平衡阀
液压平衡阀
平衡阀是一种能根据负载大小自动调节开口量的液压控制阀,它通过感应系统的压力变化来调整流体通过阀口的流量和速度,从而达到限制执行机构速度的目的,防止因压力或者流量变化过大而导致的失速或失压;提高系统的可靠性和工作效率。
平衡阀的工作原理
平衡阀允许油液从2口到负载口1单向流通,截止其反向流动。当与负载压力成正比的先导压力作用在口3(先导口),推动先导柱塞顶开单向阀芯,液流方可从口1流到口2。
以SUN公司CB型平衡阀说明工作原理
当2口压力大于1口负载压力时,油液通过单向阀从2口到1口自由流动
当系统不提供压力,因为负载压力小于平衡阀设定压力,油液从1口无法流向2口,因此负载保持在某一位置
当3口先导压力和1口负载压力稍大于平衡阀设定压力时,平衡阀中顺序阀阀口稍微打开,1口油液流向2口;因为1口和2口的压差很大,所以此时会有很大的能量损耗
当3口先导压力继续增大,直到平衡阀中顺序阀的阀口完全打开,此时油液从1口自由流向2口;平衡阀完全开启
平衡阀的关键参数
平衡阀的压力
当系统的压力越高,平衡阀的压力设定也就越高,根据经验,平衡阀的设定值至少为负载压力的1.3倍。平衡阀一般供应商出厂时已经设定好,后续无需再调整;若平衡阀安装于系统中时,很难进行调整设定值,因为先导作用力、负载压力以及液压缸的缸径比都会对平衡阀工作造成影响,最好单独设定平衡阀的设定值。
单独设定时,2、3口通回油或者大气,向1口接入压力,提高1口的压力,直至阀口开启,重复几次确保一致性;之后再按开启压力的1.3倍设定
平衡阀先导比
平衡阀的“先导面积/溢流面积”就是平衡阀的先导比;更低的先导比会增加系统的稳定性,而更高的先导比会更节能,大多数情况下3:1的先导比都可以很好的满足系统的要求,尽量避免选用10:1的先导比。
先导压力
先导压力=(设定压力-负载压力)/先导比
例如:设定值为300bar,此时负载压力为200bar,先导比为3:1,那么先导压力为:
(300-200)/3=33.3bar
释放负载所需的压力P
下列公式皆为理想情况下,不考虑回路中的背压以及温度等的影响。
2口的背压
标准平衡阀的2口背压 ,将额外增加阀工作压力,增加1口和先导口压力都变大.
例如:使用3:1平衡阀 ,当存在30bar背压情况下, 增加的设定值将等于:
P=(1+3)×30=120bar
平衡阀的滞环
平衡阀的滞环是指在开启压力和闭合压力之间的差值。例如SUN公司的平衡阀滞环一般是少于15%的,也就是说,如果设定开启压力为200bar,负载压力也为200bar,那么此时平衡阀是不能完全闭合的,只有压力低于开启压力的85%(170bar),平衡阀才能完全复位。
其他
- 一般来说,低先导比的阀运动控制性能和稳定性更好,尤其是带大惯性负载的类弹簧系统
- 对于液压马达,高先导压力比的阀可提供良好动态控制。但是由于马达存在泄漏,还要添加弹簧制动装置来锁住负载。
- 高先导压力比的阀可提高液压系统效率(减少热耗),但是降低了稳定性和运动平稳性。
- 一般情况下避免在闭环静压系统中应用平衡阀,因为会导致系统过热。
- 平衡阀设定值最小设为负载压力的1.3倍( 1.5倍阀设定值不应超过2000psi (140bar))。
- Sun插装平衡阀,顺时针(面对阀看)旋转调节螺钉是压力设定值降低;逆时针使其升高 。
- 平衡阀选型时其尺寸可略小,不可略大,因为阀的目标就是产生阀压降。
- 选择较小先导压力比来保证系统稳定性。先导压力比越小,控制性能越好。
- 先导压力比10:1的阀仅限在马达回路或需要先导压力比10:1的先导单向阀回路中使用。
- 在先导油路上增加蓄能器可以提高系统稳定性(使得先导压力更加稳定)。
- 在油缸/马达和平衡阀之间增加出口节流阀可提高系统稳定性(降低了对平衡阀限流能力要求)。
- 相比于无外接口阀,带外接口的平衡阀的溢流性能曲线的增益很高,近似于直动式顺序阀(例如,很小的先导压力变化就会使通流能力变化很大)。这使得应用带外接口平衡阀的系统稳定性相对低些。但是,如果系统还有其他元件会导致背压发生变化(例如比例阀),就应注意这个问题(此背压问题就需要通过改用带外接口型的平衡阀的给以解决!)。
- 先导增益特性: 用于描述阀的流量增益。形式有:节流 (增益最低, 稳定性最高-说明其先导压力变化很大而流量变化很小), 半节流和标准 (增益最大)。
- 机械稳定性: 指由于典型机械质量弹簧系统所导致的低频振荡。如果存在机械稳定性问题,请更换为低先导比或低增益,或两者均具备的阀。
- 背压倍数: 该指标用于衡量背压对阀溢流压力设定影响的所乘的因数。该值较小为好。
平衡阀的功能
负载保持
平衡阀允许执行机构以一定速度提升或者下放重物,并且允许在系统不提供压力的情况下,在某一高度位置上保证不动。
负载控制
在一些负载力的方向和运动方向相同的情况下,会产生负负载力,机构在负负载力的作用下会出现超速下降,平衡阀可以控制执行机构在负负载力下平稳动作,防止出现动作失控现象。
安全负载
当液压系统中油管损坏、泄漏或者系统突然失压时,安装在执行机构上的平衡阀可以防止负载发生移动失控,提高设备的安全性。