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　　随着国家经济以及基础建设的快速发展,工程机械在公路、港口码头、铁道、矿山建设以及工业与民用建筑中获得了极为广泛的应用。各行各业对工程机械的需求量越来越大,同时对吨位和质量的要求也越来越高。例如工程用起重机,国内最大吨位的一般在50吨左右,要想上到50吨或100吨以上,就比较困难。其中的重要部件,特别是双缸变幅机构中的液压部件——液压平衡阀是最大的困难之一。因为带载下降的许多液压机械设备,它们必须有一个能控制其带载下降时的平衡与安全装置,例如在工程起重机上就把这个控制液压部件称为液压平衡阀。而且当所带载荷越大时,其意义就越大、越重要。实际上我国液压平衡阀对现有平衡阀不仅在吨位起重机上不能满足性能要求,也不能满足大吨位机械双缸变幅的应用。实践经验表明液压平衡阀对工程机械工作的平稳性、可靠性和系统效率具有重要的影响。然而目前国内的现有平衡阀又多属于仿制产品,所以国产平衡阀普遍存在着低频抖动、控制压力偏高、工作稳定性安全性较差、双缸不能同步、结构较复杂等问题。常见的液压平衡阀有单级式和先导式两种。单级式平衡阀中的单向阀,用于起升,和主阀,用于下降,的相互位置为并列式,其特点是稳定性好,支撑可靠,但在快速换向或带负载变幅下降时,仍有低频振动,俗称点头号,现象,此外这一类平衡阀控制压力偏高,结构复杂。典型产品有北京起重机厂生产的 4D F型平衡阀和哈尔滨工程机械厂生产的 229GB 型平衡阀及徐州工程机械厂生产的“徐重阀”等。而先导式平衡阀则为套装式,其特点是单向阀和主阀实行嵌套,结构紧凑,并且采用了主从结构,使主阀始终跟随先导阀芯,其上的液动力不会对控制活塞上的输入信号产生干扰,同时也使其控制压力得到了有效的降低,从而提高了平衡阀的灵敏度和经济性。典型产品有日本东京计器生产的BLG型平衡阀等。

　　液压平衡阀是工程机械液压系统重要元件之一,是使用较多的一种控制阀,它对改善工程机械使用性能起着不可忽视的作用, 同时对工程机械整机性能(工作平稳性可靠性和系统效率)也有着重要的影响。例如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,若无平衡阀,机构就会在负载的作用下产生超速下降、无法控制、出现危险现象等。带载越大,这种危险也就越大。同样,在全液压行走系统中(开式系统),在下坡中也会产生超速下滑的危险, 因此也需要使用平衡阀。为了防止危险,实现带载下降的能控、微动、平衡及安全,就需要在下降的回路中安装一个既能限制负载下降速度,又可实现微调及任意可控在空间某一高度上停止而没有一丝下移(或下滑)的多功能控制阀。具有上述功能的阀就称为平衡阀, , 。

　　工程机械使用的液压平衡阀,从结构上分有锥阀式、滑阀式和组合式三种,从油的流向看分顺流式和倒流式两种。锥阀式虽易堵塞但密封性好,几乎无泄漏,具有“锁”的作用等,滑阀式不易堵塞,低速微动性好,但无“锁”的作用,重物易自动下降等,组合式是前两者的组合,既有“锁”的作用,又能进行微调,只是结构复杂些等。已在我国沿用至今的北京起重机厂引进的平衡阀(又称北起阀) 4DF型等阀,就是组合式阀。下面对 4DF阀作一工作原理介绍。

　　它由主阀芯1、控制阀芯2、单向阀3以及单向阻尼阀4等组成,其工作原理为,重物下降时控制压力接C腔,控制阀芯2将主阀芯1打开,执行元件的回油从B口经D、 E,从A口排出,按控制油压力的大小控制了主阀芯的开启程度,进而控制了液压缸回油的速度, 即限制了液压缸负载下降时的速度。反向流动时,从A口进来的液压油直接顶开单向阀进入执行元件,主阀芯在D处作成带槽的,使流量变化缓和,连接阀芯1、 2前后腔的小孔a及小孔b、 e、 f的作用是增加阻尼,减缓对压力波动的反应,防止振动。小孔d的作用是在平衡阀刚刚开启时减小阻尼,改善阀的快速反应性能。单向阀4的作用, 当压力油从A口进入时, 阀4被打开,在主阀大端的油压力的作用下,主阀芯和控制阀芯被紧紧锁住。此阀还能起液压锁的作用,当换向阀中位工作时,液压泵的油直接流回油箱,控制阀芯大端没有油压,主阀芯在弹簧力的作用下关闭,执行元件的回油被锁住,因此,液压缸不能运动。该阀的静、动态特性分析表明, 4DF型平衡阀稳定性较好,支撑可靠,但其控制压力偏高,在快速换向或负载变幅下降时,有严重的低频抖动现象,特别是大吨位起重机在双液压缸变幅回路工作时,此平衡阀不能满足结构及同步的需要。

　　双向液压平衡阀包括阀体、安装在该阀体中的两个溢流阀和单向阀,阀体内设有左右阀腔以及将两阀腔连通的滑腔,设在该阀体上的有杆腔油口与所述左阀腔连通,无杆腔油口与所述右阀腔连通,在左右阀腔中各装有一个液控溢流阀和单向阀,所述溢流阀有固定在阀体上的螺套、安装在阀芯和螺套之间的调压弹簧构成,设在阀芯内的控制油孔与该阀腔连通,所述单向阀由安装在阀腔中的活门及弹簧构成,左阀腔中的单向阀将该阀腔与设在阀体上的左油口隔开,右阀腔中的单向阀与设在阀体上的右油口隔开,安装在所述滑腔中可滑动的推杆将左右阀腔隔开。推杆两端设有与控制油口相适配的锥面,在螺杆上设有调压螺杆。

　　15有杆腔中的液压油通过有杆腔油口13进入左阀腔,然后由左油口14流出,另一路直接将右阀腔中的活门5向左顶开,然后通过无杆腔油口11进入油缸15的无杆腔。同理, 当从左油口14进油时,液压油进入左阀腔后分两路,一路通过左阀腔中阀芯3上的控制油孔12顶开推杆2,推杆2推动右阀腔中的阀芯3向右移动,从而使右阀腔中阀芯3与该阀腔中的活门5脱离接触,于是油缸15无杆腔中的液压油通过无杆腔油口11进入右阀腔,然后由右油口10流出,另一路直接将左阀腔中的活门5向右顶开,然后通过有杆腔油口13进入油缸15的有杆腔。

　　新型平衡阀在原理上采用了负载敏感技术,在结构上由液压控制阀部分、主阀芯、单向阀三部分集成而得,三个部件并不只是各自完成各自的功能,而是为了满足给定设计要求而有机的结合在一起,本文设计的控制阀部分和主阀芯有着特殊的联系,不同于传统平衡阀。所以在单向阀部分的设计和单向阀弹簧的设计可以根据一般的液压系统设计方法进行设计。而有些部分需要借助牛顿力学和液压流体学等理论工具,严格计算各个零件之间的配合关系和互相作用,从而得到符合设计需要的平衡阀,如平衡阀的固定部分以及弹簧刚度的选取都要经过严格计算。