一种新型比例平衡阀的原理与应用

　　0 引言

　　平衡阀是工程机械液压系统重要元件之一, 是使用较多的一种控制阀, 它对改善工程机械某些机构的使用性能起着不可忽视的作用。同时, 对工程机械整机性能( 工作平稳性、可靠性和系统效率) 也有着重要影响。例如液压起重机的起升机构, 变幅机构以及伸缩机构, 带负载下降时, 若无平衡阀, 机构就会在负载的作用下产生超速下降, 这是很危险的现象。为了防止危险, 实现下降的微动和平稳, 就需在下降的回路中安装一个限制负载下降速度的阀———平衡阀[1、2]。

　　1 工作原理

　　传统的平衡阀是配合换向阀使用的, 如图 1 所示,如使重物下降, 必须让换向阀处于右位, 只有当平衡阀C 口的压力达到它的开启压力, B 口才能流向 A 口, 于是重物开始下降。传统的平衡阀在使用过程中存在两个弊端[3、4]: 一是采用圆柱面间隙密封, 因有泄漏不能保证重物长时间停留在某一位置上, 二是无阻尼和节流口流量特性不佳, 会造成震动。并且在重物下降的过程中由于重力力矩的增大以及活塞杆举力力矩的减小,造成 B 口压力越来越大, 重物有加速下降的趋势, 这对设备是非常有害的。

　　Bucher 公司生产了一种电液比例平衡阀[5]。如图 2所示, 阀套固定, 主阀芯在阀套内运动, 先导芯在主阀芯内运动, 补偿阻尼可根据实际工况取舍, 主阀口为开有均布沟槽的锥形阀口。

　　(1)保持状态 保持状态如图 3 所示, 处于此种状态时, 先导油口 X 无压力油, 由于负载的作用, B 口充满压力油, 此时先导阀芯两侧容腔也充满压力油( 通过阻尼孔 R₁和 R_x), 由于先导阀芯和主阀芯之间以及主阀芯和阀座之间都为锥面密封, 这样就实现了负载的无泄漏保持状态。

　　(2) 提升状态 提升状态如图 4 所示, 它可以实现A 到 B 的自由流动, 只需克服很小的复位弹簧力。

　　(3) 下降状态 下降状态如图 5 所示, 处于此种状态时, A 口回油, 先导压力作用于活塞上。由于左边压力弹簧的作用( 右边复位弹簧刚度非常小, 故忽略), 先导压力转换成对应的推杆向右运动一定的位移, 也即先导阀芯的位移, 如此阻尼孔 R_x减小, R_y增大, 故先导阀芯左右腔压力 p_x和 p_y都减少。对于先导阀芯, 由于复位弹簧的作用, 先导阀芯位置不会改变, 是由先导压力和压力弹簧决定的。对于主阀芯, 由于 px和 py减少,当 他 们 对 主 阀 芯 的 作 用 力 [0.25π (D1²- D3²)px+0.25πD3²p_y] 小于负载压力对主阀芯的作用力[0.25π(D1²- D2²)p_B]时, 主阀芯向右运动, 这时 R增大, Ry减小, 故先导阀芯左右腔压力 px和 py都增大, 当他们对主阀芯的作用力增大到与负载压力对主阀芯的作用力相等时, 主阀芯停止运动, 可以看出主阀芯是伺服先导阀芯运动的 (在最终绝对位移上有一个静差, 如图 5 所示)。这时对应一定的先导压力主阀芯有了一个对应的开口, 从而实现压力油从 B到 A的流动。不同的先导压力有不同的开口大小, 从而实现的下降速度的比例控制。