液压元件与系统 第4版 课件 第九章　压力控制阀

第九章压力控制阀第一节溢流阀

第二节减压阀

第三节顺序阀

第四节平衡阀

第五节压力继电器第一节溢流阀一、溢流阀的结构和工作原理

二、溢流阀的性能指标

三、溢流阀的静态特性分析

四、溢流阀的动态特性分析

五、溢流阀的设计计算一、溢流阀的结构和工作原理1.直动式溢流阀

2.先导式溢流阀

3.电磁溢流阀

4.卸荷溢流阀

5.超高压溢流阀1.直动式溢流阀图9-1滑阀型直动式溢流阀

a)结构b)图形符号

1—调节杆2—调节螺母3—调压弹簧4—锁紧螺母

5—上盖6—阀体7—阀芯8—螺塞1.直动式溢流阀图9-2DBD型直动式溢流阀(插装式)

a)结构图b)局部放大图c)图形符号

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2.先导式溢流阀图9-3YF型先导式溢流阀(管式)

a)图形符号b)结构图

1—先导锥阀2—先导阀座3—阀盖4—阀体

5—阻尼孔6—主阀芯7—主阀座8—主阀弹簧

9—调压弹簧10—调节螺钉11—调节手轮2.先导式溢流阀图9-4DB型先导式溢流阀

1—主阀芯2、3、4—阻尼孔5—先导阀座6—先导阀体

7—先导阀芯8—调压弹簧9—主阀弹簧10—阀体11—阀套2.先导式溢流阀1)主阀芯的圆柱导向面和圆锥面与阀套的内圆柱面和阀座有同心度要求，与先导阀无配合，故结构简单，加工和装配方便。

2)过流面积大，在相同流量的情况下，主阀开度小；或者在相同主阀开度情况下，其通流能力大。

3)主阀芯与阀套可通用化，便于批量生产。3.电磁溢流阀图9-5二位二通电磁换向阀与二节同心先导式溢流阀构成的电磁溢流阀

1—电磁铁2—推杆3—电磁阀体4—电磁阀阀芯5—电磁阀弹簧6—阀盖7—阀体8—阀套

9—主阀芯10—复位弹簧11—先导阀芯12—调压弹簧13—调节螺钉14—调压手轮3.电磁溢流阀图9-6加缓冲阀的电磁溢流阀

1—缓冲阀芯2—弹簧3—弹簧座4—调节螺钉4.卸荷溢流阀图9-7卸荷溢流阀

1—调压手轮2—调节螺钉3—调压弹簧4—主阀弹簧5—活塞套6—控制活塞7—先导阀座8—先导阀芯9—阀盖

10—主阀体11—主阀套12—主阀芯13—阻尼孔14—单向阀体15—单向阀芯16—单向阀座17—单向阀弹簧5.超高压溢流阀1)对于小流量的安全阀，可采用直动式锥阀或球阀结构，阀座通流孔径可取1.5~3mm，阀芯上带有导向面以增加运动阻尼，提高稳定性。

2)若流量较大，可采用差动式锥阀结构，如图9-8所示。

3)也可采用溢流阀串联或定差减压阀与溢流阀串联的方式，以实现超高压控制。5.超高压溢流阀图9-8差动锥阀式超高压溢流阀二、溢流阀的性能指标1.静态性能指标

2.动态性能指标1.静态性能指标(1)压力-流量特性(p-q特性)

(2)启闭特性(3)压力调节范围

(4)压力稳定性

(5)卸荷压力(6)最小稳定流量和许用流量范围

(7)内泄漏量(1)压力-流量特性(p-q特性)图9-9溢流阀的静态性能指标

a)压力-流量特性b)启闭特性(2)启闭特性

(9-2)(9-3)(3)压力调节范围压力调节范围是指调压弹簧在规定的范围内调节时，系统压力能平稳地上升或下降，且压力无突跳及迟滞现象时的最高和最低调定压力。

(4)压力稳定性溢流阀工作压力的稳定性由两个指标来衡量：一是在额定流量qn和额定压力pn下，进口压力在一定时间(一般为3min)内的偏移值；二是在整个调压范围内，通过额定流量qn时进口压力的振摆值。

(5)卸荷压力当溢流阀作为卸荷阀使用时，额定流量下溢流阀进、出油口的压力差称为卸荷压力。它反映了卸荷状态下系统的功率损失以及因功率损失而转换成的油液发热量。

(6)最小稳定流量和许用流量范围当溢流阀通过的流量很小时，阀芯容易发生振动和噪声，同时进口压力也不稳定。溢流阀控制压力稳定，工作时无振动、噪声时的最小溢流量即为最小稳定流量。

(7)内泄漏量

内泄漏量是指溢流阀处于关闭状态，当进口压力调至调压范围的最高值时，从溢流口处测得的泄漏流量。2.动态性能指标(1)压力超调量最高瞬时压力峰值与调定压力值ps的差值称为压力超调量Δp，并将(Δp/ps)×100%称为压力超调率。

(2)响应时间响应时间是指从起始稳态压力p0与最终稳态压力ps之差的10%上升到90%的时间t1，即图9-10中A、B两点间的时间间隔。

(3)过渡过程时间过渡过程时间是指从0.9(ps-p0)的B点到瞬时过渡过程的最终时刻C点之间的时间t2。

(4)升压时间升压时间是指流量阶跃变化时，0.1(ps-p0)~0.9(ps-p0)的时间Δt1，即图9-11中A、B两点间的时间。

(5)卸荷时间卸荷时间是指卸荷信号发出后，0.9(ps-p0)~0.1(ps-p0)的时间Δt2，即图9-11中E、D两点间的时间。2.动态性能指标图9-10流量阶跃变化时溢

流阀的进口压力响应特性图9-11溢流阀的升压与卸荷特性2.动态性能指标三、溢流阀的静态特性分析1.直动式溢流阀的静态特性分析

2.先导式溢流阀的静态特性分析1.直动式溢流阀的静态特性分析(1)数学模型(2)性能分析(1)数学模型1)阀芯受力平衡方程为

2)阀口压力流量方程为(9-4)(9-5)(2)性能分析

(9-6)(9-7)(9-8)(9-9)2.先导式溢流阀的静态特性分析1)作用在先导阀芯上的液压力、弹簧力和稳态液动力的受力平衡方程为

2)先导阀阀口压力流量方程为

3)作用在主阀阀芯上的液压力、弹簧力和稳态液动力的受力平衡方程为

(9-10)(9-11)(9-12)4)主阀阀口压力流量方程为

5)流经固定阻尼孔的流量方程。2.先导式溢流阀的静态特性分析(9-13)(9-14)(9-15)(9-16)四、溢流阀的动态特性分析1.溢流阀动态数学模型的建立

2.线性化并取拉氏变换1.溢流阀动态数学模型的建立图9-12先导式溢流阀模型1.溢流阀动态数学模型的建立1)先导阀阀芯受力平衡方程为

2)先导阀阀口流量连续性方程为

3)主阀阀芯受力平衡方程为

4)主阀进口受控腔流量连续性方程为

5)主阀上腔流量连续性方程为1)先导阀阀芯受力平衡方程为

(9-19)2)先导阀阀口流量连续性方程为

(9-20)(9-21)(9-22)3)主阀阀芯受力平衡方程为

(9-23)4)主阀进口受控腔流量连续性方程为

(9-24)(9-25)5)主阀上腔流量连续性方程为

(9-26)2.线性化并取拉氏变换(9-30)(9-31)(9-32)(9-33)3.按式(9-27)~式(9-33)画传递函数框图，然后将相应点连接，可得到先导式溢流阀的整体框图(图9-13)。图9-13先导式溢流阀框图(1)先导阀部分(2)主阀部分(1)先导阀部分(9-34)(9-35)(9-36)(1)先导阀部分1)因先导阀阀芯当量质量m小，而调压弹簧刚度kx大，故先导阀的固有频率ωx相当高，对阀的动态特性影响相当大。

2)减小先导阀阀芯的半锥角β和阀座孔直径d，可减小阀口的流量压力系数Kcx和流量增益Kqx，提高阀的动态稳定性。(2)主阀部分(9-37)(9-38)(9-39)(9-40)(2)主阀部分1)因主阀流量增益Kqy较大，因此一阶微分环节的频率ωa相当高，远离工作区域。

2)阀前控制腔容积V0很大，因此一阶惯性环节频率较低，一阶惯性环节起主导作用。

3)主阀芯的当量质量M较大、复位弹簧刚度ky较小，液动力刚度Key不大，因此二阶振荡环节的固有频率ωx也不高，二阶振荡环节的影响不容忽视，固定阻尼R2作为动压反馈可有效抑制二阶环节的振荡作用。五、溢流阀的设计计算1.主要结构尺寸的初步确定

2.溢流阀的静态性能估算五、溢流阀的设计计算图9-14阀的结构尺寸1.主要结构尺寸的初步确定1)阀的进出油口直径D0(单位为m)

2)主阀阀座孔直径d0(单位为m)。

3)主阀阀芯大直径D及上端小直径D1。

4)主阀芯半锥角α1、主阀座孔半锥角α2和扩散角α′2。

5)主阀防振尾直径D4、长度L4以及过渡直径D3。

6)主阀阻尼小孔直径ϕ0(单位为m)及长度l0(单位为m)。

7)主阀阀芯的最大升程h。

8)先导阀锥角2φ的选定。

9)主阀弹簧的设计。

10)主阀阀芯上端与阀盖之间的距离S。

11)先导阀阀座孔直径d2及d3的确定。

12)先导阀弹簧的设计。1)阀的进出油口直径D0(单位为m)为

(9-41)2)主阀阀座孔直径d0(单位为m)。

(9-42)(9-43)3)主阀阀芯大直径D及上端小直径D1。(9-44)(9-45)4)主阀芯半锥角α1、主阀座孔半锥角α2和扩散角α′2。

5)主阀防振尾直径D4、长度L4以及过渡直径D3。

(9-49)6)主阀阻尼小孔直径ϕ0(单位为m)及长度l0(单位为m)。

(9-50)(9-51)7)主阀阀芯的最大升程h。(9-52)8)先导阀锥角2φ的选定。

图9-15先导阀锥角9)主阀弹簧的设计。

(9-53)(9-54)10)主阀阀芯上端与阀盖之间的距离S。S应不小于阀在卸荷时主阀阀芯最大升程h，即S≥h。11)先导阀阀座孔直径d2及d3的确定。d2取得太大，则阀座孔截面积A2就大，因此要求先导阀弹簧刚度大，这将给弹簧设计带来困难；d2取得太小，则阀的压力稳定性变差。一般取d2=(4~6)ϕ0。d3取得太大，会使溢流阀在工作时出现尖叫声和振动，一般取d3≈1.6mm。12)先导阀弹簧的设计。

(9-55)(9-56)2.溢流阀的静态性能估算1)预算额定工况下先导阀的开启压力p1k。

2)预算主阀开启压力pk。

3)预算卸荷压力px。

4)预算溢流阀的最小稳定流量qmin。1)预算额定工况下先导阀的开启压力p1k。2)预算主阀开启压力pk。

(9-61)(9-62)(9-63)3)预算卸荷压力px。

(9-64)(9-65)4)预算溢流阀的最小稳定流量qmin。溢流阀的最小稳定流量qmin取决于溢流阀的最小稳定开度ymin。一般情况ymin≥0.05mm，小于此值时阀的工作稳定性变差。第二节减压阀一、定压减压阀

二、定差减压阀

三、定比减压阀

四、减压阀的主要静态性能指标一、定压减压阀1.定压减压阀的结构和工作原理

2.定压减压阀的静态特性分析1.定压减压阀的结构和工作原理(1)直动式定压减压阀

(2)先导式减压阀(1)直动式定压减压阀图9-16直动式定压减压阀的结构原理图

1—下盖2—阀体3—阀芯4—调压弹簧

5—上盖6—弹簧座7—调节螺钉(2)先导式减压阀1)先导级由减压出油口供油的减压阀。

2)先导级由减压进油口供油的减压阀。1)先导级由减压出油口供油的减压阀。图9-17JF型定压减压阀(先导级由减压出油口供油)

1—调压手轮2—调节螺钉3—锥阀4—锥阀座5—阀盖6—阀体

7—主阀芯8—端盖9—阻尼孔10—主阀弹簧11—调压弹簧2)先导级由减压进油口供油的减压阀。图9-18定压输出减压阀

(先导级由减压进油口供油)

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

8—调压弹簧Ⅰ—固定阻尼Ⅱ—可变阻尼2.定压减压阀的静态特性分析1)主阀流量方程

2)主阀阀芯受力平衡方程

3)主阀阻尼孔流量方程

4)先导阀流量方程

5)先导阀阀芯受力平衡方程1)主阀流量方程(9-68)2)主阀阀芯受力平衡方程为

(9-69)3)主阀阻尼孔流量方程为

(9-70)4)先导阀流量方程为

(9-71)5)先导阀阀芯受力平衡方程为(9-72)(9-74)二、定差减压阀

图9-19定差减压阀

a)结构图b)图形符号二、定差减压阀(9-75)(9-76)三、定比减压阀图9-20定比减压阀

a)结构图b)图形符号三、定比减压阀(9-77)(9-78)四、减压阀的主要静态性能指标1.调压范围

2.压力稳定性

3.压力偏移

4.进油口压力变化引起的出油口压力变化量

5.流量变化引起的出油口压力变化量

6.外泄漏量

7.反向压力损失1.调压范围减压阀的调压范围是指将减压阀的调压手轮从全松到全闭时，阀出油口压力的可调范围。2.压力稳定性压力稳定性是指出油口压力的振摆。对于额定压力为16MPa以上的减压阀，一般要求压力振摆值不超过±0.5MPa；对于额定压力为16MPa以下的减压阀，要求其压力振摆值不超过±0.3MPa。3.压力偏移压力偏移是指出油口的调定压力在规定时间内的偏移量。一般按1min计算。对采用Ha、Hb、Hc、Hd四根不同调压弹簧的减压阀，其压力偏移值一般对应要求为0.2MPa、0.4MPa、0.6MPa和1.0MPa。4.进油口压力变化引起的出油口压力变化量当减压阀进油口压力变化时，必然对出油口压力产生影响，出油口压力的波动值越小，减压阀的静态特性越好。测试时，一般使被测减压阀的进油口压力在比调压范围的最低值高2MPa至额定压力的范围内变化时，测量出油口压力的变化量。对于采用Ha、Hb、Hc、Hd四根不同调压弹簧的先导式减压阀，一般规定其压力偏移值分别不超过0.2MPa、0.4MPa、0.6MPa和0.8MPa。5.流量变化引起的出油口压力变化量当减压阀的进油口压力恒定时，通过阀的流量变化往往引起出油口压力的变化，使出油口压力不能保持调定值。可以用减压阀出油口压力的变化率δ表示。即(9-79)6.外泄漏量外泄漏量是指当减压阀起减压作用时，每分钟从泄油口流出的先导流量。其数值一般应小于1.5～2.0L/min。测试时，使被测减压阀的进油口压力调为额定压力，出油口压力为调压范围的最低值，测得的泄油口流量即为外泄漏量。7.反向压力损失对于单向减压阀，当反向通过额定流量时，减压阀的压力损失即为反向压力损失。一般规定反向压力损失应小于0.4MPa。第三节顺序阀一、直动式顺序阀

二、先导式顺序阀一、直动式顺序阀图9-21XF型直动式顺序阀

a)结构图b)内控外泄式顺序阀的图形符号

c)外控外泄式顺序阀的图形符号

1—螺塞2—底盖3—控制活塞4—阀体

5—阀芯6—调压弹簧7—端盖8—调节螺钉一、直动式顺序阀1)顺序阀的出油口一般与负载油路相通，而溢流阀的出油口要接回油箱。

2)溢流阀的弹簧腔可以与出油口沟通，而出油口与负载油路相通的顺序阀的泄油口应单独接回油箱，以免使弹簧腔有油压。

3)溢流阀的进油口最高压力由调压弹簧来限定，并且由于液流溢回油箱，所以损失了液体的全部能量。二、先导式顺序阀图9-22先导式顺序阀

a)外控式b)内控式c)内控式先导顺序阀的图形符号

1—先导阀2—主阀体3—端盖二、先导式顺序阀图9-23DZ型先导式顺序阀