液壓控制閥的研究與設(shè)計

1、液壓控制閥的研究與設(shè)計-1 -液壓控制閥的研究與設(shè)計第 1 章緒論液壓技術(shù)作為一門新興應(yīng)用學(xué)科，雖然歷史較短，發(fā)展的速度卻非常驚人。液壓設(shè)備能傳遞很大的力或力矩，單位功率重量輕，結(jié)構(gòu)尺寸小，在同等功率下，其重量 的尺寸僅為直流電機(jī)的10%20%左右；反應(yīng)速度快、準(zhǔn)、穩(wěn)；又能在大范圍內(nèi)方便 地實現(xiàn)無級變速；易實現(xiàn)功率放大；易進(jìn)行過載保護(hù)；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(yīng)用在鍛壓機(jī)械、工程機(jī)械、機(jī)床工業(yè)、汽車工 業(yè)、冶金工業(yè)、農(nóng)業(yè)機(jī)械、船舶交通、鐵道車輛和飛機(jī)、坦克、導(dǎo)彈、火箭、雷達(dá)等 國防工業(yè)中。液壓傳動設(shè)備一般由四大元件組成，即動力元件 一一液壓泵；執(zhí)行元件一一液

2、壓 缸和液壓馬達(dá)；控制元件 一一各種液壓閥；輔助元件一一油箱、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(shè) 計動作以控制、實施整個液壓系統(tǒng)及設(shè)備的全部工作功能。1.1 液壓技術(shù)的發(fā)展歷史液壓傳動理論和液壓技術(shù)發(fā)展的歷史可追溯17世紀(jì)，當(dāng)時的荷蘭人史蒂文斯(Strvi nus)研究指出，液體靜壓力隨液體的深度變化，與容器的形狀無關(guān)。之后托 里塞勒(Torricelli)也對流體的運(yùn)動進(jìn)行研究。17世紀(jì)末，牛頓對液體的粘度以及浸入 運(yùn)動流動體中的物體所受的阻力進(jìn)行了研究。18世紀(jì)中葉，伯努利提出的流束傳遞能量理論及帕斯卡提出的靜壓傳遞原理，使液壓理論有了關(guān)鍵性的

3、進(jìn)展。1795年英國倫敦的約瑟夫 布拉默(Joseph Bramah 17491814)創(chuàng)造了世界上第一臺水壓機(jī)-棉花、羊毛液壓打包機(jī)。1905年，詹尼(Janney)設(shè)計了一臺帶軸向柱塞泵的油壓傳 動與控制裝置，并于1906年成功地應(yīng)用在弗吉尼亞號戰(zhàn)艦的炮塔俯仰、轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)中。1936年，哈里.威克斯(Harry Vikers)提出了包括先導(dǎo)式溢流閥在內(nèi)的些液壓控制元 件有力地推動了液壓技術(shù)的進(jìn)步。1958年美國麻薩諸塞州理工學(xué)院的布萊克本(Blackburn)、李詩穎創(chuàng)造了電液伺服閥，并于1960年發(fā)表了對液壓技術(shù)有杰出貢獻(xiàn)的論著- 流體動力控制?，F(xiàn)在由于微型計算機(jī)與液壓技術(shù)日益密切的結(jié)合，

4、對液壓控制閥提出了更高、更 新的要求，液壓控制已開始形成了一個分支學(xué)科，繼續(xù)不斷不斷地向高、精、尖的方 向發(fā)展。1.2 我國液壓閥技術(shù)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(jī)床制造工業(yè)發(fā)展的迫切需求，50年代初期，上海機(jī)床廠、天津液壓件廠仿造了蘇聯(lián)的各類低壓泵、閥。常州工學(xué)院-2 -隨后，以廣州機(jī)床研究所為主，在引進(jìn)消化國外中低壓元件制造技術(shù)的基礎(chǔ)上， 自行設(shè)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(chǎn)。60年代初期，為適應(yīng)液壓工程機(jī)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

5、進(jìn)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(shù)和制造、試驗設(shè)備，并據(jù)此發(fā)展、設(shè)計成我國的中高壓液壓閃系統(tǒng)（簡稱 榆次型）。1968年，當(dāng)時的一機(jī)部組織有關(guān)單位，在公稱壓力21MPa液壓閥的基礎(chǔ)上，設(shè)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(chǎn)。為使產(chǎn)品實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、系列化，我國于1973年再次組成 液壓閥聯(lián)合設(shè)計組”在總結(jié)國產(chǎn)高壓閥設(shè)計、生產(chǎn)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，借鑒了國外同類產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，性能、 工藝特點，又增補(bǔ)了多種規(guī)格和新品種，并使國產(chǎn)閥的安裝連接尺寸首次符合國際標(biāo) 準(zhǔn)。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(shè)計。197

6、8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(chǎn)品簡稱為“82年聯(lián)合設(shè)計型高壓液壓閥系列 ”為適應(yīng)高壓、大流量的液壓傳動要求，濟(jì)南鑄鍛研究所、上海704研究所和北京冶金液壓機(jī)械廠等單位，自1976年開始，還引進(jìn)、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(jī)床在機(jī)械制造行業(yè)中的廣泛應(yīng)用，1975年，大連組合機(jī)床研究 引進(jìn)、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(chǎn)，從無到有，發(fā)展很快，取得

7、了巨 大的成績。但與國外同類產(chǎn)品相比，品種和性能指標(biāo)還有較大差距。 為了提高我國液 壓行業(yè)的綜合素質(zhì)，國家機(jī)械部制定了以下調(diào)整原則：A類重點發(fā)展產(chǎn)品（包括國產(chǎn)的電液伺服閥、比例閥和數(shù)字控制閥以及引進(jìn)、消 化德國力士樂公司的壓力為21、35、63MPa，通徑為632mm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(chǎn)品（包括目前應(yīng)用面廣、市場需求最大，一時尚無替代產(chǎn) 品；國內(nèi)70年代、80年代開發(fā)的，現(xiàn)在已成為主導(dǎo)產(chǎn)品，雖然技術(shù)上達(dá)不到國際80年代水平，但需要保留一段時間的產(chǎn)品。）C類限制發(fā)展和逐步淘汰產(chǎn)品。（指水平低，性能差，耗能耗材的產(chǎn)品，不符合 標(biāo)準(zhǔn)的落

8、后產(chǎn)品，不符合標(biāo)準(zhǔn)的老產(chǎn)品，具體指我國50、60年代設(shè)計的廣州型中低壓系列，及與之相仿的早期產(chǎn)品。）1.3 本課題的目的及研究范圍作為工科類院校，特別是機(jī)械專業(yè)，液壓技術(shù)是一門必不可少的課程，但由于 學(xué)科本身內(nèi)液壓控制閥的研究與設(shè)計-3 -容的復(fù)雜程度和教學(xué)條件的限制， 不能輕易地使教師講得清楚，學(xué)生聽得 明白。有監(jiān)于此，本課將重點對液壓控制閥部分進(jìn)行理論研究， 主要研究對象為溢流 閥、減壓閥和順序閥。常州工學(xué)院-4 -第 2 章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(fù)雜，按工作原理可劃分為以下幾種：通斷式控

9、制元件（即開關(guān)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。本章及后續(xù)幾章將就常用壓力控制閥進(jìn)行詳細(xì)論述。2.1 壓力控制閥的分類：在液壓傳動系統(tǒng)中，液流的壓力是最基本的參數(shù)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(jìn)行控制，并實現(xiàn)和提卸荷溢流閥（單向溢流閥）-單向減壓閥溢流閥-定差減壓閥定比減壓閥順序閥_r直動型順序閥|先導(dǎo)型順序閥壓力繼電器高系統(tǒng)的穩(wěn)壓、保壓、減壓、調(diào)壓等性能或利用壓力變化實現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的順序動作等, 根據(jù)油液壓力和控制機(jī)構(gòu)彈簧力相平

10、衡的工作原理，人們設(shè)計制造了各種壓力控制 閥。常見種類如下：L 直動型一直動式一差動式L 普通溢流閥一三節(jié)同心式.先導(dǎo)型一 二節(jié)同心式滑閥式遠(yuǎn)程調(diào)壓閥溢流閥電磁溢流閥一三節(jié)同心式二節(jié)同心式液壓控制閥的研究與設(shè)計2.2 我國常用的壓力控制閥型號及意義表示2.2.1 6.3MPa以下中低壓系列（廣州型）I名 稱溢流閥Y低壓1溢流閥P減壓閥J單向減壓閥JI順序閥X液動順序閥XY單向順序閥XI電磁溢流閥（交流）YrE改最主進(jìn)大要序工規(guī)號作壓力(MPa)A=1B=2.格J、- - U省略啟.2K=0.6L=1.6M=4管式（省略）_連接方式一板式：B法蘭式：F對閥：流量L/min）對壓力繼電器壓力（MP

11、a）222中咼壓系列（榆次型）名稱控 制方 式帝閥機(jī)能溢流閥電磁溢流閥YD、2 DE、2 EOH卸荷溢流閥XYF減壓閥JF單向減壓閥JDF順序閥X2F遠(yuǎn)控溢流閥X3F卸荷溢流閥X4F平衡閥XD1F單向順序閥XD2F遠(yuǎn)控單向順序閥XD3F223高壓系列（聯(lián)合設(shè)計組）名稱結(jié)構(gòu) 代號控 制 方 式-躊閥機(jī)能溢流閥（含遠(yuǎn)程高壓閥）0、電磁溢流閥YF1、ID1 1 . |212、EOH卸荷溢流閥HF3、減壓閥J單向減壓閥JA內(nèi)控順序閥X內(nèi)控單向順序閥XA、表外控順序閥XY外控單向順序閥XA0Y卸荷閥:H省單點壓力繼電器PD略雙點壓力繼電器2PD平衡閥PH公稱壓力(MPa)-5 -改進(jìn)序號- m公稱通徑(

12、m一 L-螺紋式B-板式-P-法蘭式調(diào)壓范圍（MPa）公稱通徑（mm）a調(diào)壓范圍葉工廠代號B: 0.57C: 3.514H:721K: 1435H1: 0.68H2: 416H3: 820H4:1631.5L-螺紋式B-板式（可省略）P-法蘭式溢流閥、減壓閥a0.66b416c820d1631.5順 頁序閥a0.616b1.64c48壓力繼電器a0.66.3b420c1631.5常州工學(xué)院-6 -液壓控制閥的研究與設(shè)計224我國引進(jìn)的德國力士樂公司壓力閥系列（1）溢流閥不安電磁閥=（省略）調(diào)節(jié)手柄=1帶保護(hù)罩的調(diào)節(jié)螺栓=2帶鎖的調(diào)節(jié)手柄=3（2）減壓閥先導(dǎo)式減壓閥=DR；不帶通徑主閥芯的先導(dǎo)閥

13、：通徑 10=DBC,通徑 25、32=DRC（不標(biāo)通徑和連接方式）；帶主閥芯的先導(dǎo)閥=DRC（注明通徑 10 或 32、不注連接方式）公稱通徑板式連接=無標(biāo)記；管式連接=GX調(diào)節(jié)手柄=1;帶保護(hù)罩的調(diào)節(jié)螺栓=2;帶鎖的調(diào)節(jié)手柄=3DB30/ 辺G）迫 堵（通徑板式連接螺紋連接訂貨說明8=810=101016=20=2025=202532=3030先導(dǎo)型溢流閥=（省略）不帶插入式主閥芯的先導(dǎo)閥=DBC（不標(biāo)通徑） 帶插入式主閥芯的先導(dǎo)閥=DBC （標(biāo)通徑10或32）遠(yuǎn)程調(diào)壓閥=DBT （不標(biāo)通徑）（二位閥）常閉=A常開=B調(diào)節(jié)壓力（X109pa）控制油型式圖形符號交流電壓220V頻率50Hz=

14、W220-50hid直流電壓24 V=G24帶內(nèi)裝式整流器的直流電磁鐵（只Z5形插頭可以用）=W220Rg空無故障按鈕=無標(biāo)記有故障檢查按鈕=N板式連接=無標(biāo)記螺紋連接=G方形插頭=Z4大方形插頭=Z5帶指示燈的大方形插頭=Z5L:了牛礦物質(zhì)液壓油=無標(biāo)記磷酸脂液壓油=V更詳細(xì)的說明控制壓力 10MPa=100；控制壓力 31.5MPa=315控制油供排方式：內(nèi)供內(nèi)排=無 標(biāo)記；外供內(nèi)排=X;內(nèi)供外排=Y（ 泄漏油從丫口排岀）；外供外排=XY有單向閥=無標(biāo)記；沒有單向閥=M礦物質(zhì)液壓油=無標(biāo)記；磷酸脂 液壓液=V附加說明安電磁閥=W常州工學(xué)院-8 -30 系列=30液壓控制閥的研究與設(shè)計-9

15、-（3）順序閥型號總稱先導(dǎo)順序閥=無標(biāo)記不帶主閥芯的先導(dǎo)閥=C（不標(biāo)通徑）帶主閥芯的先導(dǎo)閥=C （標(biāo)明通徑 10 或 32）通徑（mm）: 10=10 ； 25=25; 32=32調(diào)節(jié)手柄=1；帶保護(hù)罩的調(diào)節(jié)螺栓=2; 帶鎖的調(diào)節(jié)手柄=3i n、30 系列=30最高調(diào)節(jié)壓力=210（105MPa）控制油供排方式：內(nèi)供內(nèi)排=無 標(biāo)記；外供內(nèi)排=X;內(nèi)供外排=Y（泄漏油從丫口排岀）；外供外排二 XY有單向閥=無標(biāo)記；沒有單向閥= MQ 礦物質(zhì)液壓油=無標(biāo)記；磷酸脂液壓液=V附加說明常州工學(xué)院-10 -第 3 章 溢流閥3.1 溢流閥的結(jié)構(gòu)和工作原理溢流閥的基本功用是：當(dāng)系統(tǒng)的壓力達(dá)到或超過溢流閥的

16、調(diào)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(jù)結(jié)構(gòu)可分為直動型和先導(dǎo)型兩種。3.1.1直動型溢流閥圖3-1直動型溢流閥結(jié)構(gòu)簡圖（a）錐閥式（b）球閥式（c）滑閥式（d）溢流閥的基本符號1-調(diào)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(dǎo)向性差，沖擊性較強(qiáng)，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(chǎn)生自激振動，但動作反應(yīng)較慢。(d)I PP(a)(b)P(c)液壓控制閥的研究與設(shè)計（a

17、）結(jié)構(gòu)圖（b）局部放大圖（c）簡化符號（d）詳細(xì)F面以錐閥式DBD直動型溢流閥為例說時其工作原理:圖3-2b）錐閥式DBD直動型溢流閥(c)(d)常州工學(xué)院-12 -111111IP11 / U 1.j進(jìn)油口1-偏流盤2-錐閥3-阻尼活塞4-調(diào)節(jié)桿5-調(diào)壓彈簧6-閥套7-閥座（1）工作原理：設(shè)彈簧預(yù)緊力為Ft,活塞底部面積為A貝當(dāng)PA Ft時，閥口打開,P-T穩(wěn)壓溢流或安全保護(hù)。 錐閥開啟后，由得錐閥的力平衡方程為：PA=K（X0+X）+G - Ff+Fs -Fj即:P= K（ X0+X）+G - Ff+Fs -Fj/A（3-1）式中：K、X。分別為彈簧剛度和預(yù)壓縮量（m）;G為閥芯自重（水平

18、時不考慮）：Ff為閥芯與閥套間的摩擦力（N）;Fs為穩(wěn)態(tài)液動力（N）;Fj為射流力（N）此處TFs=0, Fj=KX(N) P=( KX0+G - Ff)/A（2） 調(diào)壓原理：調(diào)節(jié)調(diào)壓螺帽改變彈簧預(yù)壓縮量，便可調(diào)節(jié)溢流閥調(diào)整壓力。（3） 特點：從式（3-2）可知這種閥的進(jìn)口壓力P不受流量變化的影響，被控力P變化很小，定壓精度高。但由于Ft直接與PA平衡若P較高,Q較大時,K就相應(yīng)地 較大,不但手調(diào)困難，且Ft略有變化,p變化較大，所以一般用于低壓小流量場合。3.1.2先導(dǎo)式溢流閥 先導(dǎo)閥-直動式錐閥，硬彈簧。（1）組成：VC帶有導(dǎo)向圓錐面的錐閥（二級同心式）和軟彈簧- 主閥滑閥和軟彈簧。L帶有

19、多節(jié)導(dǎo)向圓錐面的錐閥（三級同心式）和軟彈簧(3-2)遙控口XHW另出油口纟-9-KP符號液壓控制閥的研究與設(shè)計圖3-3 YF型三節(jié)同心先導(dǎo)溢流閥(板式)I、 閥體2、主閥座3、主閥芯4、閥蓋(先導(dǎo)閥體)5、先導(dǎo)閥座6、先導(dǎo)閥錐式閥芯7、調(diào)壓彈簧8、調(diào)節(jié)桿9、調(diào)壓螺栓10、手輪II、 主閥彈簧先導(dǎo)型溢流閥的先導(dǎo)閥是一個小規(guī)格的錐閥式直動溢流閥，其彈簧用于 調(diào)定主閥部分的溢流壓力。主閥的彈簧不起調(diào)壓作用，僅是為了克服摩擦力 使主閥芯及時回位而設(shè)置。(2)工作原理：設(shè)Ac為先導(dǎo)閥閥座孔面積(m2),Fx、Kx為先導(dǎo)閥彈簧預(yù)緊力、 剛度,Ft、G、Ff、Ky為主閥彈簧預(yù)緊力、自重、摩擦力。當(dāng)P2Ac

20、Fx時，導(dǎo)閥打開，主閥兩端產(chǎn)生壓差：p當(dāng)p Ft+G+Ff時，主閥打開穩(wěn)壓溢流或安全保護(hù)。由得主閥芯和導(dǎo)閥的力平衡方程分別為：PAP2A2= Ky(y+y)+G 土 Ff巳代=Kx(XX)由上兩式可得溢流閥進(jìn)口壓力為：R二 A2*KA(X0X) 丄Ky(y。 y) G 一 Ff(Pa)(3-3)A1AcA1調(diào)壓原理：調(diào)節(jié)調(diào)壓螺帽，改變硬彈簧力，即可改變壓力。特點：I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(diào)壓彈簧調(diào)好后，上部壓力為常數(shù)。壓力隨流量變化較小，克服了直動式溢流閥的

21、缺點。 還先導(dǎo)閥的溢流量僅為主閥額定流量的1%左右先導(dǎo)閥閥座孔的面積 AC、開口量X、調(diào)壓彈簧剛度 KX都不必很大 先導(dǎo)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(diào)節(jié)范圍定義：調(diào)壓彈簧在規(guī)定范圍內(nèi)調(diào)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(diào)定壓力差值。常州工學(xué)院-14 -（2）啟閉特性定義：溢流閥從開啟到閉合全過程的被控壓力p與通過溢流閥的溢流量q之間 的關(guān)系。一般用溢流閥處于額定流量、額定壓力Ps時，開始溢流的開啟壓力Pk和 停止溢流的閉合壓力PB分別與Ps的百分比來表示。開啟壓力比：藥=（Pk/Ps） 100%閉合壓力比

22、：PB=（ PB/Ps） 100%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(yīng)不小于90%，閉合壓力比應(yīng)不小于85%，其靜態(tài)特性較好。（3）卸荷壓力：當(dāng)溢流閥作卸荷閥用時，額定流量下進(jìn)、出油口的壓力差稱為卸 荷壓力。（4）最大允許流量和最小穩(wěn)定流量：溢流閥在最大允許流量（即額定流量）下工 作時應(yīng)無噪聲。322動態(tài)特性（1）壓力超調(diào)量：最大峰值壓力與調(diào)定壓力的差值。（2） 響應(yīng)時間：指從起始穩(wěn)定壓力與最終穩(wěn)態(tài)壓力之差的10%上升到90%的時間。（即圖3-4中A、B兩點的間的時間間隔）（3） 過渡過程時間：指從調(diào)定壓力到最終穩(wěn)態(tài)壓力的時間。（即圖3-4中B點到C點間的時間間隔）（

23、4） 升壓時間：指溢流閥自卸荷壓力上升至穩(wěn)定調(diào)定壓力所需時間。（即圖3-5的厶t1）（5）卸荷時間：指卸荷信號發(fā)出后由穩(wěn)態(tài)壓力狀態(tài)到卸荷壓力狀態(tài)所需的時間。（即圖3-5中的t2）液壓控制閥的研究與設(shè)計-15 -圖3-5溢流閥升壓與卸荷特性323先導(dǎo)型溢流閥的靜態(tài)特性分析：ArrPPC常州工學(xué)院-16 -以本次設(shè)計中繪制YF型溢流閥為例：具體尺寸見相關(guān)裝配圖及零件圖。(1)開啟過程：設(shè)額定排放壓力pn=16MPa,開啟壓力pk=14MPa,先導(dǎo)閥彈簧剛度為Kx=42N液壓控制閥的研究與設(shè)計-17 -/mm、預(yù)壓縮量為Xo=5mm，主閥彈簧剛度Ky=20N/mm、預(yù)壓縮量yo=4Omm額 定流量q

24、n=120L/min，主閥芯與閥孔間的摩擦力為Ff,上、下腔的液壓力分別為p2和pi,而其上下有效作用面積分別為A2和Ai 222222A2=(402-162)=1055 mm;Ai=(402-17.52)=1016 mm44A2J055=1.04 (符合在1.031.05之間的條件)A 1016主閥芯自重為：G=mg=0.18X9.8=1.764N,先導(dǎo)閥孔座面積為：丄22Ac=4.35=14.85 mm4穩(wěn)態(tài)時的主閥開度y=0.4mm,貝U：A.當(dāng)液壓系統(tǒng)壓力p1低于先導(dǎo)閥的開啟壓力pk時，先導(dǎo)閥保持關(guān)閉。根據(jù) 此時主閥芯受力條件為A1p1 A2p1+Kyy0+G+Ff式中 KX、Ky分別

25、為先導(dǎo)閥彈簧和主閥彈簧的剛度(N/m);X0、y0分別為先導(dǎo) 閥彈簧和主閥彈簧的預(yù)壓縮量(m)。此時閥口仍關(guān)閉。B.當(dāng)系統(tǒng)壓力上升到先導(dǎo)閥的開啟壓力 時，先導(dǎo)閥處于即將開啟但未開啟的狀態(tài)， 主閥芯受力關(guān)系仍為式(3-4)C.當(dāng)系統(tǒng)壓力升高超過先導(dǎo)閥開啟壓力 時，先導(dǎo)閥打開，液壓油經(jīng)由阻尼孔流向先 導(dǎo)閥再流回油箱。此時主閥芯上下兩腔將產(chǎn) 生壓力差，但尚未到達(dá)足以抬升主閥芯的程 度，根據(jù)1主閥芯的受力方程為：A1P1q A2P2q+Kyy0+G + Ff(3-5)D.當(dāng)系統(tǒng)壓力上升到主閥開啟壓力時， 通過阻尼孔的流量增大，產(chǎn)生的壓力差使主閥芯處于平衡狀態(tài)：根據(jù)有力平衡方程:A1P1n= A2P2n

26、+ Kyy0+G+Ff(3-6)圖3-6先導(dǎo)型溢流閥示意圖E.當(dāng)系統(tǒng)壓力高于主閥開啟壓力時，主閥開啟，根據(jù)其受力為(3-4)(3-7)常州工學(xué)院-18 -A pC/ D1yp1sin 2牛A2p2+Ky(y0+y )+G+Ff式中，y為主閥口的開度(m);日1為液體入射角，近似等于維閥半維角g=38.5();DI=16為主閥座孔直徑(m);根據(jù)主閥口流量系數(shù)Ci=0.770.8(取0.8)為。F.當(dāng)系統(tǒng)壓力升到調(diào)定壓力時，閥內(nèi)通過額定流量，根據(jù)此時主閥芯受力方程 為：APnCiOyPnsin2y = A p2n+Ky(yo+y)+G+Ff(3-8)到此，溢流閥開啟完成。(2)閉合過程：其過程與

27、開啟過程相反，但各關(guān)鍵點相似，不同的是由于摩擦力方向改變，造成 閥口的關(guān)閉壓力比相應(yīng)的開啟壓力要小。(3)靜態(tài)特性關(guān)系式先導(dǎo)型溢流閥在穩(wěn)態(tài)溢流條件下，滿足下列關(guān)系式：A.根據(jù)，主閥口出流方程式為CrD1ys inJ2 p1(m3/s)(3-9)式中，p1為受控壓力(Pa)，油液密度=900(kg/m3)，其他參數(shù)意義同前。B.主閥芯受力平衡方程式：A2p2=Ky(y0+y) + CD1yp1sin2+G二Ff(N) (3-10)式中，F(xiàn)f開啟時取正號，閉合時取負(fù)號；其余參數(shù)意義同前。C.通過主閥芯阻尼孔的流量方程式：阻尼孔結(jié)構(gòu)為細(xì)長孔，根據(jù)3其流量q=CA .2g - P2) (m3/s)(3

28、-11)式中阻尼孔截面積A012=0.785(m2);根據(jù)3阻尼孔的流量系數(shù)C =0.824D.先導(dǎo)閥口出流方程式根據(jù) 有：q=c*叫即(m3/s)(3-12)式中，根據(jù)3先導(dǎo)閥流量系數(shù)C2=0.77，先導(dǎo)閥閥座孔直徑d=4 (mm);x為先導(dǎo)閥 閥口的軸向開度(m);先導(dǎo)閥芯的半錐角2=20()。E.先導(dǎo)閥芯受力平衡方程式根據(jù) 有：Acpe=Kx(X0+x)+Cd XP2Sin22(N)(3-13)式中，各參數(shù)意義同前液壓控制閥的研究與設(shè)計-19 -溢流閥內(nèi)泄漏量：根據(jù)10按偏心環(huán)狀縫隙的流量公式來計算:DAr pg3q= 0.654 (cm /s)卩(L_Zb)(3-14)式中，主閥芯直徑

29、D=4(cm)主閥芯直徑D與閥體間的單邊配合間隙r=0.005(cm)公稱壓力Pg=16Mpa=16/0.09807 163.15( kgf/cm2)油液動力粘度J f=28.8 10-6900 = 2.592 10,(N s/m2)主閥芯與閥體的配合長度L=1.5(cm)L處均壓槽數(shù)Z=7均壓槽寬B=0.05(cm)3.3 溢流閥的基本應(yīng)用(1)穩(wěn)壓溢流回路：溢流閥和定量泵、節(jié)流閥并聯(lián)，閥口常開。(如圖3-7所示)在采用定量泵的液壓系統(tǒng)中，溢流閥與節(jié)流元件及負(fù)載并聯(lián)，泵的供油量大于節(jié) 流閥通道的需求量，此時，溢流閥作定壓閥使用，閥口常開，使多余的油液回油箱， 以保持節(jié)流閥進(jìn)口的系統(tǒng)壓力基本為

30、恒定值。(2)安全限壓回路：溢流閥和變量泵組合，正常工作時閥口關(guān)閉，過載時打開 壓力油經(jīng)閥口回油箱，油壓不再升高，起安全保護(hù)作用，故又稱安全閥。(如圖3-8所示)2.592 10工0.98072(kgf .s/cm) =0.0262(kgf.s/cm)則:q=0.6544 0.0053163.150.026 (1.5 - 7 0.05)33=1.76X0-(cm /s)常州工學(xué)院-20 -圖3-8安全限壓回路（3） 遠(yuǎn)程調(diào)壓回路：將先導(dǎo)式溢流閥的遠(yuǎn)程控制口K接遠(yuǎn)程調(diào)壓閥進(jìn)油口，并p遠(yuǎn)程 p主調(diào)（如圖3-9所示）（4） 系統(tǒng)卸荷回路：溢流閥和二位二通閥組合（先導(dǎo)式） （如圖3-10所示）將 先導(dǎo)

31、式溢流閥的遙控口K通過二位二通電磁換向閥直接與油箱連接，當(dāng)換向閥的P、O口處于聯(lián)通狀態(tài)時，系統(tǒng)卸荷（5）多級調(diào)壓回路（如圖3-11所示）圖3-7穩(wěn)壓溢流回路液壓控制閥的研究與設(shè)計-21 -（6）形成背壓圖3-9遠(yuǎn)程調(diào)壓回路圖3-10系統(tǒng)卸荷回路常州工學(xué)院-22 -圖3-11多級調(diào)壓回路高壓1低壓液壓控制閥的研究與設(shè)計-23 -第 4 章 減壓閥減壓閥是一種將出口壓力調(diào)節(jié)到低于進(jìn)口壓力的控制閥。 用于減低系統(tǒng)中某一分 支液壓油路的壓力，以滿足液壓設(shè)備執(zhí)行元件的需要，常見于各種液壓控制系統(tǒng)、夾 緊系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)及潤滑系統(tǒng)中。根據(jù)減壓閥的工作特點，可分為：定壓輸出減壓閥、 定差減壓閥、定值減壓閥。4

32、.1 減壓閥和結(jié)構(gòu)及工作原理4.1.1定壓輸出減壓閥減壓原理：利用油液在某個地方的壓力損失，使出口壓力低于進(jìn)口壓力，并保持 恒定，故稱定值減壓閥。(1) 出口壓力控制式先導(dǎo)型定壓輸出減壓閥結(jié)構(gòu)如下：圖4-1定壓輸出減壓閥(a)結(jié)構(gòu)；(b)先導(dǎo)型定壓輸出減壓閥符號；(c) 一般符號1-調(diào)壓手輪；2-調(diào)節(jié)螺釘；3-錐閥；5-閥蓋；6-閥體；7-主閥；P3進(jìn)油口泄油口遙控口K常州工學(xué)院-24 -8-端蓋9-阻尼孔；10-主閥彈簧；11-高壓彈簧液壓控制閥的研究與設(shè)計-25 -工作原理：液壓油由進(jìn)口P1經(jīng)減壓口變?yōu)镻2,再經(jīng)通道進(jìn)入主閥7下腔，再經(jīng)阻尼孔9進(jìn)入主閥上腔和先導(dǎo)閥前腔，然后通過錐閥座4中的

33、阻尼孔后作用在錐閥3上。設(shè)A、Ac分別為主閥和先導(dǎo)閥有效作用面積(m2)；Kx、Ky分別為先導(dǎo)閥和主閥 彈簧剛度(N/m)；Xo、X分別為先導(dǎo)閥彈簧預(yù)壓縮量和開口量(m)；丫0、丫、Ymax分別為主閥彈簧預(yù)壓縮量、主閥開口量和最大開口量(m),則：當(dāng)：P3AcFt時，先導(dǎo)閥關(guān)閉，主閥上下兩端不產(chǎn)生壓力差當(dāng)：P3AcFt時，先導(dǎo)閥打開，主閥上下兩端產(chǎn)生壓力差，主閥芯提升，起減 壓作用忽略穩(wěn)態(tài)液動力時，根據(jù) 先導(dǎo)閥和主閥的力平衡方程為：卩3代二Kx(X。X)P2A二RA Ky(Y0Ymax-丫)所以，出口壓力：Kx(XoX) Ky(YoYmax丫)P2=AcA又X Xo，Y Xo+ Ymax,Ky

34、很小-Ky(YoYmax-Y)C(常數(shù)).卩2=KxXoCA調(diào)節(jié)調(diào)壓彈簧，改變硬彈簧力，即可改變出口壓力。特點：在減壓閥出口油液不再流動時，由于先導(dǎo)閥卸油仍未停止，減壓口仍有 油液流動，閥就處于工作狀態(tài)，出口壓力也就保持調(diào)定壓力不變。(2) 進(jìn)口壓力控制式先導(dǎo)型定壓減壓閥結(jié)構(gòu)如下圖(4-1)(4-2)(4-3)(4-4)常州工學(xué)院-26 -圖4-2 DR2030型定壓輸出減壓閥I、 閥體2、主閥芯3、閥套4、單向閥5、主閥彈簧6、控制油流量恒定器7、先導(dǎo)閥芯8調(diào)壓彈簧I、固定阻尼II、可變阻尼工作原理：設(shè)A、Ac分別為主閥和先導(dǎo)閥有效作用面積(m2);Kx、Ky分別為 先導(dǎo)閥和主閥彈簧剛度(N

35、/m)；Xo、X分別為先導(dǎo)閥彈簧預(yù)壓縮量和開口量 (m); 丫0、Y、Ymax分別為主閥彈簧預(yù)壓縮量、主閥開口量和最大開口量(m),則：當(dāng)：P3AcFt時，先導(dǎo)閥關(guān)閉，主閥上下兩端不產(chǎn)生壓力差當(dāng)：P3AcFt時，先導(dǎo)閥打開，主閥上下兩端產(chǎn)生壓力差，主閥芯提升，起減 壓作用，單向閥在出口壓力有沖擊時可迅速開啟卸荷。主閥芯力平衡方程：P2A二P3A Ky(YoYmax-Y)(4-5)又YvP2圖4-3定差減壓閥（a）工作原理；（b）符號工作原理：高壓油P1經(jīng)節(jié)流口減壓后以低壓P2流出，同時低壓油經(jīng)閥芯中心 孔將壓力P2傳至閥芯上腔，其進(jìn)出油壓在閥芯有效作用面積上的壓力與彈簧力相平 衡根據(jù)有：（4-

36、7）式中，K、X0分別為彈簧剛度（N/m）和預(yù)壓縮量（m）;P1、P2、X、D和d如圖4-3所示。應(yīng)用：與節(jié)流閥組合作調(diào)速閥，使通過節(jié)流閥的流量基本不受外界負(fù)載影響。4.1.3定比減壓閥減壓原理：利用油液在某個地方的壓力損失，使進(jìn)出口壓差或出口壓力與某一負(fù) 載壓力之比為常數(shù)并保持恒定，故稱定比減壓閥。外部回油閥口常開 閥心三凸肩一般串聯(lián)于系P1(b)P=P1- P2K (X。X)-：(D-d2)/4(Pa)DxP1-P2=常數(shù)P1一P2常州工學(xué)院-28 -工作原理：高壓油P1經(jīng)過 壓 口后從以P2流出，同時低壓油 用 于閥芯上腔，若忽略剛度很小 彈 簧力，則有近似的閥芯平衡方 式：PL戌P2

37、d2由上式可知道只要選擇適 當(dāng)?shù)拇笮≈闹睆奖?，即?獲得所需的進(jìn)、出口壓力比。圖4-4定比減壓閥（a）、工作原理；（b）、符號4.2 減壓閥的主要性能（1） 調(diào)壓范圍（2） 壓力特性（3） 流量特性4.3 減壓閥的基本應(yīng)用：減壓或穩(wěn)壓圖4-5是一種常見的減壓回路，圖中系統(tǒng)的最大工作壓力由溢流閥4加以調(diào)節(jié)，主油路是油液從泵5經(jīng)順序閥3通過電液換向閥的主通道去執(zhí)行部件。 電液換向閥2的控制用低壓油、由減壓閥1將主油路的部分油液減壓后供給。這樣右節(jié)省一只低壓 供油泵。當(dāng)換向閥使主油路卸荷時（圖示狀態(tài)），為避免減壓閥進(jìn)口油壓力為零（即 無減壓油輸出），從而不能控制換向閥動作，所以在系統(tǒng)中接入順序閥

38、3以產(chǎn)生背壓。P2(b)液壓控制閥的研究與設(shè)計-29 -2電液換向閥丄- IBe圖4-6鎖緊系統(tǒng)中的單向減壓回路如圖4-6所示，系統(tǒng)中僅有一臺高壓泵，但側(cè)向鎖緊液壓缸需要用低壓油，故需交油液減壓。單向減壓閥接于鎖緊缸換向閥之間。此缸工作時（活塞右移），油液經(jīng)減壓閥進(jìn)入該缸活塞腔，此缸回程時，活塞腔油液經(jīng)單向閥排油，減壓閥不起作用。4溢流閥3順序閥1減壓閥5液壓泵圖4-5減壓回路常州工學(xué)院-30 -第 5 章 順序閥順序閥是控制液壓系統(tǒng)中液壓泵或液壓馬達(dá)等執(zhí)行元件進(jìn)行順序動作的壓力控 制閥。根據(jù)控制方式，可分為直控式和液控式兩大類。直控式又叫內(nèi)控式，它是直接 利用順序閥進(jìn)口油路本身的壓力來控制閥

39、門的動作；液控式又叫遠(yuǎn)控式、外控式，它是利用外來控制油液的壓力，對閥門的動作進(jìn)行控制。根據(jù)順序閥的結(jié)構(gòu)可分直動型 和先導(dǎo)型兩種。順序閥的結(jié)構(gòu)與溢流閥十分相似，不同的是溢流閥的出油口直接接油 箱而順序閥的出油口接下一液壓元件。5.1 順序閥的結(jié)構(gòu)和工作原理圖5-1先導(dǎo)型順序閥（a）、外控式；（b）、內(nèi)控式；（c）先導(dǎo)型順序符號；（d）般符號（或直 動型順序閥）工作原理：設(shè)Ac、Ft、P3分別為先導(dǎo)閥閥芯有效作用面積、彈簧預(yù)緊力和閥前壓 力，則當(dāng)P3AcFt,閥口打開，下一個執(zhí)行元件動作。調(diào)節(jié)調(diào)壓螺釘，改變彈簧力，即可改變開啟壓力。先導(dǎo)式順序閥結(jié)構(gòu)如下:(a)液壓控制閥的研究與設(shè)計-31 -特點：閥出口通壓力油，外泄漏量很大，必須專門設(shè)置一泄漏油口以使其正常工 作。如圖5-2所示的是DZ型順序閥，此閥的特點是壓力油直接作用于滑閥式先導(dǎo)閥，并且泄漏油不流向泄油口L而是流向出油口P2，主閥上腔油壓與先導(dǎo)滑閥所調(diào)壓力無關(guān)，故出口壓力近似等于進(jìn)口壓力。所以DZ型順序閥的泄漏量和功率損失較小。3圖5-2 DZ型順序閥1-阻尼孔；2-主閥芯；3-先導(dǎo)滑閥表5-1順序閥的職能符號控制與 泄油方 式內(nèi)控外泄外控外泄內(nèi)控內(nèi)泄外控內(nèi)泄內(nèi)控外泄 加單向閥外控外泄 加單向閥內(nèi)控內(nèi)泄 加單向閥外控內(nèi)泄 加單向閥名稱順序閥外控 順序閥背壓閥卸荷閥內(nèi)控單向順序閥外控單向順序