畢業(yè)論文-液壓閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及工作過程仿真

1、太原工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)XLIX第1章 緒論即動力元件，執(zhí)行元件，控制元件，輔助元件等是組成液壓傳動設(shè)備的四大元件。液壓閥的左右是用來控制液壓傳動系統(tǒng)的油流方向，壓力和流量；實(shí)現(xiàn)執(zhí)行元件的設(shè)計(jì)動作以控制、實(shí)施整個(gè)液壓系統(tǒng)及設(shè)備的全部工作功能。作為新興的科學(xué)技術(shù)，液壓雖然發(fā)展沒多久，可是發(fā)它的速度卻不是很慢。液壓設(shè)備的特點(diǎn)是能傳遞很大的功和力，結(jié)構(gòu)尺寸小，單位功率重量輕，在相同的情況下，它是直流電機(jī)的10%20%；更能在較大范圍內(nèi)方便地實(shí)現(xiàn)功率放大；能夠?qū)崿F(xiàn)無級變速；能夠行過載保護(hù)；還能自動潤滑，制造成本相對低，壽命相對較長。1.1 液壓技術(shù)的發(fā)展歷史 17世紀(jì)液壓技術(shù)開始了它的發(fā)展歷史篇章，在當(dāng)是

2、荷蘭人史蒂文斯（Strvinus）的研究中，液體的靜壓力是和容器的形狀沒有關(guān)系的，它隨著液體的深度而變化。后來托里塞勒(Torricelli)和牛頓也分別對流體的運(yùn)動和流動體的阻力在物體中的大小展開了一系列研究，牛頓的研究相對較晚在17世紀(jì)末。到了18世紀(jì)中期，液壓技術(shù)有了新的關(guān)鍵性的發(fā)現(xiàn)，那是尼德蘭的伯努利的流速能傳遞理論和另一個(gè)人提出的液壓傳遞原理。1795年約瑟夫.布拉默(Joseph Bramah 17491814)成功研制出了當(dāng)時(shí)世界第一臺液壓機(jī)即羊毛、棉花液壓打包機(jī)。在那不久之后，帶軸向柱塞泵的油壓傳動與控制裝置被詹尼（Janney）設(shè)計(jì)了出來，并在之后一年中在弗吉尼亞號戰(zhàn)艦的炮塔

3、俯仰、轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)中成功應(yīng)用。在以后的幾十年中經(jīng)過數(shù)位科學(xué)家的努力，出現(xiàn)了包括先導(dǎo)式溢流閥在內(nèi)的一些液壓控制元件，使得液壓技術(shù)走向了更高的一個(gè)層次，帶來更好的發(fā)展。再之后，電液伺服閥的誕生和流體動力控制的發(fā)表對液壓技術(shù)也作出了巨大的貢獻(xiàn)。液壓控制技術(shù)在當(dāng)今社會已經(jīng)慢慢形成了一個(gè)新的學(xué)科分支，由于液壓技術(shù)與微型計(jì)算機(jī)相互結(jié)合關(guān)系日益密切，更新、更高的要求，并且不斷地使液壓控制技術(shù)向精、尖、高的方向不斷發(fā)展。1.2 我國液壓閥技術(shù)的發(fā)展概況 建國初期到第一個(gè)五年計(jì)劃開始，工業(yè)發(fā)展技術(shù)日益成熟，我國液壓控制技術(shù)開始嶄露頭角。液壓閥在工業(yè)發(fā)展中越來越突出他的重要性，開始在我國各地液壓元件廠進(jìn)行仿造當(dāng)時(shí)蘇聯(lián)

4、的各種低壓泵，閥等。這算是我國液壓技術(shù)慢慢走向成熟的一個(gè)開端。到了60年代，液壓工程機(jī)械逐漸從中低壓向高壓方向的持續(xù)發(fā)展，為了適應(yīng)這種發(fā)展趨勢，我國引進(jìn)了由日本油研公司開發(fā)的公稱壓力為21MPa的中高壓液壓閥系列，還有引進(jìn)了所有的加工技術(shù)和制造、試驗(yàn)的設(shè)備，并根據(jù)據(jù)此發(fā)展、最終使其成為我國簡稱為榆次型的系統(tǒng)（中高壓液壓系列）。1968年我國在中高壓液壓閥系列的21MP的基礎(chǔ)上，開發(fā)了一套31.5MPa（公稱壓力為）的高壓閥系列，之后開始投入批量生產(chǎn)。在1973年我國再次提議組成一個(gè)“液壓閥聯(lián)合設(shè)計(jì)組”，為的是使以后開發(fā)的產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)更加系列化、更加標(biāo)準(zhǔn)化、更加通用化。在通過吸取我國前面生產(chǎn)過的高壓

5、閥的經(jīng)驗(yàn)后，又通過對比了國外同類產(chǎn)品的差距、不同，取長補(bǔ)短，又增加了一些新規(guī)格和一系列產(chǎn)品。公稱壓力為31.MPa的高壓閥的新系列產(chǎn)品的終于在1977年完成設(shè)計(jì)。隨后一年內(nèi)，積極完成各種一系列的審查工作，開始在全國大量推廣使用。82年我國新開發(fā)的31MPa高壓閥初步定型。所以稱以上產(chǎn)品為“82年聯(lián)合設(shè)計(jì)型高壓液壓閥系列”。為適應(yīng)當(dāng)前工業(yè)發(fā)展液壓傳動要求，國內(nèi)幾家知名研究所和知名液壓機(jī)械廠等幾個(gè)單位，從76年開始，還引進(jìn)、消化和研制了CV閥，之后完成自主開發(fā)，并逐步開發(fā)拓張適用范圍，提高精度。另外我國又隨著工業(yè)發(fā)展領(lǐng)導(dǎo)吸取經(jīng)驗(yàn)自主研制開發(fā)出了疊加式液壓閥。第一個(gè)五年計(jì)劃到現(xiàn)在，我國液壓技術(shù)及液壓

6、閥的制造研發(fā)生產(chǎn)，逐步從零到有，經(jīng)驗(yàn)豐富，技術(shù)成熟精湛，在逐步、穩(wěn)定發(fā)展中取得巨大的成果。與世界液壓技術(shù)正在逐步拉進(jìn)距離。1.3 本課題的目的及研究范圍 在我們工科院校中，我們作為機(jī)械專業(yè)的學(xué)生，液壓技術(shù)是我們必修的一門重要課程之一，不過由于各種條件與實(shí)際情況，學(xué)校和老師并不能輕易地把其液壓技術(shù)這門課程給我們悉數(shù)傳授。因此，本課題此次將重點(diǎn)是對液壓閥的理論研究，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主要研究對象是溢流閥，節(jié)流閥，減壓閥的工作原理及過程。通過對幾個(gè)閥的研究的同事，進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，利用CAD結(jié)構(gòu)圖，裝配圖，并且利用軟件通過三維造型進(jìn)行閥的工作過程仿真了解其中的工作原理，并用動畫將其演示出來。并且通過本課題的研究

7、我們將會更加深刻清楚的認(rèn)識到液壓閥的特點(diǎn)，和能夠更加熟練的使用AutoCAD等相關(guān)軟件，對于以后步入社會工作有著巨大好處。第2章 液壓閥的分類 液壓閥是一種壓力油控制元件，使用廣泛，生活中處處可見。作為當(dāng)代社會液壓回路中必不可少的壓力油控制元件，在工業(yè)生產(chǎn)中占著一個(gè)及其重要的位置。通過液壓閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及工作過程仿真，我們可以更加了解其作用，和重要性。2.1 液壓閥的作用 用于降低并 HYPERLINK /view/1249515.htm t _blank 穩(wěn)定系統(tǒng)中某一支路的油液壓力，常用于夾緊、控制、潤滑等油路。有直動型、先導(dǎo)型、疊加型之分。 HYPERLINK /view/487506.h

8、tm t _blank 液壓傳動中用來控制液體壓力 HYPERLINK /view/66422.htm t _blank 流量和方向的元件。其中控制壓力的稱為 HYPERLINK /view/1173034.htm t _blank 壓力控制閥，控制流量的稱為 HYPERLINK /view/731745.htm t _blank 流量控制閥，控制通斷和流向的稱為 HYPERLINK /view/1173053.htm t _blank 方向控制閥。2.2 液壓閥的方向控制閥 按用途分為 HYPERLINK /view/1174232.htm t _blank 單向閥和 HYPERLINK /

9、view/1174202.htm t _blank 換向閥。單向閥：單向閥在管道中流體只能單向流動，當(dāng)流體有回流趨勢時(shí)單向閥阻斷。換向閥：在管道中起著在不同管道之間的改變其通斷作用，通?？筛鶕?jù)閥芯工作位置可分為二位、三位等工作位，又可通過通道數(shù)分為二、三、四、五通等。 60年代后期，在上述幾種 HYPERLINK /view/928731.htm t _blank 液壓控制閥的基礎(chǔ)上又研制出 HYPERLINK /view/538374.htm t _blank 電液比例控制閥。它的壓力、流量能隨輸入的電信號連續(xù)變化。電液比例控制閥按作用不同，相應(yīng)地分為電液比例壓力控制閥電液比例流量控制閥和電

10、液比例方向控制閥等。2.3 液壓閥的壓力控制閥 按用途分為溢流閥減壓閥和順序閥。溢流閥：控制液壓回路系統(tǒng)在達(dá)到指定壓力時(shí)使其達(dá)到穩(wěn)定的狀態(tài)。還有一種是用于液壓回路中的過載保護(hù)也稱安全閥。當(dāng)液壓回路系統(tǒng)出線問題是，回路中壓力迅速升高，有可能造成系統(tǒng)的損壞的情況下閥口會打開而實(shí)現(xiàn)溢流功能，用以保障液壓系統(tǒng)的安全。減壓閥：控制液壓分支回路中的液壓低于主回路中的液壓。順序閥：在液壓回路中使液壓回路中執(zhí)行元件按一定的順序來正常運(yùn)作。2.4 液壓閥的流量控制閥 流量控制閥按用途分為 5種。 HYPERLINK /view/91713.htm t _blank 節(jié)流閥：在調(diào)定節(jié)流口面積后，能使載荷壓力變化不

11、大和運(yùn)動均勻性要求不高的執(zhí)行元件的運(yùn)動速度基本上保持穩(wěn)定。 HYPERLINK /view/89859.htm t _blank 調(diào)速閥：液壓回路在運(yùn)作時(shí)壓力載荷變化過程中使節(jié)流閥的進(jìn)出口壓力差值恒定。這樣就能使液壓回路在工作過程中無論載荷的變化卻能保證進(jìn)出口壓力差值不變，保證執(zhí)行元件運(yùn)動速度達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。 HYPERLINK /view/9675.htm t _blank 分流閥：不論載荷大小，能使同一油源的兩個(gè)執(zhí)行元件得到相等流量的為等量分流閥或同步閥；得到按比例分配流量的為比例分流閥。集流閥：作用與分流閥相反，使流入集流閥的流量按比例分配。 HYPERLINK /view/2361272

12、.htm t _blank 分流集流閥：兼具分流閥和集流閥兩種功能。2.5 壓力閥的分類 2.5.1 壓力控制閥的分類 為了穩(wěn)定和提高液壓回路的穩(wěn)定壓強(qiáng)、保持壓強(qiáng)趨于一定值、在液壓回路中有效減壓、調(diào)整液壓回路中的液壓力等性能特性或利用液壓回路中壓力的變化實(shí)現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的正常工作等，根據(jù)彈簧力和液壓力的相平衡的工作原理，為了讓油液壓力進(jìn)行有效的控制人們設(shè)計(jì)制造了各種壓力控制閥。常見種類如下： 2.5.2 我國常用的壓力控制閥型號及意義表示 6.3MPa以下中低壓系列（廣州型） 中高壓系列（榆次型） 高壓系列（聯(lián)合設(shè)計(jì)組） 我國引進(jìn)的德國力士樂公司壓力閥系列:（1）溢流閥（2） 減壓閥 （3） 順序

13、閥第3章 溢流閥的設(shè)計(jì)3.1溢流閥的結(jié)構(gòu)和工作原理溢流閥在液壓回路中的基本作用是：當(dāng)回路系統(tǒng)中的油壓力達(dá)到或者高于某個(gè)設(shè)定的值時(shí)，油液就會從閥口溢出一定油液流回油箱，這樣就使得液壓回路中的壓力處在一個(gè)穩(wěn)定的裝袋，防止由于系統(tǒng)中壓力高于額定壓力而損壞系統(tǒng)，保證了液壓閥和液壓系統(tǒng)在工作過程中的安全，這時(shí)溢流閥又稱為安全閥。3.1.1 先導(dǎo)式溢流閥的設(shè)計(jì) 先導(dǎo)閥 -直動式錐閥，硬彈簧。（1）組成 : 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。 帶有多節(jié)導(dǎo)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(dǎo)溢流閥（板式）上圖：1為閥體 ； 2為主閥座； 3為主閥芯 ；

14、4為閥蓋（先導(dǎo)閥體）；5為先導(dǎo)閥座； 6為先導(dǎo)閥錐式閥芯； 7為調(diào)壓彈簧； 8為調(diào)節(jié)桿； 9為調(diào)壓螺栓 ；10為手輪； 11為主閥彈簧這先導(dǎo)閥是錐閥式直動溢流閥，規(guī)格相對來說不大，部分溢流壓力由其彈簧來調(diào)節(jié)。主閥的彈簧的作用就是讓其主閥芯能夠及時(shí)回位而設(shè)置的，而不是當(dāng)做調(diào)壓作用。設(shè)計(jì)溢流閥應(yīng)該考慮到它的公稱壓力；公稱流量；調(diào)壓范圍；卸荷壓力；內(nèi)泄漏量等； (2) 假設(shè)Ac作為先導(dǎo)閥閥座孔的面積（m）,Kx、Fx為先導(dǎo)閥彈簧剛度、預(yù)緊力,Ft、G、Ff、Ky為主閥彈簧預(yù)緊力、自重、摩擦力。當(dāng)P2Ac Fx時(shí),導(dǎo)閥打開,主閥兩端產(chǎn)生壓差:p p Ft+G+F時(shí),主閥打開穩(wěn)壓溢流或安全保護(hù)。由1得主

15、閥芯和導(dǎo)閥的力平衡方程分別為：由上兩式可得溢流閥進(jìn)口壓力為： （Pa）(3-3)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(diǎn): 因?yàn)?當(dāng)溢流閥的工作處在穩(wěn)定狀態(tài)的時(shí)候,主閥閥芯的下部壓力大于上部壓力。 所以當(dāng)閥心位置變化的時(shí)候是由流量的變化造成的,壓力、彈簧力的變化都比較小。彈簧可以做得相對較軟。 又因?yàn)檎{(diào)壓彈簧調(diào)好后,上部壓力為常數(shù)。 使得壓力隨流量變化比較小,克服了直動式溢流閥的缺點(diǎn)。 還因?yàn)?先導(dǎo)閥的溢流量和主閥額定流量的百分比為百分之一左右。 所以先導(dǎo)閥開口量x、閥座孔的面積AC、調(diào)壓彈簧剛度KX都不需要很大 所以先導(dǎo)型溢流閥比較合適在高壓大流量場合。3.2溢流閥的主要性能

16、3.2.1靜態(tài)特性(1) 壓力調(diào)節(jié)范圍定義：調(diào)壓彈簧在特定的一個(gè)范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)，液壓系統(tǒng)的壓力穩(wěn)定下降或者上升最小和最大的調(diào)定的壓力差（2）啟閉特性一般情況溢流的開啟壓力Pk、溢流的閉合壓力P分別和溢流閥的額定流量、額定壓力Ps的百分比來表示。開啟壓力比： =(Pk/Ps)100% 閉合壓力比： =( P/Ps)100% 一般情況下兩個(gè)數(shù)據(jù)越小百分比越相差，溢流閥的閉啟特性就越差，相反越好，開啟壓力比應(yīng)該大于90，閉合壓力比大于85%他的靜態(tài)特性較好卸荷壓力：當(dāng)溢流閥起著卸荷的作用的時(shí)候，額定流量下的進(jìn)、出口之間的壓力差值就稱為卸荷壓力最大允許流量和最小穩(wěn)定流量：溢流閥在被允許的最大流量作為

17、它的額定流量時(shí)溢流閥的工作應(yīng)該是沒有噪聲的；最小穩(wěn)定流量一般情況下就是額定流量的i5，由壓力的平穩(wěn)性要求而決定。3.2.2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(shí)間：指當(dāng)開始的穩(wěn)定壓力和最后得穩(wěn)態(tài)壓力兩者差從10%上升到90%時(shí)間比。 （3）過渡過程時(shí)間：指從一開始調(diào)定的壓力到壓力穩(wěn)定所需要的時(shí)間。（4）升壓時(shí)間：溢流閥有液壓力上升到穩(wěn)定壓力所需要的時(shí)間。（5）卸荷時(shí)間：一般是指卸荷信號開始發(fā)出之后從穩(wěn)態(tài)壓力狀態(tài)再到到卸荷壓力狀態(tài)所需的時(shí)間。流量階躍變化時(shí)的進(jìn)口壓力響應(yīng)特性溢流閥升壓與卸荷特性3.2.3 先導(dǎo)型溢流閥的靜態(tài)特性分析 （1）開啟過程：假設(shè)開啟壓力pk=

18、14MPa，額定排放壓力pn=16MPa，預(yù)壓縮量為X0=mm，先導(dǎo)閥彈簧剛度為Kx=2mm、主閥彈簧剛度y20N/mm、預(yù)壓縮量y0=40mm額定流量qn=120L/min，上、下腔的液壓力分別為p2和p1，主閥芯與閥孔間的摩擦力為Ff，而其上下兩個(gè)有效作用面積分別為A2與A1A2=1055 mm2； A1=1016 mm2=1.04 (符合在1.031.05 之間的條件)主閥芯自重為：G=mg=0.189.8=1.764N，先導(dǎo)閥孔座面積為：Ac=14.85 mm2穩(wěn)態(tài)時(shí)的主閥開度y=0.4mm，則：A. 當(dāng)先導(dǎo)閥的開啟壓力pk高于液壓系統(tǒng)壓力p1時(shí)，先導(dǎo)閥保持關(guān)閉。根據(jù)1此時(shí)主閥芯受力條

19、件為A1 p1 A2 p1+Kyy0+G+Ff (3-4)式中K、KXy分別為主閥彈簧與先導(dǎo)閥彈簧的剛度（N/m）；X0、y0分別是先導(dǎo)閥彈簧與主閥彈簧的預(yù)壓縮量（m）。此時(shí)閥口仍關(guān)閉。B. 當(dāng)液壓系統(tǒng)壓力上升到開啟壓力時(shí)，先導(dǎo)閥此時(shí)處于即將開啟但卻并沒有開啟的狀態(tài)下，主閥芯受力關(guān)系仍為式（3-4）C. 當(dāng)液壓系統(tǒng)壓力高到超過先導(dǎo)閥的開啟壓力時(shí)，先導(dǎo)閥打開，液壓油流經(jīng)由阻尼孔流向先導(dǎo)閥再流回油箱。此時(shí)主閥芯上腔和下腔將產(chǎn)生一定的壓力差，但還沒有到達(dá)足以抬升主閥芯的程度，所以根據(jù)1主閥芯的受力方程為：A1 p1q A2 p2q+Kyy0+G+Ff （3-5） 圖3-6 先導(dǎo)型溢流閥示意圖D. 當(dāng)

20、系統(tǒng)壓力上升到主閥開啟壓力時(shí)，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)1有力平衡方程：A1 p1n = A2 p2n + Kyy0+G+Ff （3-6） E. 當(dāng)液壓系統(tǒng)壓力高于主閥開啟壓力時(shí)，主閥開啟，根據(jù)1其受力為= A2 p2+Ky（y0+y）+G+Ff （3-7）式中，y 為主閥口的開度（m）；為液體入射角，近似等于維閥半維角=38.5（0）；D1=16為主閥座孔直徑（m）; 根據(jù)7主閥口流量系數(shù)C1=0.77.8(取.8)為。F. 當(dāng)系統(tǒng)壓力逐漸升到調(diào)定壓力時(shí)，閥內(nèi)通過的額定流量，根據(jù)1此時(shí)主閥芯受力方程為：= A2 p2n+Ky（y0+y）+G+Ff （3-8）

21、到此，溢流閥開啟完成。(2) 閉合過程：閉合過程與開啟過程正好是相反的，不過各個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)都相似，不同的是因?yàn)槟Σ亮Ψ较虻母淖?，造成閥口的開啟壓力比相應(yīng)的關(guān)閉壓力要大。(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)1，主閥口出流方程式為（m3/s） (3-9)式中，油液密度=900（kg/m3）,p1為受控壓力（a），其他參數(shù)意義和前面一樣。.主閥芯受力平衡方程式： A2 p2Ky（y0+y）+GFf（）（3-10）式中，F(xiàn)f閉合時(shí)取負(fù)號，開啟時(shí)取正號；其余參數(shù)意義和上面一樣。C. 通過主閥芯阻尼孔的流量方程式為：阻尼孔結(jié)構(gòu)為細(xì)長孔，根據(jù)3其流量q= (m3/s) (

22、3-11)式中阻尼孔截面積A0=0.785 （m2）; 根據(jù)3阻尼孔的流量系數(shù)C=0.82。D. 先導(dǎo)閥口出流方程式根據(jù)1有：q= (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=20（0）。E. 先導(dǎo)閥芯受力平衡方程式根據(jù)1有：Ac p2Kx（x0+x）（） （3-13）式中，各參數(shù)意義同前。(4) 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(jì)算： q= (cm3/s) (3-14)式中，主閥芯直徑 D=4（cm）主閥芯的直徑與閥體間的單邊配合間隙為 r=0.005（cm）公稱壓力

23、 Pg=16Mpa=16/0.09807163.15（kgf/cm2）油液動力粘度 （kgf.s/cm2）主閥芯與閥體的配合長度 =1.5（cm）處均壓槽數(shù) Z=7均壓槽寬 B=0.05（cm）則： q=1.7610-3 (cm3/s)3.3溢流閥的基本應(yīng)用（1） 穩(wěn)壓溢流回路：溢流閥和節(jié)流閥并聯(lián)，閥口常開。（2） 安全限壓回路：當(dāng)溢流閥通道內(nèi)油液壓力達(dá)到一定值事影響到系統(tǒng)的安全性，油液溢出流回油箱使得通道內(nèi)液壓穩(wěn)定起到安全保護(hù)系統(tǒng)作用,所以又稱安全閥。 圖3-7穩(wěn)壓溢流回路 圖3-8 安全限壓回路（3）遠(yuǎn)程調(diào)壓回路：運(yùn)程調(diào)壓進(jìn)油扣接到先導(dǎo)式溢流閥的控制口K上，并p主調(diào) p遠(yuǎn)程 （4）系統(tǒng)卸荷

24、回路：二位二通閥和溢流閥組合，先導(dǎo)式溢流閥的遙控口K通過二位二通閥直接與油箱連接，當(dāng)換向閥的P、O口處于聯(lián)通狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)卸荷（5）多級調(diào)壓回路（如圖3-11所示）（6）形成背壓 圖3-9遠(yuǎn)程調(diào)壓回路 圖3-10系統(tǒng)卸荷回路圖3-11多級調(diào)壓回路第4章 減壓閥的設(shè)計(jì)4.1 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：利用油液在某一支路中損失的一定壓力使得出口壓力降低并且保持固定值。(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 定壓輸出減壓閥上圖：(a)為結(jié)構(gòu) ；（b）為先導(dǎo)型定壓輸出減壓閥符號； （c）為一般符號其中：1是調(diào)壓手輪；2是調(diào)節(jié)螺釘；3是錐閥；5是閥蓋；6

25、是閥體；7是主閥；8是端蓋；9是阻尼孔；10是主閥彈簧；11是高壓彈簧工作原理：液壓油在進(jìn)口處P1經(jīng)過減壓口減壓處理變?yōu)镻2，再經(jīng)通道進(jìn)入減壓閥主閥7的下腔，再經(jīng)過阻尼孔9進(jìn)到主閥的上腔和先導(dǎo)閥得前腔，最后通過錐閥座4中的阻尼孔后作用在錐閥3上。假設(shè)Kx、Ky分別為先導(dǎo)閥和主閥 彈簧剛度(N/m)；A、Ac分別為主閥和先導(dǎo)閥有效作用面積（）；Y0、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)；X0 、X分別為先導(dǎo)閥彈簧預(yù)壓縮量和開口量（m），則：當(dāng)： P3AcFt時(shí)，先導(dǎo)閥關(guān)閉，主閥上下兩端不產(chǎn)生壓力差當(dāng)： P3AcFt時(shí)，先導(dǎo)閥打開，主閥上下兩端產(chǎn)生壓力差，主閥芯提升，起

26、減壓作用當(dāng)忽略穩(wěn)態(tài)液的動力時(shí)，根據(jù)1主閥和先導(dǎo)閥的力平衡方程為： (4-1) (4-2) 所以，出口壓力：P2= (4-3)又 X，Y+,Ky很小 C（常數(shù)） P2= (4-4)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(diǎn)：當(dāng)油液在減壓閥出口處停止、沒流動時(shí)，但是因?yàn)橄葘?dǎo)閥內(nèi)的卸油還沒有停止，所以減壓口還有油液在繼續(xù)流動，所以減壓閥還處在工作的狀態(tài)，所以減壓閥出口壓力一直保持固定狀態(tài)。（2）進(jìn)口壓力控制式先導(dǎo)型定壓減壓閥 結(jié)構(gòu)如下圖圖4-2 DR2030型定壓輸出減壓閥上圖：1是閥體； 2是主閥芯； 3是閥套 ； 4是單向閥 ；5是主閥彈簧； 6是控制油流量恒定器；7是先導(dǎo)閥芯； 8是調(diào)

27、壓彈簧；I是固定阻尼；II是可變阻尼。工作原理：假設(shè)X0、X分別為先導(dǎo)閥彈簧預(yù)壓縮量和開口量（m）；Y0、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)；Ky、Kx分別為先主閥和導(dǎo)閥彈簧剛度(N/m)；Ac、A分別為先導(dǎo)閥和主閥有效作用面積（m2）,則：當(dāng)： FtP3Ac時(shí)，先導(dǎo)閥關(guān)閉，主閥的上端和下端不產(chǎn)生壓力差當(dāng)： FtP3Ac時(shí)，先導(dǎo)閥打開，主閥的上端和下端就會產(chǎn)生壓力差，主閥芯提升，起到了減壓的作用,在出口壓力有沖擊時(shí)可以迅速開啟卸荷。主閥芯力平衡方程： (4-5)又 Y0.53時(shí)，屬于非臨界流動，用下面公式來計(jì)算節(jié)流閥的通過直徑： （4.1）2）當(dāng)P2/P10.53

28、可知，該處液體屬非臨界流動，選用公式（4.1）得節(jié)流閥1計(jì)算直徑為： 則節(jié)流閥1通過直徑為：5.2.2 節(jié)流閥7的直徑由P3/P2=6/11=0.5450.53可知,該處液體屬非臨界流動，選用公式（4.1）得節(jié)流閥7計(jì)算直徑為： 則節(jié)流閥1通過直徑為：總結(jié)得兩個(gè)節(jié)流閥的通過直徑如下表： 表4.3 節(jié)流閥的通過直徑 5.3 節(jié)流閥的選型一般情況下，節(jié)流閥可以分為角式和直通式兩種；還可以分為溝形、針形和窗形三種。上面是按通道方式來分，第二種是按閉啟條件的形狀來區(qū)分。 圖5.1 J44Y-160、J44Y-220、L44Y-160、L44Y-220型截止（節(jié)流）閥表5.1 截止（節(jié)流）閥性能參數(shù) 表

29、5.2a 截止（節(jié)流）閥的結(jié)構(gòu)尺寸及質(zhì)量 表5.2b 截止（節(jié)流）閥的結(jié)構(gòu)尺寸及質(zhì)量 表5.3 主要零件材料 由表3-1、表3-3可得，節(jié)流閥1（16MPa；9.50mmGO）節(jié)流閥7（11MPa；11.14mm）的選定型號見下表：表5.4 選定的設(shè)備型號型號釋義： L44Y-160：手柄傳動節(jié)流閥喲賣花法蘭連接、角式、它的密封面材料為硬質(zhì)合金、閥體材料為碳素鋼、公稱壓力16MPa。第6章工作過程仿真6.1主要研究內(nèi)容(1) 液壓閥工作原理的分析；(2) 液壓閥的零件圖的繪制；(3) 液壓閥裝配圖的組裝；(4) 液壓閥工作原理的動畫演示。前文總共有溢流閥，減壓閥節(jié)流閥幾種典型的液壓閥節(jié)流閥。因

30、溢流閥應(yīng)用最為廣泛，所以本文以溢流閥為例詳細(xì)敘述整個(gè)仿真設(shè)計(jì)過程。6.2 溢流閥的設(shè)計(jì)過程 6.2.1 溢流閥的結(jié)構(gòu)組成及工作原理溢流閥主要有閥蓋、閥體、閥芯、調(diào)壓螺帽、調(diào)節(jié)桿、緊鎖螺母、先導(dǎo)閥體、先導(dǎo)閥芯組成。其工作原理是壓力油自閥體底部的閥口進(jìn)入，并通過阻尼孔和閥蓋上的通道作用于錐閥上，當(dāng)進(jìn)油壓力小于先導(dǎo)閥調(diào)壓彈簧的調(diào)定值時(shí)，先導(dǎo)閥關(guān)閉，同時(shí)由于主閥心的上端稍大，作用于主閥心上的壓力差和主閥彈簧力均使主閥口壓緊，不溢流。當(dāng)進(jìn)油壓力超過先導(dǎo)閥調(diào)壓彈簧的調(diào)定值時(shí)，先導(dǎo)閥打開，使進(jìn)油口的壓力油經(jīng)阻尼孔通道、先導(dǎo)閥口、主閥心中心孔至閥體下部出油口進(jìn)行溢流。阻尼孔處的壓力損失使主閥心上下腔中的油液產(chǎn)

31、生一個(gè)隨先導(dǎo)閥流量增加而增加的壓力差，當(dāng)它在主閥心上下面上作用力的差足以克服主閥彈簧力、主閥心自重和摩擦力之和時(shí)，主閥心開啟，此時(shí)進(jìn)油口和出油口直接相通，進(jìn)行溢流，以保持閥前壓力恒定。6.2.2 零件的創(chuàng)建零件的創(chuàng)建主要包括以下幾部分：（1）閥體閥體三維模型具體步驟如下： = 1 * GB3 選擇上視基準(zhǔn)面，建立草圖矩形，矩形的尺寸設(shè)為100mmx80mm，拉伸草圖，選項(xiàng)如圖2所示：圖2 拉伸參數(shù)欄及效果圖 = 2 * GB3 選擇閥體左側(cè)面為基準(zhǔn)，繪制草圖拉伸切除，選項(xiàng)如圖3所示 圖3 閥體缺口的拉伸切除 = 3 * GB3 選擇前視基準(zhǔn)面作為草圖繪制面，繪制如下面圖4所示輪廓，然后選擇特征

32、里的旋轉(zhuǎn)切除，設(shè)置參數(shù)欄如圖4所示： 圖4 閥芯孔草圖繪制 圖5 旋轉(zhuǎn)切除設(shè)置參數(shù)欄 = 4 * GB3 旋轉(zhuǎn)閥體右端面為草圖繪制基準(zhǔn)面，繪制如圖6所示草圖，然后選著特征里的拉伸切除，設(shè)置參數(shù)欄如圖 8所示。圖6 油孔锪平面草圖繪制圖7 拉伸切除參數(shù)欄設(shè)置 = 5 * GB3 以锪平面作為草圖繪制基準(zhǔn)平面，繪制如圖8所示草圖，然后選擇特征里的拉伸切除，設(shè)置參數(shù)欄如圖 9所示。 圖8 油口草圖繪制圖9 油口拉伸切除參數(shù)欄設(shè)置 = 6 * GB3 選擇特征里面的異型孔向?qū)?，其參?shù)設(shè)置如圖10所示，螺紋孔位置如圖11所示。 圖10異形孔參數(shù)設(shè)置 圖11 螺紋孔位置 = 7 * GB3 選擇特征里面的

33、異形孔向?qū)?，其參?shù)設(shè)置如圖12所示，沉孔位置如圖13所示。圖12異形孔參數(shù)設(shè)置 圖13 沉孔位置 把設(shè)計(jì)好的東西命名為“溢流閥體”保存起來。（2）先導(dǎo)閥體的創(chuàng)建 = 1 * GB3 打開一個(gè)新的零件圖對話框，選擇上視基準(zhǔn)面作為草圖基準(zhǔn)面，畫邊長為80 x60的矩形草圖，選擇特征拉伸凸臺，參數(shù)以及效果如圖14所示： 圖14先導(dǎo)閥體拉伸參數(shù)欄 = 2 * GB3 選擇左端面作為草圖基準(zhǔn)面, 繪制草圖如圖15所示，選擇特征里面的拉伸凸臺：其參數(shù)設(shè)置如圖16所示。圖15 草圖繪制圖16 拉伸凸臺參數(shù)欄設(shè)置 = 3 * GB3 以上步驟繪制凸臺左端面為草圖繪制平面，繪制同心圓14，選擇特征里面的拉伸切除

34、，其參數(shù)設(shè)置如圖17所示。圖17拉伸切除參數(shù)欄和效果圖 = 4 * GB3 以先導(dǎo)閥體右端面為基準(zhǔn)繪制草圖，如圖18所示，選擇特征里面的拉伸切除特征，其參數(shù)設(shè)置如圖19所示，圖18草圖繪制圖19 拉伸切除參數(shù)欄設(shè)置 = 5 * GB3 選擇特征里面的異型孔向?qū)В鋮?shù)設(shè)置如圖20所示，先導(dǎo)閥體右端面為基準(zhǔn)防止M22X1.5螺紋孔，要求其與上步驟所繪制先導(dǎo)閥孔同心。圖20 異型孔參數(shù)欄設(shè)置 = 6 * GB3 以先導(dǎo)閥體右端面為基準(zhǔn)，繪制圓19.1，要求其余M22x1.5螺紋孔同心，旋轉(zhuǎn)特征里面的拉伸切除特征，切除深度設(shè)為3。 =7 * GB3 以先導(dǎo)閥體下端面為基準(zhǔn)，繪制元40，旋轉(zhuǎn)特征里面的

35、拉伸凸臺，其參數(shù)設(shè)置如圖21所示。、 圖21 拉伸凸臺參數(shù)欄設(shè)置 =8 * GB3 以上步驟繪制凸臺下端面為草圖繪制平面，繪制同心圓16，選擇特征里面的拉伸切除，切除深度設(shè)置為12. =9 * GB3 重復(fù)上步驟，分別繪制圓11、2，選擇特征里面的拉伸切除，切除深度分別為，17、30. =10 * GB3 以步驟繪制凸臺下端面為草圖繪制基準(zhǔn)，繪制草圖如圖22所示，選擇特征里面的拉伸切除，切除深度設(shè)置為30.圖22 草圖繪制選擇特征里面的異型孔向?qū)?，其參?shù)設(shè)置如圖23所示，以先導(dǎo)閥孔上端面為基準(zhǔn)，異型孔放置位置如圖24所示。圖23 異型孔參數(shù)設(shè)置 圖24 異型孔位置把設(shè)計(jì)好的東西命名為“先導(dǎo)閥體

36、”保存起來。（3）彈簧零件的創(chuàng)建 = 1 * GB3 建立一個(gè)新的編輯零件對話框，選擇右視基準(zhǔn)面為草圖基準(zhǔn)面，畫直徑為8的草圖圓，在工具欄中選擇插入曲線螺旋線、蝸狀線，如圖25的選項(xiàng)： = 2 * GB3 在工具欄中選擇插入?yún)⒖紟缀误w基準(zhǔn)面，如圖26的對話框，選中螺旋線、蝸狀線1以及一個(gè)頂點(diǎn) ，建立基準(zhǔn)面1。 = 3 * GB3 以基準(zhǔn)面1為草圖基準(zhǔn)面，以螺旋線、蝸狀線的頂點(diǎn)為圓心畫一個(gè)直徑為2的圓，在特征工具欄中選擇“掃描”選項(xiàng)，如圖27所示，按“確定”后得到彈簧的實(shí)體。 = 4 * GB3 把設(shè)計(jì)好的彈簧命名為“主彈簧”保存起來。按照相同的步驟，通過改變參數(shù)創(chuàng)建“先導(dǎo)閥彈簧”。圖25螺旋線

37、、蝸狀線設(shè)置參數(shù)欄圖26 基準(zhǔn)面1的建立參數(shù)欄 圖27 彈簧的掃描效果圖 （4）先導(dǎo)閥芯的創(chuàng)建 選擇前視基準(zhǔn)面為草圖繪制平面，繪制草圖如圖28所示，選擇特征里面的旋轉(zhuǎn)凸臺其參數(shù)設(shè)置如圖29所示。 圖1圖28 草圖繪制圖29 旋轉(zhuǎn)凸臺參數(shù)欄設(shè)置把設(shè)計(jì)好的東西命名為“先導(dǎo)閥芯”保存起來。按照相同步驟通過改變參數(shù)繪制創(chuàng)建調(diào)壓螺帽、調(diào)節(jié)桿、鎖緊螺母、主閥座、主閥芯。6.2.3溢流閥的裝配 在“新建Solidworks文件”中選中裝配體，按“確定”按鈕彈出如圖19的對話框，選擇插入零件現(xiàn)有零部件，先選擇保存過的“溢流閥2”作為固定的零件，依次插入其它零件，每插入一個(gè)零件后選擇“配合”，對各個(gè)零件進(jìn)行正確的裝配，得到如圖30所示的效果。圖306.2.4溢流閥的