负载敏感平衡阀的性能分析与数字仿真

　　0 前言

　　液压平衡阀是平衡回路中的关键元件， 在现代工程机械特别是起重机械中应用广泛。 起重机的提升、变幅及伸缩等机构在下降时， 运动方向与负载作用方向相同，必须设置必要的背压平衡负载，才能保证执行元件平稳下降。 传统的平衡阀存在着许多缺点，如低频抖动、控制压力偏高、工作平稳性差以及系统功率损失严重等，特别是其调定压力是固定不变的，当负载产生的压力比平衡阀调定的压力高(大负载)的时候，系统的低频抖动不能完全消除， 当负载产生的压力比平衡阀调定的压力低(小负载)时，存在控制压力偏高，功率损耗大的问题[1]。 针对这些缺陷，文献[2]提出了一种新型的负载敏感平衡阀， 该阀阀口的开度随负载的增加而减小， 从而产生与负载匹配的背压， 其控制压力为定值，从而保证在小负载时的功率损耗较小。 本文具体阐述了其工作原理与结构特点， 借助 Matlab/Simulink 对其性能进行了仿真，为该阀的研制提供理论依据。

　　1 负载敏感平衡阀的原理与结构

　　新型平衡阀采用了负载敏感原理。 负载敏感阀是指将压力、流量和功率信号进行反馈，使被控制量随负载的变化而变化，自动适应负载变化的阀。 采用负载敏感的系统，可降低液压系统能耗，改善系统可靠性，降低系统温度，延长液压系统寿命[3]。 负载敏感平衡阀的结构原理图如图 1 所示。 该阀由 3 部分组成：单向阀、负载敏感节流阀及液控单向阀。

　　对应于图 1 中换向阀的 3 个位置， 新型负载敏感平衡阀分别处于 3 种工况：

　　(1) 起升工况

　　换向阀右位工作，压力油从 A 口进入平衡阀，打开单向阀 3，从 B 口流出平衡阀，进入液压缸下腔，推动负载上升。

　　(2) 静止承载工况

　　换向阀中位工作，此时系统处于卸荷状态，单向阀3 及液控单向阀 4 在弹簧以及液压缸下腔压力的作用下闭合，液压缸被锁定，由于液控单向阀芯采用锥面密封，所以液压缸可以长时间的处于锁定位置。

　　(3) 负载下降工况

　　换向阀左位工作，压力油进入液压缸上腔，一部分压力油通过 X 口作用在液控单向阀控制活塞 5 的右端， 从而推动液控单向阀控制活塞开启液控单向阀 4。同时，由负载产生的压力作用在控制活塞 1 的左端面，推动节流阀 2 向右移动，与弹簧力平衡，使节流阀处于一定的位置，通过对阀口的特殊设计，使得通过此时的开口的流量产生的背压与负载平衡， 保证液压缸下腔到 B 口的油液以全流量通过节流阀以及开启的液控单向阀，最终从 A 口流回油箱。 这样在产生恰当的背压的情况下，负载得以平稳全速的下降。 当负载变化时，负载产生的压力变化，作用在控制活塞左端的压力变化，从而改变节流阀的开口的大小。 当负载增加时，控制活塞推动节流阀芯向右移动，节流阀口的开度减小，全流量通过节流阀口产生的压力增加，与负载相适应。