畢業(yè)設計溢流閥設計.doc

前言液壓技術作為一門新興應用學科，雖然歷史較短，發(fā)展的速度卻非常驚人。液壓設備能傳遞很大的力或力矩，單位功率重量輕，結構尺寸小，在同等功率下，其重量的尺寸僅為直流電機的左右；反應速度快、準、穩(wěn)；又能在大范圍內方便地實現(xiàn)無級變速；易實現(xiàn)功率放大；易進行過載保護；能自動潤滑，壽命長，制造成本較低。因此，世界各國均已廣泛地應用在鍛壓機械、工程機械、機床工業(yè)、汽車工業(yè)、冶金工業(yè)、農業(yè)機械、船舶交通、鐵道車輛和飛機、坦克、導彈、火箭、雷達等國防工業(yè)中。溢流閥作為液壓元件之一，在實際生產中得到廣泛的應用。本設計重點講述了液壓件的分類，工作原理以及在實際當中的應用，并進行溢流閥的設計以及對其性能做簡單的分析。由于時間和水平有限，設計中難免處在缺點和錯誤，請老師批評指正。1緒論液壓技術作為一門新興應用學科，雖然歷史較短，發(fā)展的速度卻非常驚人。液壓設備能傳遞很大的力或力矩，單位功率重量輕，結構尺寸小，在同等功率下，其重量的尺寸僅為直流電機的左右；反應速度快、準、穩(wěn)；又能在大范圍內方便地實現(xiàn)無級變速；易實現(xiàn)功率放大；易進行過載保護；能自動潤滑，壽命長，制造成本較低。因此，世界各國均已廣泛地應用在鍛壓機械、工程機械、機床工業(yè)、汽車工業(yè)、冶金工業(yè)、農業(yè)機械、船舶交通、鐵道車輛和飛機、坦克、導彈、火箭、雷達等國防工業(yè)中。液壓傳動設備一般由四大元件組成，即動力元件液壓泵；執(zhí)行元件液壓缸和液壓馬達；控制元件各種液壓閥；輔助元件油箱、蓄能器等。液壓閥的功用是控制液壓傳動系統(tǒng)的油流方向，壓力和流量；實現(xiàn)執(zhí)行元件的設計動作以控制、實施整個液壓系統(tǒng)及設備的全部工作功能。1.1 液壓技術的發(fā)展歷史液壓傳動和氣壓傳動稱為流體傳動，是根據 17 世紀帕斯卡 提 出的液體靜壓力傳 動 原 理 而發(fā)展起來的一門新興技術，是工農業(yè)生產中廣為應用的一門技術。如今，流體傳動技術水平的高低已成為一個國家工業(yè)發(fā)展水平的 重要 標志。 1795 年英國約瑟夫布拉曼 (Joseph Braman,1749 - 1814) ，在倫敦用水作為工作介質 , 以水壓機的形式將其應用于工業(yè)上 , 誕生了世界上第一臺水壓機。 1905 年將工作 介質水改為油,又進一步得到改善。 第一次世界大戰(zhàn) (1914 - 1918) 后液壓傳動廣泛應用 , 特別是 1920 年以后 , 發(fā)展更為 迅速。液壓元件大約在 19 世紀末 20 世紀初的 20 年間 , 才開始進入正規(guī)的工業(yè)生產階段。 1925 年維克斯 (F.Vikers) 發(fā)明了壓力平衡式葉片泵 , 為近代液壓元件工業(yè)或液壓傳動 的逐步建立奠定了基礎。 20 世紀初康斯坦丁尼斯克 (G Constantimsco) 對能量波動傳遞所進行的理論及實際研究 ;1910 年對液力傳動 ( 液力聯(lián)軸節(jié)、液力變矩器等 ) 方面的貢獻，使這兩方面領域得到了發(fā)展。 第二次世界大戰(zhàn) (1941 - 1945) 期間 , 在美國機床中有 30% 應用了液壓傳動。 應該指出 , 日本液壓傳動的發(fā)展較歐美等國家晚了近 20 多年。在 1955 年前后 , 日本迅速發(fā)展液壓傳動 ,1956 年成立了 “ 液壓工業(yè)會 ” 。近 2030 年間，日本液壓傳動發(fā)展之快，屆世界領先地位。1.2 我國液壓閥技術的發(fā)展概況我國的液壓工業(yè)及液壓閥的制造，起始于第一個五年計劃（19531957年），期間，由于機床制造工業(yè)發(fā)展的迫切需求，50年代初期，上海機床廠、天津液壓件廠仿造了蘇聯(lián)的各類低壓泵、閥。隨后，以廣州機床研究所為主，在引進消化國外中低壓元件制造技術的基礎上，自行設計了公稱壓力為2.5MPa和6.3MPa的中低壓液壓閥系統(tǒng)（簡稱廣州型），并迅速投入大批量生產。60年代初期，為適應液壓工程機械從中低壓向高壓方向的發(fā)展，以山西榆次液壓件廠為主，引進了日本油研公司的公稱壓力為21MPa的中高壓液壓閥系列，以及全部加工技術和制造、試驗設備，并據此發(fā)展、設計成我國的中高壓液壓閃系統(tǒng)（簡稱榆次型）。1968年，當時的一機部組織有關單位，在公稱壓力21MPa液壓閥的基礎上，設計了我國一套公稱壓力為31.5MPa的高壓閥系列，并投入批量生產。為使產品實現(xiàn)標準化、通用化、系列化，我國于1973年再次組成“液壓閥聯(lián)合設計組”，在總結國產高壓閥設計、生產經驗的基礎上，借鑒了國外同類產品的結構，性能、工藝特點，又增補了多種規(guī)格和新品種，并使國產閥的安裝連接尺寸首次符合國際標準。并于1977年正式完成了公稱壓力為31.MPa的高壓閥新系列的設計。1978年起，通過全系列圖紙的審查、試制、鑒定等工作，并在全國推廣使用。1982年，通過了全系列的定型工作。故上述產品簡稱為“82年聯(lián)合設計型高壓液壓閥系列”。為適應高壓、大流量的液壓傳動要求，濟南鑄鍛研究所、上海704研究所和北京冶金液壓機械廠等單位，自1976年開始，還引進、消化和研制了二通插裝閥（簡稱CV閥），并在80年代初期，完成了自己的系列。二通插裝閥作為不同于常規(guī)閥的另一類液壓閥類，也正在開拓著它的使用范圍。此外，隨著組合機床在機械制造行業(yè)中的廣泛應用，1975年，大連組合機床研究引進、消化、吸收和研制了疊加式液壓閥。建國以來，我國液壓行業(yè)及液壓閥的制造生產，從無到有，發(fā)展很快，取得了巨大的成績。但與國外同類產品相比，品種和性能指標還有較大差距。為了提高我國液壓行業(yè)的綜合素質，國家機械部制定了以下調整原則：A類重點發(fā)展產品（包括國產的電液伺服閥、比例閥和數字控制閥以及引進、消化德國力士樂公司的壓力為21、35、63MPa，通徑為的三大類液壓閥和我國自行開發(fā)的疊加閥、插裝閥及GE系列閥等）；B類允許保留和過渡產品（包括目前應用面廣、市場需求最大，一時尚無替代產品；國內70年代、80年代開發(fā)的，現(xiàn)在已成為主導產品，雖然技術上達不到國際80年代水平，但需要保留一段時間的產品。）C類限制發(fā)展和逐步淘汰產品。（指水平低，性能差，耗能耗材的產品，不符合標準的落后產品，不符合標準的老產品，具體指我國50、60年代設計的廣州型中低壓系列，及與之相仿的早期產品。）1.3 本設計的目的及范圍 作為工科類院校，特別是機械專業(yè)，液壓技術是一門必不可少的課程。本課將重點對溢流閥部分設計及分析，主要研究對象為溢流閥，對溢流閥部分進行設計。最后，針對溢流閥的理論研究進行討論，內容包括溢流閥的工作原理、結構特點、以及靜態(tài)性能的分析等。2壓力控制閥的分類與型號 液壓系統(tǒng)中，用來控制系統(tǒng)的壓力、流量和液流方向的元件均稱為液壓控制閥，簡稱液壓閥。液壓閥品種繁多，規(guī)格復雜，按工作原理可劃分為以下幾種： 通斷式控制元件（即開關或定值控制閥）：這是常用的一類液壓閥，又稱普通液壓閥。 伺服式控制元件：壓力伺服閥、流量伺服閥等。 比例式控制元件：比例壓力閥、比例流量閥和比例方向閥等。 在液壓傳動系統(tǒng)中，液流的壓力是最基本的參數之一，執(zhí)行元件的輸出力或輸出扭矩的大小，主要由供給的液壓力所決定。為了對油液壓力進行控制，并實現(xiàn)和提高系統(tǒng)的穩(wěn)壓、保壓、減壓、調壓等性能或利用壓力變化實現(xiàn)執(zhí)行機構的順序動作等，根據油液壓力和控制機構彈簧力相平衡的工作原理，人們設計制造了各種壓力控制閥。常見種類如下：圖2-1壓力控制閥的分類Fig.2-1 The classification of the pressure control valve3 溢流閥3.1 溢流閥的分類溢流閥的基本功用是：當系統(tǒng)的壓力達到或超過溢流閥的調定壓力時，系統(tǒng)的油液通過閥口溢出一些，以維持系統(tǒng)壓力近于恒定，防止系統(tǒng)壓力過載，保障泵、閥和系統(tǒng)的安全，此時的溢流閥常稱為安全閥或限壓閥。溢流閥的根據結構可分為直動型和先導型兩種。3.1.1直動型溢流閥圖3-1 直動型溢流閥結構簡圖Fig.3-1 Direct action-type relief valve structure diagram （a）錐閥式 (b)球閥式 (c)滑閥式 (d)溢流閥的基本符號 1-調壓螺栓 2-彈簧 3-閥芯 4-閥體（含閥座） 錐閥式和球閥式又叫座閥式溢流閥，特點是動作靈敏，密封性能好，配合沒有泄漏間隙，但導向性差，沖擊性較強，閥座閥芯易損壞?；y式由于閥口有一段密封搭合量，穩(wěn)定性較好，不易產生自激振動，但動作反應較慢。下面以錐閥式DBD直動型溢流閥為例說時其工作原理：圖3-2 錐閥式DBD直動型溢流閥（插裝式）Fig.3-2 Valve cone straight DBD-type relief valve (cartridge type)（a）結構圖 （b）局部放大圖 （c）簡化符號 （d）詳細符號1-偏流盤 2-錐閥 3-阻尼活塞 4-調節(jié)桿 5-調壓彈簧 6-閥套 7-閥座（1）工作原理: 設彈簧預緊力為,活塞底部面積為A則：當時,閥口關閉。當時,閥口即將打開,此時, , (開啟壓力)當時,閥口打開,穩(wěn)壓溢流或安全保護。 錐閥開啟后,得錐閥的力平衡方程為： 即： （3-1）式中 ： 、分別為彈簧剛度和預壓縮量（）;為閥芯自重（水平時不考慮）; 為閥芯與閥套間的摩擦力（）；為穩(wěn)態(tài)液動力（）；為射流力()。此處 , （3-2）（2） 調壓原理：調節(jié)調壓螺帽改變彈簧預壓縮量,便可調節(jié)溢流閥調整壓力。（3） 特點：從式（3-2）可知這種閥的進口壓力不受流量變化的影響,被控力變化很小,定壓精度高。但由于直接與平衡,若較高,較大時,就相應地較大,不但手調困難,且略有變化,變化較大,所以一般用于低壓小流量場合。3.1.2先導式溢流閥 先導閥 -直動式錐閥，硬彈簧。（1）組成 : 帶有導向圓錐面的錐閥（二級同心式）和軟彈簧 主閥 滑閥和軟彈簧。 帶有多節(jié)導向圓錐面的錐閥（三級同心式）和軟彈簧圖3-3 YF型三節(jié)同心先導溢流閥（板式）Fig.3-3 YF 3-type pilot relief valve concentric (plate)1、閥體 2、主閥座 3、主閥芯 4、先導閥蓋5、先導閥座 6、先導閥錐式閥芯 7、調壓彈簧 8、調節(jié)桿 9、調壓螺栓 10、手輪 11、主閥彈簧先導型溢流閥的先導閥是一個小規(guī)格的錐閥式直動溢流閥，其彈簧用于調定主閥部分的溢流壓力。主閥的彈簧不起調壓作用，僅是為了克服摩擦力使主閥芯及時回位而設置。(2) 工作原理：設為先導閥閥座孔面積（）,、為先導閥彈簧預緊力、剛度,、為主閥彈簧預緊力、自重、摩擦力、剛度。當時,導閥關閉,主閥也關閉。當時,導閥打開,主閥兩端產生壓差:當 時,主閥關閉。時,主閥打開穩(wěn)壓溢流或安全保護。得主閥芯和導閥的力平衡方程分別為：由上兩式可得溢流閥進口壓力為： （）（3-3）調壓原理：調節(jié)調壓螺帽,改變硬彈簧力,即可改變壓力。特點: 溢流閥穩(wěn)定工作時,主閥閥芯上部壓力小于下部壓力。 即使下部壓力較大,因有上部壓力,彈簧可做得較軟,流量變化引起閥心位置變化時,彈簧力的變化量較小,壓力變化小。 又 調壓彈簧調好后,上部壓力為常數。 壓力隨流量變化較小,克服了直動式溢流閥的缺點。 還 先導閥的溢流量僅為主閥額定流量的1%左右 先導閥閥座孔的面積、開口量、調壓彈簧剛度都不必很大 先導型溢流閥廣泛用于高壓、大流量場合。3.2溢流閥的主要性能3.2.1 靜態(tài)特性：（1）壓力調節(jié)范圍定義：調壓彈簧在規(guī)定范圍內調節(jié)時，系統(tǒng)壓力平穩(wěn)（壓力無突跳及遲滯現(xiàn)象）上升或下降最大和最小調定壓力差值。（2）啟閉特性定義：溢流閥從開啟到閉合全過程的被控壓力與通過溢流閥的溢流量之間的關系。 一般用溢流閥處于額定流量、額定壓力時，開始溢流的開啟壓力和停止溢流的閉合壓力分別與的百分比來表示。開啟壓力比： 閉合壓力比： 兩者越大及越接近,溢流閥的啟閉特性越好。一般規(guī)定：開啟壓力比應不小于，閉合壓力比應不小于，其靜態(tài)特性較好。(3) 卸荷壓力：當