液壓實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)三、溢流閥性能實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

實(shí)驗(yàn)三溢流閥性能實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書PAGE第8頁.DATE\@"yyyy-M-d"2007-9-29實(shí)驗(yàn)三溢流閥性能實(shí)驗(yàn)§1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．深入理解溢流閥的靜態(tài)特性。靜態(tài)特性中著重測(cè)試：①調(diào)壓范圍及壓力穩(wěn)定性；②卸荷壓力及壓力損失；③啟閉特性。2．了解溢流閥的動(dòng)態(tài)特性，即溢流量突然變化時(shí)，溢流閥所控制的壓力隨時(shí)間變化的過渡過程品質(zhì)。3．學(xué)會(huì)溢流閥靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性能的實(shí)驗(yàn)方法，學(xué)會(huì)使用本實(shí)驗(yàn)所用的儀器和設(shè)備?！?實(shí)驗(yàn)原理先導(dǎo)式溢流閥是液壓系統(tǒng)中最常用的壓力控制元件之一，其性能的優(yōu)劣直接影響系統(tǒng)的品質(zhì)。溢流閥常見用途為：1.在定量泵節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)中，對(duì)液壓系統(tǒng)實(shí)行調(diào)壓并保持泵的工作壓力基本恒定；2.防止液壓系統(tǒng)過載，起安全保護(hù)作用；3.使系統(tǒng)卸荷，泵的全部流量可在極低的壓力下通過溢流閥流向油箱，以降低系統(tǒng)的功率損耗和發(fā)熱量。一、靜態(tài)特性1.調(diào)壓范圍及壓力穩(wěn)定性調(diào)壓范圍給定了溢流閥使用的壓力范圍。壓力振擺和壓力偏移的大小，是衡量壓力穩(wěn)定性的主要指標(biāo)。通常，希望溢流閥使用的壓力范圍大，而壓力振擺和壓力偏移越小越好。2.卸荷壓力及壓力損失卸荷壓力：當(dāng)先導(dǎo)式溢流閥在遠(yuǎn)程控制下卸荷（即遠(yuǎn)程控制口K通油箱），通過額定流量時(shí)閥所引起的壓力損失。卸荷壓力越低越好。壓力損失：先導(dǎo)式溢流閥調(diào)壓手柄完全放松時(shí)，通過額定流量所產(chǎn)生的壓力降，稱為壓力損失。先導(dǎo)式溢流閥的壓力損失往往略大于它的卸荷壓力，因?yàn)榇藭r(shí)部分回油在閥內(nèi)所經(jīng)油路較長，阻力略大，另外有閥在調(diào)壓手柄完全放松時(shí)，調(diào)壓彈簧的預(yù)壓縮量不為零，也會(huì)引起壓力損失值的增加。3.內(nèi)泄漏量（關(guān)閉泄漏量）內(nèi)泄漏量是指調(diào)壓手柄至全閉位置，溢流閥進(jìn)口壓力為額定壓力時(shí)，通過閥口的泄漏量。溢流閥作安全閥使用時(shí)，內(nèi)泄漏量是一個(gè)重要指標(biāo)。4.啟閉特性P開P開P1開P2開P閉P2閉p.01qq0p調(diào)P1閉Bbq圖3-1先導(dǎo)式溢流閥啟閉特性q額CAb使用中希望閥的溢流特性曲線如圖3-1中的A，即溢流閥在其進(jìn)口處壓力P低于調(diào)定壓力（或稱為全流壓力）P調(diào)時(shí)不溢流，僅在P到達(dá)P調(diào)時(shí)才溢流，且不管溢出流量為多少，進(jìn)口壓力始終保持在P調(diào)值上。但實(shí)際上是做不到這一點(diǎn)的，從溢流閥的工作原理可知，溢流過程中總是導(dǎo)閥先開，且導(dǎo)閥開到一定開口量后主閥口才開始溢流，直到全流量溢流。在溢流量變化過程中，主閥和導(dǎo)閥開口量的變化將影響彈簧壓緊力和穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力，所以實(shí)際的壓力-流量特性曲線為B、C。P2開為導(dǎo)閥開啟壓力。由此可見，溢流閥在未達(dá)到調(diào)定壓力P調(diào)、主閥芯未動(dòng)作前就開始有溢流量了（導(dǎo)閥的溢流量），開始溢流的壓力顯然小于通過額定流量時(shí)的調(diào)定壓力。溢流閥在開啟過程中溢流量達(dá)到額定流量（或試驗(yàn)流量）的1%時(shí)的進(jìn)口壓力P開稱為開啟壓力。全流壓力P調(diào)與開啟壓力P開之差稱為靜態(tài)調(diào)壓偏差。開啟壓力P開與全流壓力P調(diào)之比稱為開啟比，靜態(tài)調(diào)壓偏差△與全流壓力P調(diào)之比稱為調(diào)壓偏差率。溢流閥調(diào)壓偏差越小，即開啟比越大，則開啟壓力越接近調(diào)定壓力，它所控制的系統(tǒng)壓力便越準(zhǔn)確，限制靜態(tài)調(diào)壓偏差△值就成為一項(xiàng)重要性能指標(biāo)。對(duì)中低壓溢流閥JB2135-77規(guī)定：在最高調(diào)定壓力P額時(shí)的開啟壓力P開不得低于P額的85%。溢流閥在最高調(diào)定壓力P額下，當(dāng)溢流量從額定流量降低到它的1%時(shí)的進(jìn)口壓力P閉（如圖3-1曲線C所示）稱為閉合壓力，溢流閥的閉合壓力P閉不得低于P額的80%。規(guī)定的閉合壓力值小于開啟壓力值，主要是由于溢流閥芯在開啟與閉合過程中受到的摩擦阻力的方向不同，引起了粘滯現(xiàn)象，如圖3-1中曲線B和C所示。開啟時(shí)主閥芯底端壓力與其摩擦阻力反向，而閉合時(shí)兩者同向，所以閉合壓力值應(yīng)小于開啟壓力值。額定壓力P額為6.3MPa級(jí)的溢流閥，規(guī)定開啟壓力P開不得小于5.3MPa，閉合壓力P閉不得小于5MPa。二、動(dòng)態(tài)特性溢流量突然變化時(shí)，溢流閥所控制的壓力隨時(shí)間變化的過渡過程品質(zhì)，一般是指壓力超調(diào)量、壓力穩(wěn)定時(shí)間，卸荷時(shí)間及壓力回升時(shí)間（見圖3-2）圖3-2溢流閥壓力示波圖1.壓力超調(diào)量（△P）及壓力穩(wěn)定時(shí)間（△t2）圖3-2溢流閥壓力示波圖壓力超調(diào)量是指瞬時(shí)升壓過程中最高壓力（峰值壓力）P3和調(diào)定壓力P2的差值。壓力超調(diào)量往往是由于執(zhí)行元件的流量突然發(fā)生變化或者由于執(zhí)行元件需要換向或停止運(yùn)動(dòng)，造成通過溢流閥的流量發(fā)生突變而引起的壓力升高和振蕩。如果溢流閥能跟上引起壓力突變的擾動(dòng)信號(hào)及時(shí)將主閥開大，則系統(tǒng)壓力的超調(diào)量會(huì)小一些，否則就會(huì)很大。從使用角度來說，壓力超調(diào)量越小越好，否則將會(huì)使機(jī)械設(shè)備、系統(tǒng)管路、液壓元件及儀表發(fā)生故障甚至遭受破壞，這就要求溢流閥在系統(tǒng)壓力發(fā)生突變時(shí)迅速地作出反應(yīng)。錐閥式和滑閥式的主閥芯（參看圖3-3和圖3-4）相比，前者為線接觸密封，不存在滑閥式封油長度，所以主閥反應(yīng)較快，壓力超調(diào)量較小。在上述發(fā)生壓力突變的過渡過程中，從溢流閥第一次到達(dá)調(diào)定壓力P2開始至調(diào)定壓力穩(wěn)定時(shí)的時(shí)間△t2稱為壓力穩(wěn)定時(shí)間。△t2越短越好，它說明振蕩次數(shù)少，衰減快，也就說明動(dòng)態(tài)過程時(shí)間短暫，可以提高系統(tǒng)的快速性。△t’1是從輸入電信號(hào)開始到調(diào)定壓力穩(wěn)定的時(shí)間。2.卸荷時(shí)間（△t3）及壓力回升時(shí)間（△t1）當(dāng)溢流閥作為卸荷閥使用時(shí)，對(duì)卸荷時(shí)間及壓力回升時(shí)間有所要求。卸荷時(shí)間是從調(diào)定壓力開始卸荷到卸荷壓力穩(wěn)定的時(shí)間。壓力回升時(shí)間是從初始?jí)毫Γɑ蛐逗蓧毫Γ╅_始升壓到調(diào)定壓力穩(wěn)定的時(shí)間?！鱰3和△t1同樣是越短越好，否則會(huì)影響系統(tǒng)的工作性能。△t’3是輸入電信號(hào)開始到卸荷壓力穩(wěn)定的時(shí)間。溢流閥的動(dòng)態(tài)性能與閥的結(jié)構(gòu)尺寸、彈簧、阻尼孔以及壓力、流量等參數(shù)有關(guān)，也同系統(tǒng)中的液體性質(zhì)、流動(dòng)狀態(tài)、管路特性、元件泄漏等有關(guān)。盡管國內(nèi)外已有不少文獻(xiàn)談到這方面的問題，但是由于描述先導(dǎo)式溢流閥動(dòng)態(tài)特性的是個(gè)高階非線性微分方程組，而且其中有許多參數(shù)難于確定，所以到目前為止，還未見到切實(shí)可行的解析求解方法。三、說明靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性之間有時(shí)是相互矛盾的，要求靜態(tài)性能好些，往往動(dòng)態(tài)性能就會(huì)差些，反之，要求動(dòng)態(tài)性能好些，往往靜態(tài)性能就會(huì)差些?！?實(shí)驗(yàn)裝置一、溢流閥結(jié)構(gòu)圖3-3Y1圖3-3Y1—10B型溢流閥圖3-4Y—10B型溢流閥圖3-3和圖3-4示出Y1和Y型先導(dǎo)式溢流閥的結(jié)構(gòu)。它們分別由手柄1、調(diào)壓彈簧2、先導(dǎo)閥芯3、閥座4和閥蓋6等主要件組成導(dǎo)閥部分；由主閥彈簧8、主閥芯10和閥體13等主要件組成主閥部分。圖3-3中閥的進(jìn)油口P與油腔15相通，回油口O與油腔14相通。圖3-4中P與14相通，O與15相通通。閥座4左邊的油腔（調(diào)壓彈簧腔）通過孔道16與回油腔相通。先導(dǎo)閥開啟后，油液就是通過這里到出油口的。壓力油進(jìn)入溢流閥后，從進(jìn)油腔作用于主閥芯10的環(huán)形面積上，通過孔12作用于主閥芯10的底端，同時(shí)又經(jīng)阻尼孔11進(jìn)入閥芯10的上腔，再經(jīng)孔道7和5作用在導(dǎo)閥芯3上。當(dāng)進(jìn)油口的壓力較低，導(dǎo)閥3上的液壓作用力不足以克服導(dǎo)閥閥芯左邊的彈簧力時(shí)，導(dǎo)閥處于關(guān)閉狀態(tài)，也沒有油液流過阻尼阻11，這時(shí)閥芯10兩端的油液壓力相等，主閥芯在彈簧8的作用下處在最下端位置，封閉了油腔14和15間的通道，沒有油從進(jìn)油口流向回油口。當(dāng)進(jìn)油壓力升高，作用在導(dǎo)閥3上的液壓力超過調(diào)定彈簧力時(shí)，閥芯左移導(dǎo)閥開啟，壓力油通過阻尼孔11、導(dǎo)閥閥口、孔道16通向回油口。油液流過阻尼孔11時(shí)產(chǎn)生壓降，使閥芯10上端油壓小于其下端油壓，當(dāng)這個(gè)壓差作用在閥芯上的力超過彈簧力、摩擦阻力和閥芯自重時(shí)，主閥芯上升，油腔15和14接通，壓力油便從回油口排出，實(shí)現(xiàn)溢流作用。遠(yuǎn)程控制口K通過孔道9與主閥上端的油腔相連，從這里接出管道就可以對(duì)溢流閥實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程制控，通過遠(yuǎn)處的導(dǎo)閥（此時(shí)該閥上的導(dǎo)閥全閉）可調(diào)節(jié)溢流閥進(jìn)口處壓力的大小。如果遠(yuǎn)程控制口K直接接通油箱時(shí)，主閥上端壓力基本為零，閥芯10抬起，進(jìn)口處壓力油將在很低的卸荷壓力下通過溢流排回油箱。先導(dǎo)式溢流閥的導(dǎo)閥部分結(jié)構(gòu)尺寸較小，調(diào)壓彈簧2不必很強(qiáng)，因此調(diào)整壓力時(shí)比較輕便。Y1型溢流閥主閥屬錐閥式，Y型的閥芯屬滑閥式。二、實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)工作原理溢流閥性能實(shí)驗(yàn)液壓系統(tǒng)原理圖見圖3-5。溢流閥靜、動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)通過溢流閥2和二位三通電磁換向閥6兩條油路行進(jìn)，其它油路關(guān)閉。壓力表壓力表（P6）1（2）3（10）濾油器油箱2（9）溫度計(jì)D電動(dòng)機(jī)輸入功率表4（14）5（15）678圖3-5溢流閥性能實(shí)驗(yàn)液壓系統(tǒng)原理圖11（11）實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)提供了測(cè)量通過被試閥4的流量和壓力的條件。較大的流量可通過橢圓齒輪流量計(jì)測(cè)量。由于橢圓齒輪流量計(jì)量程的限制，小流量改用量杯測(cè)量。閥的進(jìn)口靜態(tài)壓力由壓力表P6示出。由于閥6和流量計(jì)7的阻力很小，可以忽略不計(jì)，閥4的出口壓力為零。測(cè)量卸荷壓力時(shí)，通過二位二通電磁換向閥5，控制閥的遠(yuǎn)程控制口K來進(jìn)行?！?實(shí)驗(yàn)方案實(shí)驗(yàn)測(cè)試對(duì)象為Y1--10B型溢流閥，加裝過渡板后也可用Y-10B型溢流閥作為被試閥，或采用Y1-10B型和Y-10B型進(jìn)行對(duì)比的實(shí)驗(yàn)方案。實(shí)驗(yàn)參數(shù)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，采用溢流閥出廠試驗(yàn)技術(shù)指標(biāo)，見表4-1表4-1額定壓力6.3MPa卸荷壓力0.2MPa額定流量1.67×10-4m3/s壓力損失0.4MPa調(diào)壓范圍0.5-6.3MPa壓力振擺±0.2MPa內(nèi)泄漏量0.67mm3/s壓力偏移±0.2MPa啟閉特性開啟壓力閉合壓力溢流量(0.01q額)5.3MPa5MPa1.67×10-6m3/s一、調(diào)壓范圍及壓力穩(wěn)定性調(diào)定參數(shù)：將溢流閥2調(diào)至安全閥壓力7MPa（應(yīng)比被試閥4的最高調(diào)節(jié)壓力高10%左右），迅速調(diào)節(jié)閥4的調(diào)壓手柄至全開。此時(shí)節(jié)流閥3關(guān)閉。特測(cè)參數(shù)：1、調(diào)壓范圍檢測(cè)被試閥4能否滿足標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的調(diào)壓范圍0.5-6.3MPa。調(diào)節(jié)閥4的調(diào)壓手柄從全開至額定壓力值，再回至全開，通過壓力表P6觀察壓力升、降是否均勻，是否有突變或滯后等現(xiàn)象。反復(fù)實(shí)驗(yàn)不少于三次。2、壓力振擺（單位為MPa）在閥4的調(diào)壓范圍內(nèi)設(shè)定5個(gè)壓力值（其中包括6.3MPa），在壓力表上讀出壓力振擺值，并標(biāo)記出最大值。3、壓力偏移（單位為MPa）閥4調(diào)至6.3MPa，測(cè)1或3min內(nèi)的壓力偏移植。二、卸荷壓力及壓力損失調(diào)定參數(shù)同一。待測(cè)參數(shù)：1、卸荷壓力（單位為MPa）將閥4的遠(yuǎn)程控制口K直接接通油箱，通過額定流量時(shí)，測(cè)出閥前后壓差即為卸荷壓力。由于閥后阻力很小，可忽略不計(jì)，所以，此時(shí)壓力表P6的示值即為卸荷壓力。反復(fù)實(shí)驗(yàn)不少于二次。2、壓力損失（單位為MPa）將閥4的調(diào)壓手柄調(diào)至全開位置，通過額定流量時(shí)，測(cè)出閥前后壓力差即為壓力損失。反復(fù)實(shí)驗(yàn)不少于二次。三、啟閉特性啟閉特性曲線的獲得，目前可采用描點(diǎn)法和自動(dòng)記錄法兩種，后者需將壓力和流量通過傳感器經(jīng)二次義表輸給記錄儀直接繪出，實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可信性和真實(shí)性都比較高，而且實(shí)驗(yàn)效率也是令人滿意的。描點(diǎn)法方案如下設(shè)定參數(shù)：1、被試閥4工況的設(shè)定被試閥4按三個(gè)或兩個(gè)不同工況設(shè)定其調(diào)定壓力值P調(diào)（單位為MPa）（其中應(yīng)包括額定壓力工況），建議P調(diào)為2、4和6.3或2和6.3MPa。2、閥4進(jìn)出口壓力差的設(shè)定前述已知△P=P6，其值可由溢流閥2調(diào)節(jié)，P6測(cè)試點(diǎn)的選取對(duì)描繪啟閉特性曲線的精度和實(shí)驗(yàn)效率有直接的影響。建議閥4開啟的全過程中，P6測(cè)試點(diǎn)不少于12點(diǎn)，其中從導(dǎo)閥開啟至主閥開啟的過程，測(cè)試點(diǎn)不少于7點(diǎn)。閉合過程類同。待測(cè)參數(shù)：按被試閥設(shè)定的工況及其進(jìn)口壓力測(cè)試點(diǎn)，分別測(cè)出在時(shí)間t（s）內(nèi)過閥4的溢流容積△V（mL）。從導(dǎo)閥開啟到主閥開啟的過程中，流量較小，由于實(shí)驗(yàn)臺(tái)上橢圓齒輪流量計(jì)量程的限制，△V采用量杯計(jì)量。閉合過程類同。注意，實(shí)際測(cè)試中，溢流量小到從油管中排出的油液不呈線流是不計(jì)量的。計(jì)算項(xiàng)目：1、對(duì)應(yīng)閥4各進(jìn)口壓力測(cè)試點(diǎn)的溢流量：2、閥4額定流量的1%值：0.01q額注意事項(xiàng)：1、調(diào)節(jié)被試閥4進(jìn)口壓力時(shí)，從高到低（或從低到高）的整個(gè)過程中，只準(zhǔn)向一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)2的調(diào)壓手柄，如果調(diào)節(jié)中出現(xiàn)小于（或大于）設(shè)定值時(shí)，不要反調(diào)，就按小值（或大值）實(shí)驗(yàn)，記錄時(shí)修改這一設(shè)定壓力值就是了。因?yàn)榉凑{(diào)會(huì)改變閥芯的移動(dòng)方向，摩擦阻力方向隨之改變，測(cè)試的數(shù)據(jù)將帶來誤差。2、實(shí)驗(yàn)中邊作邊計(jì)算閥4的溢流量，及時(shí)掌握變化規(guī)律。必要時(shí)也可臨時(shí)增、刪設(shè)定的壓力點(diǎn)。四、動(dòng)態(tài)特性略§5成果及計(jì)算一、靜態(tài)特性實(shí)驗(yàn)1、原始數(shù)據(jù)和計(jì)算結(jié)果1）調(diào)壓范圍、壓力穩(wěn)定、卸荷壓力和壓力損失，見表3-2。實(shí)驗(yàn)條件：被試溢流閥型號(hào)：型；油溫：℃；液壓油牌號(hào)：；泵調(diào)定壓力P泵Mpa；被試閥出口壓力P出=0。2）啟閉特性。當(dāng)采用描點(diǎn)法時(shí)，原始數(shù)據(jù)和計(jì)算結(jié)果見表3-3。表3-2實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目觀測(cè)的數(shù)據(jù)/MPa調(diào)壓范圍abc壓力穩(wěn)定性壓力振擺設(shè)定參數(shù)abcde待測(cè)參數(shù)壓力偏移設(shè)定參數(shù)待測(cè)參數(shù)卸荷壓力壓力損失表4-3序號(hào)調(diào)定壓力P調(diào)=調(diào)定壓力P調(diào)=開啟過程關(guān)閉過程開啟過程關(guān)閉過程設(shè)定參數(shù)測(cè)待參數(shù)計(jì)算結(jié)果設(shè)定參數(shù)測(cè)待參數(shù)計(jì)算結(jié)果設(shè)定參數(shù)測(cè)待參數(shù)計(jì)算結(jié)果設(shè)定參數(shù)測(cè)待參數(shù)計(jì)算結(jié)果P6△Vtq12345678910111213開啟壓力P開關(guān)閉壓力P閉開啟壓力P開關(guān)閉壓力P閉開啟比開啟比2、數(shù)據(jù)處理：描點(diǎn)繪制溢流閥的啟閉特性（參看圖3-1）。3、結(jié)論：1）溢流閥靜態(tài)主要性能指標(biāo)中，壓力穩(wěn)定性是十分重要的，其次是啟閉特性。它們對(duì)液壓系統(tǒng)性能的影響很大。2）壓力穩(wěn)定性指標(biāo)是控制溢流閥在某調(diào)定壓力下長期工作時(shí)，它的壓力發(fā)生不規(guī)則變化的極限值。這種不規(guī)則變化與下列因