畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-先導(dǎo)式溢流閥設(shè)計(jì)

1、目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc326690431 1 緒論 PAGEREF _Toc326690431 h 1 HYPERLINK l _Toc326690432 1.1 液壓技術(shù)開展歷史 PAGEREF _Toc326690432 h 2 HYPERLINK l _Toc326690433 1.2 我國(guó)液壓技術(shù)開展概述 PAGEREF _Toc326690433 h 3 HYPERLINK l _Toc326690434 1.3 溢流閥的過(guò)去和未來(lái)開展 PAGEREF _Toc326690434 h 4 HYPERLINK l _Toc32669043

2、5 1.4 本設(shè)計(jì)的意義和目的 PAGEREF _Toc326690435 h 7 HYPERLINK l _Toc326690436 2 溢流閥總體設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc326690436 h 9 HYPERLINK l _Toc326690437 2.1 溢流閥的作用和分類 PAGEREF _Toc326690437 h 9 HYPERLINK l _Toc326690438 2.1.1 作用 PAGEREF _Toc326690438 h 9 HYPERLINK l _Toc326690439 2.1.2 分類 PAGEREF _Toc326690439 h 9 HYPERLIN

3、K l _Toc326690440 2.2 溢流閥的工作原理 PAGEREF _Toc326690440 h 10 HYPERLINK l _Toc326690441 2.3 溢流閥的工作過(guò)程 PAGEREF _Toc326690441 h 11 HYPERLINK l _Toc326690442 2.3.1 開啟過(guò)程 PAGEREF _Toc326690442 h 11 HYPERLINK l _Toc326690443 2.3.2 閉合過(guò)程 PAGEREF _Toc326690443 h 12 HYPERLINK l _Toc326690444 2.4 溢流閥的主要性能 PAGEREF _

4、Toc326690444 h 12 HYPERLINK l _Toc326690445 2.4.1 靜態(tài)特性 PAGEREF _Toc326690445 h 12 HYPERLINK l _Toc326690446 2.4.2 動(dòng)態(tài)特性 PAGEREF _Toc326690446 h 13 HYPERLINK l _Toc326690447 2.5 溢流閥的設(shè)計(jì)要求 PAGEREF _Toc326690447 h 15 HYPERLINK l _Toc326690448 2.6 溢流閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc326690448 h 15 HYPERLINK l _Toc326690

5、449 2.6.1 溢流閥的結(jié)構(gòu)型式 PAGEREF _Toc326690449 h 15 HYPERLINK l _Toc326690450 2.6.2 先導(dǎo)式溢流閥主要零件 PAGEREF _Toc326690450 h 17 HYPERLINK l _Toc326690451 3 先導(dǎo)式溢流閥詳細(xì)設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc326690451 h 23 HYPERLINK l _Toc326690452 3.1 設(shè)計(jì)要求 PAGEREF _Toc326690452 h 23 HYPERLINK l _Toc326690453 3.2 主要結(jié)構(gòu)尺寸確實(shí)定 PAGEREF _Toc3266

6、90453 h 23 HYPERLINK l _Toc326690454 靜態(tài)特性計(jì)算 PAGEREF _Toc326690454 h 26 HYPERLINK l _Toc326690455 3.3.1 根本方程式 PAGEREF _Toc326690455 h 26 HYPERLINK l _Toc326690456 3.3.2 彈簧剛度和預(yù)壓縮量計(jì)算 PAGEREF _Toc326690456 h 30 HYPERLINK l _Toc326690457 3.3.3 其他相關(guān)特性 PAGEREF _Toc326690457 h 35 HYPERLINK l _Toc326690458 4

7、 技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析 PAGEREF _Toc326690458 h 37 HYPERLINK l _Toc326690459 5 結(jié) 論 PAGEREF _Toc326690459 h 38 HYPERLINK l _Toc326690460 致 謝 PAGEREF _Toc326690460 h 39 HYPERLINK l _Toc326690461 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc326690461 h 401 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，開展的速度卻非常驚人。液壓傳動(dòng)產(chǎn)品等在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)中的地位和作用十分重要。它的開展決定了機(jī)電產(chǎn)品性能的提高。它不僅能最大限度

8、滿足機(jī)電產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)功能多樣化的必要條件，也是完成重大工程工程、重大技術(shù)裝備的根本保證，更是機(jī)電產(chǎn)品和重大工程工程和裝備可靠性的保證。所以說(shuō)液壓傳動(dòng)產(chǎn)品的開展是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化、尤其是工業(yè)自動(dòng)化不可缺少的重要手段。液壓技術(shù)具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，具有功率重量比大，體積小，頻響高，壓力、流量可控性好，可柔性傳送動(dòng)力，易實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)，因此液壓技術(shù)廣泛用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門。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)的左右；反響速度快、準(zhǔn)、穩(wěn)；又能在大范圍內(nèi)方便地實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速；易實(shí)現(xiàn)功率放大；易進(jìn)行過(guò)載保護(hù)；能自動(dòng)潤(rùn)滑，壽命長(zhǎng)，制造本錢較低，世界各國(guó)均已

9、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(guó)防工業(yè)中。現(xiàn)在世界各國(guó)都重視開展根底產(chǎn)品。近年來(lái)，液壓技術(shù)由于廣泛應(yīng)用了高新技術(shù)成果，使根底產(chǎn)品在水平、品種及擴(kuò)展應(yīng)用領(lǐng)域方面都有很大提高和開展。一個(gè)完整的液壓系統(tǒng)由五個(gè)局部組成，即動(dòng)力元件、執(zhí)行元件、控制元件、輔助無(wú)件和液壓油。動(dòng)力元件的作用是將原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液體的壓力能，指液壓系統(tǒng)中的油泵，它向整個(gè)液壓系統(tǒng)提供動(dòng)力。液壓泵的結(jié)構(gòu)形式一般有齒輪泵、葉片泵和柱塞泵。執(zhí)行元件(如液壓缸和液壓馬達(dá))的作用是將液體的壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，驅(qū)動(dòng)負(fù)載作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)或回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)?？?/p>

10、制元件(即各種液壓閥)在液壓系統(tǒng)中控制和調(diào)節(jié)液體的壓力、流量和方向。根據(jù)控制功能的不同，液壓閥分為壓力控制閥、流量控制閥和方向控制閥。壓力控制閥又分為溢流閥(平安閥)、減壓閥、順序閥、壓力繼電器等；流量控制閥包括節(jié)流閥、調(diào)整閥、分流集流閥等；方向控制閥包括單向閥、液控單向閥、梭閥、換向閥等。根據(jù)控制方式不同，液壓閥分為開關(guān)式控制閥、定值控制閥和比例控制閥。輔助元件包括油箱、濾油器、油管及管接頭、密封圈、壓力表、油位油溫計(jì)等。液壓油是液壓系統(tǒng)中傳遞能量的工作介質(zhì)，有各種礦物油、乳化液和合成型液壓油等幾大類。液壓閥的功用是控制液壓傳動(dòng)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(dòng)作以控制、實(shí)施整

11、個(gè)液壓系統(tǒng)及設(shè)備的全部工作功能。1.1 液壓技術(shù)開展歷史液壓傳動(dòng)和氣壓傳動(dòng)稱為流體傳動(dòng)，是根據(jù)17世紀(jì)帕斯卡提出的液體靜壓力傳動(dòng)原理而開展起來(lái)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(dòng)技術(shù)水平的上下已成為一個(gè)國(guó)家工業(yè)開展水平的重要標(biāo)志。1795 年英國(guó)約瑟夫布拉曼 (Joseph Braman,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(tái)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(dòng)廣泛應(yīng)用, 特別是 1920 年以后, 開展更為迅速。液壓

12、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 () 創(chuàng)造了壓力平衡式葉片泵, 為近代液壓元件工業(yè)或液壓傳動(dòng)的逐步建立奠定了根底。 20世紀(jì)初康斯坦丁尼斯克 (G Constantimsco) 對(duì)能量波動(dòng)傳遞所進(jìn)行的理論及實(shí)際研究；1910 年對(duì)液力傳動(dòng) ( 液力聯(lián)軸節(jié)、液力變矩器等 ) 方面的奉獻(xiàn)，使這兩方面領(lǐng)域得到了開展。 第二次世界大戰(zhàn) (1941 - 1945) 期間, 在美國(guó)機(jī)床中有 30% 應(yīng)用了液壓傳動(dòng)。應(yīng)該指出, 日本液壓傳動(dòng)的開展較歐美等國(guó)家晚了近20 多年。在1955年前后, 日本迅速開展液壓傳動(dòng)，1956年成立了 “ 液

13、壓工業(yè)會(huì) 。近2030年間，日本液壓傳動(dòng)開展之快，居世界領(lǐng)先地位。20世紀(jì)50年代，隨著世界各國(guó)經(jīng)濟(jì)的恢復(fù)和開展，生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化的不斷增長(zhǎng)，使液壓技術(shù)很快轉(zhuǎn)入民用工業(yè)，在機(jī)械制造、起重運(yùn)輸機(jī)械及各類施工機(jī)械、船舶、航空等領(lǐng)域得到了廣泛的開展和應(yīng)用。20世紀(jì)60年代以來(lái)，隨著原子能、航空航天技術(shù)、微電子技術(shù)的開展，液壓技術(shù)在更深、更廣闊的領(lǐng)域得到了開展，60年代出現(xiàn)了板式、疊加式液壓閥系列，開展了以比例電磁鐵為電氣-機(jī)械轉(zhuǎn)換器的電液比例控制閥并被廣泛用于工業(yè)控制中，提高了電液控制系統(tǒng)的抗污染能力和性能價(jià)格比。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和人類環(huán)保、能源危機(jī)意識(shí)的提高，近20年來(lái)，人們重新認(rèn)識(shí)和研究歷史上以

14、純水作為工作介質(zhì)的純水液壓傳動(dòng)技術(shù)，并在理論上和應(yīng)用研究上，都得到了持續(xù)穩(wěn)定的復(fù)蘇與開展，正在逐漸成為現(xiàn)代液壓傳動(dòng)技術(shù)中的熱點(diǎn)技術(shù)和新的開展方向之一。21世紀(jì)將是信息化、網(wǎng)絡(luò)化、知識(shí)化和全球化的世紀(jì)，信息技術(shù)、生命科學(xué)、生物技術(shù)和納米技術(shù)等新科技的日益進(jìn)展將對(duì)液壓傳動(dòng)與控制技術(shù)的研究、設(shè)計(jì)研究及方法、對(duì)包括液壓閥在內(nèi)的各類液壓產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)與工藝、對(duì)其以其應(yīng)用領(lǐng)域以及企業(yè)的經(jīng)營(yíng)管理模式產(chǎn)生深刻的影響并帶來(lái)革命性變化。在社會(huì)和工程需求的強(qiáng)力推動(dòng)及機(jī)械與電氣傳動(dòng)及控制的挑戰(zhàn)下，液壓傳動(dòng)與控制技術(shù)將依托科學(xué)，不斷發(fā)揮自身優(yōu)勢(shì)，滿足客觀需求，變得更為綠色化、機(jī)械電子一體化、模塊化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化，將自身推

15、進(jìn)到新的水平。1.2 我國(guó)液壓技術(shù)開展概述我國(guó)的液壓工業(yè)及液壓閥的制造，起始于第一個(gè)五年方案19531957年，期間，由于機(jī)床制造工業(yè)開展的迫切需求，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(guó)外中低壓元件制造技術(shù)的根底上，自行設(shè)計(jì)了公稱壓力為和的中低壓液壓閥系統(tǒng)簡(jiǎn)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開展，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(yàn)設(shè)備，并據(jù)此開展、設(shè)計(jì)成我國(guó)的中高壓液壓閃系統(tǒng)簡(jiǎn)稱榆次型。1968年，

16、當(dāng)時(shí)的一機(jī)部組織有關(guān)單位，在公稱壓力21MPa液壓閥的根底上，設(shè)計(jì)了我國(guó)一套公稱壓力為的高壓閥系列，并投入批量生產(chǎn)。為使產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、系列化，我國(guó)于1973年再次組成“液壓閥聯(lián)合設(shè)計(jì)組，在總結(jié)國(guó)產(chǎn)高壓閥設(shè)計(jì)、生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的根底上，借鑒了國(guó)外同類產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，性能、工藝特點(diǎn)，又增補(bǔ)了多種規(guī)格和新品種，并使國(guó)產(chǎn)閥的安裝連接尺寸首次符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。并于1977年正式完成了公稱壓力為的高壓閥新系列的設(shè)計(jì)。1978年起，通過(guò)全系列圖紙的審查、試制、鑒定等工作，并在全國(guó)推廣使用。1982年，通過(guò)了全系列的定型工作。故上述產(chǎn)品簡(jiǎn)稱為“82年聯(lián)合設(shè)計(jì)型高壓液壓閥系列。為適應(yīng)高壓、大流量的液壓傳動(dòng)要求，濟(jì)南鑄

17、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(jiǎn)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。近年來(lái)，我國(guó)液壓氣動(dòng)密封行業(yè)堅(jiān)持技術(shù)進(jìn)步，加快新產(chǎn)品開發(fā)，取得良好成效，涌現(xiàn)出一批各具特色的高新技術(shù)產(chǎn)品。北京機(jī)床所的直動(dòng)式電液伺服閥、杭州精工液壓機(jī)電公司的低噪聲比例溢流閥(擁有專利)、寧波華液公司的電液比例壓力流量閥(已申請(qǐng)專利)，均為機(jī)電一體化的高新技術(shù)產(chǎn)品，并

18、已投入批量生產(chǎn)，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。北京華德液壓集團(tuán)公司的恒功率變量柱塞泵，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)大排量柱塞泵的空白，適用于冶金、鍛壓、礦山等大型成套設(shè)備的配套。天津特精液壓股份的三種齒輪泵，具有結(jié)構(gòu)新穎、體積小、耐高壓、噪聲低、性能指標(biāo)先進(jìn)等特點(diǎn)。榆次液壓件的高性能組合齒輪泵，可廣泛用于工程、冶金、礦山機(jī)械等領(lǐng)域。另外，還有廣東廣液公司的高壓高性能葉片泵、寧波永華公司的超高壓軟管總成、無(wú)錫氣動(dòng)技術(shù)研究所為各種自控設(shè)備配套的WPI新型氣缸系列都是很有特色的新產(chǎn)品。為應(yīng)對(duì)我國(guó)參加WTO后的新形勢(shì)，我國(guó)液壓行業(yè)各企業(yè)加速科技創(chuàng)新，不斷提升產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，一批優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品成功地為國(guó)家重點(diǎn)工程和重點(diǎn)主機(jī)配套，取得較

19、好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。我國(guó)液壓產(chǎn)品具有一定生產(chǎn)能力和技術(shù)水平的生產(chǎn)科研體系。尤其是近十年來(lái)根底產(chǎn)品工業(yè)得到國(guó)家支持，裝備水平有所提高，目前已能生產(chǎn)品種規(guī)格齊全的產(chǎn)品，已能為汽車、工程機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械、機(jī)床、塑機(jī)、冶金礦山、發(fā)電設(shè)備、石油化工、鐵路、船舶、港口、輕工、電子、醫(yī)藥以及國(guó)防工業(yè)提供品種根本齊全的產(chǎn)品。通過(guò)科研攻關(guān)和產(chǎn)學(xué)研結(jié)合，在液壓伺服比例系統(tǒng)和元件等成果已用于生產(chǎn)。在產(chǎn)品CAD和CAT等方面已取得可喜的進(jìn)展，并得到廣泛應(yīng)用。并且在國(guó)內(nèi)建立了不少獨(dú)資、合資企業(yè)，在提高我國(guó)行業(yè)技術(shù)水平的同時(shí)，為主機(jī)提供了急需的高性能和高水平產(chǎn)品，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白。1.3 溢流閥的過(guò)去和未來(lái)開展1結(jié)構(gòu)形式

20、特點(diǎn)直動(dòng)式溢流閥的啟閉是在系統(tǒng)壓力直接作用下進(jìn)行的。先導(dǎo)控制式溢流閥的主閥是由先導(dǎo)閥控制的先導(dǎo)閥作為調(diào)壓級(jí)、起直動(dòng)溢流閥的調(diào)壓彈簧的作用通過(guò)主、 導(dǎo)閥之間的阻尼器，控制主閥上腔的中間力。 直動(dòng)式溢流閥，它不只適用于低壓小流量系統(tǒng)，近來(lái)也出現(xiàn)了高壓大流量直動(dòng)溢流閥，西德力士樂(lè)公司生產(chǎn)的DSD型直動(dòng)式溢流閥最高壓力可達(dá)40MPa及63MPa。壓力為3110MPa時(shí)流量可達(dá)332 Lmin。啟閉特性好。其一種結(jié)構(gòu)是在錐閥的端部及支承彈簧的圓盤上開有環(huán)形槽結(jié)構(gòu)。環(huán)形槽改變了液流的方向，產(chǎn)生一個(gè)與彈簧力方向相反，大小隨流量增加而增加可抵消局部彈簧力增量的射流力。第二種結(jié)構(gòu)為錐閥帶活塞，且將活塞銑扁，進(jìn)口

21、壓力可以作用于活塞底部的結(jié)構(gòu)?；钊龀皱F閥的運(yùn)動(dòng)中不致于傾倒，有效地控制徑向振動(dòng)。活塞與錐閥連接處做成對(duì)稱錐面，使液動(dòng)力互相抵消。彈簧支承盤上也開有偏流環(huán)槽，產(chǎn)生抵消彈簧力增量的射流力。第三種結(jié)構(gòu)為球閥式?；钊c球閥的連接主要是通過(guò)阻尼彈簧，阻尼彈簧的作用是使球閥上的主彈簧剛度增加，預(yù)壓縮量減少，有利于提高靜態(tài)特性。先導(dǎo)控制式溢流閥的結(jié)構(gòu)有三級(jí)同心式，二級(jí)同心式和級(jí)同心式，其先導(dǎo)閥使用的彈簧有線性彈簧和非線行彈簧非線性彈簧用于液壓閥有很大的優(yōu)越性，但至今應(yīng)用的卻不多見。三級(jí)同心式先導(dǎo)溢流閥其主閥芯上有三處配合，外表的同軸度要求較高。日本改良了三級(jí)同心式溢流閥：拉長(zhǎng)了尾碟，增設(shè)了尾流環(huán)，還將回油

22、通道防振尾附近做成直角彎，消耗動(dòng)能，降低噪聲。另外，在主閥上腔和導(dǎo)閥前腔都設(shè)置了消振滑塊，改變油液流動(dòng)狀態(tài)和減小振動(dòng)容腔。二級(jí)同心式先導(dǎo)控制溢流閥的主閥芯上有兩處配合，外表同軸度要求較高。日本川崎重工業(yè)公司研制出了二級(jí)同心低噪聲溢流閥，把節(jié)流局部做成長(zhǎng)通道，消除急劇的縮流。在閥座上開出了許多小孔，防止產(chǎn)生負(fù)壓。二級(jí)同心式與三級(jí)同心式溢流閥相比是其面積梯度比三級(jí)同心式大，動(dòng)作靈敏，而且壓力穩(wěn)定性和工藝性都比三級(jí)同心結(jié)構(gòu)要好。一級(jí)同心式先導(dǎo)控制溢流閥的主閥是滑閥，上下端承壓面積相等，動(dòng)作靈敏度較低、密封長(zhǎng)度大，使動(dòng)作反響慢、過(guò)渡時(shí)間長(zhǎng)，超調(diào)量大。但其加工、裝配方便。還有的先導(dǎo)控制溢流闊的導(dǎo)閥彈簧為

23、碟形非線性彈簧。碟形彈簧的剛度是可變的，其彈力和變形量不呈線性關(guān)系。由此可使彈簧有較大的預(yù)緊力。而當(dāng)閥心運(yùn)動(dòng)到給定的閥口開啟量時(shí)，彈簧力增加不大，這可使啟閉謂壓差值減少，特別是軸向位移較大的溢流閥。采用蝶形彈簧改善性能將更加顯著。如上所述的各種溢流閥其阻尼器的阻尼都是定值。此外還有變阻尼器結(jié)，它是在主閥芯上安裝一滑閥，形成環(huán)形阻尼器。此阻尼器的阻尼隨滑閥的軸向移動(dòng)而變化。這種溢流閥結(jié)構(gòu)緊湊、體積小。主要用于工程機(jī)械高壓大流量要求動(dòng)作迅速上，簡(jiǎn)化掉阻尼滑閥，而是將主閥中心孔做成便于加工的短租孔，在中心孔上插入柱形鋼絲。利用鋼絲軸向位置固定而在孔內(nèi)可以徑向微動(dòng)的特點(diǎn)，使阻尼器本身具有自潔的能力。這

24、樣的阻尼器結(jié)構(gòu)具有加工容易，本錢低，阻尼可靠的特點(diǎn)。先導(dǎo)式溢流閥其主閥和先導(dǎo)閥的相互位置配備有三種形式：直角式，平行式和同軸式。目前，先導(dǎo)控制式溢流閥般設(shè)置兩個(gè)阻尼器，也有設(shè)置三個(gè)阻尼器的，這些阻尼器有串聯(lián)的，并聯(lián)的，也有串并聯(lián)的。般多為串聯(lián)的。阻尼器與閥芯的相對(duì)位置有閥前阻尼，閥中阻尼和閥后阻尼，閥前阻尼效果好。2 溢流閥的研究歷史成果對(duì)溢流閥的研究?jī)?nèi)容，主要包括理論研究，實(shí)驗(yàn)研究和數(shù)字仿真。國(guó)內(nèi)外從六十年代初開始對(duì)先導(dǎo)控制式溢流閥進(jìn)行研究，經(jīng)歷了定性和定量研究階段，溢流閥靜態(tài)特性研究方面的成果，衡量靜態(tài)特性的指標(biāo)有定壓誤差、卸荷壓力、內(nèi)泄流量和調(diào)壓范圍。研究結(jié)果已經(jīng)給出了比擬完整的設(shè)計(jì)準(zhǔn)那

25、么和阻尼孔尺寸選擇范圍，分析了閥的結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)靜壓特性的影響。也討論了加載閥特性的影響是產(chǎn)生溢流閥啟閉特性實(shí)驗(yàn)誤差的主要原因。證明了先導(dǎo)控制結(jié)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)理想恒壓特性的根本原因。把功率鍵合圖理論用于建立環(huán)形縫隙阻尼溢流閥的數(shù)學(xué)模型。通過(guò)數(shù)字仿真分析了閥的靜特性，并進(jìn)行了參數(shù)預(yù)測(cè)及優(yōu)化。主要研究成果可歸納為如下幾方面：1、錐閥從理論上講密封好，但閥芯在零位時(shí)卻有泄漏，相當(dāng)于閥提前開啟，特別是在高壓情況下，關(guān)鍵問(wèn)題是加工裝配質(zhì)量。2、主閥芯的面積比直接影響閥的開啟點(diǎn)，理想恒壓要求面積比為一。 3、主閥彈簧預(yù)緊力。在保證克服摩擦力的條件下，應(yīng)盡可能小。 4、先導(dǎo)閥的溢流量應(yīng)盡量小，且保持恒定。 5、主閥液

26、動(dòng)力對(duì)啟閉特性的影響。主要對(duì)閉合特性的影響，取決于出流的方向。溢流閥本身就是一反響的控制系統(tǒng)，其動(dòng)態(tài)特性的研究主要包括穩(wěn)定性和過(guò)渡過(guò)程響應(yīng)特性，對(duì)于錐閥與管道連接系統(tǒng)的穩(wěn)定性，導(dǎo)出了比擬簡(jiǎn)單形式的穩(wěn)定條件。指出提高穩(wěn)定性要縮短管道，盡量減小容腔，加大阻尼。針對(duì)三級(jí)同心式先導(dǎo)溢流閥的穩(wěn)定性問(wèn)題，運(yùn)用穩(wěn)定工作點(diǎn)攝動(dòng)線性化法進(jìn)行了研究，指出在忽略泄漏與先導(dǎo)閥前阻尼時(shí)，只有先導(dǎo)閥的開度始終大于某一定值，溢流閥才能穩(wěn)定工作。對(duì)于級(jí)同心式先導(dǎo)溢流閥的穩(wěn)定性，研究結(jié)果認(rèn)為阻尼孔的直徑取合理值時(shí)，先導(dǎo)閥彈簧剛度對(duì)穩(wěn)定性影響不大，由此可以根據(jù)靜態(tài)特性設(shè)計(jì)選擇彈簧，且指出了先導(dǎo)閥芯位移超調(diào)量最大，主閥芯超調(diào)量次之

27、，壓力超調(diào)量最小。還提出了加位移限位座三級(jí)同心溢流閥主閥穩(wěn)定性的措施，就是使閥芯運(yùn)動(dòng)到剛要到達(dá)力平衡時(shí)，要閥芯觸及限位座，這時(shí)靠一個(gè)與液壓力任意大小相適應(yīng)的閥座反力來(lái)維持平衡，而不發(fā)生振動(dòng)。實(shí)驗(yàn)研究了溢流閥阻尼孔位置的影響效果，得出的結(jié)論是閥前阻尼優(yōu)于閥中阻尼，閥后阻尼的穩(wěn)定性最差。3 溢流閥的未來(lái)開展目前，液壓系統(tǒng)和元件的設(shè)計(jì)、分析方法是基于一種半經(jīng)驗(yàn)的方法。 一些理論公式經(jīng)多方簡(jiǎn)化，已難以解釋和處理某些實(shí)際問(wèn)題。對(duì)溢流閥的開發(fā)和深入研究也存在著許多問(wèn)題。在理論分析中，很多非線性因素都未加以考慮，如閥座的約束反力，庫(kù)侖摩擦力等，所以理論分析的模型是半定量的，因此有人對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行了模型參數(shù)辨

28、識(shí)研究。在微處理機(jī)得到普遍應(yīng)用的今天，也出現(xiàn)了液壓數(shù)字控制系統(tǒng)。真正實(shí)現(xiàn)了電子神經(jīng)，液壓肌肉的初衷，增強(qiáng)了液壓系統(tǒng)的功能。因此，數(shù)字化溢流閥的出現(xiàn)，將其與微處理機(jī)的結(jié)合，也為增強(qiáng)液壓系統(tǒng)的智能和控制的成熟度提供了極大的潛力。另外溢流閥和液壓系統(tǒng)理論分析、綜合和設(shè)計(jì)方法，也將與微型計(jì)算機(jī)直接結(jié)合，構(gòu)成計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)優(yōu)化體化，逐步代替半經(jīng)驗(yàn)的估算方法。隨著高壓、高速、大流量和高效率液壓系統(tǒng)開展的需要，對(duì)節(jié)能型、低噪聲和嵌裝式溢流閥的研究也日益增多，逐步取得了實(shí)質(zhì)性的突破。1.4 本設(shè)計(jì)的意義和目的液壓技術(shù)滲透到很多領(lǐng)域，不斷在民用工業(yè)、在機(jī)床、工程機(jī)械、冶金機(jī)械、塑料機(jī)械、農(nóng)林機(jī)械、汽車、船舶等行業(yè)得

29、到大幅度的應(yīng)用和開展，而且開展成為包括傳動(dòng)、控制和檢測(cè)在內(nèi)的一門完整的自動(dòng)化技術(shù)?，F(xiàn)今，采用液壓傳動(dòng)的程度已成為衡量一個(gè)國(guó)家工業(yè)水平的重要標(biāo)志之一。如興旺國(guó)家生產(chǎn)的95%的工程機(jī)械、90%的數(shù)控加工中心、95%以上的自動(dòng)線都采用了液壓傳動(dòng)技術(shù)。液壓傳動(dòng)產(chǎn)品在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)中的地位和作用十分重要。它的開展決定了機(jī)電產(chǎn)品性能的提高。它不僅能最大限度滿足機(jī)電產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)功能多樣化的必要條件，也是完成重大工程工程、重大技術(shù)裝備的根本保證，更是機(jī)電產(chǎn)品和重大工程工程和裝備可靠性的保證。所以說(shuō)液壓傳動(dòng)產(chǎn)品的開展是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化、尤其是工業(yè)自動(dòng)化不可缺少的重要手段?，F(xiàn)在世界各國(guó)都重視開展根底產(chǎn)品。近年來(lái)

30、，液壓技術(shù)由于廣泛應(yīng)用了高新技術(shù)成果，使根底產(chǎn)品在水平、品種及擴(kuò)展應(yīng)用領(lǐng)域方面都有很大提高和開展。溢流閥一種壓力控制閥，在液壓設(shè)備中主要起定壓溢流作用，穩(wěn)壓作用，系統(tǒng)卸荷作用和平安保護(hù)作用。定壓溢流作用：在定量泵節(jié)流調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，定量泵提供的是恒定流量，當(dāng)系統(tǒng)壓力增大時(shí)，會(huì)使流量需求減小，此時(shí)溢流閥開啟，使多余流量溢回油箱，保證溢流閥進(jìn)口壓力，即泵出口壓力恒定閥口常隨壓力波動(dòng)開啟。穩(wěn)壓作用：溢流閥串聯(lián)在回油路上，溢流閥產(chǎn)生背壓運(yùn)動(dòng)部件平穩(wěn)性增加。系統(tǒng)卸荷作用：在溢流閥的遙控口串接溢小流量的電磁閥，當(dāng)電磁鐵通電時(shí)，溢流閥的遙控口通油箱，此時(shí)液壓泵卸荷，溢流閥此時(shí)作為卸荷閥使用。平安保護(hù)作用：系統(tǒng)正

31、常工作時(shí)，閥門關(guān)閉，只有負(fù)載超過(guò)規(guī)定的極限系統(tǒng)壓力超過(guò)調(diào)定壓力時(shí)開啟溢流，進(jìn)行過(guò)載保護(hù)，使系統(tǒng)壓力不再增加通常使溢流閥的調(diào)定壓力比系統(tǒng)最高工作壓力高10%20%。綜上所述，液壓技術(shù)是現(xiàn)代科技中非常重要的技術(shù)手段，而溢流閥作為液壓系統(tǒng)中一個(gè)非常關(guān)鍵的部件，對(duì)溢流閥的研究必將改善溢流閥的工作性能，從而提高整個(gè)液壓系統(tǒng)的操作性能，在實(shí)際生產(chǎn)中，必將帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益。本設(shè)計(jì)將結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)工作，運(yùn)用理論結(jié)合實(shí)際的工作方法，在曾經(jīng)的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的根底之上，設(shè)計(jì)出一個(gè)實(shí)用價(jià)值較高，工作性能較好的先導(dǎo)式溢流閥。2 溢流閥總體設(shè)計(jì)本章的重點(diǎn)是介紹溢流閥的相關(guān)知識(shí)，包括溢流閥的分類與作用、溢流閥的工作原理與工作過(guò)程

32、、溢流閥的零件與整體結(jié)構(gòu)以及溢流閥的主要性能。2.1 溢流閥的作用和分類2.1.1 作用溢流閥是壓力控制閥中最根本的一種，以它為根底可以組合成各種進(jìn)行閥前進(jìn)口壓力控制的壓力控制閥,如電磁溢流閥就是由溢流閥和電磁換向閥組合而成的。溢流閥在液壓系統(tǒng)中使用極為普遍，所有液壓系統(tǒng)都要至少使用一個(gè)溢流閥作為定壓閥或平安閥。 溢流閥的主要功用是：維持液壓系統(tǒng)中的壓力近于恒定；對(duì)液壓系統(tǒng)實(shí)行調(diào)壓；防止液壓系統(tǒng)超載，起平安作用；對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行卸荷，以降低系統(tǒng)的功率損耗和熱量。2.1.2 分類溢流閥的品種較多，按它的根本動(dòng)作一般可分為直動(dòng)型和控制型兩種，控制型溢流閥即是先導(dǎo)式溢流閥。直動(dòng)型溢流閥 圖2-1 直動(dòng)

33、型溢流閥結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖Fig.2-1 Direct action-type relief valve structure diagram a錐閥式 (b)球閥式 (c)滑閥式 (d)溢流閥的根本符號(hào) 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(diǎn)是動(dòng)作靈敏，密封性能好，配合沒(méi)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(dòng)，但動(dòng)作反響較慢。控制型溢流閥先導(dǎo)式溢流閥圖2-2 YF型三節(jié)同心先導(dǎo)式溢流閥Fig.2-2 YF 3-type pilot relief valve concentric1、閥

34、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、主閥彈簧控制型溢流閥的先導(dǎo)閥是一個(gè)小規(guī)格的錐閥式直動(dòng)溢流閥，其彈簧用于調(diào)定主閥局部的溢流壓力。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(shí)回位而設(shè)置。直動(dòng)型和控制型的差異在于控制閥芯啟閉的方式：直動(dòng)型閥芯的啟閉是在系統(tǒng)液壓力直接作用下進(jìn)行的；控制型閥芯的啟閉由先導(dǎo)閥來(lái)控制。顯然，控制型溢流閥的工作原理要比直動(dòng)型溢流閥復(fù)雜，但在性能指標(biāo)和使用范圍等方面，控制型優(yōu)于直動(dòng)型。 溢流閥的工作原理溢流閥由主閥和先導(dǎo)閥兩局部組成，如圖2-2，3為主閥閥芯，6為導(dǎo)閥

35、閥芯，右邊的進(jìn)油口與壓力油路想通，下部的出油口與回油路相通。在油路壓力未到達(dá)溢流閥調(diào)定的壓力時(shí)，導(dǎo)閥、主閥在各自的彈簧7與11作用下處于關(guān)閉狀態(tài)，主閥芯活塞下腔、主閥芯活塞上腔、先導(dǎo)閥芯前腔壓力相等。當(dāng)油路壓力升高到接近調(diào)定的壓力時(shí)，導(dǎo)閥被推開，便有小量油液通過(guò)節(jié)流孔、導(dǎo)閥閥口、主閥閥芯的中心孔從出油口流出。這樣，由于節(jié)流孔中有油液通過(guò)，便在主閥芯活塞下腔和上腔之間形成壓力差，給主閥閥芯造成一個(gè)向上的力。但此力還缺乏以克服主閥彈簧11的預(yù)壓縮力，因此主閥還不能翻開。當(dāng)油路壓力繼續(xù)升高，導(dǎo)閥開口量加大，通過(guò)節(jié)流孔的流量加大，主閥芯活塞下腔與上腔之間的壓力差加大，便可克服主閥彈簧的力和閥芯摩擦力忽

36、略閥芯重力，使主閥翻開。壓力油便通過(guò)主閥閥口從出油口溢流，使油路壓力不再升高而保持此時(shí)的數(shù)值，這就是調(diào)定的壓力值。這樣，溢流閥就起到了控制油路壓力的作用。當(dāng)油路壓力下降，與上述過(guò)程相反，主閥與導(dǎo)閥就將依次關(guān)閉，溢流閥停止溢流。由這一工作過(guò)程可見，導(dǎo)閥起著感受壓力變化的作用，主閥起著溢流的作用。通過(guò)調(diào)壓手輪10，改變導(dǎo)閥彈簧7的作用力，也就改變了整個(gè)溢流閥控制的壓力。如果從導(dǎo)閥前腔向外開一個(gè)遠(yuǎn)控口去掉螺堵即可形成遠(yuǎn)控口，用導(dǎo)管連接一個(gè)遠(yuǎn)處的直動(dòng)式溢流閥相當(dāng)于導(dǎo)閥，而將本身的導(dǎo)閥彈簧壓到最緊位置，那么此先導(dǎo)式溢流閥便成為遠(yuǎn)控溢流閥，可用作遠(yuǎn)距離控制。2.3 溢流閥的工作過(guò)程 開啟過(guò)程如圖2-3所示

37、，圖中各符合的含義如下：A1主閥芯活塞下邊面積；A2主閥芯活塞上邊面積；p1主閥芯下腔壓力；p2主閥芯下腔壓力；Kx先導(dǎo)閥彈簧剛度；Ky主閥彈簧剛度；x0先導(dǎo)閥彈簧的預(yù)壓縮量；y0主閥彈簧的預(yù)壓縮量；G主閥芯重力； 圖2-3溢流閥示意圖Ff閥芯與閥套的摩擦力； Fig. 2-3 Schematic Relief1當(dāng)液壓系統(tǒng)壓力低于先導(dǎo)閥的開啟壓力時(shí)，先導(dǎo)閥保持關(guān)閉。此時(shí)主閥芯受力條件為 (2-1)此時(shí)閥口關(guān)閉。2當(dāng)系統(tǒng)壓力上升到先導(dǎo)閥的開啟壓力時(shí)，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2-1。3當(dāng)系統(tǒng)壓力升高超過(guò)先導(dǎo)閥開啟壓力時(shí)，先導(dǎo)閥翻開，液壓油經(jīng)由阻尼孔流向先導(dǎo)閥再流回油箱

38、。此時(shí)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，主閥芯的受力方程為： 2-24當(dāng)系統(tǒng)壓力上升到主閥開啟壓力時(shí)，通過(guò)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)： 2-35當(dāng)系統(tǒng)壓力高于主閥開啟壓力時(shí)，主閥開啟，其受力為 2-4式中： 主閥口的開度；液體入射角，近似等于閥芯半錐角；主閥座孔直徑；C1主閥口流量系數(shù)，(取)。6當(dāng)系統(tǒng)壓力升到調(diào)定壓力時(shí)，閥內(nèi)通過(guò)額定流量，此時(shí)主閥芯受力方程為： 2-5到此，溢流閥開啟完成。2.3.2 閉合過(guò)程其過(guò)程與開啟過(guò)程相反，但各關(guān)鍵點(diǎn)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。 溢流閥的主要性能2.4.1

39、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(shí)，系統(tǒng)壓力平穩(wěn)壓力無(wú)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過(guò)程的被控壓力與通過(guò)溢流閥的溢流量之間的關(guān)系。 一般用溢流閥處于額定流量、額定壓力時(shí)，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(lái)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(yīng)不小于，閉合壓力比應(yīng)不小于，其靜態(tài)特性較好。(3) 卸荷壓力：當(dāng)溢流閥作卸荷閥用時(shí)，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(shí)應(yīng)無(wú)噪

40、聲。 動(dòng)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：指從起始穩(wěn)定壓力與最終穩(wěn)態(tài)壓力之差的上升到的時(shí)間。(即圖3-4中、兩點(diǎn)的間的時(shí)間間隔)。3過(guò)渡過(guò)程時(shí)間：指從調(diào)定壓力到最終穩(wěn)態(tài)壓力的時(shí)間。(即圖3-4中點(diǎn)到點(diǎn)間的時(shí)間間隔)。4 升壓時(shí)間：指溢流閥自卸荷壓力上升至穩(wěn)定調(diào)定壓力所需時(shí)間。即圖3-5的。5卸荷時(shí)間：指卸荷信號(hào)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(shí)間。(即圖3-5中的)。圖2-4 流量階躍變化時(shí)溢流閥的進(jìn)口壓力響應(yīng)特性Fig. 2-4 Step changes in the flow of imports of the pressure relief valve

41、 response characteristics圖2-5溢流閥升壓與卸荷特性Fig. 2-5 boost relief valve and unloading Features2.5 溢流閥的設(shè)計(jì)要求溢流閥的一般設(shè)計(jì)要求是：1公稱壓力pg (N/2) ；2公稱流量 Qg (L/min)；3調(diào)壓范圍 QUOTE p1minp1max p1minp1max (N/2) ；4主閥開啟壓力p1Q (N/2) ；5主閥閉合壓力p1Q (N/2) ；5p1Q QUOTE p1Q 、p1Q QUOTE p1Q 時(shí)的溢流量Q (L/min)；7卸荷壓力p1x QUOTE p1x (N/2)。8內(nèi)泄流量qnx

42、L/ min2.6 溢流閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)牽涉到工作性能、制造、使用和維修。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，在滿足工作性能的根底上，要做到結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，使用維修方便。 2.6.1 溢流閥的結(jié)構(gòu)型式溢流閥的結(jié)構(gòu)型式通常有以下三種：1直動(dòng)滑閥型圖2-6圖2-6 直動(dòng)滑閥型溢流閥Fig.2-6 Direct-acting spool type relief valve這種閥的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但性能較差，僅限于低壓小流量下使用，主要用于控制精度不太高的場(chǎng)合。而且，它不能實(shí)現(xiàn)卸荷和遠(yuǎn)控調(diào)壓。2無(wú)平衡面積的座閥式先導(dǎo)控制型圖2-7這種閥也限于低壓和小流量下使用，假設(shè)阻尼孔選擇合理經(jīng)先導(dǎo)閥的作用，能較好地工作。3具有平衡

43、面積的座閥式先導(dǎo)控制型這種閥按其主閥芯配合面的情況有兩種結(jié)構(gòu)：一種具有三級(jí)配合面，常稱為三級(jí)同心式，見圖2-8；另一種具有二級(jí)配合面，常稱為二級(jí)同心式。這種閥的結(jié)構(gòu)雖不及上述二種簡(jiǎn)單，但其工作性能要比上述任何一種好。三級(jí)同心式與二級(jí)同心式相比，二級(jí)同心式優(yōu)于三級(jí)同心式，現(xiàn)分析比擬如下：圖2-71三級(jí)同心式結(jié)構(gòu)比二級(jí)同心式復(fù)雜，主要零件如主閥芯、閥體等的加工精度要求也比二級(jí)同心式高，從而使制造本錢提高；同時(shí)，三級(jí)同心式溢流閥在裝配或使用中不慎常影響到它的動(dòng)作可靠性。圖2-8 三節(jié)同心式先導(dǎo)型溢流閥Fig. 2-8 Three concentric Pilot Relief Valve2主閥口的過(guò)

44、流面積三級(jí)同心式小于二級(jí)同心式(見圖 2-9)。在實(shí)現(xiàn)卸荷時(shí)，由于三級(jí)同心式閥芯的尾碟伸在腳座內(nèi)，通道成很狹的環(huán)形，加上閥座直徑很小，因而過(guò)流斷面面積很小，使卸荷時(shí)的剩余壓力較高。二級(jí)同心式閥的通道中沒(méi)有如尾碟之類的障礙物，且閥座處直徑很大，過(guò)流面積大, 故剩余壓力較低。3二級(jí)同心式閥比擬穩(wěn)定。三級(jí)同心式閥中，當(dāng)液流高速流出時(shí)，由于流動(dòng)方向慣性在尾碟底部形成一個(gè)負(fù)壓渦流區(qū)負(fù)壓是不穩(wěn)定的。而先導(dǎo)閥的控制流出流正好進(jìn)入此不穩(wěn)定負(fù)壓區(qū)，負(fù)壓直接作用到 先導(dǎo)閥的閥芯背部即調(diào)壓彈簧一側(cè)，使先導(dǎo)閥閥芯的運(yùn)動(dòng)受到影響，也就是引起閥口的開口量不穩(wěn)定，最終引起溢流閥 所控制的壓力不穩(wěn)定。二級(jí)同心式閥中沒(méi)有這種現(xiàn)

45、象。圖2-9三節(jié)同心式與二節(jié)同心式過(guò)流面積比擬Fig.2-9 Three concentric compare flow area with two concentric4二級(jí)同心式閥具有噪聲小的優(yōu)點(diǎn)，因液流經(jīng)閥口至溢流口是一個(gè)擴(kuò)散流動(dòng)，使高速液流迅速的降速，所以，減少了 噪聲。三級(jí)同心式閥由于液流經(jīng)閥口至溢流口是一個(gè)收縮流動(dòng)，溢流口的流速相比之下較高，所以噪聲較大。當(dāng)然，這只是從流速聲來(lái)說(shuō)的。5二級(jí)同心式具有良好的通用性，以溢流閥為根底，只要作少量的變動(dòng)，就可以變成各種型式的壓力閥。因?yàn)殚y芯和閥套組成一個(gè)部件安置在閥體的一個(gè)通用的內(nèi)腔里，利用 溢流閥的閥體，只要變換一下先導(dǎo)閥的控制局部或調(diào)換

46、適合其他功用的閥芯和閥套,就可以變成順序閥、卸荷閥、減壓閥、平衡閥等各種型式的壓力控制閥。當(dāng)然，三級(jí)同心式閥從動(dòng)態(tài)性能觀點(diǎn)來(lái)看，也有其設(shè)計(jì)上的可取之處，例如，主閥口直徑小，面積梯度就小，流量增益低，有利于穩(wěn)定儲(chǔ)藏，即對(duì)穩(wěn)定性有利；又例如，主閥芯上的尾碟，使穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力有助于閥口關(guān)閉，也是增加穩(wěn)定性的措施。另一方面，主閥閥口作為一個(gè)振動(dòng)環(huán)節(jié)，如果能盡量減弱 主閥芯的振動(dòng)，仍可獲得低噪聲的溢流閥。三級(jí)同心式閥具有這方面改良的余地，例如：將主閥芯尾碟拉長(zhǎng)，在尾碟處加節(jié)流環(huán)，使油液壓力從進(jìn)口到溢流口逐級(jí)釋壓，便是一種很好的低噪聲溢流閥。2.6.2 先導(dǎo)式溢流閥主要零件 三級(jí)同心式和二級(jí)同心式溢流閥總體結(jié)

47、構(gòu)均由主閥和先導(dǎo)閥兩局部組成。1主閥局部主閥由閥體、閥芯、閥座等主要零件組成。1閥體閥體是主閥的主要零件，為了使流體流過(guò)閥體通道時(shí)盡可能縮小渦流區(qū)并減輕流速場(chǎng)的激變，以減小壓力損失，故閥體內(nèi)部孔道的幾何形狀較復(fù)雜，以鑄造成形為宜。鑄件的外 形應(yīng)隨內(nèi)孔的形狀而變化,使鑄件的壁厚得以均勻過(guò)度，保證鑄件具有良好的鑄造性能。閥體在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，除必須保證足夠的強(qiáng)度以外,還必須使閥體具有良好的剛度，使閥在總裝后和長(zhǎng)期使用中保證閥芯動(dòng)作靈活可靠而不至于由于閥體在外力作用下變形太大而卡住。圖2-10 主閥體Fig.2-10 Main valve body2閥芯控制型溢流閥主閥芯上下側(cè)面積差的大小直接影響到閥的

48、性能，應(yīng)通過(guò)計(jì)算確定。上下側(cè)面積差可采用各種方式到達(dá)。圖2-8中的主閥芯有三個(gè)配合面，因此同軸度要求較高，這不僅提髙了加工精度的要求，且裝配時(shí)較困難。特別是主閥芯的小端和閥蓋之間有配合要求，假設(shè)加工和裝配稍不注意，甚至由于安裝閥蓋螺釘?shù)木壒?，都有使閥芯被卡死的可能。圖2-5中主閥芯帶有消振尾碟，幾何形狀比擬復(fù)雜。圖2-11 主閥芯Fig.2-11 main valve spool3閥座閥座用來(lái)支承主閥芯，主閥芯與閥座接觸時(shí)必須根本保證線接觸，從而使閥口具有可靠的密封性能。閥芯和閥座在閥口處的形狀和錐角大小，對(duì)主閥芯的受力大小指主閥芯在開啟后的受力情況和動(dòng)作平穩(wěn)性有關(guān)系。因?yàn)橛鸵毫鲃?dòng)情況的復(fù)雜性

49、，所以往往要通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，才能確定最正確的錐閥口形狀和錐角的大小。圖2-12 主閥座Fig.2-12 main valve seat2先導(dǎo)閥局部先導(dǎo)閥由閥芯、閥座、調(diào)壓彈簧、調(diào)壓裝置等零件組成。在壓力控制閥中如溢流閥、電磁溢流閥、減壓閥等)通常都有先導(dǎo)閥，因此在設(shè)計(jì)時(shí)必須保證通用性。先導(dǎo)閥的結(jié)構(gòu)一般分為直動(dòng)式和差動(dòng)式二種。1閥芯直動(dòng)式的閥芯常用的有二種結(jié)構(gòu)(見圖2-13)。圖中a)為錐閥結(jié)抅，b)為球閥結(jié)構(gòu)。對(duì)于球閥結(jié)構(gòu)，根據(jù)閥芯的組成又可分成兩種：一種是球和彈簧座分體,另一種是球和彈簧座成整體的。比擬錐閥和球閥兩種結(jié)構(gòu)，當(dāng)閥芯的開口量相同， 即閥芯與閥座離開相同的距離時(shí)，球閥比錐閥具有較大的

50、過(guò)流面積。所以球閥結(jié)構(gòu)使主閥開啟比擬迅速，從而使升壓時(shí)間t1較短(見圖2-14)；但是球閥的過(guò)流面積變化較大，這樣閥芯動(dòng)作就不太穩(wěn)定，易出現(xiàn)振動(dòng)，從而使主閥穩(wěn)定時(shí)間t2較長(zhǎng)(見圖2-14)。圖2-13 閥芯類型F type of the spool圖2-14 動(dòng)態(tài)特性圖Fig.2-14 Dynamic characteristics chart差壓式閥芯和直動(dòng)式閥芯的區(qū)別在于錐閥的尾部帶有一段配合面見圖2-15)。主要特點(diǎn)是利用承壓面的面積差來(lái)減小作用在閥芯上的液壓力，這使調(diào)壓彈簧容易設(shè)計(jì)，并提高了調(diào)壓穩(wěn)定性。但它有兩個(gè)配合面，結(jié)構(gòu)比直動(dòng)式復(fù)雜，加工精度也比直動(dòng)式要求高。 圖2-15(fig.

51、2-15) 圖2-16 (fig.2-16)2閥座閥座的結(jié)構(gòu)應(yīng)按閥芯的結(jié)構(gòu)而定。直動(dòng)式閥座設(shè)有二級(jí)孔(見圖2-16), 一端小孔起適當(dāng)?shù)淖枘嶙饔?，能消除尖叫和振?dòng)。此外還必須盡量減少導(dǎo)閥前腔的容積，假設(shè)結(jié)構(gòu)布置的需要致使容積過(guò)大時(shí)，可加添消振墊如圖2-17 a所示，以改變這一容腔流速場(chǎng)分布，或采用消振塞如圖2-17 b所示)，利用微型吸振原理來(lái)消除尖叫和振動(dòng)。圖2-17 消振墊Fig.2-17 Damper pad3調(diào)壓裝置調(diào)壓裝置由調(diào)壓彈簧和調(diào)壓機(jī)構(gòu)兩局部組成。直動(dòng)式先導(dǎo)閥作用在閥芯上的液壓力直接與彈簧力相平衡，平衡方程為：p2a2=Kt2(Xt2+X2)導(dǎo)閥座孔面積a2由通過(guò)導(dǎo)閥座孔的流量

52、大小確定。當(dāng)彈簧的預(yù)壓縮量Xt2取定為某一值時(shí)，調(diào)壓彈簧的剛度Kt2的值取決于導(dǎo)閥前腔油壓p2的大小。對(duì)于直動(dòng)式先導(dǎo)閥，從低 壓到高壓只用一根調(diào)壓彈簧是困難的。從上式可知：在最高調(diào)節(jié)壓力時(shí)，調(diào)壓彈簧的剛度Kt2要求較大，Kt2值越大，彈簧的位移對(duì)壓力的變化越敏感，這給低壓范圍穩(wěn)定可靠的調(diào)壓帶來(lái)困難。可以用增大Xt2值的方法來(lái)適當(dāng)減小Kt2值，但這會(huì)給調(diào)壓彈簧的設(shè)計(jì)帶來(lái)困難，并且會(huì)超過(guò)彈簧的穩(wěn)定性指標(biāo)即細(xì)長(zhǎng)比。為此，常根據(jù)調(diào)壓范圍分成幾根調(diào)壓彈簧來(lái)調(diào)壓，我國(guó)在公稱壓為320N/2，壓力控制閥中的直動(dòng)式先導(dǎo)閥，將調(diào)壓彈簧分成四根，調(diào)壓范圍劃分為四檔：Ha(680 N/2)；Hb(40160 N/2

53、)；Hc(80200 N/2)；Hd(160320 N/2)。根據(jù)先導(dǎo)閥的結(jié)構(gòu)，對(duì)每根調(diào)壓彈簧進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，在結(jié)構(gòu)尺寸上必須注意以下幾點(diǎn)：1彈簧的內(nèi)徑必須一致；2外徑均不得大于裝彈簧的孔徑；3自由高度要盡量設(shè)計(jì)得一致。 差壓式先導(dǎo)閥因閥芯存在承壓面的面積差，所以作用在閥芯上的液壓力比直動(dòng)式小，液壓力和彈簧力的平銜方程為：式中a2是閥芯尾部配合的面積見圖2-15)。當(dāng)適當(dāng)減小(a2-a2) QUOTE a2-a2 時(shí)，Kt2和Xt2值也可相應(yīng)減小，這使調(diào)壓彈簧的設(shè)計(jì)比擬容易，尤其是Kt2的減小，可改善低壓范圍的調(diào)壓穩(wěn)定性，從而在低壓到高壓的范圍內(nèi)，可減少調(diào)壓彈簧的根數(shù)。壓緊和放松調(diào)壓彈簧的調(diào)壓機(jī)構(gòu)

54、一般有四種型式，圖2-18中的a)為手輪式，b)為鑰匙鎖千分表式，c)為帶有鉛封保險(xiǎn)式，d)為套筒調(diào)節(jié)式?？筛鶕?jù)使用需要在上述四種形式中選用，其中手輪式是常見的調(diào)壓機(jī)構(gòu)，它調(diào)節(jié)方便，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。圖2-18 調(diào)壓機(jī)構(gòu)Fig.2-18 Regulator agencies調(diào)壓裝置的設(shè)計(jì)還必須考慮到調(diào)壓彈簧和閥芯裝拆方便，以便在使用中進(jìn)行檢查和拆換零件。對(duì)裝有“O型密封圈的彈簧座與導(dǎo)閥閥體孔的配合應(yīng)適宜，太松在調(diào)壓手輪處會(huì)出現(xiàn)外滲漏，太緊又會(huì)使調(diào)壓范圍的最低調(diào)節(jié)壓力降不下來(lái)。3 先導(dǎo)式溢流閥詳細(xì)設(shè)計(jì)先導(dǎo)式溢流閥的工作原理要比直動(dòng)型溢流閥復(fù)雜，但在性能指標(biāo)和使用范圍等方面，先導(dǎo)型優(yōu)于直動(dòng)型。三級(jí)同心式閥

55、主閥口直徑小，面積梯度就小，流量增益低，有利于穩(wěn)定儲(chǔ)藏，即對(duì)穩(wěn)定性有利；主閥芯上的尾碟，使穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力有助于閥口關(guān)閉，也是增加穩(wěn)定性的措施。另一方面，主閥閥口作為一個(gè)振動(dòng)環(huán)節(jié)，如果能盡量減弱主閥芯的振動(dòng)，仍可獲得低噪聲的溢流閥。三級(jí)同心式閥具有這方面改良的余地，將主閥芯尾碟拉長(zhǎng)，在尾碟處加節(jié)流環(huán)，使油液壓力從進(jìn)口到溢流口逐級(jí)釋壓，便是一種很好的低噪聲溢流閥。根據(jù)前面所述，本設(shè)計(jì)將設(shè)計(jì)一個(gè)三節(jié)同心式先導(dǎo)型溢流閥。3.1 設(shè)計(jì)要求(1) 額定壓力 pe=16。(2) 額定流量 Qe=60 L/ min 。(3) 調(diào)壓范圍p1minp1max=16 MPa 。(4) 調(diào)成最高調(diào)成壓力p1min時(shí)，導(dǎo)閥

56、的開啟壓力p2ap1max 。(5) 調(diào)成最高調(diào)成壓p1max時(shí)，主閥的開啟壓力p1a1max；此時(shí)的溢流量QaQe。(6) 調(diào)成最高調(diào)成壓p1max時(shí)，主閥的閉合壓力p1a1max；此時(shí)的溢流量Qbe。(7) 卸荷壓力px=0.4 MPa。(8) 內(nèi)泄流量q 0.0015 L/ min。3.2 主要結(jié)構(gòu)尺寸確實(shí)定1進(jìn)油口直徑 d由額定流量和允許流速來(lái)決定 d=416.67Qe100v=0.463Qev 式中：Qe額定流量L/min； v進(jìn)出油口直徑d處油液允許流速，一般為6m/s7m/s，取v=6 m/s。計(jì)算得 d=1.462cm=14.62 mm，取 d= mm2 主閥芯直徑 d1按經(jīng)驗(yàn)

57、取 d1=d計(jì)算得7.36 mm d1 12.07 mm，取 d1= mm3 主閥芯活塞直徑 D0按經(jīng)驗(yàn)取 D0=d1，取 D0=4主閥芯上段直徑D2按經(jīng)驗(yàn)去主閥芯活塞下邊面積F3與上邊面積F4之比為F3F4=0.950.97F3F4=4(D02-d12)4(D02-D22)得： D2=D02+d12-D02F3F4=D01+d1D02-1F3F4 式中：F3活塞下邊面積；F4活塞上邊面積；D2主閥芯活塞直徑；d1主閥芯直徑。帶入數(shù)據(jù)計(jì)算取D2=10 mm。活塞下邊面積稍小于上邊面積，主閥關(guān)閉時(shí)的壓緊力主要靠這個(gè)面積差形成液壓力作用在主閥芯上。主閥彈簧只是在低壓和無(wú)壓力時(shí)使主閥關(guān)閉，因此主閥彈

58、簧剛度可以很小。5主閥芯與閥體的配合長(zhǎng)度L由公式 L=D0 ，得D033 mm6 節(jié)流孔直徑 d0，長(zhǎng)度 l0按經(jīng)驗(yàn)取 d0=2mm，l0=719d 0取d0= mm， l0= 15 mm靜態(tài)特性計(jì)算對(duì)選定的d0和l0進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整8主閥芯半錐角1按經(jīng)驗(yàn)取1=467) 導(dǎo)閥芯的半錐角2按經(jīng)驗(yàn)取2=20(9) 導(dǎo)閥座的孔徑 d2 和 d6按經(jīng)驗(yàn)取 d2=25d0，d6=，取 d2= 4mm，d6=(10) 主閥芯溢流孔直徑 d3和長(zhǎng)度l3d3和l3可根據(jù)結(jié)構(gòu)確定，但d3不能太小，以免產(chǎn)生壓差過(guò)大，不利于主閥的開啟。在此，取d3=4 mm11尾蝶消振尾直徑d4、長(zhǎng)度l4、過(guò)渡直徑d5尾蝶的作用是消

59、除液動(dòng)力引起的振動(dòng)。在此取d4=8mm，l4=17mm，d5=6mm。12主閥座的孔徑D1按經(jīng)驗(yàn)取D1=d1-12mm，取D1=10 mm。13閥體沉割直徑 D3，沉割深度S1按經(jīng)驗(yàn)取D3= D0+(1 15) mm，S1按結(jié)構(gòu)確定，應(yīng)保證進(jìn)油口直徑的要求?？梢?取D3=；S1=15 mm。14主閥芯與閥蓋的間距 S2應(yīng)保證主閥芯的位移要求，S2 X max 式中：X max主閥的最大開度，X max的大小見靜態(tài)特性計(jì)算。(15) 主閥彈簧的裝配長(zhǎng)度 l1l1= L1 - h1式中：L1主閥彈簧的自由長(zhǎng)度，見靜態(tài)特性計(jì)算局部； h1主閥彈簧預(yù)壓縮量，見靜態(tài)特性計(jì)算局部。l1的數(shù)值要在主閥彈簧設(shè)

60、計(jì)后才能確定。(16) 導(dǎo)閥彈簧的裝配長(zhǎng)度 l2 l2= L2+(1 2) mm式中：L2導(dǎo)閥彈簧自由長(zhǎng)度。l2的數(shù)值要在導(dǎo)閥彈簧設(shè)計(jì)后才能確定，見靜態(tài)特性計(jì)算局部。(17) 溢流閥閥體壁厚m 式中： 閥體壁厚m； D閥體內(nèi)徑m； Py試驗(yàn)壓力，一般取最大工作壓力的倍MPa； 閥體材料的許用應(yīng)力，鑄鋼：=100110MPa。代入，得： 022m3.3靜態(tài)特性計(jì)算3 根本方程式先導(dǎo)式溢流閥的靜態(tài)特性決定于導(dǎo)閥、主閥和節(jié)流口結(jié)構(gòu)參數(shù)。因此，計(jì)算靜態(tài)特性時(shí)要列寫流量方程式和力平衡方程式，作為計(jì)算靜態(tài)特性的根底。圖3-1 主閥口示意圖1主閥閥口節(jié)流方程式 式中：通過(guò)主閥的流量； 主閥流量系數(shù)； 主閥節(jié)