平衡阀在冶金设备液压系统中的应用和故障分析

张国斌

(营口京华钢铁有限公司厚板厂 辽宁 营口 115000)

一、FD型平衡阀的结构和工作原理

FD型平衡阀是具有单向截止功能的调速阀，在冶金设备的液压系统中有广泛的应用，其内部结构如下图所示，主要有阀体(1)，主阀芯(2)，先导体(3)，控制阀芯(4)，阻尼阀芯(5)和阻尼孔(6)等几部分组成。

(一) 平衡阀结构图

其工作原理为：当x口控制油压力为0或不足以克服控制腔(9)中弹簧力驱动控制阀芯(4)动作情况下，平衡阀等同于单向阀。如果油口A的压力大于油口B的压力，油口A压力油克服控制腔(8)中的弹簧力及油口B内压力对主阀芯(2)的负载力，将主阀芯(2)打开，实现油口A至油口B导通；如果油口B的压力大于油口A的压力，主阀芯(2)在控制腔(8)中的弹簧力及油口B内压力的作用下复位，实现油口B至油口A截止且无泄漏。随着x口控制油压力不断增加，逐步克服控制腔(9)中弹簧力驱动控制阀芯(4)向右运动，当控制阀芯(4)与先导体(3)接触后，进一步推动先导体(3)向右运动，先导体(3)向右运动后控制腔(8)中压力油与油口A连通，后控制腔(8)中压力油得到卸荷，控制阀芯(4)将进一步推动主阀芯(2)向右运动，实现油口B至油口A导通，而主阀芯(2)向右运动位移的大小决定平衡阀油口B至油口A导通开口度的大小，从而实现平衡阀的节流调速功能。

二、FD型平衡阀在在下降负载液压系统中的动作分析

(二) 五矿营钢出钢机液压原理图

上图所示五矿营钢出钢机液压系统中，液压缸伸出，通过曲柄机构顶起负载；液压缸缩回，负载下落。电磁铁a，b均不得电时，电磁换向阀A口压力为0，平衡阀主阀芯处于单向截止位置，压力表1处压力需克服负载重力。换向阀电磁铁a得电时，塞腔回路中如果没有平衡阀，则负载的重力决定其下降的速度，过重负载会出现下降速度过快，而无负载或轻负载时下降速度又会过慢。当塞腔回路中加入平衡阀，且控制油口与杆腔管路连接时，液压泵输出恒定压力，经过换向阀时产生压降，得到杆腔压力PB和控制油压力PX，PX作用于平衡阀控制阀芯，PX大小决定平衡阀主阀芯的开口度C的大小，PB与负载F共同向下作用于液压缸，通过活塞对塞腔液压油进行压缩，从而使塞腔产生压力PA，PA与平衡阀的开口度决定了通过平衡阀主阀芯的流量Q，Q的大小决定液压缸及负载下降速度的快慢，同时也控制液压缸杆腔的容积变化，从而影响杆腔压力PB和控制油压力PX变化。

通过上面的分析可以得出结论，下降负载系统中平衡阀的作用是消除负载对液压缸运行速度的影响，避免负载过大造成液压缸失速下落，也保证在无负载或轻负载情况下液压缸的下降速度也符合设计要求，同时平衡阀的自动控制系统各参数选择不当也会出现超调现象，平衡阀失去对液压缸运动速度自动调节的功能。

三、平衡阀在应用中的故障及原因分析

在五矿营钢厚板厂的装、出钢机液压系统中，平衡阀的使用效果并不理想，主要表现是下降到位后液压缸回弹，平衡阀故障率高，平衡阀的平均使用寿命仅为12各月。上图为出钢机的液压系统图，液压缸伸出时驱动拖轮抬起出钢机，液压缸缩回时出钢机落下，为负载下降平衡系统。

在实际工作过程中，电磁阀阀头a得电后表1测得压力100±5bar，表2测得压力150bar，负载下降过程中没有出现失速或抖动现象，但是，运行一段是时间后，经常会出现出钢机在高位时平衡阀不能封闭不严，液压缸塞腔泄压，出钢机自行下落的状况。

对下线的平衡阀进行拆解，发现，所有的平衡阀损坏均为阻尼孔(6)从阻尼阀芯(5)中脱后卡住阻尼阀芯(5)，使控制阀芯(4)不能复位。

通过以上分析可知，平衡阀控制油PX压力过大是平衡阀损坏的直接原因，重新设计采用下图所示回路：

(三) 出钢机液压原理改进图

上述改造方案无需重新制作油路块，实际改造方法为：

1.将平衡阀阀芯取出，使平衡阀两个油口相通，控制油口封堵，防止漏油。

2.在原有电磁换向阀下叠加一个液控单向阀，一个单向节流阀。

3.将调速阀阀芯拆除。

改造后系统中元件结构简单，负载大小变化对液压缸的下降速度影响很小，液压缸运行平稳。