液控单向阀在液压回路中的正确使用

液控单向阀在液压回路中的正确使用
一、概述
液压系统中液控单向阀也叫“液压锁”，常应用在锁紧回路上，如液压汽车起重机的支腿回路，由于液控单向阀具有良好的闭锁能力、无渗漏、长时间保持液压缸锁紧定位等特点，近几年在登高平台消防车举升臂回路中得到应用。

液控单向阀选用在一些常用系统中均能满足设计要求。

但是我们在新产品开发过程中发现由液控单向阀引出的一些故障，故障产生的原因主要是液控单向阀使用不正确造成的，如液压回路中的液控单向阀打不开”锁”；液控单向阀构成的同步回路不能同步；液控单向阀控制的液压缸运动速度不稳定。

二、液控单向阀的组成及工作原理
液控单向阀分为单向液控单向阀和双向液控单向阀如图1，它们主要由控制活塞1、阀体2、阀心3、弹簧4组成。

当工作机构一个方向需要锁紧时选用单向液控单向阀；当工作机构两个方向都需要锁紧时选用双向液控单向阀。

液控单向阀的回位弹簧仅用于克服阀心的运动阻力以保证阀关闭时动作灵敏，作用力不需要很大，通常液控单向阀的开压力为0.4kg/cm2，刚度要尽量小，以保证阀开启后液流阻力较小。

同时推动控制活塞1并顶起右边的阀心3，回油B ′口与B 口连通。

液压油从B 口流向B ′口的工作原理与上述相同，这里不再叙述。

三、液控单向阀的开锁条件
我厂生产的CDQ22米登高平台消访车作业时，为了防止工作平台下沉支承折臂的液压缸无杆腔需要锁紧，作业平台升降过程中折臂液压缸有杆腔也需要锁紧。

为此分别分析液压缸的无杆腔与有杆腔的开锁条件。

1、液压缸无杆腔的开锁条件
如图2是折臂液压缸采用双向液控单向阀组成的锁紧回路工作原理图。

当换向阀换向到右位时，压力油P B 进入液压缸的有杆腔，在无杆腔没有开锁之前闭锁压力P ′A 进一步提高，根据液压缸活塞的力平衡式：
21F P R F P B A ⋅+=⋅'
整理得： ϕ
B A P F R P +='1 （1） 无杆腔的闭锁条件；P ′A =
1F R （2） 开锁条件：43F P F P A
B ⋅'〉⋅' （3） 将（1）式代入（3）得：
413F P F R F P B B ⋅'+⋅'）＞（
ϕ 化简得：143)1(F F F R P B ϕ
-〉' （4）式中：F 1—活塞无杆腔面积 其开锁的必要条件是： F 2—活塞有杆腔面积
ϕ
143＞F F 即：ϕ1＞d D φ—液压缸的速比 φ=21F F 其中： 234D F π
=；244d F π
= F 3—控制活塞有效作面积
F 4—锥阀有效作用面积
因此，液控单向阀开锁压力P B 与外载荷R 、液压缸的结构尺寸F 1、φ有关，还与阀的结构尺寸F 3、F 4有关。

阀的结构尺寸D/d 越大，开锁压力P B 越小。

2、液压缸有杆腔的开锁条件
当换向阀换向到左位时，压力油P A 进入液压缸的无杆腔，在有杆腔没有开锁之前闭锁压力P ′B 进一步提高，根据液压缸活塞的力平衡式：
21F P R F P B A ⋅'+=⋅
整理得： 2F R P P A B -
⋅='ϕ （5） 开锁条件：43F P F P B
A ⋅'〉⋅ （6） 将（5）式代入（6）得：
化简得：243)(F F F R
P A ϕ-〉
其开锁的必要条件是：
ϕ＞43F F 即ϕ＞d
D
结论：无论液压缸受压还是受拉，只要满足有杆腔的开锁条件就一定满足无杆腔的开启条件。

如果不满足有杆腔的开锁条件，无论开锁压力多高均不会开锁，采取简单的拆除单向阀阀心的办法，会带来整机的事故隐患。

四、液控单向阀构成的同步回路
图3是我厂为海军后勤部开发的高低空起重工程车折臂双液压缸同步液压回路原理图。

从图3a中可以看出当电液换向阀通电位于左位时，压力油P经电液换向阀5、单向节流阀4、打开平衡阀3同时进入两个液控单向阀2，压力油P同时顶开两个双向液控单向阀的阀心进入两个折臂液压缸无缸腔，实现液压缸同步伸出。

有杆腔的回油经液控单向阀、单向节流阀、电液换向阀回油箱。

当电液换向阀通电位于右位时，压力油P进入液压缸有缸腔，使折臂液压缸同步缩回。

在用户使用过程中发现折臂液压缸铰点多台开焊，产生这种现象主要原因是由于结构件在制造过程中存在加工误差，使两个液压缸伸缩过程中受力不均，引起液控
个折臂液压缸，液压缸基本实现速度同步。

改进后再没有发现铰点开焊现象。

五、液控单向阀组成锁紧回路换向阀中位机能的选择
现有各种工程机械的液控单向阀组成的回路中，有些采用了M型机能的换向阀当换向阀阀处于中位时，液压泵泄荷，液控单向阀的控制油路关闭。

由于液控单向阀的控制油换向阀封住控制口不能迅速泄压，所以单向阀不能立即关闭，直到控制压力油径换向阀内泄或其它原因失压后，单向阀才关闭。

从换向阀换向到中位至负载停止运动，需要滞后一
段时间，这就大大降低了液控单向阀的定位精度。

要想提高定位精度换向阀的正确机能应为H型或Y型。

当换向阀处于中为时，两个负载口都接油箱，使液控单向阀立即关闭，活塞及负载迅速停止运动，从而提高回路的定位精度。

如图4
六、液控单向阀组成平衡回路速度稳定性的控制
图4所示回路能从很高精度控制负载位置，但负载在下降过程中的速度稳定性极差。

当换向阀处于左位时，压力油进入液压缸上腔；压力达到液控单向阀开启压力时，单向阀开启，此时液压缸下腔没有压力。

因此，负载在自重的作用下将快速下降。

当液压泵供油量不足以补充液压缸上腔所形成的空间时，上腔油路中的压力就会急剧下降；当压力低于液控单向阀的最低控制压力时，单向阀关闭，负载立即停止运动。

液压泵继续向液压缸供油，使其上腔油路压力回升；当压力回升到液控单向阀的开启压力后，单向阀再次打开，负载又快速下降，继续重复上述过程，负载在下降过程中，液控单向阀时开时闭，导致负载时动时停，下降速度仍不稳定，且产生震动和噪声。

为了克服负载下降过程中的速度不稳定现象，可在液压缸下腔油路中设置一个单向节流阀，构成图5所式的平衡回路，适当调节节流阀的开度，可保证负载下降过程中，液压缸上腔油路中始终存在一个能使液控单向阀处于开启状态的压力，使液控单向阀保持开启状态，从而使负载平衡下降。

在实际应用中，应保证负载运动速度平稳的前提下，把节流阀得开度调到最大，这样不但保证负载运动速度的稳定性，而且又可
参考文献
1.官忠范主编《液压传动系统》机械工业出版社。

2.顾迪民主编《工程起重机》中国建筑工业出版社。

3.吉林工业大学主编《工程机械液压与液力传动》机械工业出版社。

目录
一、概述 (1)
二、液控单向阀的组成及工作原理 (1)
1、单向液控单向阀的工作原理 (1)
2、双向液控单向阀的工作原理 (1)
三、液控单向阀的开锁条件 (2)
1、液压缸无杆腔的开锁条件 (2)
2、液压缸有杆腔的开锁条件 (3)
四、液控单向阀构成的同步回路 (4)
五、液控单向阀组成锁紧回路换向阀中位机能的选择 (4)
六、液控单向阀组成平衡回路速度稳定性的控制 (5)
液控单向阀
液压回路中的正确使用
锦州重型机械股份有限公司
技术中心：郭军
二○○三年五月二十八。