液压起重机中的平衡阀及故障分析1篇
浙江省特种设备科学研究院 浙江省杭州市 310020
摘要：随着经济的高速发展,国家基础建设的规模越来越大,需要吊运物品的质量、体积和起升高度都越来越大。在起重机的市场保有量逐年上升的同时,客户对机器的操控性要求越来越高。重物的平稳提升与下放是起重机操控性的一个非常关键的指标,所以通过掌握液压平衡阀的平衡原理来提升产品的品质是非常重要的。
关键词：汽车起重机；平衡阀；故障；解决方案
1提升平衡阀的液压原理分析
当马达做上升动作时,压力油从A口进入,经过独立的进油单向阀后进入B口。
马达做下降动作:先导口压力p启=0时,平衡阀锥阀密封关闭。先导口压力p启≠0时,平衡阀主阀芯产生位移。
F:弹簧力;f:缝隙缓冲阻力。
令主阀芯的位移y,当0<y<x时,锥阀密封被打开,滑阀密封未打开。
阀芯右移,推动缝隙缓冲阻尼装置右移,容腔被压缩,油液经小孔流入A口,此时的缝隙缓冲阻尼装置不起作用。
此时由于滑阀未打开,阻尼M1、M3、锥阀液阻很大将流量限制得很小,不需要缝隙缓冲阻尼装置,缝隙缓冲阻力f很小。
当y>x时,滑阀密封被打开。此时压力油从B口经滑阀、锥阀进入A口。
当滑阀被打开,流量瞬间变大,同时缝隙缓冲阻尼装置上的小孔随即进入到配合间隙中,缝隙缓冲阻尼装置开启起缓冲作用。阀芯右移,推动缝隙缓冲阻尼装置右移,容腔被压缩,油液经小孔、配合缝隙流入A口,此时的缝隙缓冲阻尼装置起作用,缝隙缓冲阻力f很大。
卸掉先导压力p启时,主阀芯在弹簧力的作用下向做移动,单向阀DLS被打开,A口液压油进入缝隙缓冲阻尼的容腔中。
马达下降口供油,油液经阻尼N1、N3、单向阀到达A口,N1与N3组成一个液压半桥。
(3)在载荷G的波动值相同的情况下,A波动越大→加减速越明显→p下、p启、F弹波动越明显→A波动越大。
所以可以通过提高n、F弹来提升平衡阀的稳定性。同时n、F弹的升高都会引起p下的升高,进而增加了能耗。
2平衡阀常见故障
在起重机械中,采用吊钩升降的方式最多,这里以控制升降的卷扬平衡阀为例分析平衡阀常见的故障现象,其它平衡阀故障现象类似。由卷扬平衡阀引起的故障包括:落钩动作滞后、溜钩、落钩抖动、落钩启动冲击等。
落钩滞后的故障现象为:当扳动操控手柄后,过了较长时间,执行机构才开始动作;溜钩的故障现象为:吊起重物停止后,重物又慢慢的往下落;落钩抖动的故障现象是:落钩过程中,重物持续的抖动;落钩启动冲击的故障现象为:落钩开始瞬间,重物会失速下坠一下。
3各种故障的原因及解决方案
3.1落钩滞后
控制压力PiL开始建立压力至平衡阀开始产生流量之间的时间△T1规定为滞后时间。△T1的时间超过0.5s时,就可认为产生了滞后。
落钩滞后主要是由平衡阀前的阻尼产生的,这个阻尼用来抑制平衡阀阀芯的波动。但当温度较低时,因液压油流动较缓慢,这个阻尼会对阀芯开启产生滞后。为了解决上述问题,可以采用快速响应的功能。在油路上与阻尼并联接入一个液控阀,当PiL口开始见压时,首先通过液控阀迅速打开平衡阀阀芯,平衡阀正常工作。当压力达到一定的值时,压力油控制液控阀的下位(有单向阀)接通,液控阀关闭,压力油通过阻尼流入平衡阀,这样能够有效减少△T1的时间。
3.2溜钩
正常情况下,马达停止后,吊起的重物应该保持在原有位置而不下落。但是如果平衡阀泄露量比较大,同时配套的主阀采用中位节流机能,在重物重力的作用下,就会在平衡阀与主阀之间的A口处产生压力,油液按照空心箭头所示流动,顶开平衡阀上的梭阀,流向制动器,使得制动器保持打开状态,从而使重物又慢慢往下落。改进油路设计,制动器的压力单独控制,不从平衡阀的梭阀口引出,则平衡阀A口的压力对制动器没有影响,就不会导致溜沟。
3.3落钩抖动
平衡阀打开瞬间,马达出口B的压力(用代号PB表示,下同)突然下降,马达进口X的压力(用代号PX表示,下同)延迟7ms左右跟随着下降,PX下降导致平衡阀关闭。平衡阀关闭后,马达出口压力PB开始上升,马达进口压力PX跟随着上升,使得平衡阀阀芯又开启。由于系统持续供油,平衡阀按上述过程不断循环,直到马达出口压力PB波动的最小压力大于平衡阀的开启压力,平衡阀阀芯振动才会停止。
从上述可知,平衡阀开启的时候,马达进口和出口的压力波动使得平衡阀反复开闭,导致了落钩反复抖动。为了减小压力波动,只有减少马达进口压力PX的波动对平衡阀阀芯的影响,最有效果的是加强控制平衡阀阀芯开启的阻尼来抑制压力PX的波动。例如原来为0.8mm的阻尼孔,可减小到0.5mm。
3.4落钩启动冲击
由于控制平衡阀阀芯开启的阻尼非常小,泵产生的压力油从阻尼进入并推动阀芯开启过程比较慢,马达进油压力PX迅速上升,直到平衡阀的阀芯开到一定的程度,落钩才开始启动,进油压力PX瞬间从峰值下降。此时,在落钩启动的瞬间,存在压力冲击,使得重物会失速下坠一下。
为了消除压力冲击,在操控重物下落侧C点增加二次溢流阀。当进油压力PX迅速增大,达到溢流阀的设定压力时,系统卸压,从而防止进油压力瞬间出现峰值而冲得很高,进而能够有效消除压力冲击。
结论
本文针对起重机的落钩动作滞后、溜钩、落钩抖动、落钩启动冲击分别分析了解决措施:(1)通过平衡阀快速响应功能的设计,能够有效消除起重机落钩滞后的故障,特别是在低温的情况下,效果最明显;(2)通过制动器压力独立控制的方式,能够有效防止由于平衡阀内泄造成的溜钩故障;(3)通过减少控制平衡阀阀芯启闭的阻尼孔,增强阻尼效果,能够有效控制起重机落钩抖动故障;(4)通过增加二次溢流阀,能够减小起重机落钩的开启冲击。但是,各种解决措施之间又存在一定的制约。比如减少阻尼孔可以有效控制落钩抖动,但较小的阻尼会导致落钩滞后。增加制动器压力独立控制回路可以防止溜钩、增加二次溢流阀可以防止落钩启动冲击,但是会造成系统设计复杂。因此,应根据起重机的具体工况和性能指标有针对地进行系统的改良设计。
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液压起重机中的平衡阀及故障分析2篇
摘要：就平衡阀的结构原理和常见的故障成因进行了较细致的分析和探讨。
关键词：平衡阀；
液控单向节流阀；
外控顺序阀
中图分类号：TD422.4+7 文献标识码：A 文章编号：1007—6921(2008)08—0180—01
1平衡阀及其分类
为了防止油缸、马达等液压执行元件在受重力或特定外力作用时产生滑动，常常在该执行元件上安装一种依靠自身背压限制这种运动的阀，这种阀就是我们所说的平衡阀。平衡阀是吊车的变幅油缸、伸缩油缸及卷扬马达上必备的重要安全装置。平衡阀的作用，一是为了能使油缸在受特定方向上外力作用时产生背压并阻止这个方向上的运动；
二是为了防止油缸活塞超速下降并有效地控制下降速度。由此看来，在活塞下降过程中油压受节流阻尼是必要的，这种“刹车”性质的能量损耗是有益的，但是在活塞顶升过程中这个单向阀被异化成顺序阀的强阻尼作用，必然会造成工作油压力的衰减，形成液压油的高温和动力消耗。为了克服这
个不足所以在该阀上又同向地并联了一个单向阀，这样在油缸顶升中液油就可以通过这个单向阀轻松地跨越这个阻尼作用了。这就是在许多吊车液压图上我们看到其在平衡阀一旁再并联一个单向阀的原因。从图纸上看这样两个单向阀并联似乎很是没有必要，但是如果真的没有了这个并联的单向阀，吊车的工作是仍然可以进行，但是对于提高吊车效率、增加动作速度以及防止液压油高温是很有必要的。
平衡阀就其结构和工作原理不同又可分为若干种。目前在吊车上运用最广、经常能见到的平衡阀一般有单向节流式的和单向顺序式的两种。
2两种平衡阀的结构与工作原理分析
2.1单向节流形式的平衡阀
单向节流形式的平衡阀是指该阀在形式上是由单向阀和节流阀组成，但它又不同于普通单向节流阀。普通单向节流阀的三角节流槽贯穿阀芯上的密封环线，切断了密封环线,所以它没有完全关闭油流的结构，而且阀芯的弹簧很软，液流正向流动时可轻松打开单向阀而通过，但在反向来油时，单向阀回到关闭位置，油液只能慢慢通过阀芯上的节流槽，使其在反方向上受节流而降低运动速度。可见它在正反两个方向上都能不同程度地使油通过；
单向节流形式的平衡阀与之是不相同的：首先这个节流阀的节流槽开设位置不同，这里的节流槽并未穿过阀芯的密封环线，所以它有完整的密封环，可以在一定情况下完全地切断流油。其次阀芯上的弹簧刚度大大加强，使单向阀的单向通过功能几乎被异化成了顺序阀功能。常态下单向阀芯被弹簧压紧而完全处于关闭状态，可实现背压，并阻止油缸在反方向上的运动。在阀芯对面又增加了一个导控活塞，可以在外来控制压力作用下推动单向阀芯开启，实现油液反向导通，并可根据外控压力改变其开度实现节流口大小的调节，以达到控制油缸或马达运动速度的目的，从这一点上说把它叫做“液控单向、节流阀”会更形象、更好理解一些。
2.2单向顺序式的平衡阀
单向顺序式的平衡阀和单向节流式的平衡阀功效几乎是一样的。单向顺序式的平衡阀其结构上是由一个单向阀和一个顺序阀并联组成的；
而刚才提到的单向节流式平衡阀中的单向阀，由于其弹簧刚度的加强它已被几乎异化成了顺序阀了，再加上它后来又并上去的单向阀，这样二者就已是殊途同归了。前面的平衡阀由于原有单向阀功能被异化了，所以它才额外地需要再并联一个单向阀。而这种单向顺序式的平衡阀中单向阀未经异化，所以一般它就不需要再并联单向阀了。这就是我们经常看到德国设备的图纸中的平衡阀总是并一个单向阀，而美国设备图纸中平衡阀无单向阀并联的原因（注：德国设备中一般采用单向节流式的平衡阀，
美国设备中多采用单向益流式平衡阀）。
3由平衡阀引起的吊车常见故障
3.1吊臂颤抖
不管是那种形式的平衡阀，在吊车上它的控制油一般大多取自它所控制的油缸的上腔油道。当上腔来油后压力使液控阀（指平衡阀中的液控顺序阀或液控节流阀）开启，油缸活塞下腔就可实现回油，活塞在上腔压力油的推动下下行。若是由重力或外力造成的活塞下滑过快，液压缸上腔压力将迅速下降，导致液控阀重新关闭，活塞运动停止。稍后上腔压力又迅速上升，顺序阀又再次打开，活塞又开始向下运动，如此频繁切换油缸的起动和停止动作就形成了吊车的抖动。为了解决这一问题，在平衡阀的控制油路中经常装有一个阻尼器，使来油压力变得平稳，防止了系统压力波动和外界干扰时，平衡阀的液控动作过度灵敏而频繁切换油
缸的起停动作。尽管在设计中已经有了这种预防措施，但在实际使用中吊车这种抖动故障还是时有发生的，究其原因有二：第一控制油路中阻尼器一般是一个可拆卸的小螺堵，其极细小的阻尼眼儿就开在这个螺堵的中心上，由于长时间经受压力冲击这个旋装在阀体油道中的螺堵就会出现松动和脱落，这样控制油就失去了阻尼，液控阀动作就会变得敏感而频动,造成了吊车大臂的晃动；
第二, 就是平衡阀中弹簧调节螺钉位置发生了改变，弹簧预压缩力减小、工作稳定性下降，造成阀芯开启不稳定或开启量过大，失去了平衡阀的背压和节流调速功能，油缸或马达的工作状态在超速下降和制动之间震荡，产生了吊车的抖动。
3.2油缸不降落或下降缓慢
平衡阀还经常出现的故障有：油缸（或马达）不降落或下降速度缓慢，这个故障的成因主要是平衡阀中节流或顺序功能的实现存在困难。造成这种情况的具体原因首先可能是控制油压太低或是主阀弹簧调整过硬，使顺序阀无法开启或是节流阀打开不足。这种情况一般出现在油缸（或马达）的换向阀上带安全保护阀的系统中。例如有一次一台长江QY20吊车出现了起臂正常而不能落臂的故障，当时就有很多人认为吊车能抬得起臂却落不下臂这肯定不是压力的问题。诊断故障时我们甩开平衡阀直接向变幅缸送油，结果大臂起落一切正常，检查平衡阀也未发现异常。后经检查在主换向阀给变幅油缸上腔供油路上发现有安全保护阀，打开这个阀发现里面的O形密封圈已断裂，更换新的密封圈后故障就解除了。究其根源就是因为安全阀的密封圈断裂后降臂时上腔压力偏低，造成平衡阀无法打开（平衡阀的控制油取自油缸上腔油道），至使变幅缸下腔回油被锁止，所以大臂就无法降落了。第二种可能就是平衡阀控制油路中的阻尼孔被杂质堵上了，控制油无法到达并推压阀芯造成阀芯未能开启，油缸无法正常回油所以不能动作。
3.3油缸卸压、下沉
对于由平衡阀造成的油缸（马达）卸压、重物下沉的故障，现在许多吊车的平衡阀以插装阀形式安装在油缸或活塞杆尾端，这种阀总成在外形上多是带有一定锥度的，外部有若干道O形密封圈，在插装后依靠O形圈隔离油缸两腔的油道，这种阀若中间的O形圈损坏，油缸的两腔油道就会串通，也会产生油缸泄压、重物下沉问题。例如长江LT1040吊车和徐州QY20吊车的伸缩臂平衡阀就是典型的这种结构，类似的故障情况也偶有出现。另外，平衡阀本身泄压的情况一般是由平衡阀内单向阀关闭不严或是顺序阀、节流阀泄压造成的,由于平衡阀对吊车的安全至关重要，而且其结构精密，所以不建议对其部进行较大动作的修复，这种情况下更换新的平衡阀就应是最经济又安全的做法了。
液压起重机中的平衡阀及故障分析3篇
【摘 要】在工程系统实际运行的过程中，由于故障的原因多种多样，相同的原因又会引起不同的故障，所以最主要的就是根据液压系统的实际运行情况进行全面的诊断，及时发现故障隐患，此外还应该加强对于工程机械液压系统的正常维护，应该加强日常的维修与保养，又要对液压系统进行全面的检测，及时发现故障问题，这样才能够确保液压系统的正常运行。
【关键词】工程机械;液压系统;故障特点;诊断技术
由于液压系统自身的功率非常大、体积非常小，所以具有重量轻、反应迅速，精度更高、抗负载性能更强的优点，所以在工程机械中被广泛的应用。在工程机械液压系统长时间运行过程中难免会出现故障，所以必须对工程机械液压系统的故障诊断以及维护的方法，进行全面的分析。
1工程机械液压系统的故障特点
首先，工程机械液压系统的故障具有多样性和复杂性的特点，而且多数情况下故障会同时出现。其次，工程机械液压系统的故障具有一定的隐蔽性，如果仅仅依靠密闭管道内部，并且具有一定压力的油液进行传输，那么在表面就无法对系统的元件内部结构以及工作状况进行直接观察，所以导致故障的判断受到影响。液压装置自身的损坏与失效会发生在系统的内部，不容易被拆装，如果现场缺乏有效监测手段则无法对工程机械液压系统的故障进行全面的判断造成液压系统故障，分析非常困难。再次，引起故障的原因具有多样性的特点，通常情况下由于大多数液压系统的故障与原因会存在交叠的问题，一个故障可能因为多种原因而引起，这些原因也会经常共同出现，并且互相影响。例如系统压力无法实现要求很有可能是因为泵不供油造成的，也有可能是溢流阀引起的，或者是两者共同作用的结果，此外油的粘度可能导致系统压力受到影响。液压系统的故障源能造成多个故障，而且同样的问题由于程度不同结构不同，与之配合的机械结构也不相同，这样也会造成故障的现象多种多样。
2工程机械液压系统故障诊断的技术和方法
（1）直观诊断法。
直观诊断技术就是通过工作人员依靠自身的经验，对液压系统出现的故障进行初步判断。首先，詢问操作人员系统的异常情况进行简单的分析，并且判断液压系统的正常使用状态，通过对故障的流量阀、压力阀进行合理的调节，判断是否存在使用不当或操作不当等情况。其次，在询问的过程中要明确是否更换过密封件和液压件等，还应该对检查仪表进行分析。通过对液压系统进行直观的诊断，在实际工作的过程中通过运行速度进行分析，明确压力表的数值是否稳定，判断油箱液位以及管接头液压缸等位置是否正常，在液压缸实际运行的过程中是否出现振动跳油等问题。除了直接观察之外，还可以通过听声判断故障的方式明确泵和压力阀是否产生噪音等，检测人员也可以通过用手进行触摸的方式来判断液压泵的设备温度以及振动频率的判断管接头以及螺钉松紧程度。
（2）逻辑分析。
由于工程机械液压系统自身非常复杂，直接判断的方式，很难全面的掌握系统运行的故障。为此必须要对液压系统的实际特点进行分析，通过对于故障问题进行简单的排查，该找到具体的故障位置。
（3）检查测量。
在检查测量的过程中，通过利用压力表、流量计等故障检测设备对液压系统的流量压力以及油温等进行全面判断，并且获得测量的相关数据，如果液压系统能够正常运行则必须对这些数据内容进行充分的比较，判断故障的具体原因在没有诊断设备的情况之下，或者是设备比较精密无法拆开时，可以利用替换的方式，对存在异常的元件进行更换，能够直接判断元件是否出现异常，通过这样的方式能够快速高效的解决故障。
3工程液压系统的维护措施
（1）定期进行保养。
由于大多数的工程机械液压系统都安装有智能监控设备，可以及时对液压系统的故障进行判断，但是也只能够起到警示的作用，如果不能够定期进行保养，也很容易造成设备故障，为此最主要的就是通过定期检测与智能设备监测进行有机结合。通过定期对滤清器滤网进行判断，如果滤网中金属粉末过多，则说明油泵可能出现磨损等问题。要对工程液压系统累计运行500h之后进行滤芯替换。还要对液压油箱滤清器进行彻底的清理，并且及时更换液压油。通过安排专业的检测人员对液压系统进行检测，并且结合适当的情况进行调整与维护。
（2）避免杂质、空气和水进入到液压系统内部。
由于液压油对液压系统的运行效率具有非常明显的影响，而且大多数的液压系统精密元件构成非常多，一旦有固体杂质进入到液压系统内部必然会导致精密偶件受伤，甚至会导致油道阻塞等情况造成液压系统产生故障，而且液压油中通常含有7%的气体随着压力的升高，空气会从油中分离出来。如果气泡破裂时会导致液压元件产生汽蚀的现象引发噪音。在空气进入到油液之后，会造成气蚀问题加剧，而且液压油的压缩性也会存在不稳定性，导致液压系统的运行效率受到影响。当液压油中的水含量超标时，会导致液压元件产生锈蚀问题，严重的情况下甚至会影响溶液乳化，而导致机械设备出现严重磨损，所以在工程机械液压系统运行的过程中，最主要的就是避免水分进入到油液，加强对于储油罐的油盖密闭。避免油和水分进入到液压系统内部。
（3）液压油的合理。液压油对于工程液压系统至关重要。
能够影响液压系统的润滑，而且也能对液压系统的压力传递，密闭和冷却等产生影响，所以一旦液压油选择不恰当，很容易造成工程机械液压系统的耐久性下降，为此最主要的就是根据工程液压系统的实际型号进行判断，按照使用说明书选择恰当的液压油。
（4）避免误操作。
在工程机械作业的过程中，最主要的就是避免冲击负荷的产生，因为工程机械液压系统的内部元件精细度比较高，如果发生冲击负荷很容易导致结构磨损、断裂、破碎等，造成液压元件损坏，油封以及高压油管的接头和胶管压合处出现漏油爆管等问题，严重的还会造成溢流阀频繁动作，导致油温上升。所以在工程机械液压系统实际运行的过程中，最主要的就是加强对于违规操作的有效控制避免工作装置构件在运动到极限位置时发生撞击的可能，但是由于每一台液压系统都存在不同的间隙，各个连接部件的间隙也不同，所以必须要严格根据设备的特性进行分析，加强设备操作的管理质量。通过认真探索，了解设备的实际运行状况，才能够保证设备实现完美运行。在长时间的操作过程中，必须要认真积累经验、总结教训，养成良好的操作习惯。另外还应该注意气势和溢流噪音等问题，如果液压泵出现气蚀噪声，而且排气之后也无法消除，必须要及时查明故障原因并且排除，如果执行元件在没有复合动作时发生动作缓慢的问题，或者产生溢流阀溢流异响等，则必须立即停机检修，保证交接班时间正常的运行。
4结语
总而言之，液压系统自身有非常多的优点，一方面液压元件质量较轻、结构紧凑、惯性比较小，整体布局更加的方便。另一方面通过液压传动系统可以实现无级变速，保证传递运动更加的平稳，也能够实现缓冲，安全保护等操作。通过将液压传动系统与自动化控制系统进行结合，可以实现智能自动化的操作，越来越多的工程机械通过利用液压传动系统实现动力传递。
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