机械振动对液压锁可靠性的影响

　　图1所示为液控单向阀结构和工作原理图,当控制口K无控制压力信号时,其工作原理与普通单向阀相同。油液从A口流入,克服弹簧力和阀芯重力,推开阀芯,从B口流出,阀导通;当油液由B流向A时,阀芯在弹簧力和重力的作用下紧压在阀座上,阀不导通,但如果此时控制口通入压力油,控制柱塞在压力油的作用下上移,推开阀芯,则油液可以从B口流入,从A口流出。

　　如果只从液控单向阀本身的结构看,在其正向安装(重力对单向阀的锁紧起加强作用)和控制口无控制压力时,即使进出油口压力相等,单向阀也会在弹簧力和重力的作用下,将进出油口切断,起锁紧作用。但是,如果将单向阀安装到设备上,这种平衡就可能被破坏。由于设备工作时的机械振动不可避免,液控单向阀又固联在设备上,阀体也会随着设备一起振动,这时要保证单向阀可靠锁紧,则阀芯和阀体在加速度上必须满足下式:

　　α_单向阀≥α_阀体

　　忽略摩擦力、重力和液动力等因素,对阀芯列力平衡方程可得:

　　Δp×A+FS= Mα_单向阀

　　式中　Δp———加在阀两端由B到A的压差

　　A———阀芯的有效作用面积

　　FS———弹簧的预压缩力

　　M———阀芯质量

　　从而:

　　假定设备在单向阀处振动规律为:

　　S = Rcos(ωt+φ)

　　式中　S———阀体振动的位移

　　R———阀体的最大振幅

　　ω———阀体的振动频率

　　则:α阀体= Aω2

　　所以:

　　其中,FS/A等于液控单向阀的正向开启压力,一般为0·04MPa。

　　显然,要保证液控单向阀可靠锁紧,所需由B到A的最小压差与单向阀处设备机械振动的振幅、频率以及阀芯的质量和有效作用面积有关,而阀芯的质量和有效作用面积以及单向阀的开启压力对已成产品的单向阀为一常数。这时单向阀的锁紧状态,主要由设备在液控单向阀处的振幅和振动频率来确定,频率越高,液控单向阀所需反向压差就越大。因此,在单向阀作为液压锁使用的时候,为保证其可靠锁紧,必须使单向阀两端有足够的反向压差。从实际情况来看,对于系统压力高于5 MPa以上的液压系统,只要液控单向阀处于锁紧状态时,液压锁的出口到油箱的管路保持畅通,一般没有问题。但如果其出口存在或者保持较高的压力,则很可能会因为两端反向压差过小而出现锁不住的情况。

　　在图2a、2b所示的两种液压系统中,很容易出现液压锁锁不住的现象(这两种回路在许多资料甚至是专业网站上仍到处可见)。在图2a中,换向元件选择了具有保压作用的O型中位机能电磁换向阀,这样,当单向阀处于锁紧状态时,其控制口和A口在一定的时间内仍维持较高的压力。一方面,由于控制口压力不能立即消失,从而导致阀芯不能及时归位关闭出现锁不住的现象,但这种情况在没有机械振动的影响下,会随着换向阀泄漏量的增加逐渐消失;另一方面,由于A口存在高压,使得阀芯两端反向压差过小,这样在设备机械振动的影响下,单向阀阀口会不断处于开合状态,而这种开合状态又使单向阀的A口一直处于高压状态,从而出现持续锁不住的现象。在图2b所示液压系统中,顺序阀给单向阀的A口也设置了高压,同样也会出现锁不住的现象,并且由于顺序阀的内泄漏比换向阀的小,该回路锁不住的现象更容易出现。