液压差动回路分析与应用

总结了差动液压系统回路的特点，根据工作流程介绍了分析方法，论述了其具体应用情况，最后提出了使用与维修时的注意事项。同行借鉴本文研究有助于提高生产加工效率。

关键词：液压缸；差动连接；差动回路；冲压机

中图分类号：G460.45 文献标识码： A 文章编号： 2095-8412 （2016） 04-715-03

工业技术创新 URL： http： // DOI： 10.14103/j.issn.2095-8412.2016.04.035

Abstract： Hydraulic pressure differential circuit plays an important role in heavy machinery field. This paper analyzes differential hydraulic circuit and mechanical equipment differential hydraulic system； summarizes characteristics of hydraulic pressure differential circuit； introduces analytical methods according to standard work flow and states their specific application situation； and finally puts forward matters needing attention in the process of operation and maintenance. The research of this paper will help peers to improve the efficiency of production and processing.

Key words： Hydraulic Cylinder； Pressure Differential Connection； Pressure Differential Circuit； Punch

引言

液压差动主要应用于重型机械中，在执行元件（或设备）运动过程中，可以使其运行速度相对增快，在压力作用下完成快进过程。在冲压机中利用液压差动连接相关设备，可以完成快速下行运动。

1 差动回路特点

液压差动运动靠差动回路工作，其原理是利用液压缸的作用面积差，使有杆腔的回油回到无杆腔，在不使用双泵供油和大流量泵及各种辅助元件的情况下，使执行元件速度相对加快，从而保证正常流量下实现高速度。

当泵供油同时进入液压缸大腔和小腔时，在不计两腔连通油路的压力损失，如图1所示，大小两腔的油液压力必然相等[1]。但因为活塞两腔内承受压力的有效面积不等，大腔侧有效面积大于小腔侧，活塞同时受到大腔给向右的作用力大于小腔给其向左的作用力，活塞自然向右运动，同时小腔的油液流出并流进大腔，由于从小腔流出的油液与泵输送来的油液共同流入大腔，于是流入大腔的流量增多，同时也可以看成是同样压力下有效面积减小，加快活塞的伸出速度，所以即使使用正常流量油泵，也能实现执行元件液压缸的快速进给工况。单杆液压缸两腔同时通入压力油这种油路连接的方式称为差动连接。

差动连接状态下，小腔排出流量

q=A2V （1）

其中，V为流速， A2为小腔截面面积。

进入大腔后，则有

A1V=q+A2V （2）

其中，A1为大腔截面面积，且活塞杆的伸出速度V可表示为

（3）

若要使活塞的往返速度相等，即v2=v3，则

得出作用力为：

（4）

由此可知，差动回路是从无杆腔进油，使有杆腔的油回到无杆腔。差动连接的回路实质有效作用的面积是大腔和小腔的面积差，即活塞杆的横截面积。当然与正常工进的情況下相比，在输入油液压力和流量相同的情况下，利用大腔和小腔的面积的差，产生压力F差，从而驱动液压缸伸出活塞杆伸出速度较大而推力较小[2]。因为有杆腔的油回到了无杆腔，所以液压缸能以较快速度动作，实现小流量高速度。

2 差动回路的应用——以冲压机为例

实际应用中，液压系统的执行元件的换向是通过控制阀来改变单杆缸的油路连接，通过改变换向阀的阀芯位置，从而改变油路的联通方式，改变是执行元件的运行方向，使其有不同的工作方式，最终获得快进（差动连接）→工进（大腔进油）→快退（小腔进油）的工作循环。差动连接实现在不增加液压泵流量的前提下，完成快进的最有效办法，它被广泛应用于组合机床的液压动力滑台和各类专用机床中。

某引进冲压机差动液压回路如图2所示。冲压的差动快速运动到离冲压件距离最大10 mm处结束，冲压的工进进给运动，冲件保压过程和回程快退运动。

冲压缸快速差动下行原理：电磁铁1YA的电，液压油经换向阀3进入冲压缸大腔，冲压缸小腔的油经电磁铁2YA带电，换向阀5也进入冲压缸1大腔。

冲压缸工进冲压原理：冲压缸接触到工件瞬间，系统压力升高，使电磁铁2YA失电，冲压缸非差动右行。此时冲压缸产生大的冲压力，完成对工件的冲压。

冲压缸返回原理：1YA失电，液压油经换向阀3右位进入油路，经节流阀中单向阀，同时电磁铁2YA得电，经换向阀右位进入冲压缸1小腔，推动冲压缸返回，冲压缸1大腔的油经换向阀2回油箱。

此系统的优点是结构简单、紧凑，既能快速运行，又能提供大的冲压力，能适合快速冲压的要求。

3 差动回路使用维护注意事项

1）差动连接必须实现单活塞杆液压缸往复速度相等的要求[3]，活塞杆直径d需满足

（5）

其中，D为活塞直径；

2）差动回路液压管的管径和控制阀的通径的过流量，必须是液压泵的流量加上有桿侧的流量之和；

3）通过负载力加上有杆侧的反作用力是油缸的输出推力来确定系统工作压力；

4）使用差动缸时要注意活塞杆的直径不能太小，尤其是系统压力较低时，否则油缸会在摩擦力与负载的作用下不能运动。这是因为差动时液压缸的推力取决于活塞杆的直径大小；

5）保压阀使用外泄式较好。若使用内泄式，在回油背压大的情况下，油无法完全封住[4]；

6）差动回路能量损失比较大，容易产生噪音和发热。差动的冲击很厉害，调整要注意避免动作切换过程过速。

4 差动回路常见故障原因分析及排除方法

执行元件液压缸一旦发生故障会引起动作运行不良，不能实现预定的速度和推力，缓冲效果不佳，液压油泄漏等现象[5]。

1）液压缸动作不灵

主要现象是液压缸带动的执行元件出现爬行、颤斗，液压油管脉动大。分析可能造成这种现象的原因：液压缸内部压力变小，与外界形成压差，空气被压入缸内；系统中的管接头、阀等处密封不良；液压缸在制造和修配过程中，尺寸公差、形状偏差和配合间隙未达到要求；油箱中油面过低，液压泵吸入空气；过滤器容量不够或赃物较多；油箱的进出油管之间距离不够。

排除方法： 使液压缸在空载或轻载状态下，进行大行程往复运动，直至排净空气[6]。如果液压缸设有排气装置，可打开排气阀螺钉排出油液中的气体，此外，导致空气混入液压缸的损坏元件应及时更换或修复。

2）液压缸外泄漏

主要现象是活塞杆端面、管接头、缸盖接合面处漏油。分析可能造成这种现象的原因：液压缸进油口周围环境温度太高或阻力太大而引起液压油温度过高，粘性降低；活塞杆损伤活塞杆的密封圈老化破损；所选择的液压油粘性过低；缸盖接合面、管接头、胶圈破损。

排除方法：若是活塞杆出现损伤，采用更换新活塞杆或镀铬修复。应进行更换活塞杆缸盖接合面、胶圈和管接头。

3）液压缸内泄漏

主要现象是运行速度慢，液压缸推力不足，无法保证液压缸处于最高额定压力下工作。分析可能造成这种现象的原因是：缸筒内壁纵向拉伤较深；活塞上密封圈安装时扭曲、龟裂或老化。

排除方法：液压缸不保压是液压缸内泄漏影响最大的因素，并且故障分析排除不像其他现象那样直观，由于液压泵的泄漏、控制阀件或系统安全溢流阀、分流阀调节不合适都会产生相似液压缸内泄漏的故障现象。所以在液压缸维修之前，应查询液压缸工况情况，也包括工作压力、活塞全行程时间等工作记录资料，了解其现象是偶发性还是渐变性不保压，并与标准值或工作记录相对比，一经确认为有液压缸内泄漏发生，就应该进行解体液压缸，各种密封圈更换。

此外，还应该注意回路中噪声、发热，液压阀被卡住等现象。

5 结论与展望

在冲压机中应用液压差动回路，完成了下行无外负载情况下的快速运动，提高了生产加工效率。

但还存在一些不足，如能量损失大、泄漏严重等问题，还有待于改进和提高。

参考文献

赵学清.液压与气动[M].哈尔滨工程大学出版社，2008.

黄志坚.液压元件使用与维修150例[M].中国电力出版社，2011.

王兴元.工程机械液压与液力传动图册[M].人民交通出版社，2008.

马宪亭.液压与气压传动分析与应用[M].化学工业出版社，2010.

赵月静，宁辰校.液压实用回路360例[M].化学工业出版社，2008.

刘延俊.液压回路与系统[M].化学工业出版社，2009.

赵静一.液压气动系统常见故障分析与处理[M].化学工业出版社，2009.

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