螺纹插装阀介绍之二_平衡阀

流体传动与控制

平衡阀!"#$%&’()*+*%,’-*+.’/，又称负载控制阀

!0#*1"#%&(#+-*+.’/，也有称运动控制阀!2#&3#%

"#%&(#+-*+.’/，其实它的德文名称负载保持阀

!0*4&5*+&’%4.’%&3+/，

或下降刹车阀!6’%7)(’84.’%&3+/更贴近其关键功能，但考虑到国内习惯，本文中还是称平衡阀。

如所周知，液压对正向负载力大无穷，但对负向负载就相形见绌了。开式回路中原则上只能采取节流的方法，被动地控制，如图9。若负载力幅度多变而要求速度不变，在一定范围内可以采用二通流量阀或更复杂一些，带反馈的比例节流阀等。但若负载力不仅幅度多变且有时会降到接近零甚至时负时正，如图:，则单靠普通被动节流的方法就不行了。而这种情况在工程液压中很常见，这就是为什么平衡阀在工程液压中会十分广泛地被应用。如液压升降工作台!图;/中，

平衡阀被用于软启动、软停止、平稳运动，以保证可靠地停在每个希望的位置，即使管道破裂也不会下沉。在履带式行走机械!图

或后退。在绞车!图=/中，一个平衡阀与一个液控方向阀结合，以保证在希望工作时，先松煞车再动作；在不希望工作时，可靠地停留在任意位置。

因为平衡阀消耗能量甚多，容易引起过热，通常不用于低压系统!>=2?*/，

也不用于闭环系统。螺纹插装阀介绍之二———平衡阀

张海平

（德国蔡勒集团研发部）

摘要：该文概述了选用平衡阀时必须注意的特性，介绍了不同类型的制成螺纹插装形式的平衡阀@它们的性能和工作原理。

关键词：螺纹插装阀；平衡阀；特性中图分类号：AB9;C

文献标识码：D

文章编号：—————————————（:EEF ）E;GEE;CGEE<

H66I 9FC:GJKE<

"I ;9G 9K:9L AB

收稿日期：:EEFGE;G;E

作者简介：张海平（德籍），工学博士。

!概述

图9负向负载的控制

第;期（总第9F 期）:EEF 年=月

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2*N@:EEF

O+$31?#P’(A(*%483443#%*%1"#%&(#+

流体传动与控制

图!平衡阀用于差动回路

"#$功能

平衡阀可以说是集三阀于一身，参见图%。

一是作为单向阀&’!$(。它允许液流不受限制

地进入液压执行器&缸或马达(，以举升负载。然后锁

住回路，保持负载位置不变。

二是作为液控节流阀&$!’(。通过控制端口)

来控制节流阀的开启量，从而控制速度，使负载按

要求速度平稳地下降。一般都把控制端口)与执行

器的加载下降端口*相连，利用这一端口压力的变

化来控制节流阀的开启量，从而避免下降过速。从

本质上来说，就是通过控制节流，把负负载变为正

负载，从而能主动控制。

三是作为溢流阀。在无控制压力，但负载端口$

的压力，由于例如热膨胀，或外力，超过设定压力

时，溢流阀开启&$!’(，以避免液压执行器由于过压

损坏。这时其设定压力一般应该超过主溢流阀+$

开启压力的$)",，以保证在正常情况下，以最大工

作压力举升的负载也不致下降。

平衡阀若直接装在执行器的负载端口，在爆管

时还可起到安全阀的作用。

普通液控单向阀，也有功能一。也可锁住负载，

在有控制压力下时才打开，但一般不易做到精细控

制，很容易出现运动速度不稳定现象。它也没有功

能三。

在图-的回路中，液压缸的回油不通过换向

阀，而是直接通过平衡阀回油箱。在此回路中，平衡

阀中的单向阀就只起补油作用，以避免液压缸两端

由于负负载而出现负压，引起气蚀。此回路适用于

负载方向与幅度频繁变化的场合。

"#’类型

制作成螺纹插装形式的平衡阀，从图形符号来

看，与其他阀种相比，种类不很多，见图.。但为适应

实际使用的需要，有很多结构相似，性能不同的变

形。本文中将介绍

/$(普通三通口型&见第$节(

/’(控制口带附加阻尼型&第’节(

/)(带附加溢流阀型&第)节(

0$(四通口，带单独背压出口型&第1节(

0’(无背压&背压通大气(型&第2节(

0)(无背压&背压通大气(无溢流阀型&第%节(

/$至/)的基本共同点就是，弹簧腔都与出口

相连，背压等于出口压力，因此出口压力一般都会

按$345的倍数&45为控制比，见"#)(增高溢流压

力，按$3$645的倍数增高控制压力。所以不宜用

于出口有压力的场合。

换向阀中位一般应取7型，较为可靠，因为可

以保证控制压力接近零，液控节流功能被可靠锁

住，但溢流功能仍有效。若中位不能取7或8型，必

须被锁住，则可以考虑采用/)。

0$至0)的共同点就是，弹簧腔都不与出口相图%用平衡阀控制负向负载

图-平衡阀作为旁路阀

图.各种类型的平衡阀

).’""%年第)期

连。因此出口压力都不影响开启压力，可用于出口带压的回路，例如差动回路!图"#。

$%用于开启压力须精确控制，不能受负载压力影响的场合。可与比例换向阀配套使用。

它们的阀芯一般都是锥阀，以达到基本无泄漏。

&’%性能

平衡阀的以下性能对实际应用而言，是较重要的，在选用时要注意。

(#最高设定压力!)*+,-../0123-4453-#

指溢流功能最高可设定的，在控制压力为零时的开启压力。

6#最高负载压力!)*+78*9:8;9/0123-4453-#。

指液控节流功能可以保持负载以正常工作速度下降的压力。考虑到%&<的余量，最高负载压力就可以比最高设定压力低些。

%#控制比!2/;8.=*./80#控制比，即控制压

力的作用面积与负载压力的作用面积之比，一般从(’>到(&不等。控制比低，

稳定性好，但能耗高。因为控制压力通过液压缸或马达，又增加了另一腔，也即平衡阀进口的压力。

?）下面讨论控制比在系统中对控制压力的影

响

若令设定压力，即无背压、无控制压力时的溢流开启压力为!4，

则液控节流阀的开启条件为!(@!A B "A C !4!(#

式中，"A 为控制比，!A 为控制压力，!(为端口(的压力。

/#若令活塞面积为#:，

活塞杆端的环形面积为#D ，

负载为$7，则对于图(&所示的系统而言，作用在液压缸活塞上的力平衡方程式为

$7@!AB #D E !(B #:!6#把式!6#代入式!(#，则得到平衡阀在该系统中的开启

条件

!7@!A F "G @!ABHAC !4

式中，"G E #:F #D 为液压缸面积比，%7为负载引起的压力，即%7E $7F #:。即

!AC!!4I !7#F !"A@(F "G #，

还可导出负载波动对控制压力的影响!!AEI !!7F

!"A@(F "G #

//#类似，

可以导出平衡阀在图&’%I6系统中的开启条件为!AC!!4I !7#F !"A@"G #J

负载波动对控制压力的影响!!AEI !!7F !"A@"G #

///#类似，

可以导出平衡阀在图(6系统中的开启条件为!AC!!4I !7#F !"A@(#，及负载波动对控制压力的影响!!AEI !!7F !"A@(#

如果次级有溢流阀的话，其设定值必须高于负载最小时的%A 。

>#名义流量!K83)/0*;L;8M#平衡阀的名义

流量取决于阀的几何尺寸。但是，平衡阀在液控节流时，阀芯处在一个动态平衡位置。负载压力，特别是控制压力的波动，会引起开口的变化，从而流量的波动。在相对低速时，开口较小，相对波动就更显

著。为此美国的,50:N93*5;/A4O83P83*./80公司!以下简称,QK#及其他公司设计了许多带不同节流特性的平衡阀。图(%为,QK 的几个同样大小的平衡阀的控制压力I 流量特性曲线的对照。其名义流量相同，控制比均为%，设定压力均为6R&$*3，负载压力为S&$*3。OTUG 为标准型，OTVO 为半节流型，OTVG 为节流型。!参见表(#。图中的曲线越陡，则!W F !!A 越小，即流量对控制压力的变化不那么敏感，速度就相对稳定些。从曲线对比可以看出，节流

图(&负载作用于无杆腔

图(6两腔作用面积相同时

图((负载作用于有杆腔

6&&X 年>月%"

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