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1、Hydraulics Pneumatics application; fault obviation 0前言液控单向阀是一种反向开启可控的单向阀， 这类阀在冶金设备中应用较为广泛， 由于其结构与原理的特殊性， 生产现场因液控单向阀使用不当导致的故障经常发生。1液控单向阀结构与工作原理液控单向阀结构如图1所示。 当控制油口不通压力油时，油液只能从PAPB；当控制油口通压力油时，正、反向的油液均可自由通过。 当油液反向流动时，阀芯的受力平衡表达式为：pKAK-pAAK-FKM=pBA-pAA=Fs+Fs+W(1)式中pK控制油压力，单位为N；pA反向出油腔油液压力，单位为N； pB反向进油腔油液压
2、力，单位为N；FKM控制活塞摩擦阻力，单位为N； FM锥阀芯总摩擦阻力，单位为N； Fs弹簧作用力，单位为N；W阀芯重量，单位为N； AK控制活塞面积，单位为m2；A阀座口面积，单位为m2。当略去控制活塞和锥阀芯的摩擦阻力时， 则控制油压力为： pK=(pB-pA)A+Fs+W/AK+pA(2)收稿日期：2009-03-03作者简介：卜焰山（1983-），男，广东工业大学机电工程学院硕士研究生。65液压气动与密封/2009 年第 4 期该值是保证油液反向流动的控制油压力。 若阀口关闭，油液反向流动停止，则出油腔压力pA=0。根据控制活塞上腔的泄油方式不同分为内泄式和外泄式。 内泄式也就是图1所
3、示的简式液控单向阀。 外泄式液控单向阀如图2所示， 这种外泄式液控单向阀反向出油腔压力pA只作用在控制活塞的上端， 与图1结构相比，作用面积要小得多，同时，反向出油腔压力油和控制压力油泄漏到控制活塞上下段之间的容腔内，可通过外泄口直接引到阀体外，以避免由于泄漏油的聚积影响控制活塞的向上运动， 故称为外泄式液控单向阀。 复式结构液控单向阀如图3所示，单向阀芯内装有卸载小阀芯。 控制活塞上行时先顶开小阀芯使主油路卸压，再顶开单向阀阀芯，其控制压力仅为工作压力的4.5%， 没有卸载小阀芯的液控单向阀的控制压力为工作压力的40%50%。图1简式液控单向阀图2外泄式液控单向阀图3复式液控单向阀2液控单向
4、阀的应用液控单向阀因泄漏量少、闭锁性能好、工作可靠而广泛运用在冶金液压系统中， 如炼铁厂泥炮回转液压装置、 电炉电极升降回路、 电炉料篮车悬挂液压回路等，轧机与卷取机液压系统更是大量使用液控单向阀，如图4所示为液控单向阀在某轧机活套液压回路的应用。图4液压活套系统液控单向阀具体应用场合如下：(1)保持压力。滑阀式换向阀都有间隙泄漏现象， 只能短时间保压。 当有保压要求时，可在油路上加一个液控单向阀，利用锥阀关闭的严密性，使油路长时间保压。(2)液压缸的“支承”。在立式液压缸中，由于滑阀和管的泄漏，在活塞和活塞杆的重力下，可能引起活塞和活塞杆下滑。 将液控单向阀接于液压缸下腔的油路， 则可防止液
5、压缸活塞和滑块等活动部分下滑。(3)实现液压缸锁紧。当换向阀处于中位时，两个液控单向阀关闭，可严密封闭液压缸两腔的油液， 这时活塞就不能因外力作用而产生移动。(4)大流量排油。液压缸两腔的有效工作面积相差很大。 在活塞退回时，液压缸右腔排油量骤然增大，此时若采用小流量的滑阀，会产生节流作用，限制活塞的后退速度；若加设液控单向阀，在液压缸活塞后退时，控制压力油将液控单向阀打开，便可以顺利地将右腔油液排出。(5)作充油阀。立式液压缸的活塞在高速下降过程中， 因高压油和自重的作用，致使下降迅速，产生吸空和负压，必须增设补油装置。 液控单向阀作为充油阀使用，以完成补油功能。(6)组合成换向阀。在设计液
6、压回路时， 有时可将液控单向阀组合成换向阀使用。 例如：用两个液控单向阀和一个单向阀并联（单向阀居中），则相当于一个三位三通换向阀的换向回路。需要指出，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。66Hydraulics Pneumatics & Seals/No.4.2009 3液控单向阀使用注意事项现场实践证明， 液控单向阀在使用维修过程中容易出现问题，以下是注意事项。(1)必须保证液控单向阀有足够的控制压力，绝对不允许控制压力失压。 应注意控制压力是否满足反向开启的要求。 如果液控单向阀的控制引自主系统时，则要分析主系统压力的变化对控制油路压力的
7、影响，以免出现液控单向阀的误动作。(2)根据液控单向阀在液压系统中的位置或反向出油腔后的液流阻力（背压）大小，合理选择液控单向阀的结构（简式或复式）及泄油方式（内泄或外泄）。 对于内泄式液控单向阀来说， 当反向油出口压力超过一定值时，液控部分将失去控制作用，故内泄式液控单向阀一般用于反向出油腔无背压或背压较小的场合；而外泄式液控单向阀可用于反向出油腔背压较高的场合，以降低最小的控制压力，节省控制功率。 如图5所示系统若采用内卸式， 则柱塞缸将断续下降发出振动和噪声。图5液控单向阀用于反向出油腔背压较高的场合图当反向进油腔压力较高时， 则用带卸荷阀芯的液控单向阀， 此时控制油压力降低为原来的几分
8、之一至几十分之一。 如果选用了外泄式液控单向阀，应注意将外泄口单独接至油箱如图6所示。 另外，液压缸无杆腔与有杆腔之比不能太大， 否则会造成液控单向阀打不开。 如图7所示，液压缸上下腔作用面积之比大于液控单向阀的控制腔和单向阀芯的上作用面积之比， 若液压缸的上下腔作用面积比为4:1，而液控单向阀控制活塞的作用面积与单向阀芯上部作用面积之比一般为（2.63.5）:1，则液控单向阀将永远不能打开。这时，液压缸将如同一个增压器一样，液压缸下腔严重增压，其压力为相应工作压力的数倍，以致造成事故。 因此一般工业用液压缸有杆腔作用面积与无杆腔作用面积之比通常取3:79:10。图6外泄式液控单向阀的应用图图
9、7液压缸单面锁紧回路(3)用两个液控单向阀或一个双液控单向阀实现液压缸锁紧的液压系统中， 应注意选用Y型或H型中位机能的换向阀，以保证中位时液控单向阀控制口的压力能立即释放，单向阀立即关闭，活塞停止。 假如采用O型或M型机能，在换向阀换至中位时，由于液控单向阀的控制腔压力油被闭死，液控单向阀的控制油路仍存在压力，使液控单向阀仍处于开启状态。 而不能使其立即关闭，活塞也就不能立即停止，产生窜动现象。直至由换向阀的内泄漏使控制腔泄压后， 液控单向阀才能关闭，影响其锁紧精度。 但选用H型中位机能应非常慎重，因为当液压泵大流量流经排油管时，若遇到排油管道细长或局部阻塞或其他原因而引起局部摩擦阻力（如装
10、有低压滤油器或管接头多等）， 可能使控制活塞所受的控制压力较高，致使液控单向阀无法关闭而使液压缸发生误动作。Y型中位机能就不会形成这种结果。(4)工作时的流量应与阀的额定流量相匹配。 (5)安装时，不要搞混主油口、控制油口和泄油口，并认清主油口的正、反方向，以免影响液压系统的正常工作。(6)带有卸荷阀芯的液控单向阀只适用于反向油流是一个封闭容腔的情况，如液压缸的一个腔或蓄能器等。 这个封闭容腔的压力只需释放很少的一点流量，即可将压力卸掉。 反向油流一般不与一个连续供油的液压源相通。 这是因为卸荷阀芯打开时通流面积很小，67液压气动与密封/2009 年第 4 期油速很高， 压力损失很大， 再加上
11、这时液压源不断供油，将会导致反向压力降不下来，需要很大的液控压力才能使液控单向阀主阀芯打开。 如果这时控制管道的油压较小，就会出现打不开液控单向阀的故障。(7)如图8所示系统液控单向阀不能单独用于平衡回路，否则活塞下降时，由于运动部件的自重使活塞的下降速度超过了由进油量设定的速度， 致使缸6上腔出现真空，液控单向阀4的控制油压过低，单向阀关闭，活塞运动停止，直至液压缸上腔压力重新建立起来后，单向阀又被打开，活塞又开始下降。 如此重复即产生爬行或抖动现象，出现振动和噪声。 在无杆腔油口与液控单向阀4之间串联一单向节流阀5，系统构成了回油节流调速回路。 这样既不致因活塞的自重而下降过速，又保证了油
12、路有足够的压力，使液控单向阀4保持开启状态，活塞平稳下降。换向阀3应采用H或Y型机能，若采用M型机能（或O型机能），则由于液控单向阀控制油不能得到及时卸压，将回路锁紧，使工作机构出现停位不准，产生窜动现象。图8平衡回路1-液压泵2-溢流阀3-换向阀4-液控单向阀5-单向节流阀6-液压缸4液控单向阀常见故障及诊断与排除液控单向阀的常见故障及诊断排除方法如表1所示。表1液控单向阀常见故障及诊断与排除方法5结论理解液控单向阀结构与工作原理、 故障规律及维护知识，掌握正确的使用方法，对改善液压系统、减少事故产生、提高维护液压系统效率有重要意义。参考文献1黄志坚.图解液压系统元件使用与维修M.北京:中国电力出版社,2008.2陆望龙.实用液压机械故障排除与修理大全M.长沙:湖南科学技术出版社,2002.3路甬祥.液压气动技术手册M.北京:机械工业出版社,2001.4雷天觉.新编液压工程手册M.北京:机械工业出版社,1996.5王积伟,章宏甲,黄谊.液压与气压传动M.北京:机械工业出版社,2006:290.6林建亚.液压元件M.北京:机械工业出版社,1990.7宋海林.液控单向阀的结构特点及其正确使用J.通用机械,2003(1):46-48.68
