流体传动与控制平衡阀!"#$%&’()*+*%,’-*+.’/，又称负载控制阀!0#*1"#%&(#+-*+.’/，也有称运动控制阀!2#&3#%"#%&(#+-*+.’/，其实它的德文名称负载保持阀!0*4&5*+&’%4.’%&3+/，或下降刹车阀!6’%7)(’84.’%&3+/更贴近其关键功能，但考虑到国内习惯，本文中还是称平衡阀。如所周知，液压对正向负载力大无穷，但对负向负载就相形见绌了。开式回路中原则上只能采取节流的方法，被动地控制，如图9。若负载力幅度多变而要求速度不变，在一定范围内可以采用二通流量阀或更复杂一些，带反馈的比例节流阀等。但若负载力不仅幅度多变且有时会降到接近零甚至时负时正，如图:，则单靠普通被动节流的方法就不行了。而这种情况在工程液压中很常见，这就是为什么平衡阀在工程液压中会十分广泛地被应用。如液压升降工作台!图;/中，平衡阀被用于软启动、软停止、平稳运动，以保证可靠地停在每个希望的位置，即使管道破裂也不会下沉。在履带式行走机械!图=2?*/，也不用于闭环系统。
螺纹插装阀介绍之二———平衡阀张海平（德国蔡勒集团研发部）
摘要：该文概述了选用平衡阀时必须注意的特性，介绍了不同类型的制成螺纹插装形式的平衡阀@它们的性能和工作原理。关键词：螺纹插装阀；平衡阀；特性
中图分类号：AB9;C文献标识码：D文章编号：—————————————（:EEF）E;GEE;CGEE 收稿日期：:EEFGE;G;E作者简介：张海平（德籍），工学博士。 !概述 图9负向负载的控制 第;期（总第9F期）:EEF年=月 I#M;!6’(3*+I#M9F/2*N@:EEFO+$31?#P’(A(*%483443#%*%1"#%&(#+流体传动与控制 图!平衡阀用于差动回路"#$功能平衡阀可以说是集三阀于一身，参见图%。一是作为单向阀&’!$(。它允许液流不受限制地进入液压执行器&缸或马达(，以举升负载。然后锁住回路，保持负载位置不变。二是作为液控节流阀&$!’(。通过控制端口)来控制节流阀的开启量，从而控制速度，使负载按要求速度平稳地下降。一般都把控制端口)与执行器的加载下降端口*相连，利用这一端口压力的变化来控制节流阀的开启量，从而避免下降过速。从本质上来说，就是通过控制节流，把负负载变为正负载，从而能主动控制。三是作为溢流阀。在无控制压力，但负载端口$的压力，由于例如热膨胀，或外力，超过设定压力时，溢流阀开启&$!’(，以避免液压执行器由于过压损坏。这时其设定压力一般应该超过主溢流阀+$开启压力的$)",，以保证在正常情况下，以最大工作压力举升的负载也不致下降。平衡阀若直接装在执行器的负载端口，在爆管时还可起到安全阀的作用。普通液控单向阀，也有功能一。也可锁住负载，在有控制压力下时才打开，但一般不易做到精细控制，很容易出现运动速度不稳定现象。它也没有功能三。在图-的回路中，液压缸的回油不通过换向阀，而是直接通过平衡阀回油箱。在此回路中，平衡 阀中的单向阀就只起补油作用，以避免液压缸两端由于负负载而出现负压，引起气蚀。此回路适用于负载方向与幅度频繁变化的场合。"#’类型 制作成螺纹插装形式的平衡阀，从图形符号来看，与其他阀种相比，种类不很多，见图.。但为适应 实际使用的需要，有很多结构相似，性能不同的变形。本文中将介绍/$(普通三通口型&见第$节(/’(控制口带附加阻尼型&第’节(/)(带附加溢流阀型&第)节( 0$(四通口，带单独背压出口型&第1节(0’(无背压&背压通大气(型&第2节(0)(无背压&背压通大气(无溢流阀型&第%节(/$至/)的基本共同点就是，弹簧腔都与出口 相连，背压等于出口压力，因此出口压力一般都会按$345的倍数&45为控制比，见"#)(增高溢流压 力，按$3$645的倍数增高控制压力。所以不宜用于出口有压力的场合。换向阀中位一般应取7型，较为可靠，因为可 以保证控制压力接近零，液控节流功能被可靠锁住，但溢流功能仍有效。若中位不能取7或8型，必须被锁住，则可以考虑采用/)。 0$至0)的共同点就是，弹簧腔都不与出口相 图%用平衡阀控制负向负载 图-平衡阀作为旁路阀图.各种类型的平衡阀 ).’""%年第)期连。因此出口压力都不影响开启压力，可用于出口带压的回路，例如差动回路!图"#。$%用于开启压力须精确控制，不能受负载压力影响的场合。可与比例换向阀配套使用。它们的阀芯一般都是锥阀，以达到基本无泄漏。&’%性能平衡阀的以下性能对实际应用而言，是较重要的，在选用时要注意。(#最高设定压力!)*+,-../0123-4453-#指溢流功能最高可设定的，在控制压力为零时的开启压力。6#最高负载压力!)*+78*9:8;9/0123-4453-#。指液控节流功能可以保持负载以正常工作速度下降的压力。考虑到%&到(&不等。控制比低，稳定性好，但能耗高。因为控制压力通过液压缸或马达，又增加了另一腔，也即平衡阀进口的压力。?）下面讨论控制比在系统中对控制压力的影响若令设定压力，即无背压、无控制压力时的溢流开启压力为!4，则液控节流阀的开启条件为!(@!AB"AC!4!(#式中，"A为控制比，!A为控制压力，!(为端口(的压力。/#若令活塞面积为#:，活塞杆端的环形面积为#D，负载为$7，则对于图(&所示的系统而言，作用在液压缸活塞上的力平衡方程式为$7@!AB#DE!(B#:!6#把式!6#代入式!(#，则得到平衡阀在该系统中的开启条件!7@!AF"G@!ABHAC!4式中，"GE#:F#D为液压缸面积比，%7为负载引起的压力，即%7E$7F#:。即!AC!!4I!7#F!"A@(F"G#， 还可导出负载波动对控制压力的影响!!AEI!!7F!"A@(F"G#//#类似，可以导出平衡阀在图&’%I6系统中的 开启条件为!AC!!4I!7#F!"A@"G#J负载波动对控制压力的影响!!AEI!!7F!"A@"G# ///#类似，可以导出平衡阀在图(6系统中的 开启条件为!AC!!4I!7#F!"A@(#，及负载波动对控制压力的影响!!AEI!!7F!"A@(#如果次级有溢流阀的话，其设定值必须高于负载最小时的%A。>#名义流量!K83)/0*;L;8M#平衡阀的名义 流量取决于阀的几何尺寸。但是，平衡阀在液控节流时，阀芯处在一个动态平衡位置。负载压力，特别是控制压力的波动，会引起开口的变化，从而流量的波动。在相对低速时，开口较小，相对波动就更显著。为此美国的,50:N93*5;/A4O83P83*./80公司!以 下简称,QK#及其他公司设计了许多带不同节流特性的平衡阀。图(%为,QK的几个同样大小的平衡阀的控制压力I流量特性曲线的对照。其名义流量 相同，控制比均为%，设定压力均为6R&$*3，负载压力为S&$*3。OTUG为标准型，OTVO为半节流型，OTVG为节流型。!参见表(#。图中的曲线越陡，则 !WF!!A越小，即流量对控制压力的变化不那么敏 感，速度就相对稳定些。从曲线对比可以看出，节流 图(&负载作用于无杆腔 图(6两腔作用面积相同时图((负载作用于有杆腔6&&X年>月%"张海平：螺纹插装阀介绍之二———平衡阀流体传动与控制 图!"节流特性不同的阀的控制压力#流量曲线型$%&’在小流量时比其他类型稳定，同时其最大流量也要小得多。因此在选用平衡阀时，既要根据通过单向阀的流量确定所需的名义流量，也要兼顾液控节流的限制。压力波动大的系统，选用(半)节流 型，效果就好些。 *)瞬态响应特性和系统稳定性 在平衡阀的诸项功能中，最重要的就是控制负载按希望速度平稳下降。因此，平衡阀在受到干扰后的瞬态响应特性是至关重要的。例如，一系统采用定量泵，普通流量阀加换向阀(图!+)，则在启动 时，由于输入控制腔的流量突变，相应控制端的压力突变，对该系统是一个阶跃信号，很容易引起振动。图中曲线’是使用普通溢流阀，曲线%是使用 了一个新型的溢流阀,-./(参见拙文“介绍一种新 阀‘软溢流阀”0本刊122+年第"期)。它可提前开启，使压力!!缓慢上升，由此造成的压力!1跌落要小得多。若能在换向阀切换时，使%334/保持开启或早 于!334’开启，也有助于减小!!的压力尖峰，从而改善!1的瞬态响应。如能在控制压力端口加一小蓄能器，可以改善控制压力，从而整个系统的稳定性。5)可靠关闭 平衡阀的开启与关闭曲线不重合(见图!")，即 存在滞后，这是不可避免的。但在产品样本中一般都不提供。只是有的生产商保证，关闭压不小于开启压的6+7。 6)泄漏 因为平衡阀的功能之一就是，在没有控制压力时，保持负载位置不变。因此单向功能的密封性也是要注意的。没有生产商保证绝对的密封。关键是多大的泄漏实际系统尚能容忍。曾有生产商制造平衡阀带较软的阀座，以取得更好的密封，同时也申明，寿命不如硬阀座。在下降过程中，平衡阀必须把负载可能具有的巨大势能转化为热量，一个8629:;<=的平衡阀在 负载压力为122>?@时必须把约!*2AB的功率转 化热能，这都发生在直径十几毫米的阀座阀芯接触处附近，材料所承受的载荷可想而之。如果在液压缸出口与平衡阀之间加入适当节流，可以避免在刚打开时的瞬间过大流量引起的冲击损坏锥阀阀座。C)单向阀的开启压力与通流压力损失(流量压 差特性)这两项都会带来能量损失。2D8平衡阀的设定与测试 !)设定回路平衡阀的设定压力通常必须是 最大负载压力的!"27以上，所以很难在实际系统中直接设定，必须在试验台上预设定。利用图!*所示的回路，只需要一个小泵(一般大于!9:;<=即 可)，而且该泵只需短时间在高压下工作。图中，E!是一二位三通手动换向阀，E1是待测阀。设定时，E!应在如左图所示位置，F和FFF通，则!!3控制压力!"3!G。 根据开启条件，待设定压力!H3!!I!"JKL3!GI!GJKL3!G(!IKL)所以!G3!H:(!I"L)。（下转第8*页） 图!8含平衡阀的液压系统的信息流图图!+用软溢流阀改善系统瞬态响应82122*年第"期