超越负载的液压平衡方法

　　在液压传动系统中，执行元件(液压缸或液压马达)的作用就是驱动负载进行运动。负载力的方向与执行元件运动方向的异同，对执行元件的运动状态有着极大的影响。必须引起设计人员的高度重视。

　　1 超越负载

　　对于执行元件与垂直运动部件相连(如竖直安装的液压缸等)的结构，当执行元件驱动垂直运动部件上行时，负载力的方向与执行元件运动方向相反，负载力为运动阻力，亦称正值负载；而执行元件驱动垂直运动部件下行时，负载力的方向与执行元件运动方向相同，负载力变为动力，称之为超越负载(或称负值负载)。超越负载的特征是：负载力的方向与运动方向相同，负载力将助长执行元件的运动。

　　工程液压系统中常见的几种出现超越负载的情况如图1所示。

　　图1 常见的几种超越负载情况

　　在出现超越负载时，若执行元件的回油路无压力，运动部件会因自重产生自行下滑，甚至可能产生超速(超过液压泵供油流量所提供的执行元件的运动速度)运动。如果在执行元件的回油路设置一定的背压(回油压力)来平衡超越负载，就可以防止运动部件的自行下滑和超速。这种回路因设置背压而与超越负载相平衡，故称为平衡回路；因其限制了运动部件的超速运动，工程中又称其为限速回路。

　　2 液压平衡对策

　　2．1 用单向顺序阀的平衡回路

　　图2 平衡回路

　　如图2(a)所示，单向顺序阀1串接在液压缸下行的回油路上，其调定压力略大于运动部件自重在液压缸下腔中形成的压力。

　　单向顺序阀的调定压力：Px ≥ G/A1。

　　当换向阀处中位时，自重在液压缸下腔形成的压力不足以使单向顺序阀开启，防止了运动部件的自行下滑；当换向阀处左位时，活塞下行，顺序阀开启后在活塞下腔建立的背压平衡了自重，活塞以供给液压缸上腔的流量所提供的速度平稳下行，避免了超速。

　　活塞下行速度： v= ql/A2

　　此种回路，活塞下行运动平稳；但顺序阀调定后，所建立的背压P2等于Px 即为定值，根据活塞上的力平衡关系，供油压力为：

　　P1=(p2A1-G)/A2

　　若下行过程中超越负载是变化的，如图1(b) 所示，单向顺序阀的调定压力须按最大超越负载力来调定：

　　Px=P2=(P1A2+Fmax)/A1

　　那么超越负载变小时，将产生过平衡而增加供油压力，造成不必要的能量的消耗，故图2 (a)所示平衡回路仅适用于超越负载不变的场合。

　　2．2 用液控平衡阀的平衡回路

　　图2(b)所示为采用液控平衡阀(不是外控顺序阀)的平衡回路。液控平衡阀1中的节流口随控制压力变化而变化，控制压力升高，节流口变大；控制压力降低，节流口变小；控制压力消失，阀口单向关闭(相当于单向阀功能)。这种回路适用于所平衡的超越负载有变化的场合。如超越负载变大时，液压缸上腔的压力(即平衡阀的控制压力)则降低，平衡阀节流口自动变小，背压升高以平衡变大的超越负载；反之，超越负载变小，节流口自动变大，背压降低以适应变小的超越负载。当换向阀处中位时，控制压力消失，平衡阀关闭，活塞停止运动。