彭雄鳳

（湖南信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 長沙 410200）

1 平衡閥介紹

液壓起重機的起升機構(gòu)、變幅機構(gòu)及伸縮機構(gòu)在帶載下降時，工作部件由于重力的影響會超速下降，需要用平衡閥使液壓回路上產(chǎn)生油液阻力，防止運動失去控制而產(chǎn)生事故。因此，平衡閥是起重機械液壓系統(tǒng)的重要元件之一，對其性能影響非常大。

平衡閥是一種外控內(nèi)泄式單向順序閥。由一個單向閥和一個順序閥并在一起使用，其工作原理如圖1所示。當(dāng)換向閥處于左位和中位時，平衡閥影響起重機的起落性能。當(dāng)換向閥左位接通，液壓泵的壓力油一部分進(jìn)入油缸的無桿腔，一部分通過阻尼進(jìn)入平衡閥左腔，驅(qū)使閥芯向右移動而打開平衡閥閥口，油缸的回油路上就存在著一定的背壓，即平衡閥的開啟壓力。只要將這個背壓調(diào)得能支承住油缸活塞和與之相連的重物自重，活塞及重物就可以平穩(wěn)地下落。當(dāng)換向閥處于中位時，阻尼處無壓力油，平衡閥閥芯在彈簧力作用下關(guān)閉，油缸回油被鎖住，防止重物因自重而下降[1]。

圖1 平衡閥的基本原理

2 平衡閥常見故障

在起重機械中，采用吊鉤升降的方式最多，這里以控制升降的卷揚平衡閥為例分析平衡閥常見的故障現(xiàn)象，其它平衡閥故障現(xiàn)象類似。由卷揚平衡閥引起的故障包括：落鉤動作滯后、溜鉤、落鉤抖動、落鉤啟動沖擊等[2]。

落鉤滯后的故障現(xiàn)象為：當(dāng)扳動操控手柄后，過了較長時間，執(zhí)行機構(gòu)才開始動作；溜鉤的故障現(xiàn)象為：吊起重物停止后，重物又慢慢的往下落；落鉤抖動的故障現(xiàn)象是：落鉤過程中，重物持續(xù)的抖動；落鉤啟動沖擊的故障現(xiàn)象為：落鉤開始瞬間，重物會失速下墜一下。

3 各種故障的原因及解決方案

3.1 落鉤滯后

控制壓力PiL開始建立壓力至平衡閥開始產(chǎn)生流量之間的時間△T1規(guī)定為滯后時間，如圖2所示?！鱐1的時間超過0.5 s時，就可認(rèn)為產(chǎn)生了滯后。

圖2 滯后的曲線

落鉤滯后主要是由平衡閥前的阻尼產(chǎn)生的，這個阻尼用來抑制平衡閥閥芯的波動。但當(dāng)溫度較低時，因液壓油流動較緩慢，這個阻尼會對閥芯開啟產(chǎn)生滯后。為了解決上述問題，可以采用快速響應(yīng)的功能。如圖3所示，在油路上與阻尼并聯(lián)接入一個液控閥，當(dāng)PiL口開始見壓時，首先通過液控閥迅速打開平衡閥閥芯，平衡閥正常工作。當(dāng)壓力達(dá)到一定的值時，壓力油控制液控閥的下位（有單向閥）接通，液控閥關(guān)閉，壓力油通過阻尼流入平衡閥，這樣能夠有效減少△T1的時間。

圖3 快速響應(yīng)功能的液壓原理

3.2 溜鉤

圖4 所示為常見的卷揚平衡閥的工作原理圖。正常情況下，馬達(dá)停止后，吊起的重物應(yīng)該保持在原有位置而不下落。但是如果平衡閥泄露量比較大，同時配套的主閥采用中位節(jié)流機能，在重物重力的作用下，就會在平衡閥與主閥之間的A口處產(chǎn)生壓力，油液按照圖3上空心箭頭所示流動，頂開平衡閥上的梭閥，流向制動器，使得制動器保持打開狀態(tài)，從而使重物又慢慢往下落。

圖4 卷揚平衡閥工作液壓原理

按圖5改進(jìn)油路設(shè)計，制動器的壓力單獨控制，不從平衡閥的梭閥口引出，則平衡閥A口的壓力對制動器沒有影響，就不會導(dǎo)致溜溝。

圖5 制動器單獨控制液壓原理

3.3 落鉤抖動

從圖5可知，平衡閥打開瞬間，馬達(dá)出口B的壓力（用代號PB表示，下同）突然下降，馬達(dá)進(jìn)口X的壓力（用代號PX表示，下同）延遲7 ms左右跟隨著下降，PX下降導(dǎo)致平衡閥關(guān)閉。平衡閥關(guān)閉后，馬達(dá)出口壓力PB開始上升，馬達(dá)進(jìn)口壓力PX跟隨著上升，使得平衡閥閥芯又開啟。由于系統(tǒng)持續(xù)供油，平衡閥按上述過程不斷循環(huán)，直到馬達(dá)出口壓力PB波動的最小壓力大于平衡閥的開啟壓力，平衡閥閥芯振動才會停止。

從上述可知，平衡閥開啟的時候，馬達(dá)進(jìn)口和出口的壓力波動使得平衡閥反復(fù)開閉，導(dǎo)致了落鉤反復(fù)抖動。為了減小壓力波動，只有減少馬達(dá)進(jìn)口壓力PX的波動對平衡閥閥芯的影響，最有效果的是加強控制平衡閥閥芯開啟的阻尼來抑制壓力PX的波動[3，4]。例如原來為0.8 mm的阻尼孔，可減小到0.5 mm。

3.4 落鉤啟動沖擊

由于控制平衡閥閥芯開啟的阻尼非常小，泵產(chǎn)生的壓力油從阻尼進(jìn)入并推動閥芯開啟過程比較慢，馬達(dá)進(jìn)油壓力PX迅速上升，直到平衡閥的閥芯開到一定的程度，落鉤才開始啟動，進(jìn)油壓力PX瞬間從峰值下降，如圖6所示。此時，在落鉤啟動的瞬間，存在壓力沖擊，使得重物會失速下墜一下。

圖6 沖擊曲線

為了消除壓力沖擊，在操控重物下落側(cè)C點增加二次溢流閥，如圖7所示。當(dāng)進(jìn)油壓力PX迅速增大，達(dá)到溢流閥的設(shè)定壓力時，系統(tǒng)卸壓，從而防止進(jìn)油壓力瞬間出現(xiàn)峰值而沖得很高，進(jìn)而能夠有效消除壓力沖擊。

圖7 增加二次溢流閥的液壓原理

4 結(jié)束語

本文針對起重機的落鉤動作滯后、溜鉤、落鉤抖動、落鉤啟動沖擊分別分析了解決措施：（1）通過平衡閥快速響應(yīng)功能的設(shè)計，能夠有效消除起重機落鉤滯后的故障，特別是在低溫的情況下，效果最明顯；（2）通過制動器壓力獨立控制的方式，能夠有效防止由于平衡閥內(nèi)泄造成的溜鉤故障；（3）通過減少控制平衡閥閥芯啟閉的阻尼孔，增強阻尼效果，能夠有效控制起重機落鉤抖動故障；（4）通過增加二次溢流閥，能夠減小起重機落鉤的開啟沖擊。

但是，各種解決措施之間又存在一定的制約。比如減少阻尼孔可以有效控制落鉤抖動，但較小的阻尼會導(dǎo)致落鉤滯后。增加制動器壓力獨立控制回路可以防止溜鉤、增加二次溢流閥可以防止落鉤啟動沖擊，但是會造成系統(tǒng)設(shè)計復(fù)雜。因此，應(yīng)根據(jù)起重機的具體工況和性能指標(biāo)有針對地進(jìn)行系統(tǒng)的改良設(shè)計。