液压平衡回路分析与应用

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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2012.5.61.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。平衡回路只在承载静止和负载下行阶

2、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

3、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

4、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，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

5、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（b）外控回路加设单向节流阀加设单向节流阀图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。3）液控单向平衡阀平衡回路°为克服滑阀结构外控顺序阀

6、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。（a）液控单向阀与单向顺序（b）液控单向阀与单向节流阀平衡回路阀平衡回路图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行速度，防止液压缸下行时产生冲击和振动。4）单向节流阀平衡回路由单向节流阀和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

7、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。图4单向节流阀平衡回路5）内外控结合单向顺序阀平衡回路°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。（a）平衡回路1（b）平衡回路2图5内外空