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本书以多个世界知名公司的各类平衡阀为例，包括近年推出的新产品，如美国升旭公司的负载匹配型平衡阀、负载适应型平衡阀、德国布赫公司的Cindy型平衡阀和德国力士乐公司的先导控制节流下降阀（绿阀）等等，介绍分析它们的结构、工作原理、功能、特点及应用，比较差异与特点。重点分析了正确运用平衡阀必须掌握的稳态特性、瞬态特性及测试。

平衡阀主要是为了控制负载下降，但控制负载下降也可以不用平衡阀，特别是现在为了节能，出现了一些新的控制阀、控制回路，本书也一并介绍。

本书介绍了平衡阀的多种应用回路，从不同角度分析了含平衡阀系统的稳定性问题和应对措施。同时，还介绍了负负载的能量回收与应用。

附录部分对附赠资源中的“液压元件设计估算表格2016.xlsx”和“液压系统设计估算表格2016.xlsx”进行了说明。附赠资源还包括作者发表的部分文章和各章的插图。

本书中大量采用了图解法，展示了平衡阀系统中的压力关系，直观清晰，易于掌握。

本书可供液压工程技术、液压维修人员阅读，也可供相关院校有关专业师生参考。

前言

第1章概述1

1.1负载的特性1

1.2控制负载需要的功能9

1.3负载控制阀的类型22

1.4负载对液压缸两腔压力的影响27

第2章同向型非卸荷类平衡阀31

2.1同向型平衡阀的开启通流工况31

2.2同向型平衡阀与液压缸组合后的工况34

2.3升旭CB系列平衡阀36

2.4伊顿1CE系列平衡阀41

2.5派克E2*125型平衡阀42

2.6力士乐VBSN系列平衡阀43

2.7派克E2H060*548型带附加阻尼平衡阀45

2.8哈威LHK带附加阻尼可调型平衡阀46

2.9派克E3*60带附加溢流阀型平衡阀48

第3章同向型卸荷类平衡阀50

3.1出口压力的影响50

3.2伊顿1CER系列部分卸荷型平衡阀51

3.3力士乐VBSP系列部分卸荷型平衡阀53

3.4升旭CA系列外排气型平衡阀54

3.5派克E6*060*409外排气型平衡阀55

3.6力士乐VBST系列外排气型平衡阀56

3.7伊顿1CEB系列外排油型平衡阀57

3.8升旭CW系列外排油型平衡阀58

3.9派克E9*1外排油型平衡阀59

第4章同向型非经典类平衡阀61

4.1伊顿1CEL系列两级开启型平衡阀61

4.2升旭负载作用型平衡阀64

4.3升旭负载匹配型平衡阀68

4.4升旭负载适应型平衡阀72

4.5同向型平衡阀的压力设定75

第5章反向型平衡阀77

5.1反向型平衡阀的工况概述77

5.2液控单向阀的应用工况分析80

5.3力士乐FD系列平衡阀82

5.4布赫BBV型平衡阀87

5.5布赫Cindy系列平衡阀“90

第6章运动控制阀97

6.1概述97

6.2派克运动控制阀98

6.3升旭运动控制阀99

***伊顿运动控制阀101

第7章含平衡阀回路的稳定性问题与应对措施103

7.1系统稳定性问题103

7.2含平衡阀系统的分析105

7.3含平衡阀系统的数字仿真试验110

7.4提高系统平稳性的措施113

第8章平衡阀的应用121

8.1可以不用平衡阀的场合121

8.2调节输入流量的方法123

8.3双平衡阀块126

8.4用于控制马达129

8.5用作出口旁路阀133

8.6提高回路安全性的措施134

8.7降低能耗的措施135

8.8应用于成组液压缸135

8.9用在差动回路中139

810平衡阀的选用144

第9章其他液控节流阀及回路149

9.1先导控制节流下降阀（绿阀）149

9.2控制单作用缸153

第10章负负载的能量回收与利用156

附录161

附录A液压系统设计估算表格2016.xlsx说明161

A.l液压缸的压力、速度161

A2单作用液压缸容腔惯量系统的固有频率161

A3双作用液压缸容腔惯量系统的固有频率164

A4流量脉动对压力、速度的影响“166

A5液压泵马达的负载压力、流量、转速、功率168

A6转动惯量、马达-负载转动惯量系统169

A7管道压降171

A8同向型平衡阀工作点171

A9液控单向阀工作点172

A.10容腔液容173

A.ll泵马达耐久试验并联型能量回收回路173

A.12泵马达耐久试验串联型能量回收回路176

附录B液压元件设计估算表格2016.xlsx说明177

B1弹簧刚度与弹簧力177

B2通过固定液阻的流量178

B3间隙泄漏、滑阀泄漏179

B4滑阀开口流量180

B5锥阀开口流量181

B6滑阀阀芯移动摩擦力182

B7滑阀稳态液动力182

B8进出节流口面积估算183

B9弹簧-惯量系统的固有频率185

B.10元件简谐运动的加速度与惯性力186

附录C附赠资源内容186

参考文献188

张海平，男，工学博士，中国液气密工业协会第六届专家委员会委员、第七届专家委员会特别顾问，多个中国及德国企业顾问，“流体传动与控制”杂志编辑。

1981年11月获上海工业大学工学硕士学位，1982年至1985年在上海工业大学机械系工作，1988年4月获上海交通大学机械系工学博士学位。1988年8月至1990年3月获德国洪堡博士后研究资助金，在德国亚琛工大流体传动与控制研究所做博士后。1990年4月至2007年，在德国Zoeller-Kipper GmbH集团公司研发部主管车载液压系统和微机控制系统开发，获四项德国发明专利。

自2009年以来，发表论文20余篇、专著3本，其中于2015年出版了《实用液压测试技术》。在山东泰丰公司参与组织研发的“大流量电液插装阀”填补国内空白，获2009年度液气密行业优秀新产品一等奖、2011年中国机械工业科学技术奖二等奖。

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前言

在供水系统中也有平衡阀，本书专注于应用在液压技术中的平衡阀。

平衡阀，其实与保持物体平衡无关。英语中被称为Counterbalance Valve，指的是抵消（重力影响）阀，也被称为Load Control Valve(负载控制阀)、Motion ControlValve（运动控制阀）、Overcentre Valve（过中心阀）、Boom Lock Valve（上升锁住阀）。倒是其德文名称Lasthaltensventil（负载保持阀），或Senkbremsventil（下降减速阀）更贴近其关键功能。在中国台湾也被称为抗衡阀，考虑到中国大陆读者习惯，本书还是称其为平衡阀。

平衡阀，可用于控制负负载，特别是重物下降的速度，因此在机械设备，尤其是工程机械、起重机械、农业机械等的液压系统中被广泛应用，是一个特别重要的阀种。世界上很多液压元件厂都提供不同形式的平衡阀。但平衡阀又是一个多功能的组合阀，结构与工作原理是所有液压阀种中为复杂的。因此，如何正确选择应用平衡阀，以及了解在节能减排呼声日益高涨趋势下平衡阀的发展前景及应用，是每个液压工程师、液压维修人员都要关心的。

掌握了平衡阀的结构与工作原理，对掌握了解其他阀种也大有裨益。

关于平衡阀，在作者的前两本书“液压螺纹插装阀”“液压速度控制技术”中已有所涉及，但当时限于篇幅，取材不广，分析也不够深入，有些提法不够精确。现在，应一些读者的要求，专门撰写关于一本平衡阀书籍，这样可以系统地梳理，补充一些新型的阀和回路，更全面深入地剖析平衡阀的结构、工作原理及其应用。

作者的一位同学，前香港联合出版集团董事长，组织出版图书无数，曾淳淳告诫作者，“我们国家在各个研究领域内都还没有走出‘大题小做’的阴影。原因部分来自评价系统与学风。太多人想做那些大而无当的题目。我一直认为，什么时候我们的学术研究与教学走上了小题大做的道路，中国学术的春天也就到了。”作者希望能以本书为推动“小题大做”的风气做出微薄的贡献。

不怕不识货。本书以多个世界知名公司的各类平衡阀为例，包括它们近年推出的新产品，如美国升旭公司的负载匹配型平衡阀、负载适应型平衡阀、德国布赫公司的Cindy型平衡阀和德国力士乐公司的先导控制节流下降阀（绿阀）等等，介绍分析它们的结构，工作原理，比较它们的差异与特点，冀望读者可通过比较，深入了解平衡阀，并在此基础上更上一层楼——创新。

本书介绍了平衡阀的多种应用回路，从不同角度分析了含平衡阀系统的稳定性问题和应对措施，因为液压系统稳定性的问题牵涉面甚广，原因非常复杂，而又是几乎必然会出现的问题。

平衡阀主要是为了控制负载下降，但控制负载下降也可以不用平衡阀，特别是现在为了节能，出现了一些新的控制阀、控制回路，本书也一并介绍。

受到升旭公司介绍新产品特性的启发，本书中大量采用了图解法，展示了平衡阀系统中的压力关系，更直观清晰，易于掌握。

作者认为，对于液压技术人员：

1)能掌握揭示液压技术内在规律的数学公式，肯定是好事。但公式推导要为分析实际工况服务，定性分析的实用性优于定量分析。本书尝试做了少量定性的理论分析，尽可能地还是把一些复杂的数学推导放在附录中，以提高本书的易读性。

2)尽管液压技术中准确计算是不可能的，但还是应该尽可能地做一些估算，以减少盲目性。为此，作者把一些常用的设计计算公式转化成EXCEL计算表格，分成两类：液压系统设计、液压元件设计，放在本书的附赠资源中，以便利读者应用检验。

由于国内的液压技术术语大多是舶来货，多人各自翻译，很不统一，有些直译未反映本意，似是而非，容易引起误解。本书尽可能列举各种同义词，尝试正名，以便利初学液压者。

作者查阅了欧美所有世界知名的液压公司的产品样本，压力单位全都使用bar，没有一家公司的产品样本中出现过MPa，在国际液压标准中也很少出现MPa。甚至在GB/T 17491-2011和GB/T 20421.3-2006的附录中都推荐使用bar。但为了执行我国关于法定计量单位的规定，作者不得不花很多精力，把所引用的许多材料中的bar改为MPa。希望读者还是能非常熟悉bar: lbaFO.lMPa。这样，在阅读国外产品样本时才不会有困难。

根据GB 3102.3-199~《力学的量和单位》，质量流量的符号为gm，体积流量的代号为q矿。鉴于在液压技术中，几乎只使用体积流量，行业内也普遍采用Q或g，为简洁起见，本书中用g表示体积流量，简称流量。

目前，在液压系统中使用的压力（工作）介质，虽说主要还是矿物油(约占85%～95%)，然而，为了安全、环保等各种因素，也逐渐采用其他液体，如难燃油、油包水和水包油悬浮液、可生物快速降解的合成酯、植物油等。但为叙述简洁起见，本书中仍使用液压油或压力油代表所有压力介质。

全面地来说，输送液体的泵有两大类：容积式和动力式。因为液压技术中几乎不使用动力式泵，所以本书中略去“容积式”，简称其为液压泵或泵。

为缩减篇幅，本书使用了下列简称。

IFAS-Institut fflr fluidtechnische Antriebe und Steuerungen, RWTH Aachen德国亚琛工业大学流体传动与控制技术研究所。

伊顿——美Eaton-Vickers公司。

派克——美Parker Hannifin公司。

布赫——德Bucher Hydraulik公司。

哈威——德HAWE Hydraulik SE公司。

升旭——美Sun Hydraulics公司。

力士乐——德Bosch-Rexroth AG公司。

海德福斯——美HydraForce，Inc.公司。

本书中平衡阀的剖面图全部源自各公司公开提供的产品样本，由作者加了彩色，以便利读者理解其结构与工作原理，不一定反映全部细节，还是应以实物为准。

尽管反复检查多次修改，但难免还有错误。作者衷心欢迎读者提出意见和建议。作者电子信箱：hpzhang856@sina.cn。读者也可通过作者的博客http:/blog.sina.com.cn/lwczf，反映意见，查阅不断更新的勘误表。

本书的附赠资源放在百度网盘中。读者只要扫描本书末的二维码，即可从网上下载。其中有下述内容。

——全书所有插图，可以帮助读者阅读，也可供企业技术培训、大学教师教学选用。

——些作者已公开发表的文章，以便读者查阅。

——液压元件估算表格软件和液压系统估算表格软件。

感谢本书所引用的参考文献的所有作者。由于本书写作时间较长，有些引用文献可能遗漏标注，恳请有关作者谅解。

本书写作期间得到了盾安集团下属浙江华益精密机械股份有限公司的支持，作者谨在此衷心感谢。

张海平

2016年11月