济效益。另外，从此次改造中还发现，任何设备出现了故障，都有其原因，应善于去思考，找其症结，并努力去加以解决。


参考文献
1）路甬祥主编《液压气动技术手册》
2）雷天觉主编《液压工程手册》
3）BOSCH（博世）公司《液压技术和应用》上海代表处1997