平衡回路选择及计算.doc

平衡回路选择及计算张玉梅 兰澎 100039 北京特种机械研究所摘 要 本文对常见的几种平衡回路进行了比较，并指出其适用的场合。另外，对于变负载的液压平衡回路中平衡阀阀芯的随动过程进行了阐述。关键词 平衡回路；平衡阀；液压回路1前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而在回路上设置一定的阻力，产生一定的背压而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。2常见的平衡回路。液压中常用的平衡回路有内控式、外控式平衡回路以及单向节流阀加液控单向或者双向阀。如下图所示。A内控式 B外控式 C液控单向阀式 D双向液压锁式图1 平衡回路内控式与外控式的平衡回路中只有一个简单的平衡阀，一般适用于对承载静止过程中精度要求不高的场合。如果选用的平衡阀具有特殊的密封型式，能达到很好的密封也可以用于精度要求较高的场合。由于外控式平衡阀的开口大小决定于液控力，因此这种回路还适用于变负载的场合。内控式平衡阀不适用于负载变化较大的场合。液控单向阀式与双向液压锁式由于在平衡回路中采用的单向阀的锥式密封，具有较好的密封效果，因此可以用于对承载静止过程中精度要求较高的场合。其中双向液压锁式的平衡回路，双向液压锁还能非常有效的限制液压缸的内泄露，因此具有较好的精度保持作用。但是，由于这两种回路中平衡部件自重的只是单项节流阀，它的开口只能设置为定值，因此不适用于负载变化的场合。如果在变负载的情况下还要求较高的精度，则可以采取可变开口的平衡阀与液控单向阀或者双向液压锁组合的型式。3在定负载下单向节流阀开口面积的计算以液控单向阀式为例。流量方程为：式中为有杆腔流量；为有杆腔面积；为有杆腔面积；为有杆腔面积。当平衡阀打开时其压力平衡方程为：式中为有杆腔压力；G为外负载重力；为无杆腔压力；为流量经过节流阀时产生的压差。液压油过单向节流阀的流量方程为:式中：为流量系数；为单项节流阀开口面积；为流体密度。由此可以计算出单向节流阀的开口面积。若选择开口大小决定于外负载的平衡阀，则在选择完开启比后，平衡阀在运动过程中会达到平衡，而不必调整平衡阀的开口面积。其中，平衡阀的开启压力一般要大于其工作压力的15。其中必须大于平衡阀的开启压力，否则会导致平衡阀反复开启。4变负载下的平衡阀由上文可知，变负载下的平衡阀需要选择开口面积决定于液控力的并且在负载变化较大时需要选择外控式的平衡阀。在下图所示的平衡回路中，以FD型平衡阀为例，阐述变负载下的平衡阀阀芯的随动过程。 型平衡阀亦称单向截止型平衡调速阀，是力士 乐（ ）公司生产的液压元件。图2 FD型平衡阀这是一个典型的变负载控制，摆角从00表 示机构运行全过程，相对于支点 的负载力矩由小到 大变化。在0位置机构起动的瞬间，液压缸工作腔（即 无杆腔）的工作压力为最高，而设置在有杆腔回路中的 型平衡阀，因其 油口中的控制压力取自于另一 侧，所以主锥阀被打开，液压缸按排出的流量运行； 随着摆角的不断增大，机构便存在超速下倾趋势， 致使有杆腔的负载压力升高，而无杆腔的工作压力 （即控制压力）降低，于是主锥阀便左移，其开口面积减小，使欲增加的 减小而趋 于原值，从而确保机构运行速度不变。主锥阀虽左移， 但不会关闭，因为如果这样的话，无杆腔瞬间上升的压力又将其打开。所以主锥阀是随动的。其开口度与 油口中的控制压力、阀口压差三者间的动态平衡关系 共同决定了从执行器排出的流量基本不变，从而使负载平稳下降。这就是该阀的平衡调速功能。另外由于负载的变化是程余切曲线，而由于平衡阀开口面积改变而改变的却不是程余切曲线。因此，该平衡阀并不能达到理想中的匀速下降。5总结 本文阐述了几种平衡回路，节流阀开口面积的计算以及平衡阀阀芯的随动过