■ 陳興橋 任福亭 徐向東

〔山東天鵝棉業(yè)機(jī)械股份有限公司，山東濟(jì)南250032〕

比例溢流閥和比例換向閥在快速打包機(jī)上的應(yīng)用

■ 陳興橋 任福亭 徐向東

〔山東天鵝棉業(yè)機(jī)械股份有限公司，山東濟(jì)南250032〕

在整個(gè)棉花加工行業(yè)中，打包機(jī)占據(jù)了不可或缺的地位，它是機(jī)電液一體化結(jié)合的產(chǎn)物。電氣指揮著液壓動(dòng)作，液壓又驅(qū)動(dòng)著機(jī)械動(dòng)作。液壓工況決定了整個(gè)打包機(jī)運(yùn)行的平穩(wěn)性，特別是快速打包機(jī)僅僅依靠傳統(tǒng)的溢流閥和電磁閥組合的方式，很難實(shí)現(xiàn)既快速又平穩(wěn)的運(yùn)行，所以在快速打包機(jī)液壓中使用了比例溢流閥和比例換向閥，通過PLC來控制它們的動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)快速、平穩(wěn)打包。

一、背景技術(shù)

在國內(nèi)現(xiàn)有棉花加工技術(shù)領(lǐng)域，打包機(jī)主要是把皮棉打成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的棉包，在打包機(jī)工作過程中，液壓沖擊大小決定了打包機(jī)工作的效率、使用壽命、棉包計(jì)量的精度。國內(nèi)現(xiàn)有打包機(jī)都是利用普通溢流閥來調(diào)定液壓系統(tǒng)的參數(shù)，再配合若干電磁換向閥來實(shí)現(xiàn)打包機(jī)動(dòng)作。普通液壓閥只能通過預(yù)調(diào)的方式對液流的壓力、流量等參數(shù)進(jìn)行定值控制。也就是說液流的壓力、流量等參數(shù)須在設(shè)備運(yùn)行之前調(diào)定，參數(shù)一旦調(diào)定，在設(shè)備運(yùn)行過程中就不會(huì)再變動(dòng)，所以壓力值變化局限于若干個(gè)溢流閥之間的切換來實(shí)現(xiàn)，數(shù)量始終有限，因?yàn)槭翘?，所以避免不了產(chǎn)生沖擊。但是當(dāng)打包機(jī)在工作過程中要求對液壓系統(tǒng)的壓力、流量等參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)或連續(xù)控制，例如，要求轉(zhuǎn)箱正轉(zhuǎn)時(shí)按慢速啟動(dòng)、快速旋轉(zhuǎn)、再慢速到位連續(xù)變化的速度實(shí)現(xiàn)工作，或者按一定精度模擬某個(gè)最佳控制曲線實(shí)現(xiàn)控制。普通液壓閥實(shí)現(xiàn)不了，這時(shí)可以用電液比例閥（包括比例溢流閥和比例方向閥）對液壓系統(tǒng)進(jìn)行控制。打包機(jī)的速度變化僅靠普通溢流閥和電磁閥配合來實(shí)現(xiàn)，由于電磁閥本身的反應(yīng)速度及設(shè)備慣性，容易出現(xiàn)下列現(xiàn)象：

1.打包機(jī)的運(yùn)行速度相當(dāng)快，同一個(gè)執(zhí)行元件正反向速度切換也很快，比如預(yù)壓上行轉(zhuǎn)下行或下行轉(zhuǎn)上行，快速轉(zhuǎn)慢速，這就很容易產(chǎn)生沖擊。

2.打包機(jī)系統(tǒng)壓力偏大，比如主壓壓包及脫箱上行初期，液壓系統(tǒng)的沖擊就在所難免，不能保證棉包計(jì)量的精度。

從以上現(xiàn)象來看，僅僅依靠溢流閥和電磁閥配合容易出現(xiàn)下列問題：

1.打包機(jī)工作過程中液壓沖擊太大，致使機(jī)械設(shè)備不穩(wěn)定，整個(gè)機(jī)架晃動(dòng)，信號(hào)采集不穩(wěn)定，可能導(dǎo)致PLC及人機(jī)界面工作不穩(wěn)定，所以打包機(jī)達(dá)不到設(shè)計(jì)效果，嚴(yán)重時(shí)甚至造成打包機(jī)故障停機(jī)，影響整條生產(chǎn)線的工作效率。

2.由于液壓沖擊頻繁，壓力數(shù)值大，因此棉包計(jì)量不穩(wěn)定，非標(biāo)準(zhǔn)包率增加，浪費(fèi)捆包材料。如果非標(biāo)準(zhǔn)包不能參加市場流通，還必須回包，既增加工人的勞動(dòng)量、延長工人勞動(dòng)時(shí)間，又浪費(fèi)資源。

3.液壓配件使用壽命縮短，增加了故障判斷難度。

二、比例溢流閥和比例換向閥簡介

比例溢流閥和比例換向閥安裝簡單，調(diào)試和維護(hù)都很方便，它們都是按輸入的電信號(hào)連續(xù)地、按比例地控制液壓系統(tǒng)的液流方向、流量和壓力的閥類。從電氣角度來說，比例溢流閥沒有方向，它通過電信號(hào)按比例控制壓力大小來控制它本身的運(yùn)行方向，它們由電-機(jī)械比例轉(zhuǎn)換裝置和液壓控制閥本體兩大部分構(gòu)成。前者將輸入的電信號(hào)連續(xù)地按比例地轉(zhuǎn)換為機(jī)械力和位移輸出，后者在接受這種機(jī)械力和位移之后，按比例連續(xù)地輸出壓力和流量。

三、比例溢流閥和比例換向閥參數(shù)設(shè)置

比例溢流閥和比例方向閥在打包機(jī)液壓上雖然具有強(qiáng)大的功能，但是必須通過電氣系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。在人機(jī)界面上進(jìn)行參數(shù)設(shè)定后，PLC控制系統(tǒng)就能達(dá)到控制它們輸出壓力、流量或者方向的目的，如圖1和2所示。比例溢流閥通過電信號(hào)對應(yīng)其壓力范圍，可以在人機(jī)界面上任意設(shè)置參數(shù)來控制其對應(yīng)的任意壓力來作為相應(yīng)動(dòng)作的油源壓力；比例換向閥通過對稱雙向電信號(hào)對應(yīng)其壓力范圍，可以在人機(jī)界面上任意設(shè)置參數(shù)來控制比例換向閥對應(yīng)的任意壓力來作為相應(yīng)動(dòng)作的液流方向，再通過PLC來控制打包機(jī)動(dòng)作，這樣打包機(jī)在運(yùn)行過程中，我們可以根據(jù)工況的需要任意且隨時(shí)變換油源壓力。打包機(jī)速度變化可以依靠參加動(dòng)作的油源壓力和電磁閥切換來共同實(shí)現(xiàn)，達(dá)到多級(jí)甚至無極調(diào)速的目的，從而實(shí)現(xiàn)打包機(jī)快速、平穩(wěn)、無沖擊與高精度棉包計(jì)量。

圖1 比例溢流閥設(shè)定

現(xiàn)有快速打包機(jī)上所用比例溢流閥電信號(hào)都為0～10 V，對應(yīng)壓力值為0～20 MPa或0～31.5 MPa，在圖1所示的參數(shù)設(shè)置項(xiàng)里設(shè)置0～10的任意數(shù)，其對應(yīng)相應(yīng)的壓力值，如果同一個(gè)動(dòng)作需要多個(gè)壓力值，在PLC程序里可以按照要求編寫，只需直接在人機(jī)界面設(shè)置好即可。在設(shè)備運(yùn)行過程中，PLC會(huì)根據(jù)程序自動(dòng)控制所需壓力來參加到工作中。例如：轉(zhuǎn)箱馬達(dá)正轉(zhuǎn)，為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)箱平穩(wěn)且沒有沖擊，在整個(gè)轉(zhuǎn)箱正轉(zhuǎn)過程中需要3個(gè)速度：1.最初開始時(shí)要快速，2.轉(zhuǎn)到一定位置須要減速，3.為了無沖擊到位，在快轉(zhuǎn)箱到位時(shí)要把速度減到最小。為此在屏上設(shè)置了3個(gè)電壓參數(shù)設(shè)置項(xiàng)，其分別對應(yīng)3個(gè)壓力值，在整個(gè)轉(zhuǎn)箱正轉(zhuǎn)過程中，在PLC控制下自動(dòng)依次參加工作，直至轉(zhuǎn)箱結(jié)束。參數(shù)值越大，速度越快。

圖2 比例換向閥及相關(guān)比例溢流閥設(shè)定

現(xiàn)有快速打包機(jī)上所用比例換向閥電信號(hào)都為-10 V～+10 V，其中-10 V～0代表一個(gè)方向，0～+10 V代表另一個(gè)方向。兩個(gè)方向中的數(shù)字“0”都代表設(shè)備在靜止?fàn)顟B(tài)，跟“0”偏差越大，表示設(shè)備運(yùn)行速度越快。如果送棉前進(jìn)的電信號(hào)為-10 V～0，需要設(shè)置快、慢兩個(gè)速度；那么0～+10 V則為送棉后退電信號(hào)，也需設(shè)置快、慢兩個(gè)速度。設(shè)置方式跟比例溢流閥類似，設(shè)置完成后，設(shè)備運(yùn)行時(shí)各個(gè)參數(shù)會(huì)自動(dòng)被PLC調(diào)用，達(dá)到平穩(wěn)運(yùn)行的目的。

四、與普通液壓閥相比，比例閥的優(yōu)點(diǎn)

1.對操作者而言，能簡單地實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離設(shè)置并控制。

2.能連續(xù)地、按比例地控制液壓系統(tǒng)的壓力和流量，從而實(shí)現(xiàn)對執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置、速度和力的連續(xù)控制，并能防止或減小壓力、速度變換時(shí)的沖擊。

3.元件數(shù)量少，接線更簡單，故障點(diǎn)少且容易查找。

4.人機(jī)界面上還能實(shí)時(shí)顯示液壓系統(tǒng)的壓力值，便于觀察。