关于Parker公司TEA型电液比例节流阀在压铸机的使用

关于TEA系列电液比例节流阀的使用

一、技术背景

目前国内压铸机的压射控制系统广泛使用了Parker公司TEA系列电液比例节流阀，其液压原理图均采用了Parker公司的产品样本说明书第5-19页（样本号HY11-2500/CH）推荐的液压回路图，电液比例节流阀被设置在蓄能器出油口和压射缸无杆腔进油口之间，属于进油节流调速回路，如图1所示。

图1

压射缸在执行快速前进（快速压射）时，指令信号把比例节流阀（快压射阀）打开，蓄能器提供的压力油源，经比例节流阀进入压射缸无杆腔，推动压射活塞快速前进。快压射速度主要由蓄能器压力、比例节流阀的开口度和负载大小决定。通常，改变比例节流阀的指令信号的大小，可实现调节比例节流阀的开口大小，达到调节压射速度的目的。

二、阀的工作原理简介

Parker公司的TEA系列电液比例节流阀的结构原理如图2所示，它采用三级放大的位移-力反馈结构，以及主阀采用二通插装阀，先导级采用由高响应的比例电磁铁驱动的三位四通阀，先导阀芯通过反馈弹簧作用在一个伺服活塞杆（放大级）上，活塞杆的另一端作用在主阀芯（主级）上，此外，在先导回路上集成了一只两位四通换向阀，这是为了满足蓄能器放油回路的安全规范要求，起安全保护作用，故该两位四通换向阀也称使能阀。所述电液比例阀工作时有三种状态：1、开启状态；2、关闭状态；3、失能状态。以下分别叙述。

图2

开启状态：

在两位四通换向阀电磁铁得电（使能状态），两位四通阀处于截止位，当三位四通阀的比例电磁铁输入一个足够大（＞30%标准电流）的电信号时，首先先导阀芯在电磁力作用下迅速向下移动，使三位四通阀处于上方位导通状态，X口的控制压力油经先导换向阀进入2腔，而1腔中的油液则经先导阀回到泄油口Y。由于2腔压力增大，1腔压力减小，伺服活塞在油液压力的作用下向上移动，压缩反馈弹簧，直到弹簧压缩产生的弹力与比例阀电磁铁的电磁推力相等时，先导阀芯在反馈弹簧的作用下行至零位（中位）。此时，伺服活塞杆向上移动的位移与弹簧的压缩变化量相等，伺服活塞杆在此位置停留和静止。由于伺服活塞杆向上移动，C腔到A口的油路被打开，在固定液阻R 的阻尼作用下，从B口进入C腔的油液流量小于从C腔流向A口的流量，C腔油压迅速降低，主阀芯在B口油压作用下向上移动，主阀芯打开。主阀芯向上移动，跟踪伺服活塞杆下端，直到将A口与C腔的油路接近关闭。活塞杆下端和主阀芯的先导阀座口之间（即主阀芯的C腔与A口之间）的油口实际上构成了一个可变液阻R1，它与固定液阻R构成一个B型先导液压半桥，见半桥示意图3。当可变液阻R1变化到一个合适的值时，作用在主阀芯上C腔压力P3、油口B压力P1和油口A压力P2的合作用力达到平衡，流入固定液阻R的流量和流出可变液阻R1流量也平衡，主阀芯在此平衡位置

浮动。因此，整个过程中主阀芯的位置实际上是跟踪伺服活塞杆移动的，而伺服活塞杆的位移又由比例电磁铁的输出力决定，所以主阀芯的位移实际上也就是由比例电磁铁的电磁力决定。

图3

关闭状态：

在两位四通换向阀电磁铁得电（使能状态），两位四通阀处于截止位，当三位四通阀的比例电磁铁无输入信号时，先导阀芯在反馈弹簧作用下，处于下方位置。控制口X 的压力油经先导阀进入到伺服活塞杆1腔内，伺服活塞杆2腔的压力油经先导阀流到泄油口Y卸荷。伺服活塞杆在液压力作用下向下方极限位置移动，将主阀芯中C腔到A 口的油路关闭，即：关闭了先导液桥的可变液阻R1，B口的压力油经过固定液阻R进入C腔。由于主阀芯上腔C的压力增大，主阀芯关闭。也就是说，在比例电磁铁没有信号输入时，该阀处于关闭状态。

失能状态：

当两位四通换向阀失电（失能状态）时，其阀芯处于弹簧推置的终端位置，两位四通阀处于导通状态，此时来自X油口的控制压力油经两位四通阀引导至伺服活塞的弹簧腔1，并使伺服活塞的有杆腔2的油液经两位四通阀流向泄油口Y。由于两位四通阀的流量比三位四通型先导阀比例阀要大的多，此时无论三位四通阀处于那种状态，伺服活塞杆都会在油液的压力作用下被压在下方极限位置。由于伺服活塞杆关闭了先导液桥的可变液阻R1，主阀芯在液压力的作用下也处于关闭状态。也就是说，在两位四通换向阀

失电时，无论比例电磁铁输入多大的指令信号，该阀都能可靠的关闭，起安全保护作用。

三、在压铸机上的使用情况

为了便于说明问题，先介绍一下压射曲线图。

在压铸机的三曲线显示系统中，快速压射信号发令的那一刻为三曲线显示的起始时间，信号由编码器和压力传感器获得，编码器记录行程及速度，压力传感器测量压力；在测量开始后，曲线仪每隔一段时间（采样时间），测出每一刻的行程、速度和压力，整个压射过程会被完整的纪录下来。然后以时间为横坐标（X轴），纵坐标（Y轴）上有三个参数，那就是：行程、速度和压力，它们以不同的颜色在显示屏上描绘出这些点，就获得了下述三条压射曲线。

黄色曲线——速度曲线

当压射缸开始动作后，它在低速(慢速压射)阀控制下，慢速前进，走到规定的位置时,高速(快速压射)阀开启，速度会快速上升，在很短的时间内上升到最大值。当铝熔料填充满模具型腔后，压射缸又会急速停下来，直至速度为零。

绿色曲线——压力曲线

在填充过程中，压射压力也会因填充产生阻力而增加，当压射压力增加到设定值（或设定位置）时，控制系统会打开增压阀，压射压力在增压器作用下，在很短的时间内上升至增压压力。

白色曲线——行程曲线

记录压射过程中行程和时间的关系，包括实际高速起动位置以及停止位置。

上述压射曲线图是分析TEA系列电液比例节流阀在压射过程中的实际工作状态和性能特点的良好工具。液压调速回路中，节流阀用于二次回路压力低于一次回路压力的场合，这里一次回路是指节流阀进油口之前的主油路，二次回路是指节流阀出油口之后的主油路。在进油调速的压射控制回路中，上述一次回路是指蓄能器储油腔及管路，二次回路是指压射缸的无杆腔及管路；压铸机的压射曲线图，记录的压射缸活塞的位置、速度和压力三曲线，实际也是节流阀二次回路的容积、流量和压力三曲线。下面以四幅TEA系列电液比例节流阀在快压射过程中曲线图来描述它的一些特性：

1、双峰形的速度（流量）曲线：

图4是在650吨压铸机压铸110型摩托车发动机左箱体时拍摄的，其快压射启动位置是用“快压射启动点工艺试验法”确定的，快压射速度是以铸件充形完整和内浇道表