汽车起重机平衡阀常见故障及解决方案

彭雄凤

（湖南信息职业技术学院，湖南 长沙 410200）

1 平衡阀介绍

液压起重机的起升机构、变幅机构及伸缩机构在带载下降时，工作部件由于重力的影响会超速下降，需要用平衡阀使液压回路上产生油液阻力，防止运动失去控制而产生事故。因此，平衡阀是起重机械液压系统的重要元件之一，对其性能影响非常大。

平衡阀是一种外控内泄式单向顺序阀。由一个单向阀和一个顺序阀并在一起使用，其工作原理如图1所示。当换向阀处于左位和中位时，平衡阀影响起重机的起落性能。当换向阀左位接通，液压泵的压力油一部分进入油缸的无杆腔，一部分通过阻尼进入平衡阀左腔，驱使阀芯向右移动而打开平衡阀阀口，油缸的回油路上就存在着一定的背压，即平衡阀的开启压力。只要将这个背压调得能支承住油缸活塞和与之相连的重物自重，活塞及重物就可以平稳地下落。当换向阀处于中位时，阻尼处无压力油，平衡阀阀芯在弹簧力作用下关闭，油缸回油被锁住，防止重物因自重而下降[1]。

图1 平衡阀的基本原理

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[2]。

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，如图2所示。△T1的时间超过0.5 s时，就可认为产生了滞后。

图2 滞后的曲线

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。如图3所示，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。

图3 快速响应功能的液压原理

3.2 溜钩

图4 所示为常见的卷扬平衡阀的工作原理图。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，油液按照图3上空心箭头所示流动，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。

图4 卷扬平衡阀工作液压原理

按图5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。

图5 制动器单独控制液压原理

3.3 落钩抖动

从图5可知，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7 ms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[3，4]。例如原来为0.8 mm的阻尼孔，可减小到0.5 mm。

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，如图6所示。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。

图6 冲击曲线

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，如图7所示。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。

图7 增加二次溢流阀的液压原理

4 结束语

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。