一，液压（浅谈液压系统的绿色设计）马达制动回路的基本要求

　　1.限压的需要

　　这里液压马达用于双向回转，当三位四通换向阀左侧电磁铁得电时，压力油经P口通至A口，同时B口通T口回油，从而驱动液压马达正向旋转；反之，当三位四通换向阀右侧电磁铁得电时，P通B同时A通T回油驱动液压马达反向旋转。

　　鉴于液压马达的性能要求，驱动液压马达的液压油工作压力必须限制在所使用的液压马达的额定压力范围内，同时由于对液压马达运行平稳性的要求，A，B两个油路中都必须设置限压阀或恒压阀。

　　2.减缓液压冲击和补油的需要

　　液压马达从旋转状态转为停止状态时，即三位四通换向阀从任一得电状态转换为失电状态时，液压马达不会立即停止，依然会由于惯性继续旋转，此过程中液压马达即转换为油泵将驱动侧的油液排至回油侧，此时三位四通换向阀阀芯已快速回至中间位置，令A，B，P，T油路互不相通，导致驱动侧压力迅速转变为负压，若不予即时补油可能会损坏液压马达；同时回油侧压力迅速升高产生液压冲击，该液压冲击若不予以减缓限制也会损坏液压马达。故A，B两个油路中都必须设置限压阀和补油阀。

　　3.液压马达液压制动回路的基本需要通过以上分析可知，双向液压马达液压制动回路的基本组成必须包括限压补油组件。限压补油组件可以由多种方式实现，在此涉及的限压补油组件构成是由带有单向阀的先导式顺序阀和由先导式溢流阀与单向阀组成的溢流桥两种方式。

　　二，钳杆旋转结构原理及存在的设计缺陷

　　1.先导式顺序阀结构及工作原理

　　先导式顺序阀结构原理如图2所示，先导式顺序阀的主阀和先导阀均为滑阀式结构，压力油进入先导式顺序阀作用在主阀芯下端，同时压力油一路经管道进入先导阀左端，作用在滑阀的左端面上，一路经阻尼孔进入主阀芯上端，并进入先导阀的中间环形部分。当进油口p1压力低于先导阀的调整压力时，主阀芯关闭，先导式顺序阀出油口p2无油流出。一旦进油口p1压力超过先导阀的调整压力时，进入先导阀左端的压力就克服调整弹簧压力将滑阀推向右边，此时先导阀的中间环形部分与先导式顺序阀出油口p2沟通，压力油经阻尼孔，主阀

　　芯上腔，先导阀流向出口。由于液阻的存在，主阀芯上腔压力低于进油口p1压力，主阀芯移动，使先导式顺序阀进出油口p1和p2沟通。

　　2.钳杆旋转结构及工作原理

　　该100kN/250kN？m有轨锻造操作机钳杆旋转由低速大转矩径向液压马达后置驱动，减速器输出轴小齿轮与位于空心轴上的大齿圈啮合，将旋转动力传递到空心轴上，空心轴与钳杆螺栓连接为一体，从而带动钳杆旋转，可实现钳杆绕轴线做正，反方向360°连续旋转，液压控制采用三位四通比例换向阀控制。

　　液压马达型号INM4-800，额定压力25MPa.按常规生产锻件规格需要，两个先导式顺序阀压力均调整为16MPa.液压系统如图3所示，液压马达由两个带单向阀的先导式顺序阀（将顺序阀的出油口接至油箱）实现双向制动：当三位四通比例换向阀回中位时，液压马达在惯性力作用下，使一侧压力升高，此时由该侧的先导式顺序阀限压减缓液压冲击。液压马达制动过程中另一侧呈负压状态，由先导式顺序阀附带的单向阀从油箱吸油补充，从而实现液压马达制动。

　　3.原设计的缺陷分析

原设计将先导式顺序阀的出油口p2接至油箱，当进油口压力高于先导阀的调整压力时，利用先导式顺序阀的工作原理使进油口p1压力通过出油口p2卸油回油箱降低并稳定进油口p1的压力。从而使先导式顺序阀实现溢流恒压和**限压防止过载的功能，理论上可以实现液压马达液压制动回路限压，恒压和补油功能，但在实际应用中其缺陷却不容小视。

    先导式顺序阀的先导阀采用的是滑阀结构，在顺序阀中，滑阀结构的阀芯理论上只要克服阀芯与阀体的摩擦力以及先导阀调整弹簧的弹力就可以移动，然而在实际应用中，由于阀芯几何形状的偏差以及阀芯与阀体的不同轴，在中，高压控制油路中，当阀芯停止一段时间后或换向时，阀芯在液压操纵力作用下不移动，或液压操纵力消除后，先导阀调整弹簧不能使阀芯复位，这种现象称为液压卡紧现象。阀芯的卡紧现象是由于阀芯所受径向力不平衡所造成，它会使阀芯移动困难，液压动作失灵。因为几何形状以及装配精度不可能达到理想状态，所以径向力不平衡问题就是普遍存在的现象，只能设法减小而不能完全消除，与小直径滑阀阀芯相比大直径滑阀阀芯更容易出现问题。

　　100kN/250kN？m全液压有轨锻造操作机，原设计由带有单向阀的先导式顺序阀组成的液压马达液压制动回路，控制钳杆旋转液压马达运行，投产后频繁出现钳杆旋转液压马达油缸爆裂故障，导致液压马达内部元件严重损毁，影响设备运行。经细致检查分析，确定液压马达质量及选型不存在问题，原因在于，带有单向阀的先导式顺序阀作为钳杆旋转液压马达限压补油组件的设计存在先天性缺陷。

　　　　从以上分析可知，由于先导式顺序阀主阀芯和先导阀阀芯均采用的是滑阀结构，而且主阀芯的直径远大于先导阀阀芯的直径，因此先导式顺序阀*易出现的故障现象是先导阀阀芯卡滞，由于先导阀阀芯卡滞导致顺序阀超压时不能及时卸压，产生的液压冲击压力远远超出液压马达所能承受的额定压力值，出现液压马达损坏现象。

　　三，液压制动回路改进及比较分析

　　1.改进措施

　　液压元件检查的结果证实了上述结论，因而采取了改进钳杆旋转液压马达液压制动限压补油组件的措施。在液压马达和三位四通比例换向阀等液压元件不做改动的前提下，将钳杆旋转液压马达液压制动回路改为溢流桥式液压制动回路，如图4所示。由四个单向阀和一个先导式溢流阀构成的溢流桥组成了液压制动限压补油组件，当三位四通比例换向阀回中位时，液压马达在惯性作用下有继续转动的趋势，它此时所排出的高压油经单向阀由溢流阀限压，另一侧靠单向阀从油箱吸油。该回路中的溢流阀既限制了换向阀回中位时引起的液压冲击，又能够使液压马达平稳制动。而且溢流桥出入口的四个单向阀，除构成制动回路外，同时起到了液压马达的自吸补油作用。

　　2.先导式溢流阀的结构工作原理

　　先导式溢流阀由主阀芯，主阀弹簧，阀体和先导阀等组成（图5），压力油进入先导式溢流阀直接作用在主阀芯上，同时经阻尼孔及控制管道作用在主阀芯上端面和先导阀的先导锥阀上。当系统的压力低于弹簧所调定的压力值时，锥阀关闭，主阀芯两端所受液压力相等，主阀芯在弹簧的作用下压向阀座，使P口与O口不相

　　通。当系统压力超过弹簧的调定值时，先导锥阀打开，压力油通过阻尼孔，管道，先导锥阀，回油管道流回油箱，此时由于液流通过阻尼孔的流动，造成主阀芯两端的液压力的不平衡，这个压差超过弹簧的作用力而使阀芯移动，从而打开P和O的通道，实现溢流。理想状态下无论溢流量的多少，先导式溢流阀P口的压力始终保持调压弹簧所调定的压力值。

　　先导式溢流阀的主阀弹簧比较软，刚度小，在很小的外力作用下即可被压缩，主阀芯的位移量大小，对系统的压力影响较小。先导阀的结构尺寸较小，其锥阀的承压面积亦较小，调压弹簧不必选用刚度较强的弹簧，因而使调节压力比较轻便。阻尼孔起到增加主阀芯上下移动的阻尼，可以起到稳定主阀芯的作用。

　　3.溢流桥式液压制动回路与先导式顺序阀液压制动回路的比较

　　两阀的外形相似；主阀芯结构相同，均为滑阀结构；结构与工作原理相似；出现故障的几率相差不大。

　　先导式溢流阀的先导阀芯为锥阀结构，而先导式顺序阀的先导阀是滑阀结构，相比之下锥阀结构在超压打开和复位的灵敏性能上明显优于滑阀结构。先导式顺序阀常见的故障为滑阀阀芯卡滞引起不卸压或卸压慢，严重降低系统超压或瞬间超压造成液压冲击时保护液压马达的功能，而先导式溢流阀常见的故障是由于先导阀封闭不严使系统不上压，很少出现系统超压和瞬间超压造成液压冲击时损坏液压马达的情况。溢流桥式液压制动回路常见故障为先导式溢流阀的先导阀封闭不严出现系统不上压或压力低，液压马达正反两个方向均出现相同的故障现象―――不转或转矩低，此故障出现时不会损害液压马达，而先导式顺序阀液压制动回路常见故障现象为，由于任一侧先导式顺序阀的先导阀阀芯卡滞造成液压马达工作压力过高或不能缓冲液压冲击，进而损坏液压马达。

　　溢流桥式液压制动回路组件由四个单向阀和一个先导式溢流阀组成，表面上看共五个故障点，但因为单向阀不易出现故障，故实际使用中仅有一个故障点，而先导式顺序阀液压制动回路由两个带单向阀的先导式顺序阀组成，共有两个故障点。

　　　　两种液压制动回路出现的故障虽然都会影响到设备的正常运行，但先导式顺序阀出现故障后多数会损坏液压马达；而先导式溢流阀仅经过清洗或更换新阀即可排除故障，所以溢流桥式液压制动回路常见故障造成的损失，停机修复时间及修理成本相对小得多。

　　实践表明，改进后的溢流桥式液压制动回路从元件工作原理，**性，可靠性及实际应用效果等方面，明显优于原设计的先导式顺序阀液压制动回路，设备运行状况显着改善，再未出现过液压马达油缸爆裂的现象。W10.04-22

　　已知ne=780r/min，neNum=16384，i=48.5，PLC从6RA70读取电机转速信号值，转换成曲轴输出转速，STEP7编程见图7.（2）对曲轴转速积分。PLC和6RA70通信速率为1.5Mbps，因此通过PROFIBUS-DP读取的电机速度近似为即时速度。根据前面得出的角度计算定积分公式，系统通过OB37以20ms周期调用积分功能块，每隔20ms读取一次PLC从6RA70采集的曲轴转速信号并累加，再乘以360°，即得出曲轴旋转角度=20ms×（360°/6000ms）×Σn（t）（°/ms），PLC程序。

　　4.利用角度值控制剪切主电机

　　定尺剪曲轴角度和剪刃高度对应，曲轴旋转1周剪刃上下剪切一次，PLC根据曲轴旋转角度控制剪机。剪机启动后，当曲轴角度旋转至225°，剪切电机开始减速，当曲轴角度旋转至350°，系统发出零速命令，剪切过程停止。

　　三，控制效果

　　传动系统已经配置测速编码器，不需要增加旋转编码器，高速计数器等测量设备，只需在PLC编制对速度信号进行积分运算的程序即可完成控制。控制系统使用PROFIBUS-DP2通信，所有设备均在室内工作，环境好，故障率低。利用积分运算得出的曲轴角度值，速度采样周期只有20ms，误差较小，和使用增量编码器直接测量的角度值精度相当，运行两年多，误差始终≤1°。

　　四，结语

　　在实践中，基于西门子PLC通过PROFIBUS-DP控制的速度闭环控制系统，均可借助积分运算的方法求出拖动电机旋转的实际角度，这是一种比较经济可靠的控制方法。利用角度值不仅能实现上述介绍的电机速度控制，还可将角度值转化为直线位移值，对物体运动极限进行控制。W10.04-25