1、平衡閥在液壓系統(tǒng)中的應(yīng)用及故障排除【摘要】：本文通過(guò)對(duì)平衡閥結(jié)構(gòu)組成的分析，對(duì)其工作原理進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，并介紹了在各種變負(fù)載液壓系統(tǒng)中廣泛的應(yīng)用；然后從平衡閥結(jié)構(gòu)特性的角度，結(jié)合平衡閥在某公司焦?fàn)t機(jī)械裝煤車(chē)上實(shí)際應(yīng)用中出現(xiàn)的幾種常見(jiàn)的故障，定性的分析了它的故障原因并提出了排除及預(yù)防故障的方法?！娟P(guān)鍵詞】：平衡閥 液壓系統(tǒng) 震顫 故障排除【前言】：平衡閥是當(dāng)今冶金液壓系統(tǒng)中應(yīng)用及其廣泛的一種控制閥，本文通過(guò)力士樂(lè)液壓公司型平衡閥工作原理，論述了其在變載機(jī)構(gòu)中的控制作用，并以冶金液壓系統(tǒng)中的實(shí)例應(yīng)用加以說(shuō)明。一，平衡閥的結(jié)構(gòu)與工作原理FD 型平衡閥是德國(guó)力士樂(lè)公司設(shè)計(jì)的平衡閥, 它采用了液控單向

2、節(jié)流設(shè)計(jì), 從而實(shí)現(xiàn)了液控單向閥和單向節(jié)流閥的控制功能。其結(jié)構(gòu)原理圖如圖1 , 當(dāng)其控制油口X不工作時(shí), 平衡閥具有單向閥的功能, 壓力油從A口流入時(shí), 液壓閥單向?qū)? 當(dāng)壓力油從B口流入時(shí), 液壓閥反向封閉。如果其控制油口X通有一定的壓力油, 由于X口連接的阻尼口（6）的作用, 控制閥芯（4）緩慢運(yùn)動(dòng), 延時(shí)后首先推動(dòng)卸荷閥芯（3）使B口卸壓, 然后推動(dòng)主閥芯（2）開(kāi)啟, 液壓油從B 流向A 口。圖2為其圖形符號(hào)。圖1 FD 平衡閥結(jié)構(gòu)原理圖（1）閥體、（2）主閥芯、（3）先導(dǎo)體、（4）控制閥芯，（5）阻尼閥芯，（6）阻尼孔、（7）（8）(9)均為控制腔圖2FD 平衡閥圖形符號(hào)二，平衡閥在

3、工業(yè)液壓系統(tǒng)中的實(shí)際應(yīng)用2.1平衡閥在單桿缸液壓平衡回路中的應(yīng)用圖3為采用FD 型平衡閥設(shè)計(jì)的平衡回路, 在換向閥處于中位(為了安全, 應(yīng)始終使用閉中位的方向閥)時(shí),平衡閥保持垂直放置的液壓缸不因自重而下落。當(dāng)換向閥交叉油路供油時(shí), 液壓油經(jīng)過(guò)平衡閥(起單向閥作用) ,推動(dòng)液壓缸活塞提升負(fù)載。這時(shí)如果液壓泵到平衡閥之間的液壓油管破裂, 壓力下降, 由于負(fù)載壓力作用, 主閥立即關(guān)閉, 油缸保持在工作位置。當(dāng)換向閥平行油路進(jìn)行工作時(shí), 由平衡閥的開(kāi)口面積、開(kāi)啟壓力和開(kāi)口壓差決定了液壓閥反向的流量, 這本身決定于液壓缸另一側(cè)的進(jìn)口流量, 從而防止液壓缸失控。這時(shí)如果在方向閥與平衡閥之間發(fā)生管子破裂,

4、 不會(huì)影響負(fù)載的下放操作, 起到安全作用。圖3 平衡閥在單桿缸液壓平衡回路中的應(yīng)用2.2平衡閥在起重機(jī)的液壓機(jī)械聯(lián)合制動(dòng)回路中的應(yīng)用如圖4所示的液壓馬達(dá)采用內(nèi)部控制制動(dòng)的回路中, 應(yīng)用平衡閥時(shí), 換向閥在中位時(shí)兩個(gè)油口一般都要連接油箱, 這樣才能保證馬達(dá)回路中沒(méi)有壓力, 靠彈簧力制動(dòng)液壓馬達(dá); 如果采用外部制動(dòng)控制, 則沒(méi)有這個(gè)限制。當(dāng)馬達(dá)起升重物時(shí), 換向閥的交叉回路進(jìn)入工作, 液壓油在推動(dòng)馬達(dá)的同時(shí)通過(guò)梭閥給制動(dòng)液壓缸下腔供油, 解除馬達(dá)的制動(dòng), 實(shí)現(xiàn)起重機(jī)的提升; 在下放重物時(shí), 換向閥的平行回路進(jìn)入工作, 同樣液壓油在推動(dòng)馬達(dá)的同時(shí)通過(guò)梭閥給制動(dòng)液壓缸下腔供油, 解除馬達(dá)的制動(dòng), 進(jìn)行

5、下放動(dòng)作。下放速度由平衡閥的開(kāi)口面積、開(kāi)啟壓力和開(kāi)口壓差決定的液壓閥反向流量決定, 從而防止液壓馬達(dá)失控。這時(shí)如果在方向閥與平衡閥之間發(fā)生管子破裂, 不會(huì)影響負(fù)載的下放操作, 起到安全作用。圖4 平衡閥在起重機(jī)的液壓機(jī)械聯(lián)合制動(dòng)回路中的應(yīng)用2.3平衡閥控制擺動(dòng)負(fù)載缸中的應(yīng)用控制擺動(dòng)負(fù)載液壓缸, 這是一個(gè)典型的變負(fù)載機(jī)構(gòu)。如圖5 所示在液壓缸向右運(yùn)動(dòng)期間, 其活塞腔的負(fù)載從最大正向負(fù)載到零負(fù)載, 然后到最大反向負(fù)載。使用平衡閥能夠使運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)在流量閥控制的速度下, 不出現(xiàn)明顯的速度波動(dòng)。其控制原理很明顯, 在負(fù)載從最大到0的過(guò)程中, 擺動(dòng)液壓缸運(yùn)動(dòng)速度由流量閥控制; 在負(fù)載由0到最大反向負(fù)載的過(guò)程

6、中, 有超速運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì), 但平衡閥的作用使之在控制的運(yùn)動(dòng)速度下運(yùn)動(dòng), 這在前面的平衡閥工作原理中已經(jīng)說(shuō)明。圖5 平衡閥控制擺動(dòng)負(fù)載缸中的應(yīng)用三，平衡閥在應(yīng)用中常見(jiàn)的故障及排除 本文以某焦化廠裝煤車(chē)導(dǎo)套提升裝置作為實(shí)例，對(duì)平衡閥在實(shí)際應(yīng)用中常見(jiàn)的故障進(jìn)行分析，并給出相應(yīng)的排除方法。裝煤車(chē)導(dǎo)套提升裝置是典型的平衡閥在單桿缸液壓平衡回路中的應(yīng)用，在導(dǎo)套提升過(guò)程中，平衡閥只起單向閥的作用；在導(dǎo)套下降的過(guò)程中，為了避免由于重達(dá)200kg的導(dǎo)套突然下墜造成事故，在下降的油路系統(tǒng)中加裝了平衡閥。在整個(gè)平衡閥安裝調(diào)試，使用過(guò)程中一共發(fā)生過(guò)如下一些故障：3. 1 導(dǎo)套提升執(zhí)行機(jī)構(gòu)顫抖在平衡閥調(diào)試初期，測(cè)試導(dǎo)套下

7、降的過(guò)程中，導(dǎo)套提升吊臂連同整個(gè)油缸伸出桿及供油管路一直發(fā)生高頻率的震蕩，并伴隨不同程度噪音。由于不管是那種形式的平衡閥,在液壓系統(tǒng)中起平衡作用時(shí)，它的控制油一般大多取自它所控制的油缸的上腔油道（指液壓油壓力作用方向同負(fù)載作用方向的控制腔）。當(dāng)上腔來(lái)油后壓力使液控閥(指平衡閥中的液控順序閥或液控節(jié)流閥) 開(kāi)啟,油缸活塞下腔（指液壓油壓力作用方向相反于負(fù)載作用方向的控制腔）就可實(shí)現(xiàn)回油,活塞在上腔壓力油的推動(dòng)下下行。若是由重力或外力造成的活塞下滑過(guò)快,液壓缸上腔壓力將迅速下降,導(dǎo)致液控閥重新關(guān)閉,活塞運(yùn)動(dòng)停止。稍后上腔壓力又迅速上升,順序閥又再次打開(kāi),活塞又開(kāi)始向下運(yùn)動(dòng),如此頻繁切換油缸的起動(dòng)和

8、停止動(dòng)作就形成了執(zhí)行機(jī)構(gòu)的顫抖。為了解決這一問(wèn)題,在平衡閥的控制油路中經(jīng)常裝有一個(gè)阻尼器,使來(lái)油壓力變得平穩(wěn),防止了系統(tǒng)壓力波動(dòng)和外界干擾時(shí),平衡閥的液控動(dòng)作過(guò)度靈敏而頻繁切換油缸的起停動(dòng)作。盡管在設(shè)計(jì)中已經(jīng)有了這種預(yù)防措施,但在實(shí)際使用中這種顫抖故障還是時(shí)有發(fā)生的,究其原因有二:第一控制油路中阻尼器一般是一個(gè)可拆卸的小螺堵,其極細(xì)小的阻尼眼兒就開(kāi)在這個(gè)螺堵的中心上,由于長(zhǎng)時(shí)間經(jīng)受壓力沖擊這旋裝在閥體油道中的螺堵就會(huì)出現(xiàn)松動(dòng)和脫落,這樣控制油就失去了阻尼,液控閥動(dòng)作就會(huì)變得敏感而頻動(dòng),造成了執(zhí)行機(jī)構(gòu)的顫抖;第二, 就是平衡閥中彈簧調(diào)節(jié)螺釘位置發(fā)生了改變,彈簧預(yù)壓縮力減小、工作穩(wěn)定性下降,造成閥

9、芯開(kāi)啟不穩(wěn)定或開(kāi)啟量過(guò)大,失去了平衡閥的背壓和節(jié)流調(diào)速功能,油缸或馬達(dá)的工作狀態(tài)在超速下降和制動(dòng)之間震蕩,產(chǎn)生了執(zhí)行機(jī)構(gòu)的顫抖。在很多針對(duì)平衡閥的計(jì)算機(jī)動(dòng)態(tài)仿真的結(jié)果可以看出，形成整個(gè)液壓系統(tǒng)的震顫的原因主要是控制閥在整個(gè)液壓控制系統(tǒng)中的穩(wěn)定性較差，其閉環(huán)傳遞函數(shù)是發(fā)散的，要改善顫抖的現(xiàn)象，可以從以下幾點(diǎn)入手: 一，改變其反饋傳遞函數(shù)的特征值，如改變阻尼孔大小，控制回路油管的粗細(xì)長(zhǎng)短等；二，改變主傳遞函數(shù)的各變量，如調(diào)整伺服放大器的放大倍數(shù)，改變供油管路通流直徑，實(shí)際調(diào)試過(guò)程中，我們改小了控制進(jìn)油或回油球閥的開(kāi)度，震顫也隨即消失。三，改變控制閥的特性，如改變平衡閥控制彈簧的剛度，調(diào)整平衡閥開(kāi)啟

10、壓力等。實(shí)際調(diào)試過(guò)程中，我們以第三條中調(diào)整平衡閥開(kāi)啟壓力解決了導(dǎo)套提升執(zhí)行機(jī)構(gòu)顫抖的問(wèn)題。3. 2 油缸不降落或下降緩慢平衡閥還經(jīng)常出現(xiàn)的故障有:油缸(或馬達(dá)) 不降落或下降速度緩慢,這個(gè)故障的成因主要是平衡閥中節(jié)流或順序功能的實(shí)現(xiàn)存在困難。造成這種情況的具體原因首先可能是控制油壓太低或是主閥彈簧調(diào)整過(guò)硬,使順序閥無(wú)法開(kāi)啟或是節(jié)流閥打開(kāi)不足。這種情況一般出現(xiàn)在油缸(或馬達(dá)) 的換向閥上帶安全保護(hù)閥的系統(tǒng)中。例如有一次一臺(tái)導(dǎo)套出現(xiàn)了提起正常而不能完全下降的故障,診斷故障時(shí)我們甩開(kāi)平衡閥直接向油缸送油,結(jié)果提升吊臂起落一切正常,檢查平衡閥也未發(fā)現(xiàn)異常。后經(jīng)檢查在主換向閥給油缸上腔供油路上發(fā)現(xiàn)有安全

11、保護(hù)閥,打開(kāi)這個(gè)閥發(fā)現(xiàn)里面的O 形密封圈已斷裂,更換新的密封圈后故障就解除了。究其根源就是因?yàn)榘踩y的密封圈斷裂后降導(dǎo)套時(shí)上腔壓力偏低,造成平衡閥無(wú)法打開(kāi)(平衡閥的控制油取自油缸上腔油道) ,至使油缸下腔回油被鎖止,所以吊臂就無(wú)法降落了。第二種可能就是平衡閥控制油路中的阻尼孔被雜質(zhì)堵上了,控制油無(wú)法到達(dá)并推壓閥芯造成閥芯未能開(kāi)啟,油缸無(wú)法正?；赜退圆荒軇?dòng)作。這種情況只需要把平衡閥拆卸下來(lái)清洗干凈，檢測(cè)液壓油源污染度是否需要更換后即可解決。3. 3 油缸卸壓，有爬行動(dòng)作對(duì)于由平衡閥造成的油缸(馬達(dá)) 卸壓、重物下沉的故障,現(xiàn)在許多平衡閥的應(yīng)用以插裝閥形式安裝在油缸或活塞桿尾端出現(xiàn),這種閥總成在外形上多是帶有一定錐度的,外部有若干道O 形密封圈,在插裝后依靠O 形圈隔離油缸兩腔的油道,這種閥若中間的O 形圈損壞,油缸的兩腔油道就會(huì)串通,也會(huì)產(chǎn)生油缸泄壓、爬行的問(wèn)題。另外,平衡閥本身泄壓爬行的情況，一般是由于油液含較大顆粒雜質(zhì)，導(dǎo)致平衡閥內(nèi)單向閥關(guān)閉不嚴(yán)或是順序閥、節(jié)流閥泄壓造成的。由于平衡閥對(duì)導(dǎo)套提升系統(tǒng)的安全至關(guān)重要,而且其結(jié)構(gòu)精密,所以不建議對(duì)其部進(jìn)行較大動(dòng)作的修復(fù),這種情況下更換新的平衡閥，更換新的清潔液壓油就應(yīng)是最經(jīng)濟(jì)又安全的做法了?！緟⒖嘉墨I(xiàn)】：1. 吳振芳，厲軍，平衡閥和雙向液壓鎖的正確選用，建筑機(jī)械， 2007年13期 2. 李肇震