一，液壓（淺談液壓系統的綠色設計）馬達制動回路的基本要求

　　1.限壓的需要

　　這里液壓馬達用于雙向回轉，當三位四通換向閥左側電磁鐵得電時，壓力油經P口通至A口，同時B口通T口回油，從而驅動液壓馬達正向旋轉；反之，當三位四通換向閥右側電磁鐵得電時，P通B同時A通T回油驅動液壓馬達反向旋轉。

　　鑒于液壓馬達的性能要求，驅動液壓馬達的液壓油工作壓力必須限制在所使用的液壓馬達的額定壓力范圍內，同時由于對液壓馬達運行平穩性的要求，A，B兩個油路中都必須設置限壓閥或恒壓閥。

　　2.減緩液壓沖擊和補油的需要

　　液壓馬達從旋轉狀態轉為停止狀態時，即三位四通換向閥從任一得電狀態轉換為失電狀態時，液壓馬達不會立即停止，依然會由于慣性繼續旋轉，此過程中液壓馬達即轉換為油泵將驅動側的油液排至回油側，此時三位四通換向閥閥芯已快速回至中間位置，令A，B，P，T油路互不相通，導致驅動側壓力迅速轉變為負壓，若不予即時補油可能會損壞液壓馬達；同時回油側壓力迅速升高產生液壓沖擊，該液壓沖擊若不予以減緩限制也會損壞液壓馬達。故A，B兩個油路中都必須設置限壓閥和補油閥。

　　3.液壓馬達液壓制動回路的基本需要通過以上分析可知，雙向液壓馬達液壓制動回路的基本組成必須包括限壓補油組件。限壓補油組件可以由多種方式實現，在此涉及的限壓補油組件構成是由帶有單向閥的先導式順序閥和由先導式溢流閥與單向閥組成的溢流橋兩種方式。

　　二，鉗桿旋轉結構原理及存在的設計缺陷

　　1.先導式順序閥結構及工作原理

　　先導式順序閥結構原理如圖2所示，先導式順序閥的主閥和先導閥均為滑閥式結構，壓力油進入先導式順序閥作用在主閥芯下端，同時壓力油一路經管道進入先導閥左端，作用在滑閥的左端面上，一路經阻尼孔進入主閥芯上端，并進入先導閥的中間環形部分。當進油口p1壓力低于先導閥的調整壓力時，主閥芯關閉，先導式順序閥出油口p2無油流出。一旦進油口p1壓力超過先導閥的調整壓力時，進入先導閥左端的壓力就克服調整彈簧壓力將滑閥推向右邊，此時先導閥的中間環形部分與先導式順序閥出油口p2溝通，壓力油經阻尼孔，主閥

　　芯上腔，先導閥流向出口。由于液阻的存在，主閥芯上腔壓力低于進油口p1壓力，主閥芯移動，使先導式順序閥進出油口p1和p2溝通。

　　2.鉗桿旋轉結構及工作原理

　　該100kN/250kN？m有軌鍛造操作機鉗桿旋轉由低速大轉矩徑向液壓馬達后置驅動，減速器輸出軸小齒輪與位于空心軸上的大齒圈嚙合，將旋轉動力傳遞到空心軸上，空心軸與鉗桿螺栓連接為一體，從而帶動鉗桿旋轉，可實現鉗桿繞軸線做正，反方向360°連續旋轉，液壓控制采用三位四通比例換向閥控制。

　　液壓馬達型號INM4-800，額定壓力25MPa.按常規生產鍛件規格需要，兩個先導式順序閥壓力均調整為16MPa.液壓系統如圖3所示，液壓馬達由兩個帶單向閥的先導式順序閥（將順序閥的出油口接至油箱）實現雙向制動：當三位四通比例換向閥回中位時，液壓馬達在慣性力作用下，使一側壓力升高，此時由該側的先導式順序閥限壓減緩液壓沖擊。液壓馬達制動過程中另一側呈負壓狀態，由先導式順序閥附帶的單向閥從油箱吸油補充，從而實現液壓馬達制動。

　　3.原設計的缺陷分析

原設計將先導式順序閥的出油口p2接至油箱，當進油口壓力高于先導閥的調整壓力時，利用先導式順序閥的工作原理使進油口p1壓力通過出油口p2卸油回油箱降低并穩定進油口p1的壓力。從而使先導式順序閥實現溢流恒壓和**限壓防止過載的功能，理論上可以實現液壓馬達液壓制動回路限壓，恒壓和補油功能，但在實際應用中其缺陷卻不容小視。

    先導式順序閥的先導閥采用的是滑閥結構，在順序閥中，滑閥結構的閥芯理論上只要克服閥芯與閥體的摩擦力以及先導閥調整彈簧的彈力就可以移動，然而在實際應用中，由于閥芯幾何形狀的偏差以及閥芯與閥體的不同軸，在中，高壓控制油路中，當閥芯停止一段時間后或換向時，閥芯在液壓操縱力作用下不移動，或液壓操縱力消除后，先導閥調整彈簧不能使閥芯復位，這種現象稱為液壓卡緊現象。閥芯的卡緊現象是由于閥芯所受徑向力不平衡所造成，它會使閥芯移動困難，液壓動作失靈。因為幾何形狀以及裝配精度不可能達到理想狀態，所以徑向力不平衡問題就是普遍存在的現象，只能設法減小而不能完全消除，與小直徑滑閥閥芯相比大直徑滑閥閥芯更容易出現問題。

　　100kN/250kN？m全液壓有軌鍛造操作機，原設計由帶有單向閥的先導式順序閥組成的液壓馬達液壓制動回路，控制鉗桿旋轉液壓馬達運行，投產后頻繁出現鉗桿旋轉液壓馬達油缸爆裂故障，導致液壓馬達內部元件嚴重損毀，影響設備運行。經細致檢查分析，確定液壓馬達質量及選型不存在問題，原因在于，帶有單向閥的先導式順序閥作為鉗桿旋轉液壓馬達限壓補油組件的設計存在先天性缺陷。

　　　　從以上分析可知，由于先導式順序閥主閥芯和先導閥閥芯均采用的是滑閥結構，而且主閥芯的直徑遠大于先導閥閥芯的直徑，因此先導式順序閥*易出現的故障現象是先導閥閥芯卡滯，由于先導閥閥芯卡滯導致順序閥超壓時不能及時卸壓，產生的液壓沖擊壓力遠遠超出液壓馬達所能承受的額定壓力值，出現液壓馬達損壞現象。

　　三，液壓制動回路改進及比較分析

　　1.改進措施

　　液壓元件檢查的結果證實了上述結論，因而采取了改進鉗桿旋轉液壓馬達液壓制動限壓補油組件的措施。在液壓馬達和三位四通比例換向閥等液壓元件不做改動的前提下，將鉗桿旋轉液壓馬達液壓制動回路改為溢流橋式液壓制動回路，如圖4所示。由四個單向閥和一個先導式溢流閥構成的溢流橋組成了液壓制動限壓補油組件，當三位四通比例換向閥回中位時，液壓馬達在慣性作用下有繼續轉動的趨勢，它此時所排出的高壓油經單向閥由溢流閥限壓，另一側靠單向閥從油箱吸油。該回路中的溢流閥既限制了換向閥回中位時引起的液壓沖擊，又能夠使液壓馬達平穩制動。而且溢流橋出入口的四個單向閥，除構成制動回路外，同時起到了液壓馬達的自吸補油作用。

　　2.先導式溢流閥的結構工作原理

　　先導式溢流閥由主閥芯，主閥彈簧，閥體和先導閥等組成（圖5），壓力油進入先導式溢流閥直接作用在主閥芯上，同時經阻尼孔及控制管道作用在主閥芯上端面和先導閥的先導錐閥上。當系統的壓力低于彈簧所調定的壓力值時，錐閥關閉，主閥芯兩端所受液壓力相等，主閥芯在彈簧的作用下壓向閥座，使P口與O口不相

　　通。當系統壓力超過彈簧的調定值時，先導錐閥打開，壓力油通過阻尼孔，管道，先導錐閥，回油管道流回油箱，此時由于液流通過阻尼孔的流動，造成主閥芯兩端的液壓力的不平衡，這個壓差超過彈簧的作用力而使閥芯移動，從而打開P和O的通道，實現溢流。理想狀態下無論溢流量的多少，先導式溢流閥P口的壓力始終保持調壓彈簧所調定的壓力值。

　　先導式溢流閥的主閥彈簧比較軟，剛度小，在很小的外力作用下即可被壓縮，主閥芯的位移量大小，對系統的壓力影響較小。先導閥的結構尺寸較小，其錐閥的承壓面積亦較小，調壓彈簧不必選用剛度較強的彈簧，因而使調節壓力比較輕便。阻尼孔起到增加主閥芯上下移動的阻尼，可以起到穩定主閥芯的作用。

　　3.溢流橋式液壓制動回路與先導式順序閥液壓制動回路的比較

　　兩閥的外形相似；主閥芯結構相同，均為滑閥結構；結構與工作原理相似；出現故障的幾率相差不大。

　　先導式溢流閥的先導閥芯為錐閥結構，而先導式順序閥的先導閥是滑閥結構，相比之下錐閥結構在超壓打開和復位的靈敏性能上明顯優于滑閥結構。先導式順序閥常見的故障為滑閥閥芯卡滯引起不卸壓或卸壓慢，嚴重降低系統超壓或瞬間超壓造成液壓沖擊時保護液壓馬達的功能，而先導式溢流閥常見的故障是由于先導閥封閉不嚴使系統不上壓，很少出現系統超壓和瞬間超壓造成液壓沖擊時損壞液壓馬達的情況。溢流橋式液壓制動回路常見故障為先導式溢流閥的先導閥封閉不嚴出現系統不上壓或壓力低，液壓馬達正反兩個方向均出現相同的故障現象―――不轉或轉矩低，此故障出現時不會損害液壓馬達，而先導式順序閥液壓制動回路常見故障現象為，由于任一側先導式順序閥的先導閥閥芯卡滯造成液壓馬達工作壓力過高或不能緩沖液壓沖擊，進而損壞液壓馬達。

　　溢流橋式液壓制動回路組件由四個單向閥和一個先導式溢流閥組成，表面上看共五個故障點，但因為單向閥不易出現故障，故實際使用中僅有一個故障點，而先導式順序閥液壓制動回路由兩個帶單向閥的先導式順序閥組成，共有兩個故障點。

　　　　兩種液壓制動回路出現的故障雖然都會影響到設備的正常運行，但先導式順序閥出現故障后多數會損壞液壓馬達；而先導式溢流閥僅經過清洗或更換新閥即可排除故障，所以溢流橋式液壓制動回路常見故障造成的損失，停機修復時間及修理成本相對小得多。

　　實踐表明，改進后的溢流橋式液壓制動回路從元件工作原理，**性，可靠性及實際應用效果等方面，明顯優于原設計的先導式順序閥液壓制動回路，設備運行狀況顯著改善，再未出現過液壓馬達油缸爆裂的現象。W10.04-22

　　已知ne=780r/min，neNum=16384，i=48.5，PLC從6RA70讀取電機轉速信號值，轉換成曲軸輸出轉速，STEP7編程見圖7.（2）對曲軸轉速積分。PLC和6RA70通信速率為1.5Mbps，因此通過PROFIBUS-DP讀取的電機速度近似為即時速度。根據前面得出的角度計算定積分公式，系統通過OB37以20ms周期調用積分功能塊，每隔20ms讀取一次PLC從6RA70采集的曲軸轉速信號并累加，再乘以360°，即得出曲軸旋轉角度=20ms×（360°/6000ms）×Σn（t）（°/ms），PLC程序。

　　4.利用角度值控制剪切主電機

　　定尺剪曲軸角度和剪刃高度對應，曲軸旋轉1周剪刃上下剪切一次，PLC根據曲軸旋轉角度控制剪機。剪機啟動后，當曲軸角度旋轉至225°，剪切電機開始減速，當曲軸角度旋轉至350°，系統發出零速命令，剪切過程停止。

　　三，控制效果

　　傳動系統已經配置測速編碼器，不需要增加旋轉編碼器，高速計數器等測量設備，只需在PLC編制對速度信號進行積分運算的程序即可完成控制。控制系統使用PROFIBUS-DP2通信，所有設備均在室內工作，環境好，故障率低。利用積分運算得出的曲軸角度值，速度采樣周期只有20ms，誤差較小，和使用增量編碼器直接測量的角度值精度相當，運行兩年多，誤差始終≤1°。

　　四，結語

　　在實踐中，基于西門子PLC通過PROFIBUS-DP控制的速度閉環控制系統，均可借助積分運算的方法求出拖動電機旋轉的實際角度，這是一種比較經濟可靠的控制方法。利用角度值不僅能實現上述介紹的電機速度控制，還可將角度值轉化為直線位移值，對物體運動極限進行控制。W10.04-25