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液压控制阀的理论研究与设计目 录中文摘要1Abstract2第1章 绪论31.1 液压技术的发展历史31.2 我国液压阀技术的发展概况31.3 本课题的目的及研究范围4第2章压力控制阀的分类与型号52.1压力控制阀的分类：52.2我国常用的压力控制阀型号及意义表示6第3章 溢流阀93.1溢流阀的结构和工作原理93.2溢流阀的主要性能123.3溢流阀的基本应用15第4章 减压阀184.1 减压阀和结构及工作原理184.2 减压阀的主要性能224.3 减压阀的基本应用：减压或稳压22第5章 顺序阀245.1 顺序阀的结构和工作原理245.2 顺序阀的基本应用26第6章 实体设计与动画制作286.1 软件简介286.2 二维图纸286.3 三维实体286.4 动画306.5 课件的制作31总结34鸣谢35参考文献36附件37中文摘要本次毕业设计是液压控制阀的理论研究与设计，重点对溢流阀、减压阀及顺序阀工作原理、结构特点、型号说明、应用情况进行阐述，绘制三维实体动画及制作相关课件服务于教学。本设计绘制了溢流阀的二维图纸，使用CAXA制作各阀三维实体用于形象演示压力控制阀的结构，制作 Flash动画用于生动演示压力控制阀的工作过程。关键词：溢流阀 ；减压阀；顺序阀AbstractThe topic of this graduation project is the theoretical research and design of the hydraulic-control valve. The point is to expatiate on the operation principle and function and type and use situation of overflow valve and pressure-reducing valve as well as sequence valve. Make three-dimensional animation for teaching is the focal point too. In the graduation project ,the detailed drawing of overflow valve has been drawn by AutoCAD. Use CAXA to make the three-dimensional entity of every valve for demonstrate the structure of pressure control valve. Making Flash cartoon to demonstrating the operational principle of pressure control valve . Key words：overflow valve；pressure-reducing valve；sequence valve1 第1章 绪论液压技术作为一门新兴应用学科，虽然历史较短，发展的速度却非常惊人。液压设备能传递很大的力或力矩，单位功率重量轻，结构尺寸小，在同等功率下，其重量的尺寸仅为直流电机的10%20%左右；反应速度快、准、稳；又能在大范围内方便地实现无级变速；易实现功率放大；易进行过载保护；能自动润滑，寿命长，制造成本较低。因此，世界各国均已广泛地应用在锻压机械、工程机械、机床工业、汽车工业、冶金工业、农业机械、船舶交通、铁道车辆和飞机、坦克、导弹、火箭、雷达等国防工业中。液压传动设备一般由四大元件组成，即动力元件液压泵；执行元件液压缸和液压马达；控制元件各种液压阀；辅助元件油箱、蓄能器等。液压阀的功用是控制液压传动系统的油流方向，压力和流量；实现执行元件的设计动作以控制、实施整个液压系统及设备的全部工作功能。1.1 液压技术的发展历史 液压传动理论和液压技术发展的历史可追溯17世纪，当时的荷兰人史蒂文斯（Strvinus）研究指出，液体静压力随液体的深度变化，与容器的形状无关。之后托里塞勒(Torricelli)也对流体的运动进行研究。17世纪末，牛顿对液体的粘度以及浸入运动流动体中的物体所受的阻力进行了研究。18世纪中叶，伯努利提出的流束传递能量理论及帕斯卡提出的静压传递原理，使液压理论有了关键性的进展。1795年英国伦敦的约瑟夫.布拉默(Joseph Bramah 17491814)创造了世界上第一台水压机棉花、羊毛液压打包机。1905年，詹尼（Janney）设计了一台带轴向柱塞泵的油压传动与控制装置，并于1906年成功地应用在弗吉尼亚号战舰的炮塔俯仰、转动机构中。1936年，哈里.威克斯（Harry Vikers）提出了包括先导式溢流阀在内的些液压控制元件有力地推动了液压技术的进步。1958年美国麻萨诸塞州理工学院的布莱克本（Blackburn）、李诗颖创造了电液伺服阀，并于1960年发表了对液压技术有杰出贡献的论著流体动力控制。现在由于微型计算机与液压技术日益密切的结合，对液压控制阀提出了更高、更新的要求，液压控制已开始形成了一个分支学科，继续不断不断地向高、精、尖的方向发展。1.2 我国液压阀技术的发展概况 我国的液压工业及液压阀的制造，起始于第一个五年计划（19531957年），期间，由于机床制造工业发展的迫切需求，50年代初期，上海机床厂、天津液压件厂仿造了苏联的各类低压泵、阀。随后，以广州机床研究所为主，在引进消化国外中低压元件制造技术的基础上，自行设计了公称压力为2.5MPa和6.3MPa的中低压液压阀系统（简称广州型），并迅速投入大批量生产。60年代初期，为适应液压工程机械从中低压向高压方向的发展，以山西榆次液压件厂为主，引进了日本油研公司的公称压力为21MPa的中高压液压阀系列，以及全部加工技术和制造、试验设备，并据此发展、设计成我国的中高压液压闪系统（简称榆次型）。1968年，当时的一机部组织有关单位，在公称压力21MPa液压阀的基础上，设计了我国一套公称压力为31.5MPa的高压阀系列，并投入批量生产。为使产品实现标准化、通用化、系列化，我国于1973年再次组成“液压阀联合设计组”，在总结国产高压阀设计、生产经验的基础上，借鉴了国外同类产品的结构，性能、工艺特点，又增补了多种规格和新品种，并使国产阀的安装连接尺寸首次符合国际标准。并于1977年正式完成了公称压力为31.MPa的高压阀新系列的设计。1978年起，通过全系列图纸的审查、试制、鉴定等工作，并在全国推广使用。1982年，通过了全系列的定型工作。故上述产品简称为“82年联合设计型高压液压阀系列”。为适应高压、大流量的液压传动要求，济南铸锻研究所、上海704研究所和北京冶金液压机械厂等单位，自1976年开始，还引进、消化和研制了二通插装阀（简称CV阀），并在80年代初期，完成了自己的系列。二通插装阀作为不同于常规阀的另一类液压阀类，也正在开拓着它的使用范围。此外，随着组合机床在机械制造行业中的广泛应用，1975年，大连组合机床研究引进、消化、吸收和研制了叠加式液压阀。建国以来，我国液压行业及液压阀的制造生产，从无到有，发展很快，取得了巨大的成绩。但与国外同类产品相比，品种和性能指标还有较大差距。为了提高我国液压行业的综合素质，国家机械部制定了以下调整原则：A类重点发展产品（包括国产的电液伺服阀、比例阀和数字控制阀以及引进、消化德国力士乐公司的压力为21、35、63MPa，通径为632mm的三大类液压阀和我国自行开发的叠加阀、插装阀及GE系列阀等）；B类允许保留和过渡产品（包括目前应用面广、市场需求最大，一时尚无替代产品；国内70年代、80年代开发的，现在已成为主导产品，虽然技术上达不到国际80年代水平，但需要保留一段时间的产品。）C类限制发展和逐步淘汰产品。（指水平低，性能差，耗能耗材的产品，不符合标准的落后产品，不符合标准的老产品，具体指我国50、60年代设计的广州型中低压系列，及与之相仿的早期产品。）1.3 本课题的目的及研究范围 作为工科类院校，特别是机械专业，液压技术是一门必不可少的课程，但由于学科本身内容的复杂程度和教学条件的限制，不能轻易地使教师讲得清楚，学生听得明白。有监于此，本课将重点对液压控制阀部分进行理论研究，主要研究对象为溢流阀、减压阀和顺序阀。在进行理论研究的同时，使用CAXA实体设计分别制作溢流阀、减压阀及顺序阀的三维结构图及其装配动画，并且将上述液压控制阀的工作原理用FLASH动画的形式加以演示。最后，将使用EBOOK(电子书)制作软件制作一份可供教学使用的电子教案，内容包括溢流阀、减压阀和顺序阀的工作原理、结构特点、型号说明、应用情况以及各种阀的比较等，此电子教案内容将采用大家熟悉的网页形式，并且集成了本课题的几乎所有成果，内容既有传统的文字叙述和二维插图又有直观的三维立体及动态工作过程FLASH。另外本课题使用电子书形式的电子教案最终格式是一个可以独立运行的EXE文件，具有体积小、功能齐全、运行方便的特点。第2章压力控制阀的分类与型号 液压系统中，用来控制系统的压力、流量和液流方向的元件均称为液压控制阀，简称液压阀。液压阀品种繁多，规格复杂，按工作原理可划分为以下几种： 通断式控制元件（即开关或定值控制阀）：这是常用的一类液压阀，又称普通液压阀。 伺服式控制元件：压力伺服阀、流量伺服阀等。 比例式控制元件：比例压力阀、比例流量阀和比例方向阀等。本章及后续几章将就常用压力控制阀进行详细论述。2.1压力控制阀的分类： 在液压传动系统中，液流的压力是最基本的参数之一，执行元件的输出力或输出扭矩的大小，主要由供给的液压力所决定。为了对油液压力进行控制，并实现和提高系统的稳压、保压、减压、调压等性能或利用压力变化实现执行机构的顺序动作等，根据油液压力和控制机构弹簧力相平衡的工作原理，人们设计制造了各种压力控制阀。常见种类如下： 2.2我国常用的压力控制阀型号及意义表示 2.2.1 6.3MPa以下中低压系列（广州型） 2.2.2中高压系列（榆次型） 2.2.3高压系列（联合设计组）2.2.4 我国引进的德国力士乐公司压力阀系列:（1）溢流阀（2） 减压阀 （3） 顺序阀第3章 溢流阀3.1溢流阀的结构和工作原理溢流阀的基本功用是：当系统的压力达到或超过溢流阀的调定压力时，系统的油液通过阀口溢出一些，以维持系统压力近于恒定，防止系统压力过载，保障泵、阀和系统的安全，此时的溢流阀常称为安全阀或限压阀。溢流阀的根据结构可分为直动型和先导型两种。3.1.1直动型溢流阀 图3-1 直动型溢流阀结构简图 （a）锥阀式 (b)球阀式 (c)滑阀式 (d)溢流阀的基本符号 1-调压螺栓 2-弹簧 3-阀芯 4-阀体（含阀座） 锥阀式和球阀式又叫座阀式溢流阀，特点是动作灵敏，密封性能好，配合没有泄漏间隙，但导向性差，冲击性较强，阀座阀芯易损坏。滑阀式由于阀口有一段密封搭合量，稳定性较好，不易产生自激振动，但动作反应较慢。 下面以锥阀式DBD直动型溢流阀为例说时其工作原理：图3-2 锥阀式DBD直动型溢流阀（插装式）（a）结构图 （b）局部放大图 （c）简化符号 （d）详细符号1-偏流盘 2-锥阀 3-阻尼活塞 4-调节杆 5-调压弹簧 6-阀套 7-阀座（1）工作原理: 设弹簧预紧力为Ft,活塞底部面积为A则：当PA Ft时,阀口打开,PT,稳压溢流或安全保护。 锥阀开启后,由1得锥阀的力平衡方程为： PAK(+)+G F+Fs Fj即： P= K(+)+G F+Fs Fj/A (3-1)式中 ： K、分别为弹簧刚度和预压缩量（m）;G为阀芯自重（水平时不考虑）:F为阀芯与阀套间的摩擦力（N）；Fs为稳态液动力（N）；Fj为射流力(N)。此处 Fs=0, Fj=KX(N) P=( K+G F)/A (3-2)（2） 调压原理：调节调压螺帽改变弹簧预压缩量,便可调节溢流阀调整压力。（3） 特点：从式（3-2）可知这种阀的进口压力P不受流量变化的影响,被控力P变化很小,定压精度高。但由于Ft直接与PA平衡,若 P较高,Q较大时,K就相应地较大,不但手调困难,且Ft略有变化,p变化较大,所以一般用于低压小流量场合。3.1.2 先导式溢流阀 先导阀 -直动式锥阀，硬弹簧。（1）组成 : 带有导向圆锥面的锥阀（二级同心式）和软弹簧 主阀 滑阀和软弹簧。 带有多节导向圆锥面的锥阀（三级同心式）和软弹簧图3-3 YF型三节同心先导溢流阀（板式）1、阀体 2、主阀座 3、主阀芯 4、阀盖（先导阀体）5、先导阀座 6、先导阀锥式阀芯 7、调压弹簧 8、调节杆 9、调压螺栓 10、手轮 11、主阀弹簧先导型溢流阀的先导阀是一个小规格的锥阀式直动溢流阀，其弹簧用于调定主阀部分的溢流压力。主阀的弹簧不起调压作用，仅是为了克服摩擦力使主阀芯及时回位而设置。(2) 工作原理：设Ac为先导阀阀座孔面积（m）,Fx、Kx为先导阀弹簧预紧力、刚度,Ft、G、Ff、Ky为主阀弹簧预紧力、自重、摩擦力。当P2Ac Fx时,导阀打开,主阀两端产生压差:p 当 p Ft+G+F时,主阀打开稳压溢流或安全 1得主阀芯和导阀的力平衡方程分别为：由上两式可得溢流阀进口压力为： （Pa）(3-3)调压原理：调节调压螺帽,改变硬弹簧力,即可改变压力。特点: 溢流阀稳定工作时,主阀阀芯上部压力小于下部压力。 即使下部压力较大,因有上部压力,弹簧可做得较软,流量变化引起阀心位置变化时,弹簧力的变化量较小,压力变化小。 又 调压弹簧调好后,上部压力为常数。 压力随流量变化较小,克服了直动式溢流阀的缺点。 还 先导阀的溢流量仅为主阀额定流量的1%左右 先导阀阀座孔的面积AC、开口量x、调压弹簧刚度KX都不必很大 先导型溢流阀广泛用于高压、大流量场合。3.2溢流阀的主要性能3.2.1静态特性：(1) 压力调节范围定义：调压弹簧在规定范围内调节时，系统压力平稳（压力无突跳及迟滞现象）上升或下降最大和最小调定压力差值。（2）启闭特性定义：溢流阀从开启到闭合全过程的被控压力p与通过溢流阀的溢流量q之间的关系。 一般用溢流阀处于额定流量、额定压力Ps时，开始溢流的开启压力Pk和停止溢流的闭合压力P分别与Ps的百分比来表示。开启压力比： =(Pk/Ps)100% 闭合压力比： =( P/Ps)100% 两者越大及越接近,溢流阀的启闭特性越好。一般规定：开启压力比应不小于90%，闭合压力比应不小于85%，其静态特性较好。(3) 卸荷压力：当溢流阀作卸荷阀用时，额定流量下进、出油口的压力差称为卸荷压力。(4) 最大允许流量和最小稳定流量：溢流阀在最大允许流量（即额定流量）下工作时应无噪声。3.2.2动态特性（1）压力超调量：最大峰值压力与调定压力的差值。（2）响应时间：指从起始稳定压力与最终稳态压力之差的10%上升到90%的时间。（3）过渡过程时间：指从调定压力到最终稳态压力的时间。（4）升压时间：指溢流阀自卸荷压力上升至稳定调定压力所需时间。（5）卸荷时间：指卸荷信号发出后由稳态压力状态到卸荷压力状态所需的时间。3.2.3先导型溢流阀的静态特性分析：以本次设计中绘制型溢流阀为例：具体尺寸见相关装配图及零件图。 （1）开启过程：设额定排放压力pn=16MPa，开启压力pk=14MPa，先导阀弹簧刚度为Kx=2mm、预压缩量为X0=mm，主阀弹簧刚度y20N/mm、预压缩量y0=40mm额定流量qn=120L/min，主阀芯与阀孔间的摩擦力为Ff，上、下腔的液压力分别为p2和p1，而其上下有效作用面积分别为A2和A1A2=1055 mm2； A1=1016 mm2=1.04 (符合在1.031.05 之间的条件)主阀芯自重为：G=mg=0.189.8=1.764N，先导阀孔座面积为：稳态时的主阀开度y=0.4mm，则：A. 当液压系统压力p1低于先导阀的开启压力pk时，先导阀保持关闭。根据1此时主阀芯受力条件为A1 p1 A2 p1+Kyy0+G+Ff (3-4)式中KX、Ky分别为先导阀弹簧和主阀弹簧的刚度（N/m）；X0、y0分别为先导阀弹簧和主阀弹簧的预压缩量（m）。此时阀口仍关闭。B. 当系统压力上升到先导阀的开启压力时，先导阀处于即将开启但未开启的状态，主阀芯受力关系仍为式（3-4）C. 当系统压力升高超过先导阀开启压力时，先导阀打开，液压油经由阻尼孔流向先导阀再流回油箱。此时主阀芯上下两腔将产生压力差，但尚未到达足以抬升主阀芯的程度，根据1主阀芯的受力方程为：A1 p1q A2 p2q+Kyy0+G+Ff （3-5）D. 当系统压力上升到主阀开启压力时，通过阻尼孔的流量增大，产生的压力差使主阀芯处于平衡状态：根据1有力平衡方程：A1 p1n = A2 p2n + Kyy0+G+Ff （3-6） 图3-6 先导型溢流阀示意图E. 当系统压力高于主阀开启压力时，主阀开启，根据1其受力为= A2 p2+Ky（y0+y）+G+Ff （3-7）式中，y 为主阀口的开度（m）；为液体入射角，近似等于维阀半维角=38.5（0）；D1=16为主阀座孔直径（m）; 根据7主阀口流量系数C1=0.77.8(取.8)为。F. 当系统压力升到调定压力时，阀内通过额定流量，根据1此时主阀芯受力方程为：= A2 p2n+Ky（y0+y）+G+Ff （3-8）到此，溢流阀开启完成。(2) 闭合过程：其过程与开启过程相反，但各关键点相似，不同的是由于摩擦力方向改变，造成阀口的关闭压力比相应的开启压力要小。(3) 静态特性关系式先导型溢流阀在稳态溢流条件下，满足下列关系式：A. 根据1，主阀口出流方程式为 （m3/s） (3-9)式中，p1为受控压力（a），油液密度=900（kg/m3）,其他参数意义同前。.主阀芯受力平衡方程式： A2 p2Ky（y0+y）+GFf（）（3-10）式中，Ff开启时取正号，闭合时取负号；其余参数意义同前。C. 通过主阀芯阻尼孔的流量方程式：阻尼孔结构为细长孔，根据3其流量q= (m3/s) (3-11)式中阻尼孔截面积A0=0.785（m2）; 根据3阻尼孔的流量系数C=0.82。D. 先导阀口出流方程式根据1有： q=(m3/s) (3-12)式中，根据3先导阀流量系数C2=0.77，先导阀阀座孔直径d=4 (mm);x为先导阀阀口的轴向开度（m）；先导阀芯的半锥角=20（0）。E. 先导阀芯受力平衡方程式根据1有：Ac p2Kx（x0+x）（） （3-13）式中，各参数意义同前。(4) 溢流阀内泄漏量：根据10按偏心环状缝隙的流量公式来计算： q= (cm3/s) (3-14)式中，主阀芯直径 D=4（cm）主阀芯直径与阀体间的单边配合间隙 r=0.005（cm）公称压力 Pg=16Mpa=16/0.09807163.15（kgf/cm2）油液动力粘度 （kgf.s/cm2）主阀芯与阀体的配合长度 =1.5（cm）处均压槽数 Z=7均压槽宽 B=0.05（cm）则： q=1.7610-3 (cm3/s)3.3溢流阀的基本应用（1） 稳压溢流回路：溢流阀和定量泵、节流阀并联，阀口常开。（如图3-7所示）在采用定量泵的液压系统中，溢流阀与节流元件及负载并联，泵的供油量大于节流阀通道的需求量，此时，溢流阀作定压阀使用，阀口常开，使多余的油液回油箱，以保持节流阀进口的系统压力基本为恒定值。（2） 安全限压回路：溢流阀和变量泵组合，正常工作时阀口关闭,过载时打开压力油经阀口回油箱，油压不再升高,起安全保护作用,故又称安全阀。（如图3-8所示） 图3-7稳压溢流回路 图3-8 安全限压回路（3）远程调压回路：将先导式溢流阀的远程控制口K接远程调压阀进油口，并 p远程 p主调（4）系统卸荷回路：溢流阀和二位二通阀组合（先导式）（如图3-9所示）将先导式溢流阀的遥控口K通过二位二通电磁换向阀直接与油箱连接，当换向阀的P、O口处于联通状态时，系统卸荷（5）多级调压回路（如图3-10所示）（6）形成背压 图3-9系统卸荷回路 图3-10多级调压回路第4章 减压阀减压阀是一种将出口压力调节到低于进口压力的控制阀。用于减低系统中某一分支液压油路的压力，以满足液压设备执行元件的需要，常见于各种液压控制系统、夹紧系统、辅助系统及润滑系统中。根据减压阀的工作特点，可分为：定压输出减压阀、定差减压阀、定值减压阀。4.1 减压阀和结构及工作原理4.1.1定压输出减压阀减压原理：利用油液在某个地方的压力损失，使出口压力低于进口压力，并保持 恒定，故称定值减压阀。(1) 出口压力控制式先导型定压输出减压阀结构如下：图4-1 定压输出减压阀(a)结构 ；（b）先导型定压输出减压阀符号； （c）一般符号1-调压手轮；2-调节螺钉；3-锥阀；5-阀盖；6-阀体；7-主阀；8-端盖9-阻尼孔； 10-主阀弹簧； 11-高压弹簧工作原理：液压油由进口P1经减压口变为P2，再经通道进入主阀7下腔，再经阻尼孔9进入主阀上腔和先导阀前腔，然后通过锥阀座4中的阻尼孔后作用在锥阀3上。设A、Ac分别为主阀和先导阀有效作用面积（）；Kx、Ky分别为先导阀和主阀 弹簧刚度(N/m)；X0 、X分别为先导阀弹簧预压缩量和开口量（m）；Y0、Y、Ymax分别为主阀弹簧预压缩量、主阀开口量和最大开口量(m),则：当： P3AcFt时，先导阀关闭，主阀上下两端不产生压力差当： P3AcFt时，先导阀打开，主阀上下两端产生压力差，主阀芯提升，起减压作用忽略稳态液动力时，根据1先导阀和主阀的力平衡方程为： (4-1) (4-2) 所以，出口压力：P2= (4-3)又 X，Y+,Ky很小 C（常数） P2= (4-4)调节调压弹簧，改变硬弹簧力，即可改变出口压力。特点： 在减压阀出口油液不再流动时，由于先导阀卸油仍未停止，减压口仍有油液流动，阀就处于工作状态，出口压力也就保持调定压力不变。（2）进口压力控制式先导型定压减压阀结构如下图 图4-2 DR2030型定压输出减压阀1、阀体 2、主阀芯 3、阀套 4、单向阀 5、主阀弹簧 6、控制油流量恒定器 7、先导阀芯 8、调压弹簧 I、固定阻尼 II、可变阻尼工作原理：设A、Ac分别为主阀和先导阀有效作用面积（m2）；Kx、Ky分别为先导阀和主阀弹簧刚度(N/m)；X0、X分别为先导阀弹簧预压缩量和开口量（m）；Y0、Y、Ymax分别为主阀弹簧预压缩量、主阀开口量和最大开口量(m),则：当： P3AcFt时，先导阀关闭，主阀上下两端不产生压力差当： P3AcFt时，先导阀打开，主阀上下两端产生压力差，主阀芯提升，起减压作用,单向阀在出口压力有冲击时可迅速开启卸荷。主阀芯力平衡方程： (4-5)又 Y+,Ky很小 C（常数） (4-6)与溢流阀比较： 溢流阀 减压阀 A 保持进口压力不变 出口压力 B 内部回油 外部回油 C阀口常闭 阀口常开 D阀心二凸肩 阀心三凸肩 C 一般并联于系统 一般串联于系统4.1.2 定差减压阀减压原理：利用油液在某个地方的压力损失，使进出口压差或出口压力与某一负载压力之差为常数并保持恒定，故称定差减压阀 图4-3 定差减压阀 (a)工作原理； (b)符号工作原理：高压油P1经节流口减压后以低压P2流出，同时低压油经阀芯中心孔将压力P2传至阀芯上腔，其进出油压在阀芯有效作用面积上的压力与弹簧力相平衡根据1有： P=（Pa）(4-7)式中，K、X0分别为弹簧刚度（N/m）和预压缩量（m）;P1、P2、X、D和d如图4-3所示。应用： 与节流阀组合作调速阀，使通过节流阀的流量基本不受外界负载影响。4.1.3 定比减压阀减压原理：利用油液在某个地方的压力损失，使进出口压差或出口压力与某一负载压力之比为常数并保持恒定，故称定比减压阀。工作原理：高压油P1经过减压口后从以P2流出，同时低压油作用于阀芯上腔，若忽略刚度很小的弹簧力，则有近似的阀芯平衡方程式：由上式可知道只要选择适当的大小柱塞的直径比，即可获得所需的进、出口压力比。图4-4定比减压阀 （a）、工作原理；（b）、符号4.2 减压阀的主要性能（1） 调压范围（2） 压力特性（3） 流量特性4.3 减压阀的基本应用：减压或稳压图4-5是一种常见的减压回路，图中系统的最大工作压力由溢流阀4加以调节，主油路是油液从泵5经顺序阀3通过电液换向阀的主通道去执行部件。电液换向阀2的控制用低压油、由减压阀1将主油路的部分油液减压后供给。这样右节省一只低压供油泵。当换向阀使主油路卸荷时（图示状态），为避免减压阀进口油压力为零（即无减压油输出），从而不能控制换向阀动作，所以在系统中接入顺序阀3以产生背压。图4-5 减压回路图4-6 锁紧系统中的单向减压回路如图4-6所示，系统中仅有一台高压泵，但侧向锁紧液压缸需要用低压油，故需交油液减压。单向减压阀接于锁紧缸换向阀之间。此缸工作时（活塞右移），油液经减压阀进入该缸活塞腔，此缸回程时，活塞腔油液经单向阀排油，减压阀不起作用。第5章 顺序阀顺序阀是控制液压系统中液压泵或液压马达等执行元件进行顺序动作的压力控制阀。根据控制方式，可分为直控式和液控式两大类。直控式又叫内控式，它是直接利用顺序阀进口油路本身的压力来控制阀门的动作；液控式又叫远控式、外控式，它是利用外来控制油液的压力，对阀门的动作进行控制。根据顺序阀的结构可分直动型和先导型两种。顺序阀的结构与溢流阀十分相似，不同的是溢流阀的出油口直接接油箱而顺序阀的出油口接下一液压元件。5.1 顺序阀的结构和工作原理 先导式顺序阀结构如下：图 5-1先导型顺序阀(a)、外控式 ； (b)、内控式；(c)先导型顺序符号； (d)一般符号（或直动型顺序阀）工作原理：设Ac、Ft、P3分别为先导阀阀芯有效作用面积、弹簧预紧力和阀前压力，则当P3Ac Ft, 阀口打开，下一个执行元件动作。调节调压螺钉，改变弹簧力，即可改变开启压力。特点： 阀出口通压力油，外泄漏量很大，必须专门设置一泄漏油口以使其正常工作。如图5-2所示的是DZ型顺序阀，此阀的特点是压力油直接作用于滑阀式先导阀，并且泄漏油不流向泄油口L而是流向出油口P2，主阀上腔油压与先导滑阀所调压力无关，故出口压力近似等于进口压力。所以DZ型顺序阀的泄漏量和功率损失较小。图5-2 DZ型顺序阀1-阻尼孔； 2-主阀芯； 3-先导滑阀 表5-1 顺序阀的职能符号5.2 顺序阀的基本应用5.2.1平衡回路 组成：如图5-3所示工作原理：系统中顺序阀的压力油进口与液压缸下腔相通，通过调压弹簧的调定，使腔内的油液形成一个正好与活塞活动部分重量相平衡的背压力，从而防止活塞组件因自重而下滑。5.2.2 顺序动作回路 组成：如图5-4所示工作原理：手动换向阀左位 -压力油首先进入缸I下腔，下腔回油，活塞上行-（缸I外负载使压力升高，到达左边顺序阀调定压力）-左边顺序阀动作，压力油通过顺序阀进入缸II下腔，缸II上腔回油经右边单向阀部分流回油箱，活塞上行。手动换向阀右位-压力油进入缸I上腔，下腔回油，活塞下行，-（缸I外负载使压力升高，到达右边顺序阀调定压力）-右边顺序阀动作，压力油经右这顺序阀进入缸II上腔，下腔回油通过左边单向阀部分流回油箱，活塞下行。这样就完成了液压缸I和液压缸II的上下先后顺序动作的控制。图5-3用顺序组成的平衡回路 图5-4单向顺序阀控制的顺序动作回路5.2.3 卸荷回路工作原理：若将外控式顺序阀的出油口接通油箱，并将外泄改为内泄，再调定到合适的压力后即可成为溢流阀。在液压系统中起卸荷阀或背压阀的作用。第6章 实体设计与动画制作6.1 软件简介（1）AutoCAD2004 中文版AutoCAD2004中文版是Autodesk公司推出的CAD设计软件，由于其符合人性的设计界面、操作方式，最大限度地满足了用户的需要，在各行各业中有着广泛的应用。官方网站：（2）CAXA实体设计XPCAXA实体设计XP是我国北航海尔公司开发的专注于产品创新工程的三维创新设计CAD平台，支持各种概念设计、总体设计、详细设计、工程设计、分析仿真、数控加工的应用需求，已成为企业加快产品上市与更新速度、赢取国际化市场先机的核心生产工具。官方网站：（3）Adobe Photoshop 8.0 CS中文版Adobe Photoshop 8.0 CS是Adobe 公司推出的最新图形图像处理软件，其功能强大，作为专业的图像编辑标准，可帮助用户提高工作效率，尝试新的创作方式，以及制作适用于打印、Web和其他任何用途的最佳品质的图像，一直为广大从事图形图象处理工作的用户所青睐。 官方网站：（4）Macromedia Flash MX 2004 中文版Macromedia Flash MX 2004 是 Macromedia 公司开发的Macromedia Flash最新版本，是行业中成功制作具有丰富内容及应用程序的标准工具。它包含Macromedia Flash 的所有特点及功能，另外还有很多高端特点，比如数据源综合功能、支持专业视频、制作更神奇的应用程序及互动内容。官方网站：/cn。（5）eBook Pack Express 1.75 eBook Pack Express 是一个电子书 (eBook) 制作工具，可以将 HTML，JavaScript，VBScript，Flash 及 ActiveX 文件转换成可执行的电子书。无论在功能和界面上，该程序可以说是同类软件中的佼佼者,其强大的新特性使电子书的制作和编辑轻而易举。官方网站：6.2 二维图纸 本次设计过程中溢流阀、减压阀及顺序阀的结构图、原理图、表格等统一采用AutoCAD2004绘制。6.3 三维实体本设计的三维实体均采用CAXA实体设计XP绘制。其中溢流阀的详细尺寸见相关装配图和零件图，减压阀、和顺序阀的主要尺寸如下图6-1、6-2所示： 图6-1减压阀 图6-2 顺序阀6.4 动画溢流阀、减压阀和顺序阀的三维实体装配动画由CAXA实体设计XP制作完成后输出（AVI格式），输出参数为每英寸5000点，象素为968581，渲染风格为光滑渲染（显示材质），关键帧频率为16，质量为最高，压缩类型为Cinepak,颜色为24位。因输出文件较大，不利于传播和存储,所以再将其导入到Flash MX2004，制作相关标题按钮及相关控制后以体积较小，功能较多的SWF格式输出。 各阀工作原理演示动画的制作过程简述如下：（1）、采用AutoCAD2004绘制相关素材图形并填充相应颜色，之后复制到Microsoft Office Word 2003中保存为网页格式。（2）、从该网页文件夹中提取gif格式的图片作为素材，并将素材用Photoshop CS进行描边和调整处理后仍以gif格式保存。（如图6-3所示） 图6-3（3）最后启动Flash MX2004，新建一个640480象素的文档，设置帧频为12 fps(制作各阀装配动画时为16 fps)并导入处理后的图片到库作为元件，接着根据各阀的工作原理特点创建各层及插入相应元件，最后调整各元件在时间轴上关键帧的动作及时间并调整各层的先后次序，反复调整到各项参数达到要求后点击 文件导出导出影片 即可输出SWF文件。制作过程中要注意保存.fla文件以备下次修改。本次设计过程中油压力的变化采用颜色的深浅变化来表示。油的流动采用箭头元件的移动和相关遮掩层来表示和实现。6.5 课件的制作 本次设计的课件采用EBOOK形式的特点已在绪论中说明，在此不作重复。教案制作过程大致步骤如下：（1）在 Microsoft Office Word 2003 中新建一个文档，将视图设置为Web版式，背景用信纸纹理进行填充。（2）在word中输入各阀工作原理及其它叙述文字，从AutoCAD2004中插入各阀的结构图、原理图及相关表格并调整相对位置。完成后点击文件另存为网页在保存类型中选网页，确定保存到设定文件夹（如C：课件*.html）。（3）在文件夹下再建一个名为flash的子文件夹，并将制作完成的swf文件放置到此文件夹中。(如C:课件flash )（4）用world打开刚才的网页，将光标停留在要插入lash的位置，点击工具栏里的 其它控件 工具条，选择 Shockwave Flash Object，便可在光标处便插入了一个Flash，选中此Flash，点击右键属性，在弹出的对话框中点击自定义就会弹出一个影片对话框，在影片URLM 中输入动画的地址，如：flash*.swf (此处一定要用相对路径)，不选 嵌入 选项，确定后再退出设计模式就完成了Flash的插入。将文字“全屏演示”链接到文件夹flash中相应的动画文件即可实现全屏演示功能。(如图6-4所示)图6-4（5）在制作完所有网页之后，启动eBOOK Pack Express1.75 汉化版（电子书制作软件），选择e BOOk源文件夹（如C：课件），调整目录、eBOOK图标、闪屏、起始页、输出文件名称等参数后保存设置，再点击编译就可输出一个包含以上信息的可执行文件，到此电子教案的制作完成。(如图6-5) 图6-5 总结毕业设计作为对大学本科四年教育中所学知识的一次综合检验，其意义是不言而喻的。在为期两个月的设计过程中，在指导刘金刚老师的引导下对各种压力控制阀典型结构和原理进行了研究，成功应用CAXA实体设计XP绘制了各压力控制阀的三维实体，并制作出了各阀的装配动画，同时应用Flash MX制作了各阀的工作原理动画，最后应用电子书制作软件完成了综合各项成果的教学课件。虽然本次设计已经完成，但在本设仍存在不少缺点，首先是由CAXA制作的动画质量不高，不能清晰地呈现三维图形，其次是CAXA实体的文件无法在制作完成的电子课件中成功启动，由于时间和个人水平的限制，这此缺陷没能完全解决，成为本次设计的一大遗憾。在两个月的毕业设计过程中的有过面对难题时的惶恐不安，也有解决问题后的信心满怀,在攻克了道道难关之后终于完成了所有的任务，等待着最后的答辩。人间自有公道，付出总有回报，在看着手上的最终成果，这种感觉更是强烈，虽然不确定自己所做的结果是否能通过老师的检验，但此过程中我是真诚地付出过，我将问心无愧的面对任何的结果。毕业设计是大学生涯的一个句号,谁都想将它画得圆圆满满，但它也是漫漫人生路途中的一个豆号，我将以此次设计经验作勉，继续为理想而奋斗。鸣谢在此次设计过程中，得到刘金刚老师的悉心指导，他严谨的工作态度和深厚的专业知识令我获益良多，在此表示非常感谢。另外在此过程中也得到本宿舍室友与其他同学的支持与帮助，对此本人表示衷心感谢。参考文献1 何存兴，张铁华. 液压传动与气压传动（第二版）M. 武汉：华中科技大学出版社，2000-82 赵应樾. 液压控制阀及其修理M. 上海：上海交通大学出版社，1999-13 成大先. 机械设计手册（第四版 第4卷）M. 北京：化学工业出版社，2002-14 沈鸿. 机械工程手册（第5卷）M. 北京：机械工业出版社，1982-35 刘震北. 液压元件制造工艺学M. 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1992-126 廖念钊，莫雨松，李硕根，杨兴骏. 互换性与技术测量（第四版）M. 北京：中国计量出版社，2000-1 附件Valves Pressure-Control Valves Pressure-control valves are used in hydraulic circuits to maintain desired pressure levels in various parts of the circuits. A pressure-control valve maintains the desired pressure levels by diverting higher-pressure fluid to a lower-pressure area. Thereby limiting the pressure in the higher-pressure area by restricting flow into another area. Valves that divert fluid can be safety, relief, counterbalance, sequence, and unloading types. Valves that restrict flow into another area can be of the reducing type. A pressure-control valve may also be defined as either a normally closed or normally open two-way valve. Relief, sequence, unloading and counterbalance valves are normally closed, two-way valves that are partially or fully open valve that restricts and finally blocks fluid flow a secondary. With either type of operation, the valve can be said to create automatically an orifice to provide the desired pressure control. An orifice is nit always created unloading valve. It is piloted from an external source. One valve of this type is the unloading valve. Relief, reducing, counterbalance, and sequence valves can be fully automatic in operation. With the operating signal taken from within the envelop. In this chapter, we shall study the different types of pressure-control valves and learn how they are used in various hydraulic circuits. Types of Pressure-Control Valves Eight popular devices for pressure-control are: Safety valve .Usually a poppet-type two-way valve intended to release fluid to a secondary area .when the fluid pressure approaches the set opening pressure of the valve. This type of valve protects piping and equipment from excessive pressure. Relief value which limits the maximum pressure that can be applied in that portion of the circuit to which it is connected. Counterbalance value which maintains resistance against flow to one direction but permits free flow in the other direction. Sequence value which directs flow to more than one portion of a fluid circuit in sequence. Unloading valve Value which allows pressure to build up to an adjustable setting, then bypasses the flow as long as a remote source maintains the preset pressure on the pilot port. Pressure-reducing valve which maintains a reduced pressure at its outlet regardless of the higher inlet pressure. Hydraulic fuse . Device equipped with a frangible disk which establishes the maximum pressure in a hydraulic circuit by rupturing at a preset pressure valve. Pressure switch operated by fluid pressure and responsive to raise or fall in fluid pressure.Compound Relief Valves In the study of ISO hydraulic symbol, it was stated that simplified symbol are widely used. Because f this, pressure-relief valves used in common hydraulic circuits are rarely shown complete with all auxiliary devices and connections. Instead, the simplified symbol shows only the basic relief valve, pressure input tank connection, valve spring, and the offset arrow indicating that the valve is normally closed. A slash arrow as shows on the bias spring of the pilot-relief valve if the valve is adjustable, particularly if this information is significant to circuit operation. Figure shows the complete symbol for a compound relief valve. All adjacent controls are shown, along with the main relief element. The envelope surrounding the entire element may have five connections. These are pressure input , tank connection , remote-control-station connections, test station , and external drain for the pilot relief that is provided only on special order. The input pressure and tank connection provide the major flow through the valve. Only enough fluid needs flow to the test-station and remote-control connection for the respective function. The test stations generally used for a gauge connection to check fluid pressure. This does not require a flow of fluid. The remote-control connection passes the quantity of fluid coming through the fixed internal orifice at the rate established by the spring in the main relief element. An external drain from the pilot-relief valve, if fitted, will not pass more fluid than passes through the fixed internal orifice. Figure shows a cutaway view of compound relief valve. Note that the main spool is held by the spring in a position that blocks the passage from the pressure input port to the tank port, just as the symbol in Figure shows. Input pressure is directed to the bottom of the spool below the spring cavity without restriction. The supply line to the spring cavity is restricted by an orifice in the line. The area of the main spool is she same.In certain poppet designs; the areas may not be exactly equal. One end may have a larger area to ensure certain function actions. In operation, if fluid cannot escape through adjustment port, a balance is provided by the equal areas at each end of the spool. The spring then maintains the spool in the position where it blocks the valve from pressure input to tank. When the pressure in the spring chamber above the spool rises to a point where it can unseat the cine at adjustment port, a portion of the fluid will be pass to the orifice into the main spring chamber, the pressure that is effective on the upper spool area may be less than that on the lower area so that balance is no longer maintained. As the pressure continue to rise at the lower end of the valve spool and the flow continues to increase through adjustment port while the degree of unbalance of the main spool becomes more pronounced, the pressure will force the main spool against the spring. This creates a path from the pressure input to the tank much like that much like that created in directed spring-operated relief valve. Adjustment A would provide a specific maximum relieving pressure if adjustment B were completely relaxed. Where adjustment B is in use, providing an additive pressure to the main-spool spring, the minimum relieving providing will be fixed by adjustment A. The relieving pressure can never be less than that established by adjustment A in the valve. Pressure in the circuit could be less if there were relaxation through some other path. Resistance to pilot-flow created by adjustment B may be considered as a hydraulic additive to the value of adjustment spring A. In many valves, the main-spool is not adjustable. The pocket containing the main-spool spring is called the control chamber. It will be well to remember this term, as it widely used in industrial hydraulics. Note the auxiliary vent connection in the upper left side of the valve in Figure. This port permits the escape of fluid directly to the tank without restriction. Thus, there can be no hydraulic additive pressure to the main spool spring. If a small relief valve is placed in the circuit with a connection to the reliving pressure will be established by this additive at a remote point. Volume Control Volume or flow control valves are used to regulate speed. A was developed in earlier chapters; the speed of an actuator depends on how much oil is pumped into it per unit of time. It is possible to regulate flow with a variable displacement pump, but in many circuits it is more practical to use a fixed displacement pump and regulate flow with a volume control valve. Flow Control Methods There are three basic methods of applying volume control actuator speeds. They are meter-in, meter-out and bleed-off. Meter-In Circuit In meter-in operation, the flow control valve is placed between the pump and actuator. In this way, it controls the amount of fluid going into the actuator. Pump delivery in excess of the Metered amount I diverted to tank over the relief valve. With the flow control valve installed in the cylinder line as shown, flow is controlled in one direction. A check valve must be included in the flow control or placed in parallel with it for return flow. If it is desired to control directional valve. The method is highly accurate. It is used in applications where the load continually resists movement of the actuator, such as raising a vertical cylinder under load or pushing a load at a controlled speed. Meter-Out Circuit Meter-out control is used where the load might tend to run away. The flow control is located where it will restrict exhaust flow from the actuator. To regulate speed in both directions, the valve is installed in the tank line from the directional valve. More often control is needed in only one direction and it is placed in the line between the actuator and direction valve. Here too a bypass check valve would be required for a rapid return stroke. Bleed-Off Circuit In a bleed-off arrangement, the flow control is bleed off the supply line from the pump and determines the actuator speed by metering a portion of the pump delivery to tank. The advantage is that the pump operates at the pressure required by the work, since excess fluid returns to tank through the flow control instead of through the relief valve. Its disadvantage is some less of accuracy because the measured flow is to tank rather into the cylinder, making the latter subject to variations in the pump delivery due to changing workloads. Bleed-off circuits should not be used in applications where there is a possibility of the load running away. Types of Flow Controls Flow control valves fall into two basic categories: pressure compensated and non-pressure compensated. The latter being used where load pressures remain relatively constant and feed rates are not too critical. They may be as simple as a fixed orifice or an adjustable needle for free valve, although more sophisticated units may even include a check valve for free flow in the reverse direction. Use of non-pressure compensated valves is somewhat limited, since flow through an orifice is essentially proportional to the square root of the pressure drop across it. This means that any appreciable change in the work load would affect the feed rate. Pressure compensated flow controls are further classified as restrictor and by-pass types. Both utilize a compensator or hydrostat to maintain a constant pressure drop across an adjustable throttle. The By-Pass Type-combines overload protection with pressure compensated control of flow. It has a normally closed hydrostat which opens to divert fluid, in excess of the throttle setting, to the tank. Pressure required by the work load is sensed in the chamber above the hydrostat and together with a light spring tends to hole it closed. Pressure in the chamber below the hydrostat increase duo to restriction of the throttle and cause is to rise diverting any excess flow to tank when the difference in pressure is sufficient to overcome the spring. This difference, usually 20 psi, is maintained across the throttle providing a constant flow regardless of the work load. Some horsepower saving is accomplished in that the pump need operate at only 20 psi above work load pressure. Overload protection is provided by an adjustable spring loaded poppet which limits the maximum pressure above the hydrostat, causing it to function as a compound relief valve whenever work load requirement exceed its setting. The by-pass flow control can only be used in a meter-in circuit. If used for metering out, exhaust oil which could not get through the throttle would be diverted to tank permitting the load to run away. The Restrictor Type Flow Control-also maintains a constant 20 psi differential across its throttle by means of a hydrostat. In this valve, the hydrostat is normally epen and tends to close off blocking all flow in excess of the throttle setting. In these units the work load pressure acts with a light spring above the hydrostat to hold it open. Pressure at the throttle inlet and under the hydrostat tend to close it, permitting only that oil to enter the valve that 20 psi can force through the throttle. Because of their tendency close off when flow tales to exceed the throttle setting, restrictor type valves may be used in meter-in, meter-out and bleed-off circuits. Unlike the by-pass type , two or more restrictor valves may be used with the same pump since the excess pump delivery returns to tank through the relief valves. When placed in cylinder lines an integral check valve is optional to provide free flow for a rapid return stroke. One would not be required for valves placed in the main supply line, the tank line of a directional valve or when they are used in bleed-off circuits. Temperature Compensated Flow Control Valve Flow through a pressure compensated flow control valve is subject to change with variations in oil temperature. Later design Vickers valves incorporate a temperature. Although oil flows more freely when it is hot, constant flow can be maintained by decreasing the size of the throttle opening as the temperature rises. This is accomplished through a compensating rod which lengthens with heat and contracts when cold. The throttle is a simple plunger that is moved in and out of the control port. The compensating is installed between the throttle and its adjuster. This design also is available with a reverse free-flow check valve. Remote Flow Control Valves Remote flow control valves permit adjustment of the throttle size by an electrical signal. The throttle spool is linked to armature of a torque motor and moves in response to signal to the torque motor. Operation is otherwise the same as a pressure compensated flow control valve.液压回路中的压力控制阀是用来确保回路中不同部分的压力达到预期值。压力控制阀通过以下几种方式实现预期值：（1）把高压回路中的流体通过低压区，来限制高压区的压力：（2）分流到其他区域。这类阀可以分为安全阀、溢流阀、平衡阀、顺序阀和卸荷阀。分流型阀是可以减压的。 压力阀也可以称为常闭式或者常开式的两通阀，溢流阀、顺序阀、卸荷阀、和平衡阀是常闭式的，两通阀处于常开或半开状态以完成其工作任务。减压阀是一种常开阀，可以控制进入后续回路的油液压力。任何一种类型阀，都能自动调节阻尼孔的大小进行压力控制。当阀靠外控先导油液进行控制时，并不需要阻尼孔调节。卸荷阀没有自我调节的能力，主要依靠外部油源的信号进行