双向液压平衡阀毕业设计

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1、烟台大学毕业论文（设计） 1 目目 录录 第一章 绪论 2 1.1 液压平衡阀的发展现状 2 1.2 典型平衡回路简介 3 1.3 平衡阀的介绍 . 4 1.3.1 平衡阀的概念 . 4 1.3.2 平衡阀的类型 . 5 第二章 双向液压平衡阀的原理及其结构 7 2.1 双向液压平衡阀的结构 8 2.2 双向液压平衡阀的原理 8 第三章 双向液压平衡阀的设计 10 3.1 基本设计思路 . 10 3.2 平衡阀主阀芯的设计 10 3 .2 .1 设计的参数 . 10 3 .2 .2 关键参数的设计 . 10 3 .2 .3 阀芯的设计 . 14 3.3 平衡阀中单向阀的设计 15 3 .3 .

2、1 单向阀的简介 . 15 3 .3 .2 新式平衡阀中的单向阀 . 17 3.4 弹簧的设计 17 3.4.1 阀芯弹簧的设计 . 18 3.4.2 单向阀弹簧的设计 . 21 3.5 阀体的设计 22 3.6 密封件与配合 22 第四章 设计中用到的设计软件solidworks 24 4.1 Solidworks 的简介 . 24 4.2 Solidworks 软件在本设计中的应用 . 24 第五章 设计小结 31 致谢 . 33 参考文献.34 烟台大学毕业论文（设计） 2 第一章第一章 绪论绪论 1.1 液压平衡阀的发展现状液压平衡阀的发展现状 随着国家经济以及基础建设的快速发展，工程

3、机械在公路、港口码头、铁道、矿山建设以及工业与民用建筑中获得了极为广泛的应用。 各行各业对工程机械的需求量越来越大，同时对吨位和质量的要求也越来越高。例如工程用起重机，国内最大吨位的一般在 50 吨左右，要想上到 50 吨或 100 吨以上，就比较困难。其中的重要部件，特别是双缸变幅机构中的液压部件液压平衡阀是最大的困难之一。 因为带载下降的许多液压机械设备，它们必须有一个能控制其带载下降时的平衡与安全装置，例如在工程起重机上就把这个控制液压部件称为液压平衡阀。而且当所带载荷越大时，其意义就越大、越重要。实际上我国液压平衡阀对现有平衡阀不仅在吨位起重机上不能满足性能要求，也不能满足大吨位机械双

4、缸变幅的应用。实践经验表明液压平衡阀对工程机械工作的平稳性、可靠性和系统效率具有重要的影响。然而目前国内的现有平衡阀又多属于仿制产品，所以国产平衡阀普遍存在着低频抖动、控制压力偏高、工作稳定性安全性较差、双缸不能同步、结构较复杂等问题。常见的液压平衡阀有单级式和先导式两种。单级式平衡阀中的单向阀（用于起升）和主阀（用于下降）的相互位置为并列式，其特点是稳定性好，支撑可靠，但在快速换向或带负载变幅下降时，仍有低频振动（俗称点头号）现象，此外这一类平衡阀控制压力偏高，结构复杂。典型产品有北京起重机厂生产的4XD F 型平衡阀和哈尔滨工程机械厂生产的229HGB型平衡阀及徐州工程机械厂生产的“徐重阀

5、”等。而先导式平衡阀则为套装式，其特点是单向阀和主阀实行嵌套，结构紧凑，并且采用了主从结构，使主阀始终跟随先导阀芯，其上的液动力不会对控制活塞上的输入信号产生干扰，同时也使其控制压力得到了有效的降低，从而提高了平衡阀的灵敏度和经济性。典型产品有日本东京计器生产的BLG型平衡阀等。 国内平衡阀的独立研究应用较少，大多是六七十年代仿国外产品。如汽车起重机上已经应用了近二十年的4XD F 型平衡阀是仿美国的产品。国内有关院校和研究所对平衡阀进行过理论和试验研究， 但一直未能研制出适应国内工程机械液压系统的性能优良的平衡阀。 烟台大学毕业论文（设计） 3 1.2 典型平衡回路简介典型平衡回路简介 在下

6、降机构中，为了防止下降工况超速下降，并能使之在任何位置上锁紧的回路称为平衡回路 5。 对于油缸构成的平衡回路，工作过程均有三种状态：举重上升、保持静止、负载下行。平衡回路只有在承载静止和负载下行阶段起作用，它应符合两个原则：静止时活塞被锁紧，下行时速度可控。根据这两个原则，对上述平衡回路进行分析。 如图 11a 顺序阀的开启压力根据重物的重力进行调整，使其稍大于重物的重力，即防止活塞下滑这种平衡回路在活塞静止和下行时，回油腔可以产生平衡负载重力背压，但顺序阀的开启压力必须按最大负载的重力调定，当工作负载小于最大负载时， 系统的功率损失将增大， 负载越小， 系统效率越低， 且活塞的下行速度无法控

7、制， (a) (b) (c) (d) 图 1-1 四种典型平衡回路 烟台大学毕业论文（设计） 4 图（a）是采用单向内控顺序阀的平衡回路；图（b）是单向阀外控顺序阀和单向节流阀组合的平衡回路；图（c）为液控单向阀和单向节流阀组合的平衡回路；图（d）为用平衡阀的平衡回路。 同时因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，所以该回路只能在静止状态时将活塞锁紧，且锁紧的位置精度不高，它不能控制负载下行的速度。 如图 11b 外控顺序阀的作用同液控单向阀作用相同，当向油缸上腔供油压力达到一定时，顺序阀打开，油缸下腔的液压油被可控节流阀节流。 如图 11c 单向节流阀用于活塞下行时

8、平衡负载的重力和控制、调节活塞下行的速度当突然停止供油时，油缸下腔压力突然升高，液控单向阀关闭，使得液压缸下腔不能回油，该机构的优点是锁闭性能良好。实际上它只适合于固定负载，当负载变化时，活塞下行速度将随之变化。 如图 11d 的主要元件为平衡阀，当回路要求执行放下动作时，油缸上腔压力通过平衡阀先导油口打开节流口， 来适应负载要求； 当泵停止供油或者阀回到中位时，油缸上腔压力消失，主节流阀关闭，油缸被锁闭。这种回路适用于功率较大、外载负荷变化而又要求下降速度平稳、容易控制和锁紧时间较长的机构中。由于前三种回路只适用于固定负载而且功率损失较大，所以平衡阀构成的平衡回路优于前三种机构。 1.3 平

9、衡阀的介绍平衡阀的介绍 1.3.1 平衡阀的概念平衡阀的概念 液压平衡阀是工程机械液压系统重要元件之一，是使用较多的一种控制阀，它对改善工程机械使用性能起着不可忽视的作用，同时对工程机械整机性能(工作平稳性可靠性和系统效率)也有着重要的影响。例如液压起重机的起升机构、变幅机构及伸缩机构在带载下降时，若无平衡阀，机构就会在负载的作用下产生超速下降、无法控制、出现危险现象等。带载越大，这种危险也就越大。同样，在全液压行走系统中(开式系统)，在下坡中也会产生超速下滑的危险，因此也需要使用平衡阀。为了防止危险，实现带载下降的能控、微动、平衡及安全，就需要在下降的回路中安装一个既能限制负载下降速度， 又

10、可实现微调及任意可控在空间某一高度上停止而没有一丝下移(或下滑)的多功能控制阀。具有上述功能的阀就称为平衡阀 8。 烟台大学毕业论文（设计） 5 1.3.2 平衡阀的类型平衡阀的类型 图1-2所示的平衡阀工作原理图为日常多见的单液压缸执行机构液压系统所示的工作回路。 图 1-2 单液压缸执行机构液压回路平衡阀工作原理图 1、液压油泵 2、溢流阀 3、手动换向阀 4、平衡阀(限速阀)5、液压油缸 6、重物 工程机械使用的液压平衡阀，从结构上分有锥阀式、滑阀式和组合式三种，从油的流向看分顺流式和倒流式两种。 锥阀式虽易堵塞但密封性好， 几乎无泄漏， 具有 “锁”的作用等：滑阀式不易堵塞，低速微动性

11、好，但无“锁”的作用，重物易自动下降等：组合式是前两者的组合，既有“锁”的作用，又能进行微调，只是结构复杂些等。已在我国沿用至今的北京起重机厂引进的平衡阀(又称北起阀)4XD F 型等阀，就是组合式阀。下面对4XD F 阀作一工作原理介绍。 图 1-3 XDF 型平衡阀的结构原理 烟台大学毕业论文（设计） 6 1、主阀芯 2、控制阀芯 3、单向阀 4、主阀单向阀 5、a、b、d、e、f 均为小阻尼孔 它由主阀芯 1、控制阀芯 2、单向阀 3 以及单向阻尼阀 4 等组成，其工作原理为：重物下降时控制压力接 C 腔，控制阀芯 2 将主阀芯 1 打开，执行元件的回油从 B 口经 D、E，从 A 口排

12、出，按控制油压力的大小控制了主阀芯的开启程度，进而控制了液压缸回油的速度，即限制了液压缸负载下降时的速度。反向流动时，从 A 口进来的液压油直接顶开单向阀进入执行元件，主阀芯在 D 处作成带槽的，使流量变化缓和；连接阀芯 1、2 前后腔的小孔 a 及小孔 b、e、f 的作用是增加阻尼，减缓对压力波动的反应，防止振动。小孔 d 的作用是在平衡阀刚刚开启时减小阻尼，改善阀的快速反应性能。单向阀 4 的作用：当压力油从 A 口进入时，阀 4 被打开，在主阀大端的油压力的作用下，主阀芯和控制阀芯被紧紧锁住。此阀还能起液压锁的作用：当换向阀中位工作时，液压泵的油直接流回油箱，控制阀芯大端没有油压，主阀芯

13、在弹簧力的作用下关闭，执行元件的回油被锁住，因此，液压缸不能运动。该阀的静、动态特性分析表明：4XD F 型平衡阀稳定性较好，支撑可靠，但其控制压力偏高，在快速换向或负载变幅下降时，有严重的低频抖动现象，特别是大吨位起重机在双液压缸变幅回路工作时，此平衡阀不能满足结构及同步的需要。 烟台大学毕业论文（设计） 7 第二章第二章 双向液压平衡阀的原理及其结构双向液压平衡阀的原理及其结构 目前,由于常用的液压平衡阀的阀芯大多采用锥面结构,因此该阀的随动性和微动性较差，稳定性也不好，容易泄露，而且工作时会出现抖动，震动或冲击现象。另外，单向阀和溢流阀安装在不同的腔体内，整体结构比较松散、体积较大，同时

14、安装也比较麻烦，不适用于左右同时安装。因此设计如下这种体积小、结构紧凑，运行平稳的双向平衡阀（如图 2-1 示） 。 图 2-1 双向平衡阀 烟台大学毕业论文（设计） 8 2.1 双向液压平衡阀的结构双向液压平衡阀的结构 图 2-2 双向平衡阀的结构图 阀体 1 推杆 2 阀芯 3 弹簧 4 活门 5 螺套 6 调压弹簧 7 锁紧螺帽 8 调压螺杆 9 右油口 10 无杆腔油口 11 控制油口 12 有杆腔油口 13 左油口 14 油缸 15 缸体 双向液压平衡阀包括阀体、安装在该阀体中的两个溢流阀和单向阀；阀体内设有左右阀腔以及将两阀腔连通的滑腔，设在该阀体上的有杆腔油口与所述左阀腔连通，无

15、杆腔油口与所述右阀腔连通，在左右阀腔中各装有一个液控溢流阀和单向阀；所述溢流阀有固定在阀体上的螺套、安装在阀芯和螺套之间的调压弹簧构成，设在阀芯内的控制油孔与该阀腔连通；所述单向阀由安装在阀腔中的活门及弹簧构成；左阀腔中的单向阀将该阀腔与设在阀体上的左油口隔开， 右阀腔中的单向阀与设在阀体上的右油口隔开：安装在所述滑腔中可滑动的推杆将左右阀腔隔开。推杆两端设有与控制油口相适配的锥面；在螺杆上设有调压螺杆。 2.2 双向液压平衡阀的原理双向液压平衡阀的原理 工作原理，如图 2-2 所示：当从右油口 10 进油时，液压油进入右阀腔后分为两路：一路通过右阀腔中阀芯 3 上的控制油孔 12 顶开推杆

16、2，推杆 2 推动左阀腔中的阀芯 3 向左移动，从而使左阀腔中阀芯 3 与该阀腔中的活门 5 脱离接触，于是油缸烟台大学毕业论文（设计） 9 15 有杆腔中的液压油通过有杆腔油口 13 进入左阀腔，然后由左油口 14 流出；另一路直接将右阀腔中的活门5向左顶开， 然后通过无杆腔油口11进入油缸15的无杆腔。同理，当从左油口 14 进油时，液压油进入左阀腔后分两路：一路通过左阀腔中阀芯3 上的控制油孔 12 顶开推杆 2，推杆 2 推动右阀腔中的阀芯 3 向右移动，从而使右阀腔中阀芯 3 与该阀腔中的活门 5 脱离接触，于是油缸 15 无杆腔中的液压油通过无杆腔油口 11 进入右阀腔，然后由右油口 10 流出；另一路直接将左阀腔中的活门 5 向右顶开，然后通过有杆腔油口 13 进入油缸 15 的有杆腔