一种新型液压保护装置的卸荷规律研究

　　0 引言

　　目前用于机械压力机的超载保护装置种类很多,按工作性质可以分为两大类别,其中一类是限制滑块上的作用力,另一类是限制传动系统的扭矩[1]。从通用机械压力机的实际使用情况看,由于滑块上受到的作用力过大而造成的设备损坏,一般发生在滑块接近下死点位置,扭矩超载的概率较小,因此机械压力机一般采用限制滑块上作用力的超载保护装置,最常见的为行程调节型液压保护装置。本文将介绍一种具有先导阀结构的、能够根据预压力调整卸载压力的、柱塞式行程调节液压保护装置的结构和工作原理,并分析其卸载过程中阀腔、阀芯等结构参数对液压系统的影响,并根据液压流体力学理论建立了卸荷过程的数学模型。

　　1 液压保护装置的结构和工作原理

　　图1所示是一种新型液压超载保护装置的机构示意图。该装置由两大部分组成:主卸荷阀和先导阀。主卸荷阀由主缸体1、主活塞2、单向阀3、复位弹簧4、活动密封块5组成,图示为工作前初始位置。先导阀由阀套6、先导阀芯7和进油单向阀8组成。先导阀芯的结构比较特殊,它的底部装有进油单向阀,先导阀芯上部与端盖接触处小孔出口面积与下部底面面积之比是1B16,这样就可以保证腔内压力达到预压力的16倍时,先导阀芯动作,即卸荷压力为预压力的16倍。准确地控制超载力是该装置的主要特点之一。同时考虑了快速打开结构,阀芯动作后,上部受压面迅速增大,阀芯加速向下运动。

　　该装置的工作原理[2]是:压力油通过先导阀阀芯底部的进油单向阀进入主卸荷阀及先导阀阀腔,使主卸荷阀活塞下部形成了具有一定压力的液压垫。此时主缸油压、活动密封块上腔压力均为预压值,由于活动密封块的上压力面面积大于下压力面面积,所以主活塞和活动密封块之间存在着一个较大的接触压力,而且压力值随油压增大而增大,这样可以在两接触端面之间得到有效的密封。先导阀芯上部开有环型阻尼槽,使上腔与大气相通,这样阀芯动作前上腔压力始终保持为大气压。

　　工作时液压垫油压开始升高,当油压强达到预压力的16倍(相当于超载压力)时,先导阀芯的静态平衡被破坏,开始向下加速运动,同时先导阀上腔压力迅速升高,在极短的时间内,使主缸体和先导阀之间的上腔通道打开,下腔通道关闭,由于上腔通道与大气相通,所以活动密封块的上腔压力迅速降低,活动密封块与主活塞之间的密封被破坏,活动密封块向上运动,主活塞加速向下运动,两者之间的距离不断增大,使主缸油压在极短的时间内降为零,从而实现对设备的超载保护作用。

　　冲击过程完成后,主活塞在复位弹簧的作用下回升,液压油通过主活塞内的单向阀流入活塞下腔,形成液压垫。再次冲击前,油泵启动,液压垫压强迅速升高,补油时间大大缩短。该装置采用先导阀芯进行压力比例转换,以较小的预压力实现较大的卸荷力,主卸荷阀采端面密封,以保证超载后较大面积的卸荷,缩短卸荷时间,液压垫自动恢复,补油时间短。