汽車起重機平衡回路分析

[table=98%]
[tr][td]一.前言在液壓系統(tǒng)工作時，如果液壓缸或液壓馬達的負荷為垂直水平的載荷，并且運動方向和重力與作用力方向一致時，就要用平衡閥使回路上產(chǎn)生油流阻力，防止運動失去控制。平衡閥在液壓起重機的起升、變幅和伸縮油路中應(yīng)用較多。例如在起升油路中，重物下降時，如果在起升馬達的回路上沒有設(shè)平衡閥，則在重力作用下，液壓馬達會越轉(zhuǎn)越快，甚至產(chǎn)生事故。平衡回路要求結(jié)構(gòu)簡單，閉鎖性能好，工作可靠無沖擊。二.平衡回路作用任何平衡回路工作過程中,均有三種運動狀態(tài)：即舉重上升、承載靜止、負載下行。1.舉重上伸在汽車起重機的伸縮、變幅、起伸3種機構(gòu)中，平衡閥前端(油源方向)經(jīng)高壓軟管與中心回轉(zhuǎn)接頭、操縱閥相連，后端經(jīng)高壓鋼管與執(zhí)行元件、液壓缸或馬達相連。當(dāng)機構(gòu)運動方向與負載重力作用方向相反時，即當(dāng)外伸、起升、變幅缸上舉時，平衡閥只起通路作用，同時，執(zhí)行元件有桿腔液壓油經(jīng)另一條油路流回油箱;當(dāng)平衡閥與手動換向閥之間的管路(多為高壓軟管)損壞漏油時，平衡閥能封閉無桿腔油液，使負載停留在空中原位置不動，避免造成墜落事故，可起到安全保護作用。 2.承載靜止當(dāng)機構(gòu)停止工作時，平衡閥內(nèi)部油路被鎖死封閉，其順序閥也是完全關(guān)閉的，截止了執(zhí)行元件的回油路，使機構(gòu)和負載按需要停留在任意位置，稱其為“位置鎖定”。  3.負載下行當(dāng)機構(gòu)運動方向與負載重力作用方向一致時，通過平衡閥的油量能夠防止因負載和機構(gòu)本身的重力作用而使機構(gòu)產(chǎn)生加速運動，可起到控制負載下降速度的作用，故平衡閥又叫限速fa。限速的作用是，執(zhí)行元件排出的液壓油經(jīng)平衡閥中的順序閥節(jié)流口后返回油箱，產(chǎn)生的節(jié)流阻力等于負載和機構(gòu)本身的重力再加上進油壓力，因此機構(gòu)不會產(chǎn)生加速運動。此時閥的節(jié)流限速作用類似于平衡配重，因此才叫平衡閥。在汽車起重機的整機檢測中，將平衡閥的限速作用，稱之為“回縮限速”。  三. 平衡回路的分析內(nèi)控式平衡閥串接在液壓缸下行的回油路上,其調(diào)定壓力略大于運動部件自重在液壓缸下腔中形成的壓力, 內(nèi)控式平衡閥的調(diào)定應(yīng)壓力大于負載壓力,當(dāng)換向閥處中位時,自重在液壓缸下腔形成的壓力不足以使內(nèi)控式平衡閥開啟,防止了運動部件的自行下滑；當(dāng)換向閥處左位時,活塞下行,順序閥開啟后在活塞下腔建立的背壓平衡了自重,活塞以供給液壓缸上腔的流量所提供的速度平穩(wěn)下行,避免了超速。此種回路,活塞下行運動平穩(wěn);但順序閥調(diào)定后,所建立的背于即為定值,若下行過程中超越負載是變化的,如圖1a所示, 內(nèi)控式平衡閥的調(diào)定
圖1
壓力須按最大超越負載力來調(diào)定，那么超越負載變小時，將產(chǎn)生過平衡而增加供油壓力,造成不必要的能量的消耗，故此種平衡回路僅適用于超越負載不變的場合，或者負載變化小的場合，不太適用于變負載場合。圖1b采用所示為采用外控式平衡閥的平衡回路，平衡閥的節(jié)流口隨控制壓力變化而變化，控制壓力升高,，節(jié)流口變大，控制壓力降低，節(jié)流口變小，控制壓力消失，閥口單向關(guān)閉(相當(dāng)于單向閥功能)。這種回路適用于所平衡的超越負載有變化的場合。如超越負載變大時，液壓缸上腔的壓力(即平衡閥的控制壓力)則降低，平衡閥節(jié)流口自動變小,背壓升高以平衡變大的超越負載；反之,超越負載變小,節(jié)流口自動變大,背壓降低以適應(yīng)變小的超越負載。當(dāng)換向閥處中位時，控制壓力消失，平衡閥關(guān)閉，活塞停止運動。[/td][/tr]
[/table]四.平衡回路振動分析與解決方法4.1 振動的原因圖1b外控式平衡閥的平衡回路中，換向閥中位時，平衡閥關(guān)閉，負載在任意位置懸停，當(dāng)換向閥切換至左位時,負載下行，從原理上分析是正確的,但是實際使用中，每當(dāng)負載較大，下降過程中就會出現(xiàn)快降、停止交替的不連續(xù)跳躍、振動等非正?，F(xiàn)象。這主要是由于液壓缸承受較大的負值負載造成下降速度過快，油液一時來不及補充，液壓缸無桿腔形成的空間必然在整個進油路及液壓缸活塞上產(chǎn)生短時的負壓效應(yīng),，導(dǎo)致外控式平衡閥的控制油路壓力急降，因平衡閥關(guān)閉，液壓缸急停，當(dāng)液壓缸無桿腔壓力升高后，平衡閥又打開，負載再次快速下降，如此反復(fù)，導(dǎo)致系統(tǒng)振動。4.2 解決平衡回路振動的方法4.2.1 控制油壓力波動引起振動液控順序閥是利用其控制油路壓力來操縱閥的開啟,若控制油壓力發(fā)生波動,將會引起閥的頻繁啟閉,產(chǎn)生振動。因此，對于采用液控順序閥的平衡回路,應(yīng)在負載下行的回油路上串接一個單向節(jié)流閥,由于節(jié)流閥回油阻力的作用,液壓缸進油腔的壓力不至于迅速下降,液控順序閥不會關(guān)閉。如圖2
圖24.2.2一種新的平衡閥平衡回路如圖3，這是一種為內(nèi)、外同時控制平衡閥。該平衡回路負載上行時，液壓油經(jīng)單向閥直接進入液壓缸的下腔，系統(tǒng)處于穩(wěn)定工作狀態(tài)，這里不作論述，下面僅對承載靜止和負載下行過程加以分析針對平衡閥，在負載下行過程中，主閥芯受力平衡方程式為：P2* Ar + Pk*Ａk = k(x1 + x2) P2 —液壓缸下腔油壓      Ar—主閥芯閥口面積Ａk —控制活塞的面積Pk—控制壓力 Ｋ—調(diào)壓彈簧的彈簧剛度x1—調(diào)壓彈簧的預(yù)壓縮量 x2 —平衡閥在某一穩(wěn)定工況時開口量
     圖3對于此類平衡閥應(yīng)先進行調(diào)整其調(diào)壓彈簧，設(shè)置開啟壓力，即打開主閥芯的壓力Ｐs。在五. 平衡回路常見的故障與修理Ｐk＝０的情況下，加大平衡閥的Ｐ2 壓力，調(diào)整調(diào)壓彈簧，使平衡閥的主閥芯常開啟，此時Ｐs＝Ｐ2 為了防止無控制壓力情況下，平衡閥能自鎖，因此Ｐs 應(yīng)大于系統(tǒng)工作壓力。                 這種平衡回路不管是空載或是負載下行，油泵供給的壓力都相對較小，即負載下行時能耗小，油路上也不會出現(xiàn)超壓現(xiàn)象。而且這種平衡閥在控制油路上增加了可調(diào)阻尼和單向閥，在打開操縱執(zhí)行元件時迅速打開主閥芯，在 Ｐ1降低瞬時，由于有可調(diào)阻尼的作用，閥芯的開啟是逐漸轉(zhuǎn)換到負載相關(guān)的節(jié)流位置，使執(zhí)行元件起動時的跳動及與之相關(guān)移動部件的振動，均在一開始就受到抑止或很快消除，從而使負載下行平穩(wěn)。一是平衡閥中單向閥的密封錐面磨損，密封不嚴；二是平衡閥中控制油路有阻塞現(xiàn)象；三是平衡閥中控制油路完全堵塞。1.單向閥密封不嚴的檢查與修理當(dāng)伸縮機構(gòu)起升一定負載或變幅機構(gòu)呈一定的仰角停止不動時，如果平衡閥中單向閥密封不嚴，則伸縮機構(gòu)會出現(xiàn)勻速的自由下降，這種情況若不嚴重時，出現(xiàn)在伸縮機構(gòu)上還可以，但如果出現(xiàn)在變幅機構(gòu)上則很危險，因為出現(xiàn)在伸縮機構(gòu)上，伸縮臂回縮不影響起重機整機的穩(wěn)定性，僅是負載有點下沉；但當(dāng)其出現(xiàn)在變幅機構(gòu)上時，變幅缸的回縮將導(dǎo)致整個臂架仰角變小，幅度增大，增加了整機的不穩(wěn)定性，容易造成起重機的傾翻事故。此時，應(yīng)對其進行解體、清洗和檢測。若磨損比較輕微時，可用一軟木塞輕輕打入單向閥芯，用以帶動閥芯或閥體的錐形密封面壓緊進行對研即可，若磨損比較嚴重時，則須用車制的專門研具對閥體上的錐形孔進行研磨。   2.平衡閥中控制油路有阻塞現(xiàn)象此現(xiàn)象是在操縱變幅缸降低仰角或伸縮缸縮回時出現(xiàn)，操作者會對上述機構(gòu)運動感到時斷時續(xù)，而且這種運動沒有規(guī)律，呈脈動狀態(tài)。修復(fù)的方法是，對控制油路進行疏通、清洗，再重新安裝。3.平衡閥中控制油路完全堵塞此現(xiàn)象也是在操縱變幅缸降低仰角或伸縮缸縮回時出現(xiàn)，此時機構(gòu)沒有反應(yīng)，不動作。反映在液壓系統(tǒng)上則是控制油路不起作用，平衡閥不回油，所以負載不降，活塞也不縮回。修復(fù)的方法是，疏通、清洗油路，再重新安裝。六．平衡閥在公司的應(yīng)用情況 

    公司65噸以下產(chǎn)品所用平衡閥情況：1. 起升平衡閥是寧波江北宇洲生產(chǎn)的GCBH3-16/25-L,（其中GCB表示平衡閥屬先導(dǎo)減壓型，H3表示A,B,X口最大工作壓力35MPa，16/25表示A，B口的通徑mm），這種平衡閥的功能特點：不僅能自動感應(yīng)負力矩大小，并能感應(yīng)輸入流量的大小 ，確保在大范圍內(nèi)控制負力矩下放速度， 有效防止速度失控或打夯，防止油泵，油馬達和系統(tǒng)吸空，使吊重貨物平穩(wěn)下放；2. 變幅平衡閥，除30V、40V用的是寧波江北宇洲生產(chǎn)的CCBH60/130-4.5/7G，和50D、65H用的是寧波江北宇洲生產(chǎn)的CCBH140/200-4.5以外，（其中CCB表示平衡閥，H表示額定壓力25MPa，140表示正向流量140L/min，200表示反向流量200 L/min，4.5表示外控開啟壓力4.5MPa），這種主要應(yīng)用于油缸有桿腔與無桿腔面積比較大的回路上；其余的用的是江都市液壓廠生產(chǎn)的型號為PHY-G25L的平衡閥，3. 伸縮平衡閥所用的也是江都市液壓廠生產(chǎn)的型號為PHY-G25L的平衡閥。70噸以上產(chǎn)品所用平衡閥一般為BUCHER（布赫液壓）型號為CINDY系列，圖4是它的原理圖，這種平衡閥的優(yōu)點：有好的控制性能，具有自動補償功能，能快速地抑制壓
圖 4力波動，使吊重貨物平穩(wěn)下放。外控壓力還可以來自先導(dǎo)控制，如100H變幅采用重力下放回路，利用吊臂或吊重載荷自身的重量來實現(xiàn)作業(yè)幅度的增大，下放速度可以控制，減少能量消耗。

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