起重机是一种广泛应用于道路、建筑、矿山和港口等施工现场的工程机械。尤其是汽车起重机,其作业效率高、机动性好,是工程建设中不可缺少的装备。近年来,随着国内基础设施建设的加速,市场上对汽车起重机与其他工程机械出现巨大的需求,并促使其得到了前所未有的发展。液压系统是汽车起重机中最重要的组成部分之一,其设计的正确性和合理性对整车性能有着很大的影响。然而,由于目前国内液压元件的性能较差,国内生产的汽车起重机中的主要液压元件仍有很大一部分依靠进口,尤其是中大吨位起重机中的液压元件几乎被国外产品所垄断,并经常受到外国的限制和打压。因此,为了提高汽车起重机整体性能和竞争力,大力发展液压技术,实现关键液压元件的国产化和改善其性能势在必行。本论文以适用于汽车起重机变幅系统的先导随动式平衡阀为研究对象,采用理论分析、仿真计算和实验研究相结合的方法,对其控制特性、开启压力、微动特性、过补偿特性、单向导通特性、动态阶跃响应特性和抑制负载干扰特性等进行了深入的研究。然后,对汽车起重机变幅系统的负载特性也进行了理论分析和实验研究,得到了负载波动规律和平衡阀动静态特性对变幅系统性能的影响。最后,基于对先导随动式平衡阀的特性分析和汽车起重机变幅系统对变幅平衡阀性能指标的要求,提出了一种新型的先导随动式平衡阀结构方案,并对其关键阀口进行了设计与参数匹配,使其具有良好的动静态性能,并且加工工艺和装配工艺相对简单。本文研究成果对先导随动式平衡阀的进一步研究具有较大的理论价值和显著的工程意义。论文主要研究内容分为7章,现分述如下：第一章,概述了汽车起重机的发展现状与趋势；总结了典型的液压平衡回路；阐述了液压平衡阀的国内外发展与研究现状,指出了实现高性能液压平衡阀国产化的迫切需求和开展本课题研究的重要意义；同时概括了课题的主要研究内容和课题难点。第二章,介绍了先导随动式平衡阀的结构组成和工作原理,包括主阀和先导端盖两部分,并通过建立各环节的数学模型,对其内部特性进行了深入的分析,得到了影响其动静态性能的关键结构参数。第三章,以Bucher公司生产的CINDY系列先导随动式平衡阀为例,根据其实际结构参数,建立了其先导阀芯和主阀芯的三维模型。然后,分别利用截面法和流场仿真法计算了其先导阀口、楔形槽和主阀口等关键阀口的通流面积,并导入先导随动式平衡阀的AMESim仿真模型中,对其进行变参数仿真,分析各关键结构参数对其动静态性能的影响。第四章,根据先导随动式平衡阀的特性,对其各性能测试项目进行了分析,并提出了相应的实验方案。然后,基于各实验方案,设计出实验台液压原理图、电气控制原理图和数据采集系统等,并搭建平衡阀性能测试软硬件平台。最后,以Bucher公司生产的CINDY系列先导随动式平衡阀为例进行实验研究,既验证了前面对先导随动式平衡阀建模仿真和特性分析的正确性,同时也验证了利用固态继电器控制电磁换向阀快速切换产生阶跃控制压力和压差法检测动态阶跃响应过程等实验方案的可行性。第五章,建立了汽车起重机臂架的数学模型,对其变幅系统的负载特性进行了分析。然后,利用AMESim仿真软件对变幅系统进行了整体建模,并研究了平衡阀的过补偿特性和动态响应时间等对变幅系统操作性和平稳性的影响。最后,在不同的工况下,对汽车起重机变幅系统进行了实车实验,分析其负载变化特性和波动规律,为平衡阀的设计提供了依据。第六章,针对现有嵌套式平衡阀的不足,提出了一种新型的先导随动式平衡阀的结构方案,其先导阀芯与主阀芯采用分离式结构；根据其性能要求,分别对其先导三角槽、楔形槽和主阀口等关键阀口进行了详细的设计和参数匹配,使其具有良好的微动特性、过补偿特性、阶跃响应特性和抑制负载波动特性等；并且该阀对加工精度和装配精度要求相对较低,可降低加工难度和节约成本。最后,利用AMESim软件对其进行了整体建模与仿真,分析了其动静态性能。第七章,对本论文的研究工作和成果进行了总结,并对未来需进一步研究的工作和方向进行了展望。