液压平衡阀阻尼孔堵塞故障机理研究

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平衡阀也称限速锁 ，广泛应用于工程机械(特别是起重运输机械、桥梁装备)液压系统，以改善其工作平稳性、使用可靠性，它在液压系统中，可实现液压缸和液压马达的闭锁，使其不因负载的作用而出现 自动下滑，即起到锁止的作用 ；也可使液压缸和马达所控制的负载限速降落，避免超速下滑所引发事故的发生 。

工程机械上使用的液压平衡阀有锥阀式、滑阀式和组合式等，其中某型板式平衡阀是-种应用较多的组合式平衡阀。在现有的液压教材、液压设计手册等资料中很难找到对该类平衡阀的结构与原理介绍，而其结构相对复杂，阻尼凶多且易堵。技术人员因对该平衡阀的结构原理不清楚，难以对由此引发的各种异常故障现象作出可靠的分析判断，在现场盲目的拆卸不仅解决不了已有的问题，有时甚至会诱发新的故障。

为此，作者根据多年从事液压技术教学和使用管理的经验，在对某型板式平衡阀的结构特点作介绍的基础上，重点分析了各阻尼孔堵塞所引发的故障，旨在为相关技术人员理解其结构原理，正确地分析故障现象，把握故障发生的规律，从而认清故障发生的原因，提供有益的帮助。

1 液压平衡阀结构特点1.1 结构组成图 1所示为某型液压平衡阀的结构简图，它主要由主阀芯 1、阀套 2、控制活塞 3、左端盖 4、阀体5、单向阀6、小单向阀7和右端盖 8等组成，阀体51.主阀芯 2.阀套 3.控制活塞 4.左端盖 5.阀体 6.单向阀 7.小单向阀 8.右端盖 a，b，d，e，f均为阻尼孔图 1 某型平衡阀的结构作者简介：陈国安(1963-)，男，湖南安化人；副教授，博士，研究方向：工程装备管理、液压技术及工程机械。

- 44- 中安装有单向阀6、主阀芯 1和控制活塞 3等，其上的A油口外接系统中换向阀-个工作油口，B油口与液压缸或液压马达的-个油腔相连通。主阀芯 1与阀体 5内的阀套 2之间可形成-个由零开度(闭锁)到-定开度的可变节流通道，其轴向中心孔右端安装有-个小单向阀7，小单向阀7的阀体上开有-个连通主阀芯轴向中心孔与弹簧腔的阻尼孔e，主阀芯 1的右端圆柱状台肩(也作为弹簧座)上加工有-个阻尼孔f，它用于将台肩左侧环状容腔与弹簧腔连通起来；该环状容腔是指由台肩左侧面、阀套 2的右端面、阀体5的内孔面等所围成的空腔，它的容积随主阀芯 1的右移而增大∝制活塞 3上加工有轴向阻尼孔 b和径向阻尼孔 d；在主阀芯1和右端盖8之间安装有弹簧；左端盖4上30UT有轴向阻尼孔a和连通液压缸或液压马达另-个油腔的油 口C。

1.2 阻尼孔作用左端盖 4上的轴向阻尼孔 a主要是对流进和流出控制活塞3左侧油腔的油液起阻尼作用，避免主阀芯 l开启和关闭时的冲击振动，提高主阀芯 1处于开启平衡状态时的稳定性能。对于所控制的液压缸或马达来讲，保持其所带负载降落时的平稳性。

控制活塞 3上的轴向阻尼孔 b将控制活塞 3右侧环形油腔与左侧油腔连通起来，避免活塞右侧油腔成为闭死容腔，从而防止其在控制活塞3左移时形成真空以及右移时使其中的油液产生超高压，实现主阀芯 1的正常关闭和开启 ；对所控制的液压缸或马达来讲，阻尼孔b可实现所带负载的平稳下落和可靠的锁止定位。

控制活塞 3上的径向阻尼孔 d将控制活塞右侧环形油腔与中心孔、左侧油腔等连通起来，在控制活塞 3刚刚开始右移(即平衡阀刚刚开启)时，使控制活塞 3右侧环形油腔中的油液能从此流出，改善平衡阀的快速反应性能。

小单向阀7的阀体上的阻尼孔e将弹簧腔与主阀芯 1轴向中心孔连通起来 ，避免弹簧腔在需要主阀芯 1开启时被闭死，使其中的油液在主阀芯 1右移(即平衡阀开启)过程中能通过阻尼孔 e流出，防止在此过程中形成阻碍平衡阀开启的超高压，确保平衡阀正唱启。

主阀芯 l右端大圆筒(也是弹簧座 )上的阻尼孔 f使大圆筒左侧环形油腔与弹簧腔相连通，避免其成为闭死腔，从而防止其在主阀芯 1右移(平衡阀开启)时产生真空、左移(平衡阀关闭)时产超高压，实现平衡阀的正唱启和Jl，N关闭。

2 阻尼孔堵塞故障分析根据流过液阻的流量 Q与液阻前后压差 Ap之间关系：Qk·A·Ap (1)(2)式中：k为与液阻的过流通道形状和液体性质有关的系数 ；A为过流截面积；m为与液阻结构形式有关的指数，对于孔长z与孔径d之比大于等于4的细长阻尼孔 ，取 ml，对于孔长 z与孔径 d之比小于等于 0.5的薄壁形阻尼孔，取 m0.5。

平衡阀上各阻尼孔可看成是细长孔 ；当该细长形阻尼孑L内油液的流动状态为层流时，在阻尼孔前后形成的压力差 △P为： - ： ： r3- ，rd4 、～式中： 表示液体的动力黏度，N·s/m 。

根据各阻尼孔的作用以及式(3)所示关系，对各阻尼孔堵塞故障的机理进行分析。

2.1 左端盖上的轴向阻尼孔 a堵塞当阻尼孔 a部分堵塞时，其阻尼作用增强，即在流量相同的情况下，所产生的压力差 △P增大。要使主阀芯 1开启，则控制油的压力将增大(即液压缸小腔的油压增大)；这时要使液压缸所支承负载平稳下降，则主阀芯 1的开启程度需减小(即液压缸大腔的回油阻力增大)，即负载下降速度相对要降低。当需要对负载进行锁上时，由于阻尼孔 a部分堵塞，将使控制活塞 3左侧油腔中的油液难以流出，使主阀芯 1的关闭过程延长，导致负载不能及时被锁止祝当阻尼孔 a完全被堵死时，将使控制活塞 3左侧油腔成为闭死腔，油液无法进出该腔，使控制活塞 3和主阀芯 1都不能左右移动。如果阻尼孑L a堵死在主阀芯 1已开启-定开度时，则主阀芯 1与阀套 2之间的节流通道大小保持不变，负载将以较低- - · - - 45·---卫△得可的速度平稳下降；如果阻尼孔 a堵死在主阀芯 1的关闭过程中，则主阀芯 1无法关闭 ，负载将不能被制停，而是继续下降；如果阻尼孔 a堵死在主阀芯 1完全关闭时(如在平衡安装时即被堵死 )，则液压缸或马达将不能驱使负载下降。

2.2 控制活塞上轴向阻尼孔 b堵塞当阻尼孔 b部分堵塞时，对流进和流出控制活塞 3右侧环形油腔中油液的阻尼作用增强，流量减小，使主阀芯开启和关闭的阻力增大；堵塞严重时，会对负载的降落过程产生影响，并且不能保证负载下落过程中的快速可靠锁止。

当阻尼孔 b完全被堵死时，只要控制活塞 3移动到使径向阻尼孑L d被阀套内孔壁面封堵住时，控制活塞 3右侧环形油腔则成为-个闭死腔。之后油液将无法进出该腔，控制活塞 3和主阀芯 1都难以左右移动，使得主阀芯 1只能开启-个很小的开度，即负载只能以很小的速度平稳下落；如果在主阀芯 1关闭过程中该阻尼孔被堵死时，控制活塞 3左移会使其右侧环形油腔产生真空，只能靠控制活塞 3与阀套之间的配合间隙对其实施补油，使得负载不能快速被制停。

2.3 控制活塞上径向阻尼孔 d堵塞当阻尼孔 d被部分堵塞时，油液进出控制活塞3右侧环形油腔的阻尼作用增强，在控制活塞 3刚刚开始右移(即平衡阀刚刚开启)时，使油液难以从控制活塞 3右侧环形油腔中流出，从而会降低平衡阀的快速反应性能。

当阻尼孔 d被完全堵死时，将使主阀芯 1在打开的开始阶段不能迅速开启，在关闭的最后阶段不迅速关闭，严重影响平衡阀的的快速反应性能。

2.4 小单向阀 7的阀体上的阻尼孔 e堵塞当阻尼孔 e被部分堵塞时，在主阀芯 1开启过程中，油液从弹簧腔中流出时的液阻增大，主阀芯 1开启所需的控制压力增大，开启速度降低。

当阻尼孔e被完全堵死时，若控制活塞3右推主阀芯 1，这时阀体上 A口接油箱，小单向阀7是关闭的，弹簧腔则成为闭死腔，其中的油液会产生高压阻止主阀芯 1的开启，使得液压缸或液压马达所控制的负载不能实现下落。

2.5 主阀芯右端大圆筒上的阻尼孔f堵塞当阻尼孑L f被部分堵塞时，油液进出主阀芯右· - - - - 46---端大圆筒左侧环形油腔的阻尼作用增强，将对主阀芯 l的开启和关闭过程产生-定影响，影响的程度撒于堵塞的程度。如果阻尼孔f被完全堵死，则使主阀芯右端大圆筒左侧环形油腔成为闭死腔；在主阀芯 1开启时，将使该腔产生真空，弹簧腔中油液只能通过大圆筒与阀体内孔面之间的配合间隙慢慢渗入其中，使得主阀芯开启过程变得缓慢，并