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液壓平衡閥功能和工作原理
更新時(shí)間:2025-12-20
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核心功能:
平衡閥在液壓系統(tǒng)中主要實(shí)現(xiàn)以下四項(xiàng)關(guān)鍵功能:
負(fù)載保持與鎖定
當(dāng)液壓動(dòng)力中斷或換向閥處于中位時(shí),平衡閥能迅速關(guān)閉執(zhí)行元件的回油通路,將負(fù)載可靠地鎖定在任意中間位置。此功能防止了因執(zhí)行元件內(nèi)泄或管路滲漏而導(dǎo)致的負(fù)載緩慢下滑,對(duì)于高空作業(yè)平臺(tái)、起重機(jī)伸縮臂等安全性要求高的設(shè)備至關(guān)重要。
運(yùn)動(dòng)速度控制與限速
在負(fù)載下降(或與重力同向運(yùn)動(dòng))過(guò)程中,平衡閥在其出口(回油口)建立并維持一個(gè)受控的背壓。該背壓與負(fù)載壓力相平衡,使得執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)速度不再單純?nèi)Q于泵的流量或負(fù)載大小,而是由閥的開(kāi)口度精確調(diào)節(jié),從而實(shí)現(xiàn)勻速、平穩(wěn)的下放,避免失速、沖擊或振動(dòng)。
安全保護(hù)
在系統(tǒng)發(fā)生軟管破裂、接頭脫落等突發(fā)故障時(shí),平衡閥能立即切斷油路,防止負(fù)載因重力作用而急速墜落,構(gòu)成液壓系統(tǒng)最道重要的安全屏障。
改善系統(tǒng)穩(wěn)定性
通過(guò)提供可調(diào)的阻尼,平衡閥能有效抑制因負(fù)載突變或泵流量波動(dòng)引起的執(zhí)行元件速度振蕩,提升整個(gè)液壓系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性與操作平順性
結(jié)構(gòu)與分類:
一個(gè)典型的先導(dǎo)控制型平衡閥通常包含以下部件:
主閥芯: 通常為滑閥或錐閥結(jié)構(gòu),用于控制主油路的通斷與開(kāi)口大小。
控制活塞(先導(dǎo)活塞): 接收控制油壓,驅(qū)動(dòng)主閥芯動(dòng)作。
調(diào)節(jié)彈簧: 為主閥芯提供預(yù)緊力,設(shè)定開(kāi)啟壓力閾值。
閥體: 集成各油口(主進(jìn)油口A、主回油口B、控制油口X)及內(nèi)部流道。
單向閥組件: 通常集成于閥內(nèi),允許油液從執(zhí)行元件無(wú)阻流出,實(shí)現(xiàn)反向自由流動(dòng)
按控制方式分:
直動(dòng)式平衡閥: 由負(fù)載壓力直接作用于閥芯克服彈簧力。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,但控制精度較低,易受負(fù)載壓力波動(dòng)影響,適用于小流量、負(fù)載穩(wěn)定的場(chǎng)合。
先導(dǎo)控制式平衡閥: 通過(guò)獨(dú)立的先導(dǎo)油路(控制油口X)提供壓力來(lái)控制主閥芯開(kāi)啟??刂茐毫εc負(fù)載壓力成比例關(guān)系,控制精度高,抗干擾能力強(qiáng),是應(yīng)用ZG泛的形式。
按先導(dǎo)控制來(lái)源分:
內(nèi)部先導(dǎo)控制: 控制油取自閥的進(jìn)油口(A口)。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,但在執(zhí)行元件入口壓力較低時(shí)可能無(wú)法有效開(kāi)啟。
外部先導(dǎo)控制: 控制油來(lái)自獨(dú)立的先導(dǎo)油源或系統(tǒng)其他部位。控制更可靠、靈活,尤其適用于負(fù)負(fù)載工況復(fù)雜的系統(tǒng)。
按功能集成度分:
普通平衡閥: 僅具備基本的限速與鎖緊功能。
帶溢流功能的平衡閥: 集成過(guò)載溢流閥,可防止執(zhí)行元件一側(cè)壓力過(guò)高。
比例平衡閥: 可通過(guò)電信號(hào)比例調(diào)節(jié)先導(dǎo)壓力或彈簧預(yù)緊力,實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)速度的無(wú)線遙控與精確編程控制。
工作原理詳解:
以下以最典型的外部先導(dǎo)控制型平衡閥為例,分階段闡述其工作原理。假設(shè)平衡閥安裝于液壓缸有桿腔油路,控制活塞無(wú)桿腔的伸出。
負(fù)載提升階段(液壓缸伸出)
壓力油從泵經(jīng)換向閥進(jìn)入平衡閥的A口。
油壓作用力推開(kāi)集成在閥內(nèi)的單向閥,油液經(jīng)B口順利進(jìn)入液壓缸有桿腔,推動(dòng)活塞桿伸出,提升負(fù)載。
此時(shí),主閥芯在彈簧作用下處于關(guān)閉狀態(tài),但因單向閥已開(kāi)啟,主油路暢通,平衡閥僅產(chǎn)生很小的流動(dòng)阻力。
負(fù)載保持階段(換向閥中位)
換向閥切換至中位,切斷泵與平衡閥A口的壓力油供應(yīng)。同時(shí),控制油口X卸壓。
A口壓力迅速下降,單向閥關(guān)閉。
液壓缸有桿腔的油液被封閉在B口至缸腔的容腔內(nèi)。此時(shí),負(fù)載壓力作用于主閥芯的關(guān)閉方向(與彈簧力同向),使主閥芯保持緊密關(guān)閉,將負(fù)載牢固鎖定。
負(fù)載下放階段(液壓缸縮回)
換向閥切換,壓力油進(jìn)入液壓缸無(wú)桿腔,推動(dòng)活塞桿縮回。同時(shí),一路先導(dǎo)壓力油被引至平衡閥的控制油口X。
控制壓力Px作用于控制活塞,產(chǎn)生一個(gè)推動(dòng)主閥芯開(kāi)啟的力。
負(fù)載壓力PL(即液壓缸有桿腔壓力,作用于主閥芯另一側(cè))與彈簧預(yù)緊力Fs共同構(gòu)成抵抗主閥芯開(kāi)啟的力。
主閥芯的開(kāi)啟條件為:Px * Ax > PL * AL + Fs (其中Ax和AL分別為控制活塞和主閥芯的有效作用面積)。
該不等式可改寫為:PL < (Px * Ax - Fs) / AL = k * Px - C。k為先導(dǎo)比(Ax/AL),C為彈簧力折算的常數(shù)。此公式揭示了平衡閥的核心關(guān)系:負(fù)載壓力被限制在與控制壓力成比例的范圍內(nèi)。
當(dāng)控制壓力Px達(dá)到一定值,主閥芯開(kāi)始開(kāi)啟,形成節(jié)流縫隙。液壓缸有桿腔的回油(壓力為PL)必須通過(guò)此節(jié)流縫隙才能流回油箱。節(jié)流作用產(chǎn)生背壓,該背壓(即PL)與負(fù)載重力在液壓缸上產(chǎn)生的壓力相平衡。通過(guò)調(diào)節(jié)控制壓力Px(例如通過(guò)節(jié)流閥調(diào)節(jié)先導(dǎo)流量),即可改變主閥芯開(kāi)度,從而精確控制回油背壓和負(fù)載的下放速度。
如果負(fù)載因重力作用下落過(guò)快,會(huì)導(dǎo)致液壓缸有桿腔壓力PL瞬時(shí)降低。根據(jù)上述關(guān)系式,PL降低會(huì)使不等式失衡,主閥芯在彈簧力作用下趨向關(guān)閉,減小開(kāi)度,增大背壓,從而自動(dòng)減緩負(fù)載下降速度,實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)平衡與限速。