液压平衡回路的分析及改进

　　0　前言

　　立式放置的液压缸活塞,往往会因为垂直运动工作部件的重力而自行下滑,或在工作部件下行时速度失控。为了防止这种现象发生,往往在液压系统中设置能产生一定背压的液压元件,以保证活塞在任意位置上被锁定,并且可以控制工作部件的下落速度,这样的液压回路称为平衡回路。平衡回路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。但是在部分关于液压传动的文献中,对平衡回路的阐述存在着一些问题,特别是对平衡回路中某些元件的功能存在认识上的误区。本文从液压平衡回路的作用出发,通过对回路中元件的功能分析,特别是对负载下行过程中存在的问题进行深入的探讨,纠正一些不正确的概念,从而为液压平衡回路的设计提出有益的建议。

　　1　常用的平衡回路

　　要使立式放置的液压缸承载时能够自锁,或能够平稳下行,就要在液压缸的下腔产生相应的背压,并保证下行速度可控。常见的平衡回路有以下几种[1]:图1(a)是采用单向内控顺序阀的平衡回路;图1(b)是单向外控顺序阀和单向节流阀组合的平衡回路;图1(c)为液控单向阀和单向节流阀组合的平衡回路。

　　任何立式放置的液压缸,工作过程均有三种状态:举重上升,承载静止,负载下行。平衡回路只在承载静止和负载下行阶段起作用,它应符合两个原则:静止时活塞被锁紧,下行时速度可控。根据这两个原则,对上述平衡回路进行分析。

　　图1(a)顺序阀的开启压力根据重物的重力进行调整,使其稍大于重物的重力,即可防止活塞下滑。这种平衡回路在活塞静止和下行时,回油腔可以产生平衡负载重力的背压,但顺序阀的开启压力必须按最大负载的重力调定,当工作负载小于最大负载时,系统的功率损失将增大,负载越小,系统效率越低,且活塞的下行速度无法控制,同时因滑阀结构的顺序阀和换向阀存在泄漏,活塞不可能长时间停在任意位置,所以该回路只能在静止状态时将活塞锁紧,且锁紧的位置精度不高,它不能控制负载下行的速度[1]。

　　图1(b)和图1(c)外控顺序阀与液控单向阀的作用相同,在静止状态时平衡负载的重力,由于液控单向阀是锥面密封,泄漏极小,因此图1(c)的锁紧功能性能较图1(b)好[1]。单向节流阀用于活塞下行时平衡负载的重力和控制、调节活塞下行的速度。过去许多文献中,认为节流阀可以调节活塞下行的速度,实际上它只适合于固定负载,当负载变化时,活塞下行速度将随之变化。

　　上述三种平衡回路都存在一个共性的问题:只适合于固定负载。若负载发生变化,要么活塞的下行速度不可控,要么系统的功率损失将增大。所以有必要对传统的平衡回路作一些改进,以满足各种工况的要求。