平衡阀加液控单向阀的双缸控制策略的匹配性研究

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　　前言

　　对于承重液压缸，常在液压缸上直接安装平衡阀以使液压缸可在任意位置停留，以及避免液压缸下放时失速，同时平衡阀直接安装在液压缸上可避免管路爆裂时造成的重物下落，保护人机安全。但对于双缸顶升机构，在每个液压缸各加一个平衡阀往往会出现平衡阀开启不同步，从而造成结构件扭转的现象。对于大刚度结构件而言，可以通过调节平衡阀来减弱这一现象，但对于刚度不是很大或不允许结构件扭转的场合，这种方法并不可取。此时，常采用的方式是平衡阀加上两个液控单向阀的控制策略，液控单向阀通过高强螺栓直接连在液压缸上，平衡阀与液控单向阀之间采用管路连接。这个系统的一个基本要求是，在臂架下放过程中，液控单向阀要先于平衡阀开启，并且在整个下放过程中，液控单向阀保持全开，只靠平衡阀来调节系统的运行。

　　然而，在实际的应用过程中，往往因为两者的匹配不合适而出现各种故障。本文运用 AMESim 建立系统仿真模型[1]，进行仿真研究，重点分析了内泄式和外泄式两种液控单向阀以及平衡阀与液控单向阀的开启比对系统性能的影响，并在一台 GKH20[2]高空作业车上进行样机试验，结果表明采用的液控单向阀若是内泄式，则液控单向阀的开度很小，臂架的下放稳定性很差，极易产生抖动现象; 液控单向阀若是外泄式，则液控单向阀始终先于平衡阀打开并在运行过程中保持全开，而与液控单向阀的开启比无关，系统的性能主要取决于平衡阀，若平衡阀性能良好，则系统平稳下放。

　　1 工程应用实例

　　在一台GKH20 高空作业车的研制过程中，需用两个液压缸进行臂架变幅，最初采用的液压原理如图 1所示，内泄式液控单向阀直接连接在液压缸上，以防止管路爆裂造成液压缸自动降落，平衡阀用来控制液压缸的下放速度。图1 所示的液压系统中，当换向阀 3在中位时，液压泵 1 的流量通过三通压力补偿器8 以一个很低的补偿压力卸荷; 当换向阀3 工作时，通过梭阀 7 将负载的压力引到三通压力补偿器8，液压泵1以负载压力+ 补偿压力向系统提供所需的流量，多余的流量通过三通压力补偿器8 溢流到油箱[3]。安全阀2 限定系统的最高工作压力。

　　为了防止下放臂架的瞬间造成扭臂现象，本系统的一个基本要求是液控单向阀要先于平衡阀开启，这样即使两个液控单向阀开启不同步，平衡阀没有开启时，从液压缸无杆腔到平衡阀的这段管路中的油液无法流动，同样不会造成扭臂。

　　在初步设计时，系统主要参数如下所示: 最大输入转速: 2000 r/min; 液压泵排量: 16 mL/r; 主阀最大流量: A 口 20 L/min，B 口 10 L/min; 三通压力补偿器的补偿压力1 MPa; 液压缸缸径90 mm; 杆径63 mm; 行程793 mm; 平衡阀弹簧力 30 MPa，开启比 4. 1; 额定流量30 L / min; 液控单向阀开启比3，额定流量25 L / min;负载力98000 N。