一种新型的负载敏感平衡阀

　　0 引 言

　　工程机械广泛采用液压驱动系统, 为了避免变幅、伸缩等机构在负载下降时产生超速下行, 系统中必须设置平衡阀构成的平衡回路, 该平衡阀的性能会对整个系统的性能影响很大。目前使用的平衡阀普遍存在低频抖动、控制压力偏高、平稳性差、不能长时间精确定位等缺陷, 具体原因参见文献[1]。针对这些缺陷, 作者采用负载敏感原理设计出了一种新型的平衡阀, 本文将阐述其工作原理与结构特点, 并对重要参数的确定进行探讨, 为该阀的研制提供理论依据。

　　1 新型负载敏感平衡阀的结构原理

　　新型负载敏感平衡阀是指将压力、流量、功率的变化信号, 向阀进行反馈,实现控制功能的阀。采用负载敏感的系统, 可以降低系统能耗, 提高生产效率, 改善系统性能, 降低系统温度, 延长液压系统寿命[2], 该阀的结构原理图见图 1。

　　该阀主要由三部分组成: 上面的单向阀, 下面的主阀芯节流阀以及液控单向阀。当负重下行时, 控制油打开液控单向阀, B 口的油经过节流阀, 由 A 口回油箱。此时, 油缸下腔的压力通过阀的内部通道作用到控制活塞1 左面的端面上, 控制活塞推动节流阀芯向右移动, 节流阀芯的开度与负载匹配, 这样, 满足不同负载的要求。

　　2 新型负载敏感平衡阀的工作过程

　　图 1 中换向阀的三个位置处于三种工况: (1) 右位: 负载起升工况。 压力油从 A 口进入平衡阀, 顶开上面的单向阀芯 3, 从 B 口流出平衡阀, 进入油缸下腔, 从而推动负载上升。(2) 左位: 负载下降工况。压力油进入油缸上腔, 一部分压力油通过 X 口作用在液控单向阀控制活塞 6 的右端, 开启液控单向阀芯 5。负载自重使油缸下腔的油通过平衡阀内部通道作用在控制活塞 1 的左端面, 使节流阀 2 具有相应的开启量, 使油缸下腔到 B 口的油液以全流量通过节流阀以及开启的液控单向阀, 从 A 口流回油箱。故在足够背压的情况下, 负载得以平稳下降。(3) 中位: 静止承载工况。此时系统处于卸荷状态, 液控单向阀在弹簧及油缸下腔压力的作用下闭合, 油缸被锁定; 由于液控单向阀芯采用锥面密封, 油缸可以长时间的处于锁定位置。

　　3 关键零件的设计

　　为了保证负载下行时的油缸下腔既产生足够背压,又能使油液全流量回到油箱, 就必须要求图 1 中的控制活塞、节流阀芯、节流阀弹簧满足一定的设计关系。

　　流过节流阀口的流量公式为:

　　式中: Q——回流到油箱的流量; C——阀口流量系数,常量; A——开口面积; P_L——液压油缸 下 腔 压 力 ;ρ——液压油密度, 常量。