液压平衡阀的单双通道结构研究

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平衡阀的功用是在执行元件的回油管路中建立背压，使立式缸或液压马达在负载变化时仍能平稳运动。

由此我们可以得出两个重要的概念：-个是背压”，另-个就是平稳运动”。即在液压系统中，特别是在工程机械类控制系统中，平衡阀主要是用背压来解决臂架类工程机械运动的平稳性的。换个角度说，在工程机械或其他液压控制系统中造成运动不平稳的- 个重要原因就是超越负载，或称为负负载，液压系统中为了抵消这-负载，就需要在回油管路中建立-定的压力(背压)，以抵消结构中的超越负载。

在现代工程机械设备中，对液压系统整机节能的要求越来越高，从节能的角度来思考平衡阀的设计，就会发现，使用平衡阀来解决系统的稳定性，最直接有效的方法，就是提高背压，但背压越高，整个系统中的压力损失也就越大，这是-对矛盾体。就此问题有着不同的解决方法，在这里将平衡阀分成两种结构形式：-种是单-共用通道型平衡阀；另-种是双独立通道型平衡阀。即-种是单通道型，另-种是双通道型。

1 单通道型平衡阀从产品的结构图(图1)中可以看到执行元件上升时，也就是液压油从 V2到 C2，此平衡阀不起平衡作用，仅为-单向上升通路。从V2过来的压力油是通过推开柱塞阀芯流向 C2油口，此时压力油通过的节流面积是柱塞阀芯和锥阀阀芯分离-定距离后形成的环形面积。在下降控制中，压力油从c2油口向V2方向前进，平衡阀建立起背压，起到平衡减震的作用。此时先导控制油将锥型阀芯向左推移，压力油由 C2通过锥阀阀芯的推移打开了主油路，将 C2和 V2进行连通。其过流面积也是柱塞阀芯和锥阀阀芯分离-定距离后形成的环形面积，与 V2到 C2的压力油共用了同- 阀芯油路。

圃I i-'：I]图 1 单通道型平衡阀结构图及原理图这类的平衡阀设计有-个共同的特点就是从 c2到V2油口的压力降和V2到c2的压力降差不多。从图2的曲线上可以看到在有些平衡阀中的压降双方向基本上是相同的。差距不大的原因也就是通过单向阀收稿日期：2013-04-02作者简介：张兴华(1988-)，男，湖南人，学士，主要从事工程机械液压系统设计与研发工作。

2013年第1期 液压与气动 1O1开启的油路是和回油背压的油路共用的。只是在局部压力损失上有所不同而造成-些不同的压力差。共同油路的设计是在-个油口上完成两个功能，既简捷又十分可靠，但就是很难形成下降控制中需要的较大背压。因为下降中从c2到V2的背压增加，自然也要增加 V2到 c2的背压，这样就会使整个液压油路上的压力损失大幅增加。

图 2 流量背压 曲线2 双通道型平衡阀1)双通道型平衡阀设计以 FD型平衡阀为例，可从此阀的结构图(图 3)中看出该类产品的过流情况。当压力油由 A流向 B时，不起平衡作用，只通过单向阀使压力油Jl 1]流过平衡阀，此时的压力油将主阀芯 2向右移动，右侧的弹簧压力较低，阀被打开。压力油上升时通过此阀芯的通流面积是主阀芯2和基本阀座之间的环形面积，如图3所示。

X5 4 7 8 1图3 双通道型平衡阀结构图而当压力油从 B流向A时，此阀起到平衡和稳定流量的作用。首先控制压力油从 x油口引入，通过推杆4将主阀芯中间的辅助阀芯 3向右方向推动，此时辅助阀芯 3离开主阀芯2的阀座，这样 B油口的压力油通过辅助阀芯的内部油路 ，在流过辅助阀芯和主阀芯推开时产生过油面积后流向A油口。

油液从 B到 A口的油路和 A到 B油口的完全不同，其通流是通过辅助阀芯的，这个辅助阀芯有长长的油路对于回油管路起到良好的阻尼作用，同时也可以独立于上升油路而产生相对较小的压力损失。

在图4的PQ曲线中也可以看到此阀的上升压力损失和下降压力损失差距很大，在相同的额定流量下，上升时的压力损失控制在 1 MPa之内，而在下降时需要有平衡压力时，背压基本上是设定在4 MPa左右。

70605040302O1o0O 20 4O 60 80 l0O l2OQ/L·min图4 平衡阀流量背压曲线2)双通道型平衡阀的特点对于双独立通道的平衡阀来说，由于双方向的压力是相互独立的，所以在同-平衡阀的阀体上可以通过更换不同的中心回油阀芯，产生不同的回油额定流量。其优点有三个方面。

Q/L·minb1图5 LIlT型平衡阀流量背压曲线(1)有效控制小流量的平衡效果 对于三规格的平衡阀，最大的过流量可以达到 130 L/min，而同样此阀通过更换不同的的中间控制阀芯，可以实现最小 10L/min到 130 L/min六种不同的流量等级控制。对于二规格的 LHT型平衡阀最小的可控流量可以低至 3L/min。有了如此精准的流量控制可以对于不同的负载工况产生良好的平衡效果。

(2)根据液压系统的需求选择不同的回油背压例如：需要液压控制系统中的某臂架的回油流量是40 L/min，虽然在样本中我们可以查到流量阀芯 C是102 液压与气动 2013年第7期DOI：10.11832/j.issn.1000-4858.2013.07.033柴油共轨系统比例节流阀性能测试系统的研制王婷婷 ，周 华 ，黎 申 ，王明剑Test Rig for Proportional Throttle Valve of Diesel Common Rail SystemWANG Ting-ting ，ZHOU Hua ，LI Shen ，WANG Ming-jian(1.浙江大学 流体动力与机电系统国家重点实验室，浙江 杭州 310027；2.武汉第二船舶设计研究所，湖北 武汉 430064)摘 要：针对目前柴油共轨系统中的比例节流阀性能测试系统较少、自动化程度不高的问题，研制了比例节流阀性能测试系统，采用电子供油泵和燃油压力调节阀为系统提供稳定的流量和压力，采用 PLC、传感器等对比例节流阀进行检测和控制，采用触摸屏提供人机交互界面并绘制特性曲线，实现了对比例节流阀流量特性的自动化测试。该文主要介绍测试系统的组成、工作原理及流量特性试验研究。

关键词：柴油共轨系统；比例节流阀；流量特性；测试系统；PLC；自动控制中图分类号：TH137；U464 文献标志码：B 文章编号：1000-4858(2013)07-O102-03引言在柴油机高压共轨喷油系统中，喷油压力调节是共轨系统正常工作的关键技术之-。因此，对喷油压力进行调节的电液比例节流阀是整个柴油机共轨系统收稿 日期：2013-01-04作者简介：王婷婷(1989-)，女，山东菏泽人，硕士研究生，主要从事液压元件测试系统的研究工作。

55 L/min，而阀芯 D是 35 L/min，但没有40 L/min这- 档，这就需要根据液压系统的具体工况来选择合适的流量控制阀芯。如果系统中臂架的稳定性和减震要求较严格时，就可以选择回油背压较高的D型阀芯，通过图4可以查到此时的回油背压是 5 MPa。另外如果系统中不需要太依赖液压平衡阀来控制臂架的减震效果，仅靠自身减震就可以，那么可选择 C型的中间控制阀芯，通过图中也可以查到此时的回油背压是 2MPa，如此说明使用较低的回油背压来减少系统中的压力损失也是可以的。通过图中的曲线同样也可以发现，不论选择什么样的中间控制阀芯，该阀在上升过程中的压力损失在流量为40 lMmin时只有 0.3 MPa左右。

(3)在双向平衡阀中可以选择两个不同的流量规格 在液压系统中经常需要选择双向平衡阀。但是对于液压缸上配双向平衡阀经常会遇到有杆腔和无杆腔流量不同的情况。特别是在有杆腔和无杆腔上的面积比较大时的流量差距就会更加明显。当然简单的方法就是选择两个单向平衡阀。而如果选用双独立回油的平衡阀，就不存在这样的问题，因为在同-阀体中可以在两个方向上使用不同的控制阀芯，以达到对双方向流量的精确控制。

3 结论在液压机械设备中，为了使执行机构运行平稳，不产生冲击等现象，常常会在执行元件出油回路上，以增加背压的方式来解决。不同的液压回路对于背压的要求是不同的，所以对于主要起到平衡作用的平衡阀，需要提供-个相对可以变换的背压。而双通路结构的平衡阀自然是解决这个问题的最佳方案。