平衡回路辨析.doc

液压平衡回路辨析 姚平喜 张晓俊 （太原理工大学机械工程学院 030024） 内容摘要：本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。 关键字：平衡回路 设计准则 平衡阀 顺序阀 Differentiation and Analysis of the Hydraulic Balancing Circuit Yao pingxi, Zhang xiaojun (College of Mechanical Engineering, Taiyuan University of Technology, Taiyuan 030024,China) Abstract: In this paper, based on the system analysis of the balancing circuit, some unfaithful parlances in teaching materials are emendated, the insufficiency of balancing circuit used in past time is pointed out, an improved balancing circuit is educed. At the same time, a new principle balancing valve is put forward. Key words: balancing circuit; design principle; balancing valve; priority valve 1 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[1][2][3][4][5]。其广泛应用于工程机械、起重机械以及一些具有垂直运动部件的场合[6][7][8][9][10]。然而在包括液压工程手册]在内的一些液压的教科书，对平衡回路的阐述都存在一些问题，关于这一点文献[11]有过论述，但由于不是专门论述，因此也存在不全面之嫌疑。本文从液压平衡回路的定义出发，通过对各种液压平衡回路的分析，指出其存在的问题，特别是对其负载下行过程中存在的问题进行了深入的探讨，纠正了一些概念，从而为液压平衡回路的设计、液压平衡阀的设计提出了有益的建议。 2 教材中关于平衡回路论述的剖析 教材中对平衡回路只作了工作原理的简单介绍，对其内部的控制参数间的关系未进行深入讨论，所以难以发现有些基本回路中的设计错误，甚至给出了错误结论。关于平衡回路的讨论中，就选用自控式（内控式）平衡阀（顺序阀）和远控式（外控式）平衡阀所构成的回路进行了比较分析，给出了如下结论：“图1（a）中调整平衡阀1的开启压力稍大于立式缸活塞和工作部件自重所形成的下腔背压即可防止运动部件的自行下落。这种回路在活塞向下运动时，回油腔有一定的背压，故运动平稳，但功率损耗较大。如改用图（b）所示的远控式平衡阀组成的平衡回路，在活塞向下运动时，远控平衡阀被进油路上的控制油打开，回油腔背压消失，运动部件的势能得以利用，系统效率较高。远控平衡阀的开启压力与回油腔背压无关……。必须指出这种回路在回油路上应串入单向节流阀，以控制活塞的下降速度”。[4]这一结论中有两处错误，错误之一是说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1(b)中的单向节流阀用于控制活塞的下降速度。[11]如何判断这一结论中的错误呢？首先要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，无论采用自控式还是远控式平衡阀，油缸回油腔的背压p2都是用以实现平衡所必须的条件，应满足（式中，p1为上腔压力；p2为下腔压力；W为负载重量；A1为上腔面积；A2为下腔面积）。此外图1(b)中没有单向节流阀系统就无法正常工作[9][10][12]。因为图1(b)中如不串单向节流阀时，虽然远控平衡阀的开启压力可以很小，但由于油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1（b）中必须有打开顺序阀的控制压力pk(这里pk=p1)，要维持一定的重量，所需的背压p2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