吴丽娜

(安阳钢铁股份有限公司)



液控单向阀在生产中的应用实践

吴丽娜

(安阳钢铁股份有限公司)

介绍了单向阀及液控单向阀结构及工作原理，将液控单向阀在液压系统中与其它阀配合使用，可保证使用的安全性和稳定性，操作简单、可维护性强，在具体的生产实践中取得了良好的应用效果。

液控单向阀原理配合应用

0　前言

安钢150 t精炼炉投产之初，炉盖升降缸在升降过程中，性能相当不稳定，后经对液压系统进行分析，发现主要问题为液控单向阀锁紧精度问题，但由于单向阀本身结构及在锁紧较大缸径液压缸存在的缺陷，考虑在液压系统设计 时应配合其它阀共同组成控制系统，以提高其锁紧精度，减少生产事故发生。如钢包顶升液压缸等较大缸径柱塞缸升降液压控制系统，控制不当易发生液压缸突然失压下落、锁紧位置精度不准、生产过程中液压缸缓慢下降等事故发生。故本文主要结合生产实践重点介绍了液控单向阀在炼钢液压控制系统中的应用原理及实际应用状况。

1　单向阀的分类及原理

单向阀分为普通单向阀和液控单向阀两种，液控式单向阀又分为内泄式和外泄式。

1.1普通单向阀的结构及工作原理

普通单向阀的功能主要控制油液只能向一个方向流动，不能反向倒流，其结构[1]如图1所示。当压力油从进油口P1流入时，以自身的压力压缩弹簧开启阀口，经阀芯上四个径向孔及阀芯内孔从P2流出，实现正向导通，如果压力油从P2进入时，在弹簧和压力油的作用下，使阀口关闭，油液无法从P1口流出，即反向截止。

1.2液控单向阀的结构及工作原理

图1　单向阀结构示意图

图2　液向单向阀结构示意图

液控单向阀比普通单向阀多一个控制K，控制活塞1和顶杆2。当控制口K处无压力油作用时，液控单向阀与普通单向阀工作相同，即压力油从P1口进入时，可以从P2口流出。反之，压力油从P2口进入时而不能从P1口流出，其结构[2]如图2所示。

当控制口K处通入压力油时，控制活塞1的左侧受压力作用，右侧和泄油口相通，活塞右移，通过顶杆2将阀芯3顶开，使油口P2与P1相通，油液流动方向可以自由改变。即液控单向阀可反向可控开启，油液可以在二个方向上自由通过。所以液控单向阀在柱塞缸上应用较多。

但当油液反向流动时，反向进油腔的压力P2通常较高，阀芯压在阀座上的力也较高，因此控制活塞开启的控制压力也必须很大才能顶开阀芯，这样即增加了控制回路的功率消耗，又影响了液控单向阀的工作可靠性。为解决这一问题，在单向阀的锥阀中装一更小的锥阀芯，即卸荷阀芯，其结构如图3所示。这种液压式液控单向阀，当控制油将控制活塞顶起时，先将卸荷阀芯顶起，由于该阀芯承压面积很小，所以无需多大力即可将其先行顶开，使P1口与P2口通过卸荷阀芯圆杆上的小缺口相互沟通，使P2口卸压。这样控制活塞就不必再用很大的力即可将主阀芯顶开到额定的开度，让油流反向顺利通过。实现缸中液体的平稳释压。

图3　带卸荷阀芯液控单向阀

另外，液控单向阀还分为内泄式和外泄式[3]，外泄式液控式单向阀主要用于反向出油腔P1油流背压较高的场合，以便降低最小控制压力,节省控制功率。内泄式液控单向阀主要用于反向出油腔油流无背压或背压很小的场合。

2　液控单向阀的应用实践

液控单向阀在液压系统中主要有以下几种功能[4]，即锁紧液压缸、防止立置液压缸自重下落、管路破裂时防止负载失压、避免执行器在液压闭锁时爬行或漂移、作充液阀、用于液压系统保压与释压等。但是在使用过程中，为发挥出更好的应用效果，一般需要和其他阀门配合使用。

2.1双液控单向阀的应用

采用双液压锁作锁紧回路，可保证可靠的锁紧，与其配合使用的换向阀应采用H型或Y型。这样当换向阀处于中位时，AB两油口直通油箱，背压较小，液控单向阀才能立即关闭，活塞停止运动并被锁紧。否则(例如采用O型阀)，往往因单向阀控制腔压力油被封闭而不能立即泄压，直到换向阀内泄后才能使液控单向阀控制油口彻底关闭，然后液控单向阀关闭，会严重影响其锁紧精度，这与钢铁生产的生产要求是及其不匹配的。安钢3#LF炉炉盖升降液压系统便采用了双液控单向阀，如图4所示。

图4　安钢3# LF炉炉盖升降改造前与改造后液压原理图

从图4可以看出，液控单向阀在回路中起保压作用，可锁定控制炉盖在任意位置停留。炉盖上升时，换向阀右侧得电，液压油经P口到A口经单向调速阀1及液控单向阀通过液压缸实现炉盖上升。炉盖上升结束，电磁换向阀回到中位，压力油停止供油。但液压锁在关闭的过程中受阀进出口压差的影响，阀芯回位需要一定时间，即液压锁不能被立即关闭，同时液压缸内的油液经液控单向阀反向通过换向阀中位经A口到T口回油箱，导致炉盖下落一定行程，直到液压锁彻底关闭，炉盖才被锁定。即炉盖上升结束停止，换向阀回到中位后，炉盖仍下降一段才停止，影响锁紧精度。

为了可靠的进行锁紧，可采用图4右侧所示的带双液控单向阀的锁紧回路，此回路的锁紧精度只受液压缸内少量的内泄漏的影响，锁紧精度高。

2.2液控单向阀与插装阀的配合应用

采用液压锁与插装阀配合使用的方法，弥补了单使用液压锁在较大缸径、较大负载、较大冲击力情况下的功能上的不足。在安钢1#RH炉钢包顶升液压系统中就采用了液控单向阀和插装阀配合使用的方法，取得了较好的应用效果，其液压控制系统如图5所示。

图5　安钢1#RH炉顶升液压缸液压系统图

在该液压系统中，顶升液压缸活塞杆直径达530 mm，最大起升高度3100 mm，最大顶升重量为320 t，液压锁的锁紧精度严重影响系统的稳定性，若锁紧时冲击较大，钢包内钢水就会因受到冲击力而喷溅，喷溅出的高温钢水对设备及周边的操作工人的安全造成很大隐患。所以此钢包顶升液压系统在设计之初考虑到该问题，采用液压锁与插装阀配合使用。该系统的工作原理为：液压缸上升时,DT51得电，二位四通电磁换向阀右位工作,压力油经插装阀—安全阀—液控单向阀—柱塞缸，完成柱塞缸上升动作。当液压缸停止时，DT51失电，二位四通电磁换向阀左位工作，控制油路X2接通，先行将插装阀压紧，瞬间切断液控单向阀进油回路，同时液压锁锁紧，大大提高了锁紧精度，锁紧更平稳，减少了冲击。此系统中插装阀与液控单向阀配合使用起预先锁紧的作用。

2.3液控单向阀与平衡阀的配合应用

平衡阀与液控单向阀配合使用有时可以保护设备，降低安全风险，有利于控制生产事故。安钢在1#脱硫扒渣杆扒渣动作控制系统中采用液控单向阀和平衡阀配合应用，保证了生产控制稳定，运行安全可靠。其应用原理如图6所示。

图6　1#脱硫扒渣杆动作液压原理图

该液压系统中，扒渣杆下降的管路上应用到了液控单向阀与平衡阀配合使用的理念，它给扒渣杆的下降起到了一个保护作用。在扒渣杆上升的过程中，即液压缸的液压杆伸出的过程中，平衡阀是不起作用的。高压油从A1管路进入，直接通过平衡阀的单向阀阀芯，再经过液控单向阀(DN6)进入油缸下腔，使油缸上升，油缸上腔的油通过A2管路流回油箱。而在下降的过程中，高压油从A2管路进入液压缸上腔，同时，有一路分支高压油作为控制油流到液压缸的下腔的液控单向阀，打开液控单向阀的阀芯，另一路分支高压油进入平衡阀的阀芯，使阀芯换向到节流口的位置，平衡阀的节流口可以使回流的液压油产生一定的背压，使回流的速度得到控制，从而在下降的过程中液压缸的速度不至于过快，减少液压冲击。

液压缸下降的时候，上腔由于高压油的压力作用以及液压缸及其所控制的设备的自身的重力作用，如果没有回油节流，液压杆下降的速度会很快，产生很大冲击力，不仅对设备造成不同程度的损坏，而且存在重大安全隐患，平衡阀与液控单向阀配合使用可以降低下降速度，起到了非常重要的安全保护作用。

3　应用效果

液控单向阀在液压控制系统中尤其是较大直径柱塞缸液压控制系统中，取得了良好的应用效果。与普通单向阀相比，采用液控单向阀与插装阀、液压锁单向阀、平衡阀等配合使用，在使用过程中可以明显减少对控制系统的冲击，设备损坏率可降低10%，系统的稳定性大幅提高，安全性更加可靠，减少维修量，延长设备的使用寿命，对设备的稳定生产可提供有力保障。

目前，安钢在RH顶升系统、脱硫扒渣系统、LF精炼炉盖升降系统均得到了很好应用验证。今后计划在一些关键冶炼功能性设备上进行逐步推广使用。

4　结语

通过介绍单向阀及液控单向阀结构及工作原理，在炼钢生产系统中将液控单向阀在液压系统中与其它阀配合使用，可保证系统使用的安全性和稳定性，操作简单、可维护性强，在具体的生产实践中取得了良好的应用效果，对液压系统的设计也起到一定的借鉴作用。

[1]成大先.机械设计手册[M].北京：化学工业出版社，2008： 1-3.

[2]洪英发，程国衍.液压与气动技术[M]. 沈阳：东北大学出版社， 1996：1.

[3]王凤喜,何强，液压与气动技术维修问答[M]. 北京：机械工业出版社， 2004：1-4.

[4]陆望龙.实用液压机械故障排除与修理大全[M]. 长沙：湖南科学技术出版社， 2001：1-4.

HYDRAULIC CONTROL CHECK VALVE APPLICATION PRACTICE IN PRODUCTION

Wu Lina

(Anyang Iron and Steel Stock Co., Ltd)

This paper explain the structure and operation principle of check valve and hydraulic control check valve. The hydraulic control check valve used with other valve in hydraulic system can ensure the safety and stability of use, its operation is simple, maintainability is strong. Good application effect is achieved in the production practice.

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联系人：吴丽娜，工程师，河南.安阳(455004)，安阳钢铁股份有限公司第二炼轧厂；2015-12-1