液压差动回路的设计缺陷

　　液压差动回路是指在液压系统中当负载使用差动液压缸时利用回路的组合, 使差动液压缸的有杆腔和无杆腔连通, 将有杆腔的流量引入无杆腔,增加杆腔进油的流量, 达到提高液压缸运动速度的目的。根据液压回路不同的负载特点, 在回路的设计时有多种差动回路的选择: 1、使用差动阀来构成差动回路; 2、增加差动回路, 用电磁阀控制差动回路的通断以实现差动回路。

　　虽然差动回路具有构成简单, 系统流量分配合理, 但在实际应用中如果在设计阶段考虑不周, 会留下设计缺陷导致差动回路无法正常使用。

　　1 负载特性的考虑不足。

　　液压差动回路的简图如图 1。

　　图中: 液压缸无杆腔面积和体积为 S₁、V₁, 有杆腔的面积和体积分别是 S₂、V₂, 油源压力和流量为p、q, 差动回路的结合点为 D。

　　差动回路的计算公式如下: 假设液压缸以一个恒定速度 v 前进, 由活塞杆侧进入活塞侧的流量 q₁为:

　　q₁=v(S₁- S₂) 　　(1)

　　须从系统补充的流量 q₂为:

　　q₂=vS₂(2)

　　进入无杆腔的流量为:

　　q=q₁+q₂(3)

　　如果系统可以提供流量 q₂为已知, 则液压缸可达到的最大速度 v 的计算公式为

　　液压缸的输出力为:

　　F=p(S₁- S₂) 　　(5)

　　从上式可以看出, 如果液压缸的无杆腔和有杆腔的面积差越大, 液压缸的增速作用 v 就越小, 液压缸的输出力 F 就越大; 如果面积差越小, 液压缸的增速作用 v 就越大, 液压缸的输出力 F 就越小。往往当我们利用差动回路使液压缸增速时容易忽视由于输出力 F 减小带来的副作用。

　　设计缺陷实例一: 某水压机增压液压系统, 使用增压油缸将水压提高到钢管的试验压力, 增压缸的活塞直径φ500mm, 活塞杆径φ260mm, 增压水压压力达 80～100 MPa。在液压系统中使用了差动回路, 系统原理图如图 2 所示。

　　已知液压缸活塞直径为φ500mm, S₁=1962.5cm2活塞杆直径为φ260mm, S₂=530.7cm²

　　两者面积之比为

　　如果活塞杆侧的压力达到 80 MPa, 则活塞的压力达到

　　如果活塞杆侧的压力达到 100 MPa, 则活塞的压力达到

　　如果液压缸不使用差动回路, 系统压力达到22～28 MPa 能满足系统正常工作的需要( 在速度上要比设计值低很多)。但在该例中由于使用了差动回路( 欲提高液压缸的运动速度), 根据上述公式(2)致使液压缸的驱动力 F 下降了 3.69 倍, 使系统不能正常投入使用。