非对称换向阀在液压缸传动系统中的应用

   摘要：针对液压缸传动系统中存在的功率损失和系统发热问题，分析了液压缸速比对液
压缸运动速度、进出口流量和换向阀压力损失的影响规律，提出在液压缸传动系统中采用非
对称换向阀，以减小非对称液压缸收回时的压力损失，提高系统传动效率，减少系统发热。

 

　　关键词：液压缸；非对称换向阀；节能；压力损失

 

　　

0 引言 

　　

20 世纪 60 年代以来，工程机械越来越多地采用液压传动技术来降低机械结构布置难

度，改善性能和提高自动化操作程度。换向阀控制的液压缸系统是工程机械中最常用的液压
系统之一，换向阀在液压系统中的主要作用在于改变液压油缸的液压油进出口流向，控制
液压缸的运动方向。带有比例控制功能的换向阀还能够对液压缸的运动速度进行控制。在非
对称液压缸系统设计过程中，设计人员常不注意换向阀双向阀口开度对非对称油缸前进和
后退速度的影响，以及造成的能量损失

[13]。 

　　液压系统损失的能量最终以热量的形式在系统中循环，将会引起系统油温升高，油液
粘度变化，导致速度不稳定，严重时甚至会影响系统正常工作。

 

　　

1 阀控液压缸系统结构与速度特性 

　　阀控液压缸系统中常用的液压缸有对称液压缸和非对称液压缸两种型式，如图

1 所示。

 

　　对称液压缸活塞两侧均设有活塞杆，两腔有效作用面积相等。活塞运动时，液压缸的进
油流量与回油流量相等，系统选用的普通换向阀，在通流直径满足最大流量要求的情况下
即能正常工作，且能量损失小。

 

　　而对于非对称液压缸，它只在活塞的一侧设有活塞杆，因而两腔的有效作用面积不同。
当供油量相同时，不同腔进油，活塞的运动速度不同；在需克服的负载力相同时，不同腔
进油，所需要的供油压力不同。

 

　　在某些应用中，需要液压缸的伸出和收回速度相等（如摊铺机的找平系统和钻机进给
系统等），且必须使用非对称液压缸。此时，液压缸伸出和收回时的进油流量之比为

2（速

度比为

05）。 

　　

2 换向阀流量特性 

　　在一般的阀控液压缸系统中，液压泵泵出的高压油通过换向阀进入液压缸进油口。液压
缸的进油口流量由换向阀的开度控制，进入液压缸进油腔的液压油推动活塞运动，使另一
腔的液压油从液压缸的回油口排出，通过换向阀回油箱。

 

　　换向阀结构原理如图

2 所示。 

　　

3 非对称油缸系统功率损失分析 

　　在液压缸传动系统中，引起能量损失的因素很多，有换向制动过程中出现的能量损失
有元件本身的能量损失，还有溢流损失以及背压和管路损失。在元件效率一定的条件下，系
统的总效率与结构设计的关系极为密切。对于间歇动作的液压缸传动系统，能量损失造成的
系统发热不明显，但在频繁动作的应用场合，液压缸传动系统的能量损失及其造成的系统
发热不容忽视。

 

　　阀控非对称液压缸系统中，当有杆腔进油时，回油流量会因为无杆腔和有杆腔的有效
作用面积比而放大，放大的流量会导致背压升高，增加能量损失；同时为克服回油背压，
需要更高的工作压力。