溢流阀讲稿.docx

同学们，我们知道在液压传动中，用来控制系统中油液的流动方向，调节系统压力和流量的元件，称为液压控制元件。液压控制元件按功能可分为三类：分别是方向控制阀、压力控制阀和流量控制阀。压力控制阀按功能和用途不同可分为溢流阀、减压阀、顺序阀以及压力继电器等。这一讲我们来讨论溢流阀。主要包括三个方面的内容：一、直动式溢流阀，二、先导式溢流阀，三、溢流阀的主要用途首先讨论直动式溢流阀；图示为直动式溢流阀的原理示意图，图中，p为进油口，T为回油口；结构组成包括阀体1、阀芯2、调压弹簧3、锁紧螺母4和调节螺钉5。溢流阀工作时，因为阀芯和阀体之间有间隙，通过间隙泄漏到阀芯上端弹簧腔的油液如果不将其排出，则将形成一个附加背压，不利于系统压力的调节。所以我们一般在直动式溢流阀的阀体上开设泄油孔，使泄漏油经过泄油孔回到回油口，随同溢流油液一起流回油箱，这种弹簧腔油液排出方式称为内泄式。接下来分析其工作原理按照进油口压力由低到高变化过程分两种情况讨论：当进油口的压力较低时和当进油口的压力升高时。当进油口的压力较低时：也就是当阀芯下端的液压作用力小于其上端的调压弹簧的预压紧力时，阀芯处于最下端，此时进油口P和回油口T不通，溢流口处于关闭状态；当进油口的压力升高时，阀芯下端的液压作用力增大，达到能克服上端的弹簧力时，阀芯向上移动，使溢流阀口开启，部分油液从进油口P通过回油口T流回油箱。所以对直动式溢流阀来说，进油口压力低时，阀口关闭，进油口压力高时，阀口打开溢流。那么直动式溢流阀是如何稳定和调节进油口压力的呢？下面我们从力学的角度来分析直动式溢流阀稳定和调节进油口压力的过程。假设调压弹簧刚度为k，阀的开口量为x，阀开口量为零时的弹簧预压缩量为x0，阀芯上下端的承压面积为A，忽略摩擦力、液动力和重力可列出阀芯的受力平衡方程，导出，可见直动式溢流阀进口处的压力由弹簧力决定；从公式看，弹簧力与阀开口量有关，当时，即溢流阀的进口压力基本上保持稳定，实现稳压。同时希望压力可调节，由于弹簧刚度k不变，改变弹簧预压缩量x0，改变进油口的压力，实现压力的调节。直动式溢流阀的图形符号如右图所示。我们知道在液压传动中，图形符号不仅仅是一个代号，往往与它的工作原理紧密联系，而且蕴含元件内部工作机理，在此图形符号中，虚线表示测压孔，中间的实线表示测压面。实际上对于直动式溢流阀，阀芯结构除有图示的圆柱滑阀外，还有锥阀和球阀等形式。如图所示为锥阀型直动式溢流阀，因其导向性、密封性好，在溢流阀中广泛应用。总之，不管是锥阀式还是滑阀式，直动式溢流阀结构简单，液压作用力直接与弹簧力相平衡，灵敏度高。但是，当流量大时，阀芯直径大；压力高时，调压弹簧的刚度大；导致结果是：阀的结构尺寸大、调整困难、调压偏差加大，所以直动式溢流阀只适用于低压或小流量的情况。对于中、高压及大流量场合，采用先导式溢流阀。图示为先导式溢流阀的原理示意图，结构组成分为两部分：先导阀和主阀；先导阀为一锥阀结构的小规格的直动式溢流阀主阀包括阀体、阀芯和复位弹簧先导式溢流阀的主要组成：两个阀芯主阀芯和先导阀芯；两个弹簧调压弹簧和复位弹簧，加上调节手柄和远控口。对其工作原理分析，同样根据压力的大小分两种情形考虑：当进油口的压力较低时和当进油口的压力升高时。当进油口的压力较低时，即先导阀芯上的液压作用力小于调压弹簧的预紧力时，先导阀关闭，压力油从P口进入，作用于主阀芯下端，同时又通过阻尼孔进入主阀芯上腔，作用于主阀芯上端，同时又通过先导阀进油孔作用于先导阀芯的右端，由于先导阀口关闭，阻尼孔中的油液不流动，所以主阀芯上下端的压力相等，在复位弹簧的作用下主阀芯处于最下端，将溢流阀口关闭。当进油腔的压力升高时，作用于先导阀芯上的液压力大于先导阀调压弹簧的预紧力时，先导阀芯左移，压缩弹簧将先导阀芯打开，压力油经先导阀回油孔道流入回油口T。因为油液流经阻尼小孔时产生压力降，使主阀芯上端的油压力小于下端的油压力，当这个压力差对主阀芯的作用力超过复位弹簧的预紧力时，主阀芯向上移动，溢流口开启，实现溢流作用。从先导式溢流阀原理看，有两个关键点：关键点一：先导阀打开，构成先导油流动通路。关键点二：油液经阻尼小孔时产生压降，使主阀芯上端的油压力小于下端的油压力。那么对于先导式溢流阀是如何实现稳压和调压的呢？假设主阀进口处压力为p，作用面积为A，复位弹簧刚度为k，阀的开口量为y，阀开口量为零时的弹簧预压缩量为y0，先导阀相对应的参数分别为p，A，k，x，x0，忽略摩擦力、液动力和重力。先导阀芯的受力平衡方程为：，先导阀的进口压力为：先导阀通过的流量很小，阀口开口量x亦小，有，可以认为，即当调压弹簧调整好后，在先导溢流时其进口压力基本不变。主阀芯上的受力平衡方程为： ，主阀的进口压力为：可见主阀的进口压力主要受复位弹簧力的影响。因为复位弹簧只要能克服主阀芯的摩擦力即可，所以其刚度很小。当主阀溢流量变化时，弹簧力的变化很小。因此，即主阀进口压力基本稳定实现稳压。如果改变先导阀弹簧预压缩量x0，改变先导阀进口压力p，改变主阀进口压力p，实现调压。从先导式溢流阀的工作原理分析可得到先导阀和主阀作用：先导阀实现调压，主阀实现溢流。同时从其工作原理可以分析出先导式溢流阀的特点：由于通过先导阀的流量很小，先导阀芯的结构尺寸亦小，调压弹簧刚度不必太大，所以压力调整比较轻便；由于复位弹簧作用只是使主阀芯复位，一般选择刚度较小弹簧，所以进口压力比较稳定。对于这样的溢流阀调压利用调节手柄实现，需在现场通过手动操作方式实现，那么请同学们思考：如何实现电动调压或远距离的压力控制？在阀体上有一个远控口，如果将此油口接一个换向阀，通过换向阀接通油箱，主阀芯上端的压力接近于零，在进油腔压力很小的情况下，就可压缩复位弹簧，移动到最上端，这时系统的压力很低，油液就通过溢流阀口流回油箱，实现卸荷作用。如果通过换向阀接一个远程调压阀，并且远程调压阀的调整压力小于先导阀的调整压力，那么溢流阀的进口压力就由远程调压阀决定，实现远程调压。在直动式溢流阀符号基础上，用黑三角代表先导性液压控制，用虚线代表远控油路，就是先导式溢流阀图形符号。为了深入理解先导式溢流阀工作原理，接下来请同学们思考两个实际问题：【1】 如果阻尼孔被堵塞，将会出现什么现象？【2】如果用直径较大的通孔代替阻尼孔，其工作情况如何？接下来讨论溢流阀的应用。溢流阀在不同的场合用不同的用途。溢流阀起调压溢流作用。在使用定量泵的节流调速系统中，把溢流阀并联在液压泵的出口处，靠节流阀调节执行元件的流量。使泵油一部分进入液压缸工作，而多余的油需经溢流阀流回油箱，溢流阀处于其调定压力下的常开状态。调节弹簧的预压紧力，也就调节了系统的工作压力。溢流阀起安全保护作用。在变量泵调速系统中，其工作压力由负载决定，这时与泵并联的溢流阀只有在过载时才需打开，以保证系统的安全。将溢流阀接在液压缸的回油路上，可使缸的回油腔形成背压，提高运动部件运动的平稳性。利用先导式溢流阀的远控口实现远程调压或系统卸荷。同学们，这一讲我们主要讨论了溢流阀这一典型的压力控制阀，对其直动