先导式减压阀设计1

1、先导式减压阀的设计1液压技术液压由于其传动力量大，易于传递及配置，在工业、民用行业应用广 泛。在各部件制造中，对密封性、耐久性有很高的技术要求，目前在液压 部件制造中已广泛采用一一滚压工艺，很好的解决了圆度、粗糙度的问题。 特别是液压缸制造中广泛应用。液压工具可以解决液压制造各种问题。1.1液压技术应用由于液压技术有许多突出的优点，从民用列国防、由一般传动到精确 度很高的控制系统，都得到了广泛地应用。在国防工业中，陆、诲.空三军的很多武器装备都采用了液压传动与 控制.如飞机、坦克、舰艇、雷达、火炮、导弹和火箭等.在机床工业中，目前机床传动系统有 85%采用液压传动与控制，如磨 床、铣床、刨床、

2、拉床、压力机、剪床和组合机床等。在冶金工业中，电炉控制系统、轧钢机的控制系统、平炉装料、转炉 控制、高炉控制、带材跑偏和恒张力装置等都采用了液压技术。在工程机械中，普遍采用了液压传动，如挖掘机、轮胎装载机、汽车 起重机、履带推工机、轮胎起重机、自行式铲运机、平地机和振动式压路 机等。在农业机械中，采用液压技术也很广泛、如联合收割机、拖拉机和犁 等。在汽车工业中，液压越野车、液压自卸式汽车、液压高空作业车和消 防车等均采用了液压技木；在轻纺工业中，采用溉压技术的有塑料注塑机、橡胶硫化机、造纸机、 印刷机和纺织机等；在船舶工业中，应用液压技术很普遍，如全液压挖泥船、打捞船、打 桩船、采油平台、水翼

3、船、气垫船和船舶辅机等。近几年.又在太阳跟踪系统、海浪模拟装置、船舶驾驶模拟器、地震 再现、火箭助飞发射裴置、宇航环境模拟和高层建筑防震系统及紧急刹车 装置等没备中，也采用了液压技术.总之。一切工程领域，凡是有机械设备的场合，均可采用液压技术， 其前景非常光明。2压力控制阀在液压系统中，凡是用来控制最高压力，或保持某一部分的压力值， 以及利用油液的压力来控制油路的通断等等的阀通称为压力阀。这类阀的 共同特点是利用油液压力和弹簧力相平衡的原理进行工作的。2.1压力控制阀的的工作原理电磁阀里有密闭的腔，在的不同位置开有通孔，每个孔都通向不同的 油管，腔中间是阀，两面是两块电磁铁，哪面的磁铁线圈通电

4、阀体就会被 吸引到哪边，通过控制阀体的移动来档住或露出不同的排油的孔，而进油 孔是常开的，液压油就会进入不同的排油管，然后通过油的压力来推动油 缸的活塞，活塞又带动活塞杆，活塞杆带动机械装置运动。这样通过控制 电磁铁的电流就控制了机械运动。2.2压力控制阀得分类按用途分类：压力控制阀；流量控制阀；方向控制阀。按控制方式分类：开关（或定值控制）阀：借助于手轮、手柄、凸轮、电磁铁、弹簧等 来开关液流通路，定值控制液流的压力和流量的阀类，统称普通液压阀。伺服控制阀：其输入信号（电气、机械、气动等）多为偏差信号（输 入信号与反馈信号的差值），可以连续成比例的控制液压系统中压力流量的 阀类，多用于要求高

5、精度、快速响应的闭环液压控制系统。比例控制阀：这种阀的输出量与输入信号成比例。它们是一种可按给 定的输入信号变化的规律，成比例的控制系统中液流的参数的阀类，多用 于开环液压程序控制系统。数字控制阀：用数字信息直接控制的阀类。按结构形式分类：滑阀（或转阀）；锥阀；球阀；喷嘴挡板阀；射流管 阀。按连接方式分类：螺纹联接阀；法兰连接阀；板式连接阀：将板式阀 用螺钉固定在连接板（或油路板、集成块）上；叠加式连接阀；插装式连 接阀。3减压阀减压阀是通过调节，将进口压力减至某一需要的出口压力，并依靠介 质本身的能量，使出口压力自动保持稳定的阀门。从流体力学的观点看， 减压阀是一个局部阻力可以变化的节流元件

6、，即通过改变节流面积，使流 速及流体的动能改变，造成不同的压力损失，从而达到减压的目的。然后 依靠控制与调节系统的调节，使阀后压力的波动与弹簧力相平衡，使阀后 压力在一定的误差范围内保持恒定。减压阀广泛用于高层建筑、城市给水管网水压过高的区域、矿井及其 他场合，以保证给水系统中各用水点获得适当的服务水压和流量。鉴于水的 漏失率和浪费程度几乎同给水系统的水压大小成正比，因此减压阀具有改 善系统运行工况和潜在节水作用，据统计其节水效果约为 30%。3.1减压阀的分类减压阀是使出口压力低于进口压力的压力控制阀。减压阀可分为定压输出减压阀、定差减压阀和定比减压阀三种。定压输出减压阀有直动型和 先导型两

7、种结构形式。在先导型中又有出口压力控制式和进口压力控制 式两种控制方式。3.1.1定压输出减压阀3.1.1.1直动型定压输出减压阀图】4】真动式旋房园的*匣*籍If丑，压雌】符导厦啼垸配色，一调压W管时一旌it厘1%- 片.&-B.4 *ltiS-flC 手-位鼻N k一笠/冏口 I图14 1a所示为直动式带溢流阀的减压阀（简称溢流减压阀）的结构 图。压力为P1的压缩空气，由左端输入经阀口 10节流后，压力降为P2 输出。P2的大小可由调压弹簧2、3进行调节。顺时针旋转旋钮1，压缩弹 簧2、3及膜片5使阀芯8下移，增大阀口 10的开度使P2增大。若反时针 旋转旋钮1，阀口 10的开度减小，P2

8、随之减小。若P1瞬时升高，P2将随之升高，使膜片气室6内压力升高，在膜片 5上产生的推力相应增大，此推力破坏了原来力的平衡，使膜片5向上移动， 有少部分气流经溢流孔12、排气孔11排出。在膜片上移的同时，因复位弹 簧9的作用，使阀芯8也向上移动，关小进气阀口 10，节流作用加大，使 输出压力下降，直至达到新的平衡为止，输出压力基本又回到原来值。若 输入压力瞬时下降，输出压力也下降、膜片5下移，阀芯8随之下移，进 气阀口 10开大，节流作用减小，使输出压力也基本回到原来值。 逆时针旋 转旋钮1。使调节弹簧2、3放松，气体作用在膜片5上的推力大于调压弹 簧的作用力，膜片向上曲，靠复位弹簧的作用关闭

9、进气阀口 10。再旋转旋 钮1，进气阀芯8的顶端与溢流阀座4将脱开，膜片气室6中的压缩空气便 经溢流孔12、排气孔11排出，使阀处于无输出状态。总之，溢流减压阀是靠进气口的节流作用减压，靠膜片上力的平衡作 用和溢流孔的溢流作用稳压；调节弹簧即可使输出压力在一定范围内改变。 为防止以上溢流式减压阀徘出少量气体对周围环境的污染，可采用不带溢 流阀的减压阀（即普通减压阀），其符号如图14- 1c所示。3.1.1.2先导型定压输出减压阀避腔口 A槌恤口进推口出油口旦K住II蟾压输出压阀调压手轮浦-胃节座帝一牌童止牌伸I7 :崔盖阻巳孔门。一王明诚压#骨结痢】（b）击导型定玉输出曜反轲号1卜）一般齐号如

10、图所示，该阀由先导阀调压，主阀减压。进口压力趴经减压口减压后压力变为乩（即出口压力），出口压力油通过阀体6下部和端盖8上的 通道进入主阀7下腔，再经主阀上的阻尼孔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。当出口压力低于调定 压力时，先导阀口关闭，阻尼孔9中没有液体流动，主阀上、下两端的油 压力相等，主阀在弹簧力作用下处于最下端位置，减压口全开，不起减压作用，尸2=P1。当出口压力超过调定压力时，出油口部分液体经阻尼孔 9、 先导阀口、阀盖5上的泄油口 L流回油箱。阻尼孔9由液体通过，使主阀上、下腔产生压差（歹5）。当此压差所产生的作用力大于主阀弹簧力时， 主阀

11、上移，使节流口（减压口）关小，减压作用增强，直至出口压力 稳 定在先导阀所调定的压力值。此时，如果忽略稳态液动力，=气+X）+ 林-力为（5M）+ Cu（5-42a)AT M式中、y、孔分别为主阀和先导阀的有效作用面积（ f ”、 分别为先导阀和主阀弹簧刚度（N/m）； 、x分别为先导阀弹簧预压缩量 和先导阀开口量（m）； /叽尸、-分别为主阀弹簧预压缩量、主阀开口量和 最大开口量（m）。减压阀是利用其出口压力作为控制信号，通过阻尼孔，使主阀上下腔 产生压差，自动调节主阀的开口度，改变液流阻力来保证出口压力恒定的。3.1.2定差减压阀定差减压阀可使进出口压力保持为定值。高压油 #1经节流口减压

12、后以 低压胃a流出，同时低压油经阀芯中心孔将压力 胃7传至阀芯上腔，其进出 油压在阀芯有效作用面积上的压力差与弹簧力相平衡：（Pa）（5-44）式中，尺、届分别为弹簧刚度（N/m）和预压缩量（m）；片1、歹是、 x、。和日的含义如图所示。由上式可知，只要尽量减小弹簧刚度茂并使x邳，就可使压力差华 近似保持为定值。将定差减压阀的进出口分别与节流阀两端相连，可是节流阀两端压差 保持恒定，此时，通过节流阀的流量将基本不受外界负载3.1.3定比减压阀定比减压阀（见图）可使进出口压力间保持一定的比例。如果忽略刚 度很小的弹簧力，则可近似列出阀芯平衡关系式为原=矿箫（5-45） 只要适当选择大小柱塞的直径

13、比，即可获得所需的进、出口压力比。出油口氏融序阀rm 外投成f 内拧式； 耕l般辑号或A破嗔尊序时)t d) 5tM咽原序网的号图b所示为内控式先导型埋序阀，胃1为进油口，为出油口，与溢流阀不同之处在于它的出口处与不接油箱，而通向某一压力回路，因而其 泄油口 L必须接回油箱。若将底盖旋转90度并打开螺堵，即可称为外控式顺序阀(如图a所示)。内控式顺序阀在其压力未达到阀的调定压力之前，阀口一直是关闭的。达到调定压力之后，阀口才开启，使片1处的压力油从油口孔流出，去驱动 该阀后的执行元件。外控式顺序阀阀口开启与否，与阀的进口压力的大小没有关系，仅取 决于控制压力的大小。图b所示的先导型顺序阀最大的

14、缺点是外泄漏量过大。因先导阀是按 顺序压力调整的，当执行元件达到顺序动作后，压力将同时升高，将先导 阀口开得很大，导致大量流量外泄。故在小流量液压系统中不宜采用这种 结构。4本设计的目的及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。 本课将重点对减压阀部分设计及分析，主要研究对象为减压阀，对减压阀 部分进行设计。最后，针对减压阀的理论研究进行讨论，内容包括减压阀 的工作原理、结构特点、以及静态性能的分析等。4.1设计要求一般提出以下设计要求：公称压力，.=320割吧公称流量.=200mm.：调压范围如心，=160320 (住fm.)进口压力变化引起的出口压力变化量的允许值

15、I 孙“ =120(kgf/皿与流量变化引起的出口压力变化量的允许值- =150(!*f。门仔1外泄漏量允许值心*叫口卅、)=150“。仃己)4.2主要的结构尺寸的初步确定1几何尺寸的确定(如图所示)(1)进、出油口直径d根据减压阀进、出油口直径d的计算公式疹 0,蜘,/# (om)(5-1)式中匕公称流量;厂；进、出油口直径d处油液流速，一般可取?=6 (m/sec)将已知量带入得d=2.8cm(2)主塞芯大直径D和小直径d1从强度考虑击 D (cm)1通过主阀芯与阀体间环形通道的流量公式为Q-专（砂境泪上式中流量Q以公称流量代入，环形通道中油液流速 V=6m/sec , 则取d1=1/2D

16、，则16.67Q,0 +22x07 （皿）式中一公称流量代入得 D=3.2cm，d1=1.6cm（3）阻尼孔直径d0和长度L0Ide 0.08 0.12 （wn） 邛（7 2S）或 （cm） 取 d0=0.08，L0=7.5*0.08=0.6 、（4）主阀阀口最大开口量顷”为使阀口在最大开口量时，油液流经阀口不产生扩散损失，应使岑一磴）开口面积与D*片不大于主阀芯与阀体间环形截面积，即（庆一研）上式中若取d1=1/2D，则mai 0,187oZ） （om）式中 D主阀芯大直径将D代入得心m=0.6cm（5）阀体槽宽B1和B2B1和B2可根据结构布置确定（6）主阀弹簧装配长度L1L1 口侦扑,5

17、）式中心主阀弹簧自由高度（cm）拦主阀弹簧预压缩量（cm）（7）主阀芯与阀盖的间距SCoin）式中 3： m主阀阀口最大开口量（cm）则取 S=0.7cm（8）导阀芯的半锥角a2按经验取：a = 20。气取得小一些，密封性能较好但太小使阀芯与阀座得接触应力加大，影响使用寿命。（9）导阀座孔径d2和d3I（4= （25）勤 （cm；.,击顼,16 （皿）取 d2=0.4cm，d3=0.16cm4.3静态特性分析（1）主阀芯最小位移量和最大位移量根据式式中 5主阀阀口流量系数，可取。-。65；口油液密度（k尊*.），取30号油液一导轨油0.88松3-出口最高调定压力（kE）构心出口最低调定压力（代

18、入得七er=0.16cm，“ .H=0.32cm（2）主阀弹簧钢度及口和预压缩量妈*顶。诽iK&g*二店）-项一A根据式式中血*油液流过阻尼孔所造成的压力降G主阀芯重量A主阀芯大直径D处截面积1主阀口液流角，可取1=69代入得i=7 Ef m】，t】=1cm（3）最低调定压力妙小川和最高调定压力时阻尼孔所造成的最低压力 降和最高压力降-：也心is.的核算EL丝1（灯七电呷力6|_ “oosch （6.7（?.）：AODSi 互皿J如3=兀1 （邳十跖响）+ 由式.闵力1e】g. 5式中工1林1主阀芯最大位移量Sg主阀芯最小位移量将值代入得*:顷山.=1.22，阮:顷m=3.23（4）进口压力为

19、公称压力时，出口压力为最低调定压力时进口油腔到主阀 芯上端油腔的外泄漏量根据式-产&一力广；式中土、一主阀芯大直径D与阀体孔的单边配合间隙加0.G34 或3；才11又外口而）（gm%银：N油液动力粘度L2 主阀芯上端台肩长度ZL2处均压槽数b均压槽宽度代入得=132。且尸项1迎-.。一（5）阻尼孔直径db!和.长度L0的1确定舟- r3|-. J Eurpp I - , 二- 由式 饵t顼土 F P式中Mff外泄漏量允许值g重力加速度当最低调定压力时阻尼孔造成的压力降代入得 d0=0.08cm, L0=0.6cm（6）最低调定压力阻4时导阀前油腔压力邛和导阀最大开口量才：、； 最高调定压力 秒时导阀前油腔压力所和通过导阀的外泄漏量 c 以及导阀最小开口量 此口血由式物血=例 小一加 出 （kgf/om11） 彻 zk =例 响姑日（kgf/cma）妃蠹y （cm翠/seo）3/ 0s 3V 芬再；、QiL；广/。导无治sin J ,勤式中吹一一阻尼孔截面积J导阀阀口流量系数，可取 0.77d2锥阀座直径风一一锥阀锥角半径代入得*、”165Ig J321 WT , =132 4s=0.36cm 灼: - =0.18cm（7）进口压力山物变化所引起出口压力变化量 虫队 流量变化约所引 起的出口压力变化量如，j r _ （也知人f-F山（知 + IQJ-由式