新型平衡阀在900吨运架设备上的应用

【摘 要】本文先从基本的液压平衡回路进行分析，说明基本液压平衡回路的原理，然后给出现在工程机械上大量使用的新型平衡阀，最后结合900吨运架设备设计和实际使用新型平衡阀的情况，说明新型平衡阀的优点。

【关键词】平衡回路；设计准则；平衡阀

1 引言

液压平衡回路是为了防止立式液压缸与垂直运动的工作部件由于自重而自行下落造成冲击而在回路上设置适当的阻力，产生一定的背压使其平稳下降的回路。其广泛应用于工程机械、起重机械以及一些具有垂直运动部件的场合。本文从液压平衡回路的定义出发，通过对各种液压平衡回路的分析，指出其存在的问题，特别是对其负载下行过程中存在的问题进行了深入的探讨，从而引出现在先进的平衡阀，并对其在900吨运架设备上成功运用进行说明。

2 关于平衡回路论述的剖析

下面给出三种教材中介绍的平衡回路。首先要对平衡回路中的能量关系进行分析比较。不难发现，平衡回路就是要将回路中的负载所产生的能量（在这里表现为势能）吸收并转化为热能形式释放，因此，无论采用自控式还是远控式平衡阀，油缸回油腔的背压p2都

是用以实现平衡所必须的条件，应满足 （式中，p1

为上腔压力；p2为下腔压力；W为负载重量；A1为上腔面积；A2为下腔面积）。图1（b）中没有单向节流阀系统就无法正常工作。因为图1（b）中如不串单向节流阀，远控平衡阀开启，油缸回油腔与油箱接通，回油腔建立不起压力，活塞就会在重力作用下加速下滑，当上腔油液不足以补充时，上腔压力就会低于平衡阀的打开压力，平衡阀就会关闭，活塞就会停止下行。如此反复，就会出现平衡回路中常见的俗称为“点头”的故障现象。这在实际液压系统中是不允许的。在这种情况下，由于图1（b）中必须有打开顺序阀的控制压力pk（这里pk=p1），同时回油腔要维持一定的重量，所需的背压p2较图1（a）更大，因此效率更低。事实上，在平衡回路中，就是要通过产生背压平衡掉重力这一超越负载，效率高低只取决于对内控顺序阀的调定，而在有单向节流阀的回路中，取决于对节流阀的调定，只要调节合适，效率就高，反之效率就低。另外只要系统中的溢流阀不工作，泵所有的输出流量全部进入上腔，下降速度并不能调节，而要达到调节速度的目的，上腔压力必须达到溢流阀设定的压力，而该压力应该是由起升所需要的压力调定的。因此，图1（b）中的单向节流阀是用来建立背压而不是用来调速的。

（a） （b） （c）

图1 平衡回路

3 液压平衡回路的平衡分析

平衡回路的功用在于使执行元件保持一定的背压力，以便与重力负载相平衡。平衡回路要求结构简单、闭锁性能好、工作可靠。任何平衡回路工作过程中，均有三种运动状态，即举重上升，承载静止，负载下行。目前平衡回路存在的主要问题是承载下行过程中稳定性较差。

一般举重上升过程系统处于稳定工作状态，这里不作讨论。只对承载静止和负载下行过程加以讨论。

在承载静止过程中，图1（a）和图1（b）中由于滑阀结构的顺序阀和换向阀存在泄漏，活塞不可能长时间停在任意位置，故这种回路适用于工作负载固定且活塞闭锁要求不高的场合。而图1（c）所示的采用液控单向阀的平衡回路，由于液控单向阀是锥面密封，泄漏量小，故其闭锁性能好，活塞能够长时间停止不动。如果图1（b）中的顺序阀采用特殊结构设计的平衡阀，由于其也采用锥面密封，也可以维持活塞长时间停止不动。

对于平衡回路，典型工况无外乎两种，一种是w恒定，诸如液压机的活塞和滑块的重量、推土机工作装置的升降、装载机和挖掘机及起重机动臂的升降等。另一种则是w变化的情况，诸如起重机吊重的升降等。当w恒定时，只要让p1维持恒定，由公式（1）可知，就可维持p2恒定。在这种情况下，只要p1=0或趋近于0，就可以让p2很小，从而达到节能或提高效率的问题。这种情况下，图1（a）所示的平衡回路可以达到更高的效率。而图1（b）和（c）所示的平衡回路则由于存在需要打开远控顺序阀或液控单向阀的控制压力，p1必须存在，且当A1/A2较大时，则所需的p2就较大，因此系统的效率就较低。

3.1 德国哈威公司的LHK平衡阀

这种平衡阀与OIL-CONTROL平衡阀（型号08.44.11-X-Y-Z）最主要的区别就在先导控制溢流阀的先导油路上加了一个单向节流阀。这个单向节流阀使得当先导控制溢流阀打开的瞬间，p2变为0，p1缓慢地变为0，先导控制溢流阀是慢慢地平缓地关闭。当先导控制溢流阀关闭后p2和p1重新憋起压力，p1压力通过单向节流阀的单向阀快速打开先导控制溢流阀。就这样，先导控制溢流阀反复快速打开慢慢关闭，油缸动作就表现得比较平缓，不会出现振动很明显的现象。但如果单向节流阀的节流口开口调得不好，就不能解决油缸动作振动的问题。同时在负载总发生变化，油缸速度也要求不同时，就要求单向节流阀的开口也不一样。所以单向节流阀的节流口开口是一个调定后不能时刻改变的值，调得不好也起不到作用。这样就说明这种平衡阀不能完全解决油缸振动的问题，只是在载荷变化不大，单向节流阀的节流口对应负载调定合适了，这种阀可以缓解油缸振动问题。实际使用中，如果负载变化不大，用这种阀几乎可以让人感觉不出油缸动作的振动。

3.2 德国力士乐公司的FD型单向节流式平衡阀

这种平衡阀，停止不动时，由锥面密封的单向阀保持良好的闭锁性。负重油缸回缩时，由节流阀平衡负载重量，随着负载重量的变化，自动控制节流阀的开口面积，从而适应负载的变化。负载的重力势能全部转化为通过节流阀节流后油液的热能。这种阀能很好地解决油缸负载时刻变化的负载下落工况，所以大量运用于吊车的主起升油缸动作回路上。900吨运梁车上就是运用这种阀控制均衡油缸动作，使得运梁车在空载和重载时都可以平稳安全地调节均衡。但这种阀不能直接安装在油缸上，如果发生爆管情况，无法锁住油缸，很可能产生危险工况。并且这种阀没有溢流阀，就没有OIL-CONTROL平衡阀（型号08.44.11-X-Y-Z）的第（3）优点。

3.3 德国力士乐公司的MHB下降制动阀

这种阀就是在FD型单向节流式平衡阀的基础之上开发出来的，它有FD型单向节流式平衡阀所有性能，并且可以直接安装于油缸上，不用担心爆管。并集成有二次溢流阀，拥有有OIL-CONTROL平衡阀（型号08.44.11-X-Y-Z）的第（3）优点，可以很好的保护油缸。所以这种平衡阀是现在最好的平衡阀，唯一的缺点就是只有单方向的，没有双向平衡作用的且价格过高。900吨运梁车的支腿上就安装有这种阀，它使得支腿动作时平缓稳定，在不给支腿供油，运梁车和架桥机完成同步拖梁时，起到限制支腿力量保护梁片的作用。

4 结论

本文通过对平衡回路进行系统分析的基础上，指出了传统平衡回路的不足，给出了一种改进的平衡回路，同时介绍了几种新型的平衡阀，并比较了其优缺点。

参考文献：

[1]陈奎生.《液压与气压传动》.武汉：武汉理工大学出版社，2004.

[2]许福玲，陈尧明.《液压与气压传动》.北京：机械工业出版社，1999.

[3]章宏甲，黄谊.液压传动.北京：机械工业出版社，1996.