畢業(yè)設(shè)計溢流閥設(shè)計

、前言液壓技術(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。溢流閥作為液壓元件之一，在實際生產(chǎn)中得到廣泛的應(yīng)用。本設(shè)計重點講述了液壓件的分類，工作原理以及在實際當(dāng)中的應(yīng)用，并進(jìn)行溢流閥的設(shè)計以及對其性能做簡單的分析。由于時間和水平有限，設(shè)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(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——液壓泵；執(zhí)行元件——液壓缸和液壓馬達(dá)；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(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。液壓技術(shù)的發(fā)展歷史液壓傳動和氣壓傳動稱為流體傳動，是根據(jù)17世紀(jì)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(shù)，是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中廣為應(yīng)用的一門技術(shù)。如今，流體傳動技術(shù)水平的高低已成為一個國家工業(yè)發(fā)展水平的重要標(biāo)志。1795年英國約瑟夫?布拉曼(JosephBraman,1749--1814)，在倫敦用水作為工作介質(zhì),以水壓機(jī)的形式將其應(yīng)用于工業(yè)上,誕生了世界上第一臺水壓機(jī)。1905年將工作介質(zhì)水改為油,又進(jìn)一步得到改善。第一次世界大戰(zhàn)(1914--1918)后液壓傳動廣泛應(yīng)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(jì)末20世紀(jì)初的20年間,才開始進(jìn)入正規(guī)的工業(yè)生產(chǎn)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(chǔ)。20世紀(jì)初康斯坦丁?尼斯克(G?Constantimsco)對能量波動傳遞所進(jìn)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(xiàn)，使這兩方面領(lǐng)域得到了發(fā)展。第二次世界大戰(zhàn)(1941--1945)期間,在美國機(jī)床中有30%應(yīng)用了液壓傳動。應(yīng)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20~30年間，日本液壓傳動發(fā)展之快，屆世界領(lǐng)先地位。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（1953~1957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。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。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(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6?33mm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本設(shè)計的目的及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。本課將重點對溢流閥部分設(shè)計及分析，主要研究對象為溢流閥，對溢流閥部分進(jìn)行設(shè)計。最后，針對溢流閥的理論研究進(jìn)行討論，內(nèi)容包括溢流閥的工作原理、結(jié)構(gòu)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(fù)雜，按工作原理可劃分為以下幾種：通斷式控制元件（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。?三節(jié)同心式—先導(dǎo)型--二節(jié)同心式L滑閥式?三節(jié)同心式—先導(dǎo)型--二節(jié)同心式L滑閥式L普通溢流閥—遠(yuǎn)程調(diào)壓閥溢流閥一-電磁溢流閥一一三節(jié)同心式溢流閥一-電磁溢流閥一一三節(jié)同心式—二節(jié)同心式1-卸荷溢流閥（單向溢流閥）壓力控制閥一一溢流閥L單向減壓閥定差減壓閥定比減壓閥—順序閥一壓力控制閥一一溢流閥L單向減壓閥定差減壓閥定比減壓閥—順序閥一直動型順序閥先導(dǎo)型順序閥?壓力繼電器圖2-1壓力控制閥的分類Fig.2-1Theclassificationofthepressurecontrolvalve

3溢流閥溢流閥的分類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。直動型溢流閥(a)P P(b)(c)

圖3-1直動型溢流閥結(jié)構(gòu)簡圖(d)(a)P P(b)(c)

圖3-1直動型溢流閥結(jié)構(gòu)簡圖(d)Fig.3-1Directaction-typereliefvalvestructurediagram(a)錐閥式⑹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。面以錐閥式DBD直動型溢流閥為例說時其工作原理：aTA-AAA----P圖3-2錐閥式DBD直動型溢流閥（插裝式）Fig.3-2ValveconestraightDBD-typereliefvalve（cartridgetype）aTA-AAA----P圖3-2錐閥式DBD直動型溢流閥（插裝式）Fig.3-2ValveconestraightDBD-typereliefvalve（cartridgetype）(c)(d)（a）結(jié)構(gòu)圖 （b）局部放大圖 （c）簡化符號 （d）詳細(xì)符號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F，活塞底部面積為A則：t當(dāng)PA<F時，閥口關(guān)閉。t當(dāng)PA二F時，閥口即將打開,此時，PA二F二KX,tt0P=P（開啟壓力）KX/Ak0當(dāng)PA>F時，閥口打開，PTT,穩(wěn)壓溢流或安全保護(hù)。t錐閥開啟后，得錐閥的力平衡方程為：PA=K（X+X）+G土F+F-F0fsj即：P=「K（X+X）+G+F+F-F]/A （3-1）0fsj式中：N、X分別為彈簧剛度和預(yù)壓縮量（m）;G為閥芯自重（水平時不考慮）；F0f為閥芯與閥套間的摩擦力（N）；F為穩(wěn)態(tài)液動力（N）；F為射流力（N）。sj此處TF=0，F(xiàn)=KXsj???P=(KX+G土F)/A0f(3-2)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F直接與PA平衡，若P較高，Q較大時，K就相應(yīng)地較大，不但t手調(diào)困難，且F略有變化，p變化較大，所以一般用于低壓小流量場合。t3.1.2先導(dǎo)式溢流閥｛先導(dǎo)閥一直動式錐閥，硬彈簧?！笌в袑?dǎo)向圓錐面的錐閥(二級同心式)和軟彈簧主閥Y 滑閥和軟彈簧。I帶有多節(jié)導(dǎo)向圓錐面的錐閥(三級同心式)和軟彈簧I丨.廬2P1出油口—進(jìn)油口符號KPI丨.廬2P1出油口—進(jìn)油口符號KPT圖3-3YF型三節(jié)同心先導(dǎo)溢流閥(板式)Fig.3-3YF3-typepilotreliefvalveconcentric(plate)1、閥體2、主閥座3、主閥芯4、先導(dǎo)閥蓋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11、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。工作原理：設(shè)A為先導(dǎo)閥閥座孔面積(m2)，F(xiàn)、K為先導(dǎo)閥彈簧預(yù)緊力、剛

cxx度，F(xiàn)、G、F、Ky為主閥彈簧預(yù)緊力、自重、摩擦力、剛度。tf當(dāng)PA<F時，導(dǎo)閥關(guān)閉,主閥也關(guān)閉。2cx當(dāng)PA>F時，導(dǎo)閥打開,主閥兩端產(chǎn)生壓差：AP2cx當(dāng)PA-PA<K(y+y)+G土F時，主閥關(guān)閉。TOC\o"1-5"\h\z11 22y0 fPA-PA>K(y+y)+G土F時，主閥打開穩(wěn)壓溢流或安全保護(hù)。11 22y0 f得主閥芯和導(dǎo)閥的力平衡方程分別為：PA—PA=K(y+y)+G土F1 22y0 fPA二K(X+X)cx0由上兩式可得溢流閥進(jìn)口壓力為：AK 1P二-2?—(X+X)+一[K(y+y)+G土F](Pa) (3-3)1AA 0 Ay0 f1c1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：???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A、開口量X、調(diào)壓彈簧剛度K都不必很大cx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。(2)啟閉特性定義：溢流閥從開啟到閉合全