关于平衡阀和平衡回路

液压技术
液压脉动抑制方法探讨
吴卫峰 （ 浙江水利水电专科学校，浙江 杭州 ３１００１８）
摘 要： 液压系统压力脉动的幅值既取决于油泵的性能，也受制于系统的阻抗，如何消弱脉动幅值，确保工作质量及液
压系统安全，是研究液压脉动的最终目的。文中探讨了抑制液压脉动的方法，并比较了各种不同类型方法的优劣，得出
了相应的结论。这些方法是长期工作实践的总结，对于具体的液压系统抑制液压脉动具有一定参考价值。
动的激振源。当管子的机振固有频率与脉动压力频率一
系统入口外的压力、流量和输入阻抗之间有关系式
致时， 就形成机械共振， 如何调整系统的总阻抗及机振固 Ｐ＝Ｚ·Ｑ， 脉动流量 Ｑ 主要取决于油泵特性， 在 Ｑ 一定的情
有频率使系统在工作转速范围内不发生共振， 是设计液 况下系统中压力脉动幅值的大小取决于系统的输入阻
压系统的前提： 首先要精确计算系统总阻抗、泵内阻抗及 抗， 因此设法减小工作频率系统的输入阻抗的模就可以
脉动压力频率和系统机振固有频率； 其次调整系统阻抗 达到降低系统中压力脉动的幅值。改变系统输入阻抗的
及机振固有频率。在避开谐振方面可用的方法有： 改变导 方 法 很 多 ： 改 变 导 管 截 面 尺 寸 、导管 长 度 、元 件 的 安 装 位
如图 ３ 所示的液压马达采用内部控制制动的回路
中， 应用平衡阀时， 换向阀在中位时两个油口一般都要连 接油箱， 这样才能保证马达回路中没有压力， 靠弹簧力制 动液压马达； 如果采用外部制动控制， 则没有这个限制。 当马达起升重物时， 换向阀的交叉回路进入工作， 液压油 在推动马达的同时通过梭阀给制动液压缸下腔供油， 解 除马达的制动， 实现起重机的提升； 在下放重物时， 换向 阀的平行回路进入工作， 同样液压油在推动马达的同时 通过梭阀给制动液压缸下腔供油， 解除马达的制动， 进行 下 放 动 作 。下 放 速 度 由 平 衡 阀 的 开 口 面 积 、开 启 压 力 和 开 口压差决定的液压阀反向流量决定， 从而防止液压马达 失控。这时如果在方向阀与平衡阀之间发生管子破裂， 不 会影响负载的下放操作， 起到安全作用。 ４ 在控制机械同步的两个液压缸时应用平衡阀
陷入瘫痪产生灾难性事故。
美国军方认为脉动压力不超过额定工作压力的±
１ 避开共振点法
１０％， 该系统能长寿命无故障地工作。目前全世界都将这
在给定的脉动流量激振源下， 若系统的阻抗与泵内 一标准作为规范执行， 可见人们更多地关注液压脉动的
阻抗相等时， 会产生谐振造成极大的压力脉动， 而管内的 幅值。
脉动压力在一定条件下（ 例如导管弯曲端） 会成为机械振 ２．１ 减小系统的输入阻抗
用使之在控制的运动速度下运动， 这在前面的平衡阀工作
原理中已经说明。
６结论
本文介绍了 ＦＤ 型平衡阀的原理与基本结构， 分析了
这种液压阀的工作特点， 根据不同的使用场合分析了使
用条件和使用效果。希望对平衡阀的正确合理使用起到
参考作用。
［ 参考文献］
［ １］ 章 宏 甲 ， 黄 谊 ， 王 积 伟．液 压 与 气 压 传 动 ［ Ｍ］ ．北 京 ： 机 械 工 业 出
版社， ຫໍສະໝຸດ Baidu００２．
［ ２］ 徐灏．机械设计手册． （ 第五卷） ［ Ｍ］ ．机械工业出版社， １９９７．
速度波动。其控制原理很明显， 在负载从最大到 ０ 的过程
（ 编辑 明 涛） !!!!!!!!!! 作者简 介： 张 雅琴 （ １９６１－ ） ， 女 ， 副 教 授 ， 主 要 从 事 液 压 技 术 方 面 的 教
控制摆动负载液压缸， 这是一个典型的变负载机构。 如图 ５ 所示在液压缸向右运动期间， 其活塞腔的负载从 最大正向负载到零负载， 然后到最大反向负载。使用平衡 阀能够使运动平稳在流量阀控制的速度下， 不出现明显的
１３２ 机械工程师 ２００６ 年第 １ 期
Ｈｙｄ ｒａ ｕ ｌｉｃ ｓ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌｏ ｇ ｙ
表性应用回路，期望对平衡阀的认识和平衡回路的设计有所帮助。
关键词： 单向顺序阀；平衡阀；平衡回路；ＦＤ 平衡阀
中图分类号： ＴＨ１３７
文献标识码： Ｂ
文章编号： １００２－ ２３３３（ ２００６） ０１－ ０１３２－ ０２
１ ＦＤ 平衡阀的结构与工作原理 ＦＤ 型平衡阀是德国力士乐公司设计的平衡阀， 它采
管长度， 改变泵出口附近的容积（ 如加装油滤） ， 采用阻尼 置、加装液压元件等都可以改变系统的输入阻抗。至于采
管（ 泵 的 附 近 接 入 一 段较 细 导 管） 等 等 ； 在 避 开 机 械 共 振 用何种方法， 要视影响阻抗大小的因素而定。
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 大反向负载的过程中， 有超速运动的趋势， 但平衡阀的作
学与科研工作。
中， 摆动液压缸运动速度由流量阀控制； 在负载由 ０ 到 最 收稿日期： ２００５－ ０９－ ２６
机械工程师 ２００６ 年第 １ 期 １３３
用了液控单向节流设计， 从而实现了液控单向阀和单向 节流阀的控制功能。其结构原理图如图 １（ ａ） ， 当其控制油 口 Ｘ 不工作时， 平衡阀具有单向阀的功能， 压力油从 Ａ 口流入时， 液压阀单向导通， 当压力油从 Ｂ 口流入时， 液 压阀反向封闭。如果其控制油口 Ｘ 通有一定的压力油， 由 于 Ｘ 口连接的阻尼口 Ｒ 的作用， 控制阀杆缓慢运动， 延 时后首先推动卸荷阀芯 Ｄ 使 Ｂ 口卸压， 然后推动主阀芯 开启， 液压油从 Ｂ 流向 Ａ 口， 液压油的流量由可变节流口 Ｋ 控制。图 １（ ｂ） 为其 图 形 符 号 ， 该 图 形 符 号 不 是我 国 标 准， 但更能说明这个液压阀的功能。
液 压 技 术 Ｈｙｄ ｒａ ｕ ｌｉｃ ｓ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌｏ ｇ ｙ
关于平衡阀和平衡回路
张雅琴， 张祝新 （ 长春工程学院 机电学院，吉林 长春 １３００１２）
摘 要： 平衡阀是液压系统中的重要元件，属于压力控制阀，但在一般的教科书中对其结构都不作介绍，使得人们在选
用时缺乏指导和参考，常常不能正确合理使用。文中从原理结构的角度分析了 ＦＤ 平衡阀的结构特点，进而分析了其代
２ 在单杆缸液压平衡回路中应用平衡阀 图 ２ 为采用 ＦＤ 型平衡阀设计的平衡回路， 在换向阀
处 于 中 位（ 为 了 安 全 ， 应 始 终 使用 闭 中 位 的 方 向 阀 ［３］） 时 ， 平衡阀保持垂直放置的液压缸不因自重而下落。当换向 阀交叉油路供油时， 液压油经过平衡阀（ 起单向阀作用） ， 推动液压缸活塞提升负载。这时如果液压泵到平衡阀之 间的液压油管破裂， 压力下降， 由于负载压力作用， 主阀 立即关闭， 油缸保持在工作位置。当换向阀平行油路进行 工作时， 由平衡阀的开口面积、开启压力和开口压差决定 了液压阀反向的流量， 这本身决定于液压缸另一侧的进 口流量， 从而防止液压缸失控。这时如果在方向阀与平衡 阀之间发生管子破裂， 不会影响负载的下放操作， 起到安 全作用。 ３ 在起重机的液压机械联合制动回路中应用平衡阀
关键词： 液压脉动；抑制；方法
中图分类号： ＴＢ１２６
文献标识码： Ｂ
文章编号： １００２－ ２３３３（ ２００６） ０１－ ０１３３－ ０３
由流体力学可知， 流体在管路中运动时和管路的相 方面可从改变导管长度、卡箍位置和元件固定刚度方面
互作用形成阻抗。液压系统产生液压脉动的根源是泵输 着手， 从实验经验获知导管长度， 导管的弯曲程度对系统
如果图 ４ 所示的两个液压缸采用机械刚性同步， 这 时不能用两个平衡阀控制这两个液压缸， 因为不可能在 每个液压缸中保持同步的压力， 在应用时， 一般是在两个 液压缸的下行出油口处分别安装外泄式液控单向阀， 平 衡 阀 则 安 装 在 公 用 管 路 中 ［ ３］ 。 ５ 控制摆动负载缸中应用平衡阀
出的脉动流量在遇到系统阻抗后产生的压力脉动。压力 的谐振和共振影响最大， 改变管长可以调整谐振点甚至
脉动会引起系统的振动， 当泵输出流量的频率与管系的 消除谐振， 导管弯曲数越多， 共振越厉害， 导管尽量避免
固有频率相等时形成强烈的脉动压力， 使管路系统出现 弯曲。
剧 烈 振 动 ， 不 仅 影 响工 作 质 量 、元 件 寿 命 ， 严 重 者 使 系 统 ２ 降压法