平衡閥在液壓系統(tǒng)中的應用及故障排除

1、平衡閥在液壓系統(tǒng)中的應用及故障排除【摘要】：本文通過對平衡閥結(jié)構(gòu)組成的分析，對其工作原理進行了詳細的說明，并介紹了在各種變負載液壓系統(tǒng)中廣泛的應用；然后從平衡閥結(jié)構(gòu)特性的角度，結(jié)合平衡閥在某公司焦爐機械裝煤車上實際應用中出現(xiàn)的幾種常見的故障，定性的分析了它的故障原因并提出了排除及預防故障的方法?！娟P(guān)鍵詞】：平衡閥液壓系統(tǒng)震顫故障排除【前言】：平衡閥是當今冶金液壓系統(tǒng)中應用及其廣泛的一種控制閥，本文通過力士樂液壓公司FD型平衡閥工作原理，論述了其在變載機構(gòu)中的控制作用，并以冶金液壓系統(tǒng)中的實例應用加以說明。一，平衡閥的結(jié)構(gòu)與工作原理FD型平衡閥是德國力士樂公司設(shè)計的平衡閥，它采用了液控單向節(jié)流設(shè)

2、計，從而實現(xiàn)了液控單向閥和單向節(jié)流閥的控制功能。其結(jié)構(gòu)原理圖如圖1,當其控制油口X不工作時，平衡閥具有單向閥的功能，壓力油從A口流入時，液壓閥單向?qū)?，當壓力油從B口流入時，液壓閥反向封閉。如果其控制油口X通有一定的壓力油，由于X口連接的阻尼口（6）的彳用，控制閥芯（4）緩慢運動，延時后首先推動卸荷閥芯（3）使B口卸壓，然后推動主閥芯（2）開啟，液壓油從B流向A口。圖2為其圖形符號。圖1FD平衡閥結(jié)構(gòu)原理圖（1）閥體、（2）主閥芯、（3）先導體、（4）控制閥芯，（5）阻尼閥芯，（6）阻尼孔、（7）（8）（9）均為控制腔圖2FD平衡閥圖形符號/W二，平衡閥在工業(yè)液壓系統(tǒng)中的實際應用2.1 平衡閥

3、在單桿缸液壓平衡回路中的應用圖3為采用FD型平衡閥設(shè)計的平衡回路，在換向閥處于中位（為了安全，應始終使用閉中位的方向閥）時，平衡閥保持垂直放置的液壓缸不因自重而下落。當換向閥交叉油路供油時,液壓油經(jīng)過平衡閥（起單向閥作用），推動液壓缸活塞提升負載。這時如果液壓泵到平衡閥之間的液壓油管破裂，壓力下降，由于負載壓力作用，主閥立即關(guān)閉，油缸保持在工作位置。當換向閥平行油路進行工作時,由平衡閥的開口面積、開啟壓力和開口壓差決定了液壓閥反向的流量，這本身決定于液壓缸另一側(cè)的進口流量，從而防止液壓缸失控。這時如果在方向閥與平衡閥之間發(fā)生管子破裂，不會影響負載的下放操作，起到安全作用。圖3平衡閥在單桿缸液壓

4、平衡回路中的應用2.2 平衡閥在起重機的液壓機械聯(lián)合制動回路中的應用如圖4所示的液壓馬達采用內(nèi)部控制制動的回路中，應用平衡閥時，換向閥在中位時兩個油口一般都要連接油箱，這樣才能保證馬達回路中沒有壓力，靠彈簧力制動液壓馬達；如果采用外部制動控制則沒有這個限制。當馬達起升重物時,換向閥的交叉回路進入工作，液壓油在推動馬達的同時通過梭閥給制動液壓缸下腔供油，解除馬達的制動，實現(xiàn)起重機的提升；在下放重物時,換向閥的平行回路進入工作，同樣液壓油在推動馬達的同時通過梭閥給制動液壓缸下腔供油，解除馬達的制動，進行下放動作。下放速度由平衡閥的開口面積、開啟壓力和開口壓差決定的液壓閥反向流量決定，從而防止液壓馬

5、達失控。這時如果在方向閥與平衡閥之間發(fā)生管子破裂，不會影響負載的下放操作，起到安全作用圖4平衡閥在起重機的液壓機械聯(lián)合制動回路中的應用2.3 平衡閥控制擺動負載缸中的應用控制擺動負載液壓缸，這是一個典型的變負載機構(gòu)。如圖5所示在液壓缸向右運動期間，其活塞腔的負載從最大正向負載到零負載，然后到最大反向負載。使用平衡閥能夠使運動平穩(wěn)在流量閥控制的速度下，不出現(xiàn)明顯的速度波動。其控制原理很明顯，在負載從最大到0的過程中，擺動液壓缸運動速度由流量閥控制；在負載由0到最大反向負載的過程中，有超速運動的趨勢，但平衡閥的作用使之在控制的運動速度下運動，這在前面的平衡閥工作原理中已經(jīng)說明。圖5平衡閥控制擺動負

6、載缸中的應用三，平衡閥在應用中常見的故障及排除本文以某焦化廠裝煤車導套提升裝置作為實例，對平衡閥在實際應用中常見的故障進行分析，并給出相應的排除方法。裝煤車導套提升裝置是典型的平衡閥在單桿缸液壓平衡回路中的應用，在導套提升過程中，平衡閥只起單向閥的作用；在導套下降的過程中，為了避免由于重達200kg的導套突然下墜造成事故，在下降的油路系統(tǒng)中加裝了平衡閥。在整個平衡閥安裝調(diào)試，使用過程中一共發(fā)生過如下一些故障：3.1導套提升執(zhí)行機構(gòu)顫抖在平衡閥調(diào)試初期，測試導套下降的過程中，導套提升吊臂連同整個油缸伸出桿及供油管路一直發(fā)生高頻率的震蕩，并伴隨不同程度噪音。由于不管是那種形式的平衡閥，在液壓系統(tǒng)中

7、起平衡作用時，它的控制油一般大多取自它所控制的油缸的上腔油道（指液壓油壓力作用方向同負載作用方向的控制腔）。當上腔來油后壓力使液控閥（指平衡閥中的液控順序閥或液控節(jié)流閥）開啟才由缸活塞下腔（指液壓油壓力作用方向相反于負載作用方向的控制腔）就可實現(xiàn)回油，活塞在上腔壓力油的推動下下行。若是由重力或外力造成的活塞下滑過快，液壓缸上腔壓力將迅速下降，導致液控閥重新關(guān)閉，活塞運動停止。稍后上腔壓力又迅速上升，順序閥又再次打開，活塞又開始向下運動，如此頻繁切換油缸的起動和停止動作就形成了執(zhí)行機構(gòu)的顫抖。為了解決這一問題，在平衡閥的控制油路中經(jīng)常裝有一個阻尼器，使來油壓力變得平穩(wěn)，防止了系統(tǒng)壓力波動和外界干

8、擾時，平衡閥的液控動作過度靈敏而頻繁切換油缸的起停動作。盡管在設(shè)計中已經(jīng)有了這種預防措施，但在實際使用中這種顫抖故障還是時有發(fā)生的，究其原因有二：第一控制油路中阻尼器一般是一個可拆卸的小螺堵，其極細小的阻尼眼兒就開在這個螺堵的中心上，由于長時間經(jīng)受壓力沖擊這旋裝在閥體油道中的螺堵就會出現(xiàn)松動和脫落，這樣控制油就失去了阻尼，液控閥動作就會變得敏感而頻動，造成了執(zhí)行機構(gòu)的顫抖；第二，就是平衡閥中彈簧調(diào)節(jié)螺釘位置發(fā)生了改變辟簧預壓縮力減小、工作穩(wěn)定性下降,造成閥芯開啟不穩(wěn)定或開啟量過大，失去了平衡閥的背壓和節(jié)流調(diào)速功能才由缸或馬達的工作狀態(tài)在超速下降和制動之間震蕩，產(chǎn)生了執(zhí)行機構(gòu)的顫抖。在很多針對平

9、衡閥的計算機動態(tài)仿真的結(jié)果可以看出，形成整個液壓系統(tǒng)的震顫的原因主要是控制閥在整個液壓控制系統(tǒng)中的穩(wěn)定性較差，其閉環(huán)傳遞函數(shù)是發(fā)散的，要改善顫抖的現(xiàn)象，可以從以下幾點入手：一，改變其反饋傳遞函數(shù)的特征值，如改變阻尼孔大小，控制回路油管的粗細長短等；二，改變主傳遞函數(shù)的各變量，如調(diào)整伺服放大器的放大倍數(shù)，改變供油管路通流直徑，實際調(diào)試過程中，我們改小了控制進油或回油球閥的開度，震顫也隨即消失。三，改變控制閥的特性，如改變平衡閥控制彈簧的剛度，調(diào)整平衡閥開啟壓力等。實際調(diào)試過程中，我們以第三條中調(diào)整平衡閥開啟壓力解決了導套提升執(zhí)行機構(gòu)顫抖的問題。3.2油缸不降落或下降緩慢平衡閥還經(jīng)常出現(xiàn)的故障有：

10、油缸（或馬達）不降落或下降速度緩慢,這個故障的成因主要是平衡閥中節(jié)流或順序功能的實現(xiàn)存在困難。造成這種情況的具體原因首先可能是控制油壓太低或是主閥彈簧調(diào)整過硬，使順序閥無法開啟或是節(jié)流閥打開不足。這種情況一般出現(xiàn)在油缸（或馬達）的換向閥上帶安全保護閥的系統(tǒng)中。例如有一次一臺導套出現(xiàn)了提起正常而不能完全下降的故障，診斷故障時我們甩開平衡閥直接向油缸送油，結(jié)果提升吊臂起落一切正常檢查平衡閥也未發(fā)現(xiàn)異常。后經(jīng)檢查在主換向閥給油缸上腔供油路上發(fā)現(xiàn)有安全保護閥，打開這個閥發(fā)現(xiàn)里面的O形密封圈已斷裂，更換新的密封圈后故障就解除了。究其根源就是因為安全閥的密封圈斷裂后降導套時上腔壓力偏低，造成平衡閥無法打開

11、（平衡閥的控制油取自油缸上腔油道），至使油缸下腔回油被鎖止，所以吊臂就無法降落了。第二種可能就是平衡閥控制油路中的阻尼孔被雜質(zhì)堵上了，控制油無法到達并推壓閥芯造成閥芯未能開啟才由缸無法正常回油所以不能動作。這種情況只需要把平衡閥拆卸下來清洗干凈，檢測液壓油源污染度是否需要更換后即可解決。3油缸卸壓，有爬行動作對于由平衡閥造成的油缸（馬達）卸壓、重物下沉的故障，現(xiàn)在許多平衡閥的應用以插裝閥形式安裝在油缸或活塞桿尾端出現(xiàn)，這種閥總成在外形上多是帶有一定錐度的，外部有若干道O形密封圈，在插裝后依靠O形圈隔離油缸兩腔的油道，這種閥若中間的O形圈損壞，油缸的兩腔油道就會串通，也會產(chǎn)生油缸泄壓、爬行的問題。另外，平衡閥本身泄壓爬行的情況，一般是由于油液含較大顆粒雜質(zhì)，導致平衡閥內(nèi)單向閥關(guān)閉不嚴或是順序閥、節(jié)流閥泄壓造成的。由于平衡閥對導套提升系統(tǒng)的安全至關(guān)重要，而且其結(jié)構(gòu)精密，所以不建議對其部進行較大動作的修復，這種情況下更換新的平衡閥，更換新的清潔液壓油就應是最經(jīng)濟又安全的做法了。【參考文獻】：.吳振芳，厲軍，平衡閥和雙向液壓鎖的正確選用，建筑機械，2007年