JX02-178@液压控制阀的理论研究与设计毕业设计
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JX02-178@液压控制阀的理论研究与设计毕业设计,机械毕业设计全套
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浙江工贸职业技术学院汽车与机电工程系 毕业设计（论文）开题报告 课题名称： 液压控制阀的理论研究与设计 专 业： 班 级： 姓 名： 学 号： 指导教师： 年 月 日 nts 1、课题研究的现状和意义 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。 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。 nts 2、课题要解决的问题或研究的基本内容 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。 3、课题研究拟采用的手段 和 工作路线 采用的手段 1 在学校图书馆查阅相关资料。 2 在工厂的实践毕业实习。 3 通过老师和工程师的指导。 4 通过浏览因特网上的相关资料。 通过对相关资料和数据的理论计算 和分析。 工作路线： 1) 设计准备 了解设计任务书，明确设计要求、工作条件、设计内容的步骤；通过查阅有关设计资料，参观实物征询操作人员的建议等，了解设计对象的性能、结构及工艺性；准备好设计需要资料、绘图工具；拟定设计计划等。 2) 草图设计 绘制装配草图；进行总体结构设计和部件设计。 3) 编写设计说明书 写明整个设计的主要计算和一些技术说明。 nts4、 课题研究进程计划 一、二周：接受毕业设计课题，根据课题内容了解课题研究的现状，并进行实地考察，完成 开题报告 ; 三、四周：进行有关的计算。包括： 起升架起升装置 的设计计算、机架的设计计算、传动装置的计算、电动机的选择。 五 -八周：有关图纸的绘制。 九 周：对课程设计进行检查、纠正、整理、综合；最后打印，交指导老师复查。 5、课题成果 论文 图纸 产品或作品 应用程序 其它： nts指导教师意见： 指导教师（签名）： 年 月 日 教研室主任意见： 教研室主任（签名）： 年 月 日 nts液压控制阀的理论研究与设计 1 液压控制阀的理论研究与设计 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nts液压控制阀的理论研究与设计 2 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。 nts液压控制阀的理论研究与设计 3 压力控制阀直动式差动式三节同心式二节同心式滑阀式直动型先导型远程调压阀普通溢流阀电磁溢流阀三节同心式二节同心式卸荷溢流阀（单向溢流阀）溢流阀单向减压阀定差减压阀定比减压阀溢流阀直动型顺序阀先导型顺序阀顺序阀压力继电器第 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） 名称控制形式改进序号最大工作压力主要规格B对压力继电器压力( M P a )对阀：流量（ L / m i n )( M P a )A = 1B = 2省略K = 0 . 6L = 1 . 6M = 4EYYIXXIJPJX电磁溢流阀（交流）单向顺序阀液动顺序阀顺序阀单向减压阀减压阀低压溢流阀中压溢流阀 Y板式： B法兰式： F管式（省略）连接方式nts液压控制阀的理论研究与设计 4 名称控制方式改进序号公称通径调压范围( m m )B : 0 . 5 7C : 3 . 5 1 4H : 7 2 1K : 1 4 3 5H 1 : 0 . 6 8H 2 : 4 1 6H 3 : 8 2 0H 4 : 1 6 3 1 . 5工厂代号溢流阀电磁溢流阀卸荷溢流阀减压阀远控溢流阀卸荷溢流阀平衡阀J D FJ FX 2 FX 4 FX 3 FYF单向顺序阀远控单向顺序阀X Y F顺序阀单向减压阀X D 1 FX D 2 FX D 3 FO 、 H滑阀机能P- 法兰式B- 板式( M P a )L- 螺纹式D 、2 DE 、2 E名称结构代号公称压力调压范围溢流阀 ( 含远程高压阀 )电磁溢流阀卸荷溢流阀减压阀内控单向顺序阀外控顺序阀外控单向顺序阀JAJXXXAYF卸荷阀单点压力继电器HF内控顺序阀单向减压阀XAHPD滑阀机能( M P a )双点压力继电器平衡阀2 P DPH0、1、2、3、表示 0省略DEI 1 I 2O HYY控制方式溢流阀、减压阀abcdabcabc0 . 6 64 1 68 2 01 6 3 1 . 50 . 6 1 61 . 6 44 80 . 6 6 . 34 2 01 6 3 1 . 5顺序阀压力继电器P- 法兰式B- 板 式 ( 可 省 略 ）L- 螺纹式( M P a )公称通径 (mm)2.2.2 中高压系列（榆次型） 2.2.3 高压系列（联合设计组） nts液压控制阀的理论研究与设计 5 DB型号总称安电磁阀= W不 安 电 磁 阀 = ( 省 略 )先 导 型 溢 流 阀 = ( 省 略 )不带插入式主阀芯的先导阀= D B C （不标通径）带插入式主阀芯的先导阀= D B C ( 标 通 径 1 0 或 3 2 )远程调压阀= D B T ( 不 标 通 径 )通 径板式连接 螺纹连接订货说明8=10=16=20=25=32=-10-20308 1015202530( 二 位 阀 ) 常闭= A常开= B板 式 连 接 = 无 标 记螺纹连接= G调 节 手 柄 = 1带保护罩的调节螺栓= 2带锁的调节手柄= 33 0 系 列 = 3 0 调节压力（ X 1 05P a )矿 物 质 液 压 油 = 无 标 记磷酸脂液压油= V3 0 /控制油型式图形符号交流电压 2 2 0 V 频率 5 0 H z = W 2 2 0 - 5 0 h i d直 流 电 压 2 4 V = G 24带内装式整流器的直流电磁铁（只 Z5 形插头可以用）= W 2 2 0 R无 故 障 按 钮 = 无 标 记有故障检查按钮= N方形插头= Z4大方形插头= Z 5带指示灯的大方形插头= Z 5 L更详细的说明先导式减压阀= DR ；不带通径主阀芯的先导阀：通 径 1 0 = D B C ,通 径 2 5 、 3 2 = DRC ( 不 标 通 径 和 连 接 方 式 ) ；带主阀芯的先导阀= D R C ( 注 明 通 径 1 0 或 3 2 、不注连接方式)公称通径板 式 连 接 = 无 标 记 ； 管 式 连 接 = G控制油供排方式：内供内排= 无标记；外供内排= X; 内供外排= Y (泄漏油从 Y 口 排 出 ) ； 外 供 外 排 =XY有 单 向 阀 = 无 标 记 ； 没 有 单 向 阀 = M 矿 物 质 液 压 油 = 无 标 记 ； 磷 酸 脂液 压 液 = V附加说明3 0 /调 节 手 柄 = 1 ； 带 保 护 罩 的 调 节 螺 栓 = 2 ；带锁的调节手柄= 33 0 系 列 = 3 0控 制 压 力 1 0 M P a = 1 0 0 ；控 制 压 力 3 1 . 5 M P a = 3 1 52.2.4 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 nts液压控制阀的理论研究与设计 6 DZ型号总称先 导 顺 序 阀 = 无 标 记不带主阀芯的先导阀= C ( 不 标 通 径 )通径（ mm ） ： 1 0 = 1 0 ； 2 5 = 2 5 ； 3 2 = 3 23 0 系 列 = 3 0最 高 调 节 压 力 = 2 1 0 ( 1 05M P a )控制油供排方式：内供内排= 无标记；外供内排= X; 内供外排= Y( 泄 漏 油 从 Y 口 排 出 ) ； 外 供 外排= XY有 单 向 阀 = 无 标 记 ； 没 有 单 向 阀 = M 矿 物 质 液 压 油 = 无 标 记 ； 磷 酸 脂 液压 液 = V附加说明带主阀芯的先导阀= C ( 标 明 通 径 1 0 或 3 2 )调 节 手 柄 = 1 ； 带 保 护 罩 的 调 节 螺 栓 = 2 ；带 锁 的 调 节 手 柄 = 33 0 / 210PO OOP P( a ) ( b ) ( c ) ( d )（ 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： nts液压控制阀的理论研究与设计 7 AAA - A( c )( d )PT( a )( b )KPT遥控口进油口出油口P1aP2符号图 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 ,P T,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： PA K(0X+X )+G Ff+Fs Fj 即： P= K(0X+X )+G Ff+Fs Fj/A (3-1) 式中 ： K、0X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） :Ff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=( K0X+G Ff)/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 nts液压控制阀的理论研究与设计 8 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（ m2 ） ,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+Ff时 ,主阀打开稳压溢流或安全保护。 由 1得 主阀芯和导阀的力平衡方程分别为： fy FGyyKAPAP )( 02211)( 02 XXKAP xc 由上两式可得溢流阀进口压力为： )(1)( 010121 fycx FGyyKAXXAKAAP （ 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。 nts液压控制阀的理论研究与设计 9 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 PB分别与 Ps 的百分比来表示。 开启压力比： KP =(Pk/Ps) 100% 闭合压力比： BP =( PB /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。 (即图 3-4 中 A、 B 两点的间的时间间隔 ) （ 3）过渡过程时间：指从调定压力到最终稳态压力的时间。 (即图 3-4 中 B 点到 C 点间的时间间隔 ) （ 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。 （即图 3-5 的 t1） （ 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。 (即图 3-5中的 t2) nts液压控制阀的理论研究与设计 10 1.05(pn-p0)0.95(pn-p0)0.9(pn-p0)0.1(pn-p0)ptpp n0P0CBAt 1图 3-4 流量阶跃变化时溢流阀的进口压力响应特性 DC0.9(pn-p0)0.1(pn-p0)tpp n0P0BAt 1图 3-5 溢流阀 升压与卸荷 特性 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= 2 mm、预压缩量为 X0= mm，主阀弹簧刚度 y 20N/mm、预压缩量 y0=40mm 额定流量 qn=120L/min， 主nts液压控制阀的理论研究与设计 11 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 A1 A2= )1640(4 22 =1055 mm2； A1= )5.1740(4 22 =1016 mm2 1016105512 AA=1.04 (符合在 1.031.05 之间的条件 ) 主阀芯 自重 为 ： G=mg=0.18 9.8=1.764N， 先导阀孔座面积为 ： Ac= 235.44=14.85 mm2 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 P 2P 1 - P 2 = 常数xdD( a )( b )P2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=4/)()(22021 dDXXKPP（ 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 。 nts液压控制阀的理论研究与设计 18 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： 2221 dDPP 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。 ( b )( a )P1P2Ddnts液压控制阀的理论研究与设计 19 1 减 压 阀5 液 压 泵4 溢 流 阀3 顺 序 阀2 电 液 换 向 阀图 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。 nts液压控制阀的理论研究与设计 20 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： P2P1出油口进油口泄油口 L( c )( d )( b )遥控口 K( a )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。 nts液压控制阀的理论研究与设计 21 321P2 LP1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 控制与泄油方式名 称职能符号内控外泄外控外泄内控内泄外控内泄内控外泄加单向阀背压阀顺序阀外 控顺序阀内 控 单 向 顺序阀卸荷阀外控外泄加单向阀内控内泄加单向阀外控内泄加单向阀外 控 单 向 顺序阀内控平衡阀外 控 平 衡 阀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nts液压控制阀的理论研究与设计 22 III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 XP CAXA 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nts液压控制阀的理论研究与设计 23 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： 146011101362010302 04 04-94-1460176M447777151196311305812090201M44图 6-1 减压阀 nts液压控制阀的理论研究与设计 24 2 5 . 5173415141 4 61 0 06045.547266414930165.5581 3 0154 - 94- 144020.54060120.55615998090174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 968 581，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） nts液压控制阀的理论研究与设计 25 图 6-3 图 6-4 nts液压控制阀的理论研究与设计 26 （ 3）最后启动 Flash MX2004，新建一个 640 480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
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