液压平衡回路设计.docx

液压平衡回路设计 周海强 1 周志强 2 1 航天一院 18 所 北京 100076 2 航天二院 206 所 北京 100854 摘要 对液压平衡回路 锁紧回路进行了分析 指出了通常所用的平衡回路的不足 介绍在特定工况下使用的几款 知名厂家的特殊功能平衡阀 并设计与分析了几种相应的平衡回路 关键词 平衡回路 锁紧回路 平衡阀 中图分类号 tp137文献标志码 a文章编号 1672 8904 2014 06 0036 004 平衡回路是液压传动中的一种压力控制基本回 路 是为了防止液压传动竖直运动部件 由于自重而 自行下落 或者下落时超速失锁 造成冲击而在回路 上设置适当阻力的回路 当执行机构在不运动时受 重力作用 为了平衡重力负载 维持执行机构不动而 采用平衡回路 常用的办法是在液压回路中加上平 衡阀 采用单向顺序阀的平衡回路和采用液控单向阀 和单向节流阀的平衡回路 平衡回路对闭锁性要求 可靠性要求都较高 在 使用平衡回路时 为防止重物产生超速下滑 在液压 系统中加入合适的压力控制阀或流量控制阀 做到真 正意义上的平衡作用 平衡阀的工作原理与内泄单 向顺序阀相同 根据控制形式不同 也有内控和外控 之分 平衡阀除应具有内泄单向顺序阀的基本性能 要求外 还应有较高的平衡程度 因此其内泄漏量应 尽可能的小 当液压缸或马达需要运动时 通过向另 一油路通液压油 同时由于平衡阀内部油路控制顺序 阀打开回路 实现其运动 工程机械中许多机械存在 负 重 下 降 工 况 为 避 免 其 超 速 下 降 需 要 设 置 平 衡 阀 例如起重机的起升机构和变幅机构 平衡阀的 性能将会明显影响这些机械的工作质量和安全 它 起限速平衡作用 同时还能起到液压锁的作用 单向 阀和主阀芯锥面密封效果好 可以长时间地将重物保 持在一定位置上 典型的平衡回路如图 1 所示 而相似作用的回路是锁紧回路 锁紧回路是指 通过切断 闭锁执行元件的进油 回油通道来使其停 在规定的位置上的回路 无论负载如何变化执行元件 也要能保持不动 锁紧回路应能满足可靠 迅速 平 稳 持久等要求 图 2 是典型锁紧回路 液压缸在换 向阀处于中位时被两个双向液压锁双向锁紧 可靠 持久 经得起负载变化的干扰 双向液压锁是两个液 控单向阀并在一起使用的 通常使用在承重液压缸或 马达油路中 用于防止液压缸或马达在重物作用下自 行下滑 需要动作时 须向另一路供油 通过内部控 制油路打开单向阀使油路接通 液压缸或马达才能动 作 由于双向液压锁结构本身的原因 液压缸运动过 程中 由于负载的自重 往往在主工作腔造成瞬间失 压 产生真空 而使单向阀关闭 然后继续供油 当工 作腔压力上升再开启单向阀 由于频繁地发生打开 关闭动作 因而会使负载在下落的过程中产生较大的 冲击和振动 因此 双向液压锁通常不推荐用于高速 重载工况 而常用于支撑时间较长 运动速度不高的 闭锁回路中 图 1 典型平衡回路图 平衡与锁紧回路主要区别如下 1 所用液压阀不同 锁紧回路多采用双向或单 向液压锁 只起到锁紧作用 锁紧回路工作稳定性较 差 而平衡回路使用的平衡阀不但要具有锁紧的性 能 而且还可自动调整执行元件的运动速度 收稿日期 2014 06 16 作者简介 周海强 1975 男 硕士 工程师 现从事流体传动及控制 系统的设计工作 1 液压锁 1 直控平衡阀 第 37 页2014 年 11 月 周海强 等 液压平衡回路设计 生的冲击 在实际应用中 应保证负载运动速度平稳 的前提下 把节流阀的开度调到最大 这样不但保证 负载运动速度的稳定性 而且又可使功率损耗最小 但是这种回路有使用上的缺陷 在液压缸负重下行 时 该平衡回路中回油路背压的大小由单向节流阀调 定 同样 该节流阀开口大小一旦调定便不会频繁更 改 所以就一定范围内的液压缸负重 按保证最大负 载平稳下行进行设置 这样必然造成一个问题 是当 液压缸负重比较小的时候 液压缸有杆腔必须达到很 大的压力才能使小负载下行 这就会造成较大的功率 损失 而当液压缸负重较大时 液压缸无杆腔的压力 比节流阀调定的背压大 会导致液压缸负重超速下行 的问题 可能出现两种振动 一是高频小振幅振动并 伴有很大的尖叫声 二是低频大振幅振动 图 2 典型锁紧回路 2 所用机构不同 平衡回路多用在重要的机构 中 如变幅 伸缩和起升机构 而锁紧回路多用于受垂 直载荷的轮式起重机 随车起重机或轮式挖掘机的支 腿 以及工程用混凝土输送泵车和高空作业车的支腿 上 3 工作性能不同 锁紧回路受负载变化影响 使执行元件的运动平稳性较差 平衡回路的动态稳定 性较好 可以应用在起升机构回路 可使重物下降速 度相对比较平稳 不受载荷变化的影响 4 机构位置不同 锁紧回路是针对液压缸水平 放置 不受重力作用影响的情况下使用的 若液压缸 倾斜或是垂直放置 受重力作用影响 就应使用平衡 回路 平衡回路是一种特殊的锁紧回路 高速重载且对 速度稳定性有一定要求的系统 一定要采用平衡阀作 为闭锁元件使用 切不可一味追求低成本而选用双向 液压锁 图 3 液控单向阀平衡回路 1 2 直控式平衡阀回路 用直控式平衡阀的平衡回路 如图 4 所示 调整 平衡阀的开启压力使其稍大于立式液压缸活塞及工 作部件自重 在液压缸下腔所产生的压力 活塞部件 则不会因自重而下落 回油腔由单向顺序阀闭锁 背 压力由顺序阀调定 闭锁不严 活塞不能长期停留在 任意位置上 活塞下行时 液压缸上腔返回时 功率损 失可大为减少 1液压平衡回路 1 1 液控单向阀平衡回路 因液控单向阀密封性好 泄漏量小 故锁紧性能 好 如不串联单向节流阀 活塞部件下降时 液控单向 阀可能时开时闭 引起振荡 为了克服负载下降过程 中的速度不稳定现象 可在液压缸下腔油路中设置一 个单向节流阀 接入单向节流阀后调节节流阀的开度 来调整活塞部件下降速度 液压缸上腔油路中始终存 在一个能使液控单向阀处于开启状态的压力 活塞下 降平稳 防止产生振荡 如图 3 所示 液压缸停止运 动时 依靠液控单向阀的反向密封性 能锁紧运动部 件 防止自行下滑 回路通常都串入单向节流阀 起 到控制活塞下行速度的作用 以防止液压缸下行时产 图 4 直控平衡回路 第 38 页 2014 年第 6 期 1 3 远控平衡阀回路 该回路适用于平衡重量变化较大的液压机械 如 液压起重机 升降机等 在举升机构中 为了使活塞 可以在任何位置停止和防止活塞下降过快 一般要采 用平衡回路 远控平衡阀的开启取决于控制压力而 与载荷无关 在活塞下运行时 平衡阀被控制油打开 背压很少 故系统效率很高 但是活塞部件有可能加 速下滑 存在平衡性较差以致产生振荡 应采用相应 措施 如在平衡阀的控制口加入节流阀 调整节流阀 使平衡阀启闭动作减慢 在一定程度上减轻液压冲击 现象 见图 5 所示 图 6 液控单向阀与平衡阀回路 平衡阀 例如贺德克平衡阀 意大利迪普马平衡阀或 油研平衡阀等即可 贺德克 sbve 平衡阀超过设定 压力时起压力溢流功能 截止功能可通过液压控制来 完成 意大利迪普马 dzc 型平衡阀的作用类似于减 压阀 其主要作用于使液压回路平衡或负载平衡 油 研 rb 平衡阀亦称减压溢流阀 是具有减压和平衡功 能的组合式压力控制阀 对于平衡回路 复杂工况主要有以下几种 1 负 载 变 化 的 情 况 诸 如 起 重 机 吊 重 的 升 降 等 若负载发生变化 要么活塞的下行速度不可控 要么系统的功率损失将增大 所以有必要对传统的 平衡回路做一些改进 以满足各种工况的要求 为达 到可靠平衡变负载的目的 选用例如力士乐 fd 之类 的平衡阀 2 液压缸承载下行过程中稳定性较差 并伴有 强烈的振动和冲击 在这种工况下选用例如哈威 lh dv 之类的平衡阀 3 需要提供精确 稳定 运动控制的能力 一般 选用例如威格士 systematic 之类的平衡阀 4 在行走卷扬工况下使用的平衡阀一般选用例 如力士乐 bvd 之类的平衡阀 5 在 需 要 控 制 下 行 速 度 的 工 况 下 使 用 的 平 衡 阀 可选用例如布赫 cindy 之类的平衡阀 图 5 远控平衡回路 1 4 液控单向阀与平衡阀回路 平衡回路对闭锁性要求 可靠性要求都较高 它 仅适用于竖直运动部件重量不大和停留时间较短的 系统 由于液控单向阀锥面密封性较好 故在平衡回 路中应用较广 平衡阀多以单向顺序阀或液控单向 阀代替 液压缸回油腔由液控单向阀和单向阀串接 闭锁 闭锁严密 活塞能长期停留在任意位置上 活 塞下行时有点功率损失 用液控单向阀与平衡阀组 成的平衡回路在液压缸下腔与平衡阀之间接入液控 单向阀 以起到锁紧作用 当活塞下行时 液控单向阀 开启 平衡阀起平衡作用 溢流阀 a 为安全阀防止液 控单向阀或平衡阀失灵打不开时 液压缸下腔增压发 生事故 如图 6 所示 参考文献 张雅琴 对液压系统设计中平衡回路问题研究 j 机械工 程师 2006 2 84 85 雷天觉 新编液压工程手册 m 北京 北京理工大学出 版社 1998 吴振芳 平衡阀和双向液压锁的正确选用 j 建筑机械 2007 7 89 90 1 2结 语 以上各种传统平衡回路 有各自的适用工况 各 2 有优缺点 为最大程度上满足工况和技术要求 建议 还是选择适应各种要求的平衡阀为好 对于简单工况和技术要求不高的场合 使用简单 3 下转第 56 页 第 56 页 2014 年第 6 期 2 郭 晓 松 祁 帅 于 传 强 冯 永 保 工 程 机 械 的 节 流 调 速 液 压回路仿真分析 j 机床与液压 2009 6 206 208 3 蒋丹 杨平 王丛岭 amesim 在 液压传动 实践教学中 的应用 j 实验科学与技术 2012 2 48 49 development and realization for virtual experiment of hydraulic and pneumatic transmission course liang yunfengding puzhu aiping 上接第 38 页 4 路甬祥 液压气动技术手册 m 北京 机械工业出版社 2002 范存德 液压技术手册 m 沈阳 辽宁科学技术出版社 2004 雷天觉 新编液压工程手册 m 北京 北京理工大学出 版社 1998 7 杨铁林 液控单向阀在液压平衡回路中的正确使用 j 工 程机械 1995 1 33 34 赵 家 文 液 压 平 衡 回 路 的 分 析 及 改 进 j 机 床 与 液 压 2009 1 186 187 许 利 君 900 t 提 梁 机 起 升 卷 扬 系 统 平 衡 阀 的 控 制 原 理 j 液压气动与密封 2010 10 51 52 5 8 6 9 design of hydraulic balancing circuit zhou haiqiangzhou zhiqiang abstract this paper analyzes the balance circuit latch circuit and points out the deficiencies of balance circuit usual ly used the balance valves of several well known manufacturers which are used in special conditions and have the special functions are introduced in this paper besides everal corresponding balance circuits used in special condi tions are also introduced key words balancing circuit latch circuit balancing valve 上接第 49 页 同步 m 北京 科学出版社 2003 9 26 28 范存德 液压技术手册 m 沈阳 辽宁科学技术出版社 2004 卢长耿 液压控制系统的分析与设计 m 北京 煤炭工 业出版社 1991 3 吉 林 工 业 大 学 等 校 工 程 机 械 液 压 与 液 力 传 动 m 北 京 机械工业出