《液压平衡回路分析与应用.》由会员分享，可在线阅读，更多相关《液压平衡回路分析与应用.（32页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、液压平衡回路分析与应用 报告者：徐怀刚 所学专业：机械设计及理论 2012.5.6 1.平衡回路概述 在工程机械、起重机械中，为了防止立式液压 缸及工作部件因自身重力或内部泄漏而自行下滑 ,在活塞下行的回油路上设置产生一定背压的液 压元件,阻止活塞下落,这种回路一般被称为平衡 回路。 平衡回路一般用于平衡与液压力作用方向相同 的重力负载。当负载下降时，在液压缸回油腔中 产生平衡活塞及运动部件自重的背压，防止活塞 或运动部件因自重超过油泵供油量所能提供的运 动速度而出现失速现象，对液压系统造成较大的 冲击和震动。 在液压平衡回路中，液压缸存在举重上升、承 载静止和负载下行 三种基本状态。平衡回路
2、只在 承载静止和负载下行阶段起作用，且应能满足静 止时活塞能被锁紧，下行时速度可控，以保证活 塞能被锁定在任意位置。 2.液压平衡回路的分类 1）传统顺序阀平衡回路 早起液压平衡锁紧回路，主要由顺序阀与换向阀 组成，如图 1 所示。图 1(a) 为内控式单向顺序 阀平衡回路，图 1(b) 是锥阀结构的外控式单向顺 序阀平衡回路。 （a）内控式顺序阀 （b）外控式顺序阀 图1.顺序阀平衡回路 工作特点：在图 1(a) 中，适当调节顺序阀的开启压力 ，使其稍大于液压缸活塞及其工作部件自重在液压缸下 腔所产生的压力。当液压缸下行有超越负载发生时，由 于顺序阀的作用在液压缸回油腔产生一定的背压，防止
3、了活塞及其工作部件超速下降。这种液压平衡回路在负 载下行运动时，能建立稳定的背压，故工作平稳。 缺点：当顺序阀调定后，若工作负载减小，则需要增 加泵的输出功率，系统的功率损失将增大，且负载越小 ，效率越低，导致系统发热越快，油液温度升高；而且 滑阀结构的顺序阀和换向阀存在泄漏，在承载静止阶段 ，活塞不能长时间停留在任意位置 应用场合：该回路不适用于工作时间长，能量消耗大的 设备，如工程机械，仅用于工作负载固定且功率较小的 场合。 工作特点：在图1（b）中，液控顺序阀的启闭取决于 控制油口，即液压缸无杆腔油压的高低。在活塞下行 时，外空顺序阀被液压缸进油路上的控制压力油打开 ，液压缸回油腔背压迅
4、速下降，回油阻力减小，甚至 消失。运动部件因自重二加速下降，势能得以利用， 系统效率较高。 缺点：当运动部件因自重而超速下降时，会造成液压 缸上腔供油不足，进路压力消失，外控顺序阀因控制 油失压二而关闭，关闭后控制油路又会重新建立压力 ，阀再次打开、关闭。由于外控顺序阀时开时闭，出 现严重的点头或爬行现象，运动不稳定，产生较大的 冲击振动和噪声。 2）.顺序阀平衡回路的改进 顺序阀的基本功能是达到其调定压力时，阀口就打开，且 阀口损失要尽量小。而平衡阀则在超载发生时，使液压缸 回油腔保持合适的背压。实践中通过改善控制压力的施加 方式来提高外控顺序阀的性能。 在顺序阀的控制回路上增加可调节流阀，
5、并将节流阀调到 合适开度，使控制压力油经足够节流后在施加到顺序阀上 ，使阀缓开缓闭，减少由于控制压力施加过快、过大或波 动引起的液压缸爬行现象，提高回路稳定性。 （a）下行回路 加设单向节流阀 （b）外控回路 加设单向节流阀 图 2 外控顺序阀改装平衡回路 如图2所示在油缸下部加装单向节流阀，适当调节其 开度，增加回路阻尼，提高液压缸下行背压，使负 载下行速度稳定。 这两种外控顺序阀平衡回路都具有平衡动态负载的 功能，若液压缸活塞因负载增加而加速下降，活塞 上腔因供油不足而压力下降，顺序阀的控制压力就 下降，顺序阀阀口关小，活塞速度下降，背压相应 上升，平衡重力和负载的作用增强。但液压缸下行
6、时仍会出现速度忽快忽慢的“点头”“爬行”现象，平稳 性不及顺序平衡回路。 为克服滑阀结构外控顺序阀因泄露导致静止 支撑时间不长的问题，采用锥阀结构的限速 锁替代外控顺序阀，来平衡起重机等负载变 化较大的工程机械。 3）液控单向平衡阀平衡回路 （a）液控单向阀与单向顺序 阀平衡回路 （b）液控单向阀与单向节流 阀平衡回路 图3 液控单向阀与单向节流阀平衡回路 液控单向阀平衡回路主要用于改善顺序阀和单向 节流阀的泄漏问题，提高平衡回路在静止承载阶 段的长时间的锁紧性能。如图3（a）、（b）所 示，换向阀中位液压缸在其行程的任意位置上锁 紧，防止液压缸及负载因阀泄漏自行下滑。 单向节流阀其控制活塞下
7、行速度，防止液压缸下 行时产生冲击和振动。 由单向节流阀和M中位机能换 向阀组成的平衡回路，如图4所 示。由单向节流阀调速，中位 承载静止时由换向阀锁紧。如 用单向调速阀替代单向节流阀 ，速度稳定性明显提高，改平 衡回路结构简单，常用于对速 度稳定性要求不高、功能不大 或功率较大但工作不频繁的定 量泵油路中。 4）单向节流阀平衡回路 图4 单向节流阀平衡回路 内外控相结合的单向顺序阀平衡回路，将液压缸 进出油路压力和回油腔背压同时作为顺序阀的控 制压力。根据回油箱背压在顺序阀主阀芯上作用 方向的不同，可分为两种控制方式，如图5所示 。 5）内外控结合单向顺序阀平衡回路 （a）平衡回路1（b）平
8、衡回路2 图 5 内外空结合的顺序阀平衡回路 在图5(a)中，回油腔背压和调压弹簧力迭加后与 液压缸进油路压力相平衡，在图5(b)中，由于下 行时背压作用方向与弹簧力作用方向相同，所以 弹簧刚度设置低一些，这种调压比较方便。 该两种平衡回路，兼具内外控式顺序阀平衡回路 优点。 图5（a）中顺序阀阀芯受力平衡方程为： （1 ）式中 ： 为顺序阀主阀阀芯控制活塞面积；为液压缸进出油腔油压； 为液压缸回油腔背压；为顺序阀主阀芯承压面积； 为弹簧刚度； 为调压弹簧的预压缩量；为调压弹簧在某一稳定工况下的开口量 。 液压缸受力平衡方程为： （2 ） 式中 ： 为液压缸进出油腔油压；式中 ： 为顺序阀主阀
9、阀芯控制活塞面积；为液压缸进出油腔油压；式中 ： 为液压缸有杆腔有效面积；为液压缸无杆腔面积；式中 ： 由式（1）、（2）得： （3） （4） 对于高压系统由于引入两种控制压力，平衡回路 无论空载或是额定负载下行，外控油路上仅需较 小的压力就可以打开平衡阀，油泵供油压力相对 较小，负载下行功率损失较小。 较先前的顺序阀平衡回路相比较，顺序阀的控制 油压能随着负载的变化而不断变化，即回路自动 建立稳定的背压，且被压始终存在，工作比较平 稳。 随着工程机械对液压技术要求的不断发展，为使 液压缸动作平稳，已经出现各种适应于不同工况 ，例如：双向交替超越负载、单向超越负载或液 压缸倾斜震动较小、倾斜振
10、动较大等专用平衡阀 ，平衡回路性能不断提高。 这些平衡阀在原来内外控顺序阀的基础上，一般 引入其他控制油源，具有不同的阻尼结构。如图 6所示。 6）其他平衡阀专用平衡回路 1、顺序阀 2、单向顺序阀 3、节流阀 4、单向阀 图6 内外控结合单向顺序阀平衡回路 在实线位置时，从工作油口B引入控制油，经节 流阀6、单向阀10快速进入顺序阀3的控制腔，打 开P2到A的阀口；在顺序阀打开、控制压力P1降 低的同时，经过可调节流阀5的控制油继续进入到 顺序阀3的控制腔，顺序阀逐渐转化到与负载相适 应的节流位置，实现平稳开启。 当顺序阀阀芯在干扰作用下往回运动时，受到节 流阀的阻尼作用，使阀芯动作得到缓冲
11、，液压缸 和负载下降动作平稳。当超越负载反向时（图中 虚线位置），由单向顺序阀及其控制油路发挥相 同作用。 工作原理： 专用平衡阀通过在内外控顺序阀控制油路上设置 多个节流口和方向控制回路，使顺序阀阀芯的动 作过程受到多种节流阻尼器调节作用，对阀芯产 生缓冲作用防止因顺序阀阀芯启闭产生的冲击和 振动。该回路确保了回路的快速反应，又对回路 冲击有着缓冲稳定作用 该平衡阀平衡回路优先选用在负载重且变化大， 对稳定性和锁紧性要求高的超越负载下降机构中 。 结语 随着液压平衡技术的不断发展，其应用场合也越 来越多。不同用途的工程技术对于液压平衡回路 的性能要求也随之不同，因此应该根据实际情况 ，选用与
12、之相适应的平衡回路，以满足实际工程 技术的要求。 参考文献 1 HE Cunxing, ZHANG Tiehua. Hydraulics &Pneumatics M. Wuhan: Hua Zhong University of Science and Technology Press, 1999(in Chinese) . 2 V. E. Bean, “NIST Pressure Calibration Service,” NIST special Publication 250-39, NIST, 1994. 3 NCSL RIPS-4, “Deadweight Pressure Gaug
13、es,” July 1998. 4 Walter Markus, “A Constant Volume Valve,” The Review of Scientific Instruments, 43, 1 (1972). 5 Paroscientific, Inc., “Operation manual for intelligent instruments with dual RE-232 and RS-485 interfaces,” Document no. 8819-001, Rev. A, (2001). 6 B. N. Taylor and C. E. Kuyatt, “Guid
14、elines for Evaluating and Expressing the Uncertainty of NIST Measurement Resuits,” NET Technical Note 1297, 1994 Edition. 7 D. A. Olson and T. Kobata, “Automating the Calibration of Two Piston Gage Pressure Balances,” Proceedings of 2002 NCSL Intemational Workshop and Symposium, San Diego, CA, 2002
15、8 PAN Xufeng. Modern automobile electric technology M. Beijing :Beijing Institute of Technology Press, 1998(in Chinese) 9 AO Gang. Study on digital control for shifting phases D. Beijing: Beijing Institute of Technology, 2004(in Chinese) 10 Tanaka. Digital control and application of hydraulic and pn
16、eumatic M. Chongqing: Chongqing University Press, 1992 11 LI Hansun. Basis of circuit analysis M. Beijing: Higher Education Press, 2000 12 ZHANG Zhiyun. Proficient MATLAB 5.3 M. Beijing: Bei hang University Press, 2000(in Chinese) 13 Deng Yi, Liu Shaojun, Liu Zhongwei, Zhou Yucai, Reliability analysis of 300MN hydraulic Die-forging press synchronism- balancing hydraulic system
