液压平衡回路辨析

［D］ 左建民 O 液压与气压传动 ［ N］ 机械工业出版社， O 北京： DKKEO ［A］ 陆鑫盛， 周洪 O 气动自动化系统的优化设计 ［ N］ O 上海： 上海科技文献出版社， A???O ［@］ 吕淮熏， 黄胜铭 O 气液压学 ［ N］ 高立图书有限公 O 台湾： 司， DKKFO
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收稿日期： A??B8?E8AF 作者简介： 姚平喜 （DKI@—） ， 男， 山西蒲县人， 副教授， 在读 博士生， 主要从事液压技术、 机电一体化技术以及 4!L M 4!N 技术方面的科研及教学工作。
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 参考文献： 按需要连接。步进器的接口分布如图 G# 所示。直接 使用步进器的机械手气动控制图如图 GJ 所示。 一个十级输出的步进器只能用于动作顺序数少于 或等于 D? 的多气缸顺序动作的控制， 若多气缸顺序动 作数多于D?， 则应该再串接一个步进器扩充接口， 例如 多气缸顺序动作数为 DI， 则使用两个步进器串接， 接 线如图 I 所示。
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结论 本文通过对平衡回路进行系统分析的基础上， 指
出了传统平衡回路的不足， 给出了一种改进的平衡回 路， 同时提出了一种新原理的平衡阀。
参考文献： ［"］ 陈奎生 , 液压与气压传动 ［ -］ 武汉理工大学出版 , 武汉： 社， !%%" , ［!］ 许福玲， 陈尧明 , 液压与气压传动 ［ -］ 机械工业出 , 北京： 版社， "... , ［+］ 章 宏 甲， 黄谊, 液压传动 ［ -］ 机 械 工 业 出 版 社， , 北 京： "../ , ［0］ 官忠范 , 液压传动系统 ［-］ 机械工业出版社， , 北京： ".1. , ［2］ 雷天觉 , 液压工程手册 ［-］ 机械工业出版社， , 北京： "..% , ［/］ 郭政军， 罗公粮 , 平衡回路振动原因分析 ［ 3］ , 建设机械技 术与管理， （/） !%%! , ［4］ 易伟平 , 汽车起重机平衡回路分析 ［ 3］ , 专用汽车， "..1 （0） , ［1］ 丰收 , 混凝土泵车平衡回路的故障排除 ［ 3］ , 工程机械与 维修， （/） "..2 , ［.］ 贺劲 , 液压步履式 桩 架 起 架 机 构 平 衡 回 路 的 改 进 设 计 ［ 3］ （0） , 建设机械技术与管理， "..2 , ［"%］ 赵春红 , 起重机液压平衡回路的改进 ［ 3］ , 工程机械与维 修， （0） !%%% , ［""］ 姚丁曦， 周庆熊 《 教学中的思考与实践 , 液压传动系统》
［& ’ $(， $!］
。因为图
虽然远控平衡阀的开启压 $% 中如不串单向节流阀时， 力可以很小， 但由于液压缸回油腔建立不起压力， 活塞 就会在重力作用下加速下滑， 当上腔油液不足以补充 时， 上腔压力就会低于平衡阀的打开压力， 平衡阀就会 关闭， 活塞就会停止下行。如此反复， 就会出现平衡回 路中常见的俗称为 “点头” 的故障现象。这在系统中是 不允许的。因此， 无需讨论没有单向节流阀的情况。 在这种情况下， 由于图 $% 中必须有打开顺序阀的控制 压力 !（这里 ， 要维持一定的重量， 所需的背 ! ) " !$） ) 压 ! ! 更大， 因此效率更低， 而不是教材上所说的效率 较高。事实上， 在平衡回路中， 就是要通过产生背压平 衡掉重力这一超越负载， 效率高低只取决于对内控顺 序阀的调定， 而在有单向节流阀的回路中， 取决于对节 流阀的调定， 只要调节合适， 效率就高， 反之效率就低。 另外只要系统中的溢流阀不工作， 泵所有的输出流量 全部进入上腔， 下降速度并不能调节， 而要达到调节速 度的目的， 上腔压力必须达到溢流阀设定的压力， 而该 压力应该是由起升所需要的压力调定的。因此， 图 $% 中的单向节流阀是用来建立背压而不是用来调速的。 " 液压平衡回路的平衡分析 平衡回路的功用在于使执行元件保持一定的背压 力， 以便与重力负载相平衡。平衡回路要求结构简单、 闭锁性能好、 工作可靠
通常所用的平衡回路的不足， 给出了一种改进的平衡回路， 同时提出了一种新原理的平衡阀。 关键词： 平衡回路； 设计准则； 平衡阀； 顺序阀 中图分类号： C-D@E ! 引言 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造成冲击而在回路上 设置适当的阻力， 产生一定的背压使其平稳下降的回 路
姚平喜， 张晓俊
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（太原理工大学 机械工程学院， 山西 太原 ?@??AB）
摘
要： 该文通过对平衡回路进行系统分析的基础上， 对教材中一些不准确的提法给予了校正， 指出了
平衡回路设计与选用正确方法
能源消耗
使用条件
不严格
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严格
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图#
新原理平衡阀
从表 " 可以看出， 图 ") 所示的回路是一个较好的 平衡回路， 系统既可以满足负载的变化， 又可以在停止 位置维持较好的闭锁性能。如果图 "’ 中的顺序阀采 用特殊设计的顺序阀， 也可以达到图 ") 的效果。但这 两种回路由于必须存在打开顺序阀或液控单向阀的压 力 （这里为 ! "） ， 则系统正常工作需要消耗一定的能量 ， 系统会产生大量的热。如果要让 ! " 维持很小 （ ! " ""） 的值， 一方面可以通过加大远控顺序阀或液控单向阀 控制活塞的面积， 但这要以加大阀的体积等为代价。 另一方面可以让 ! * 维持阀门的控制压力而让 ! " 取很 小的值， 甚或等于 %。这可以由另外的控制回路来实 现， 也可以采用如图 ! 所示的回路。通过增加一个单 向节流阀 （图 ! 中虚框中） 从而 ， 可以让 ! " 与 ! * 无关， 可以通过调节让 ! " 趋近于 %。
液压与气动
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一般举重上升过程系统处于稳定工作状态， 这里
" " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " 不作讨论。只对承载静止和负载下行过程加以讨论。 在承载静止过程中， 图 $+ 和图 $% 中由于滑阀结 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， 故这种回路适用于工作负载固定且活塞 闭锁要求不高的场合。而图 $, 所示的采用液控单向 阀的平衡回路， 由于液控单向阀是锥面密封， 泄漏量 小， 故其闭锁性能好， 活塞能够长时间停止不动。如果 图 $% 中的顺序阀采用特殊结构设计的平衡阀， 由于其
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（0）
#! 所以有 &， #$ $ #$ & $ (. #/ #! !
。任何平衡回路工作过程中，
! （1） !! ! 系统提供的流量 &$ 恒定的情况下， 由式 （ 1） 可导出此 &$ $
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均有三种运动状态， 即举重上升， 承载静止， 负载下行。 目前平衡回路存在的主要问题是承载下行过程中稳定
［$!］ 性较差 。
表!
回路名称 负载 （#） 闭锁性能 图 "$ 图 "’ 图 ") 变化不大 不严格 主动 约为 % 产生的热量 ! ! "! & # " $! !
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使用该新原理平衡阀， 停止不动时， 由锥面密封的 单向阀保持良好的闭锁性。负重下行时， 由节流阀平 衡负载重量， 随着负载重量的变化， 自动控制节流阀的 开口面积， 从而适应负载的变化。因此本阀可以满足 各种平衡回路的需求。
图! 平衡回路
也采用锥面密封， 也可以维持活塞长时间停止不动。 负载下行过程中， 要保证活塞在重力负载的作用 下平稳下降， 必须满足两个方面的平衡， 一方面是力的 平衡问题， 另一方面是速度的平衡问题 （流量连续问 为达到力平衡， 其背压为 题） 。如图 $ 所示， !! $ 其流量连续方程要求 &$ &! $ #$ #! （!） #$ " ! % #! #! $ （$）
采用远控阀比采用自控阀的平衡回路系统效率高。错 误之二是说图 DJ 中的单向节流阀用于控制活塞的下
［DD］ 降速度 。如何判断这一结论中的错误呢？首先要
ห้องสมุดไป่ตู้
对这两个回路中的能量关系进行分析比较。不难发 现， 平衡回路就是要将回路中的负载所产生的能量 （在 这里表现为势能） 吸收并转化为热能形式释放， 因此，
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