汽車起重機(jī)平衡回路分析

[table=98%]
[tr][td]一.前言在液壓系統(tǒng)工作時(shí)，如果液壓缸或液壓馬達(dá)的負(fù)荷為垂直水平的載荷，并且運(yùn)動(dòng)方向和重力與作用力方向一致時(shí)，就要用平衡閥使回路上產(chǎn)生油流阻力，防止運(yùn)動(dòng)失去控制。平衡閥在液壓起重機(jī)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(shí)，如果在起升馬達(dá)的回路上沒(méi)有設(shè)平衡閥，則在重力作用下，液壓馬達(dá)會(huì)越轉(zhuǎn)越快，甚至產(chǎn)生事故。平衡回路要求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，閉鎖性能好，工作可靠無(wú)沖擊。二.平衡回路作用任何平衡回路工作過(guò)程中,均有三種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)：即舉重上升、承載靜止、負(fù)載下行。1.舉重上伸在汽車起重機(jī)的伸縮、變幅、起伸3種機(jī)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(dá)相連。當(dāng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方向與負(fù)載重力作用方向相反時(shí)，即當(dāng)外伸、起升、變幅缸上舉時(shí)，平衡閥只起通路作用，同時(shí)，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(dòng)換向閥之間的管路(多為高壓軟管)損壞漏油時(shí)，平衡閥能封閉無(wú)桿腔油液，使負(fù)載停留在空中原位置不動(dòng)，避免造成墜落事故，可起到安全保護(hù)作用。 2.承載靜止當(dāng)機(jī)構(gòu)停止工作時(shí)，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(jī)構(gòu)和負(fù)載按需要停留在任意位置，稱其為“位置鎖定”。  3.負(fù)載下行當(dāng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方向與負(fù)載重力作用方向一致時(shí)，通過(guò)平衡閥的油量能夠防止因負(fù)載和機(jī)構(gòu)本身的重力作用而使機(jī)構(gòu)產(chǎn)生加速運(yùn)動(dòng)，可起到控制負(fù)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(fù)載和機(jī)構(gòu)本身的重力再加上進(jìn)油壓力，因此機(jī)構(gòu)不會(huì)產(chǎn)生加速運(yùn)動(dòng)。此時(shí)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(jī)的整機(jī)檢測(cè)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(yùn)動(dòng)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(fù)載壓力,當(dāng)換向閥處中位時(shí),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(kāi)啟,防止了運(yùn)動(dòng)部件的自行下滑；當(dāng)換向閥處左位時(shí),活塞下行,順序閥開(kāi)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(yùn)動(dòng)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(guò)程中超越負(fù)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(fù)載力來(lái)調(diào)定，那么超越負(fù)載變小時(shí)，將產(chǎn)生過(guò)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(fù)載不變的場(chǎng)合，或者負(fù)載變化小的場(chǎng)合，不太適用于變負(fù)載場(chǎng)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(fù)載有變化的場(chǎng)合。如超越負(fù)載變大時(shí)，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(dòng)變小,背壓升高以平衡變大的超越負(fù)載；反之,超越負(fù)載變小,節(jié)流口自動(dòng)變大,背壓降低以適應(yīng)變小的超越負(fù)載。當(dāng)換向閥處中位時(shí)，控制壓力消失，平衡閥關(guān)閉，活塞停止運(yùn)動(dòng)。[/td][/tr]
[/table]四.平衡回路振動(dòng)分析與解決方法4.1 振動(dòng)的原因圖1b外控式平衡閥的平衡回路中，換向閥中位時(shí)，平衡閥關(guān)閉，負(fù)載在任意位置懸停，當(dāng)換向閥切換至左位時(shí),負(fù)載下行，從原理上分析是正確的,但是實(shí)際使用中，每當(dāng)負(fù)載較大，下降過(guò)程中就會(huì)出現(xiàn)快降、停止交替的不連續(xù)跳躍、振動(dòng)等非正?，F(xiàn)象。這主要是由于液壓缸承受較大的負(fù)值負(fù)載造成下降速度過(guò)快，油液一時(shí)來(lái)不及補(bǔ)充，液壓缸無(wú)桿腔形成的空間必然在整個(gè)進(jìn)油路及液壓缸活塞上產(chǎn)生短時(shí)的負(fù)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(wú)桿腔壓力升高后，平衡閥又打開(kāi)，負(fù)載再次快速下降，如此反復(fù)，導(dǎo)致系統(tǒng)振動(dòng)。4.2 解決平衡回路振動(dòng)的方法4.2.1 控制油壓力波動(dòng)引起振動(dòng)液控順序閥是利用其控制油路壓力來(lái)操縱閥的開(kāi)啟,若控制油壓力發(fā)生波動(dòng),將會(huì)引起閥的頻繁啟閉,產(chǎn)生振動(dòng)。因此，對(duì)于采用液控順序閥的平衡回路,應(yīng)在負(fù)載下行的回油路上串接一個(gè)單向節(jié)流閥,由于節(jié)流閥回油阻力的作用,液壓缸進(jìn)油腔的壓力不至于迅速下降,液控順序閥不會(huì)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(shí)控制平衡閥。該平衡回路負(fù)載上行時(shí)，液壓油經(jīng)單向閥直接進(jìn)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(duì)承載靜止和負(fù)載下行過(guò)程加以分析針對(duì)平衡閥，在負(fù)載下行過(guò)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(shí)開(kāi)口量
     圖3對(duì)于此類平衡閥應(yīng)先進(jìn)行調(diào)整其調(diào)壓彈簧，設(shè)置開(kāi)啟壓力，即打開(kāi)主閥芯的壓力Ｐs。在五. 平衡回路常見(jiàn)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(kāi)啟，此時(shí)Ｐs＝Ｐ2 為了防止無(wú)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(fù)載下行，油泵供給的壓力都相對(duì)較小，即負(fù)載下行時(shí)能耗小，油路上也不會(huì)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(kāi)操縱執(zhí)行元件時(shí)迅速打開(kāi)主閥芯，在 Ｐ1降低瞬時(shí)，由于有可調(diào)阻尼的作用，閥芯的開(kāi)啟是逐漸轉(zhuǎn)換到負(fù)載相關(guān)的節(jié)流位置，使執(zhí)行元件起動(dòng)時(shí)的跳動(dòng)及與之相關(guān)移動(dòng)部件的振動(dòng)，均在一開(kāi)始就受到抑止或很快消除，從而使負(fù)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(yán)；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(yán)的檢查與修理當(dāng)伸縮機(jī)構(gòu)起升一定負(fù)載或變幅機(jī)構(gòu)呈一定的仰角停止不動(dòng)時(shí)，如果平衡閥中單向閥密封不嚴(yán)，則伸縮機(jī)構(gòu)會(huì)出現(xiàn)勻速的自由下降，這種情況若不嚴(yán)重時(shí)，出現(xiàn)在伸縮機(jī)構(gòu)上還可以，但如果出現(xiàn)在變幅機(jī)構(gòu)上則很危險(xiǎn)，因?yàn)槌霈F(xiàn)在伸縮機(jī)構(gòu)上，伸縮臂回縮不影響起重機(jī)整機(jī)的穩(wěn)定性，僅是負(fù)載有點(diǎn)下沉；但當(dāng)其出現(xiàn)在變幅機(jī)構(gòu)上時(shí)，變幅缸的回縮將導(dǎo)致整個(gè)臂架仰角變小，幅度增大，增加了整機(jī)的不穩(wěn)定性，容易造成起重機(jī)的傾翻事故。此時(shí)，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行解體、清洗和檢測(cè)。若磨損比較輕微時(shí)，可用一軟木塞輕輕打入單向閥芯，用以帶動(dòng)閥芯或閥體的錐形密封面壓緊進(jìn)行對(duì)研即可，若磨損比較嚴(yán)重時(shí)，則須用車制的專門(mén)研具對(duì)閥體上的錐形孔進(jìn)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(shí)出現(xiàn)，操作者會(huì)對(duì)上述機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)感到時(shí)斷時(shí)續(xù)，而且這種運(yùn)動(dòng)沒(méi)有規(guī)律，呈脈動(dòng)狀態(tài)。修復(fù)的方法是，對(duì)控制油路進(jìn)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(shí)出現(xiàn)，此時(shí)機(jī)構(gòu)沒(méi)有反應(yīng)，不動(dòng)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(fù)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(diǎn)：不僅能自動(dòng)感應(yīng)負(fù)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(fù)力矩下放速度， 有效防止速度失控或打夯，防止油泵，油馬達(dá)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(kāi)啟壓力4.5MPa），這種主要應(yīng)用于油缸有桿腔與無(wú)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(hào)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(hào)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(hào)為CINDY系列，圖4是它的原理圖，這種平衡閥的優(yōu)點(diǎn)：有好的控制性能，具有自動(dòng)補(bǔ)償功能，能快速地抑制壓
圖 4力波動(dòng)，使吊重貨物平穩(wěn)下放。外控壓力還可以來(lái)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(lái)實(shí)現(xiàn)作業(yè)幅度的增大，下放速度可以控制，減少能量消耗。

• 悍宇
• H140