溢流阀的设计Word格式文档下载.docx

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液压技术作为一门新兴应用学科，虽然历史较短，发展的速度却非常惊人。

1.2我国液压阀技术的发展概况

我国的液压工业及液压阀的制造，起始于第一个五年计划（1953~1957年），期间，由于机床制造工业发展的迫切需求，50年代初期，上海机床厂、天津液压件厂仿造了苏联的各类低压泵、阀。

随后，以广州机床研究所为主，在引进消化国外中低压元件制造技术的基础上，自行设计了公称压力为2.5MPa和6.3MPa的中低压液压阀系统（简称广州型），并迅速投入大批量生产。

60年代初期，为适应液压工程机械从中低压向高压方向的发展，以山西榆次液压件厂为主，引进了日本油研公司的公称压力为21MPa的中高压液压阀系列，以及全部加工技术和制造、试验设备，并据此发展、设计成我国的中高压液压闪系统（简称榆次型）。

1968年，当时的一机部组织有关单位，在公称压力21MPa液压阀的基础上，设计了我国一套公称压力为31.5MPa的高压阀系列，并投入批量生产。

为使产品实现标准化、通用化、系列化，我国于1973年再次组成“液压阀联合设计组”，

在总结国产高压阀设计、生产经验的基础上，借鉴了国外同类产品的结构，性能、工艺特点，又增补了多种规格和新品种，并使国产阀的安装连接尺寸首次符合国际标准。

并于1977年正式完成了公称压力为31.MPa的高压阀新系列的设计。

1978年起，通过全系列图纸的审查、试制、鉴定等工作，并在全国推广使用。

1982年，通过了全系列的定型工作。

故上述产品简称为“82年联合设计型高压液压阀系列”。

为适应高压、大流量的液压传动要求，济南铸锻研究所、上海704研究所和北京冶金液压机械厂等单位，自1976年开始，还引进、消化和研制了二通插装阀（简称CV阀），并在80年代初期，完成了自己的系列。

二通插装阀作为不同于常规阀的另一类液压阀类，也正在开拓着它的使用范围。

此外，随着组合机床在机械制造行业中的广泛应用，1975年，大连组合机床研究引进、消化、吸收和研制了叠加式液压阀。

建国以来，我国液压行业及液压阀的制造生产，从无到有，发展很快，取得了巨大的成绩。

但与国外同类产品相比，品种和性能指标还有较大差距。

为了提高我国液压行业的综合素质，国家机械部制定了以下调整原则：

A类重点发展产品（包括国产的电液伺服阀、比例阀和数字控制阀以及引进、消化德国力士乐公司的压力为21、35、63MPa，通径为6~32mm的三大类液压阀和我国自行开发的叠加阀、插装阀及GE系列阀等）；

B类允许保留和过渡产品（包括目前应用面广、市场需求最大，一时尚无替代产品；

国内70年代、80年代开发的，现在已成为主导产品，虽然技术上达不到国际80年代水平，但需要保留一段时间的产品。

）

C类限制发展和逐步淘汰产品。

（指水平低，性能差，耗能耗材的产品，不符合标准的落后产品，不符合标准的老产品，具体指我国50、60年代设计的广州型中低压系列，及与之相仿的早期产品。

1.3本课题的目的及研究范围

作为工科类院校，特别是机械专业，液压技术是一门必不可少的课程，但由于学科本身内容的复杂程度和教学条件的限制，不能轻易地使教师讲得清楚，学生听得明白。

有监于此，本课将重点对溢流阀部分进行加工与设计，主要研究对象为溢流阀。

在进行加工的同时，对溢流阀部分零件进行编程。

最后，针对溢流阀的理论研究进行讨论，内容包括溢流阀的工作原理、结构特点、型号说明、应用情况以及各种阀的比较等，此外还对卡盘进行分类和工具的夹紧。

第2章　　压力控制阀的分类与型号

液压系统中，用来控制系统的压力、流量和液流方向的元件均称为液压控制阀，简称液压阀。

液压阀品种繁多，规格复杂，按工作原理可划分为以下几种：

通断式控制元件（即开关或定值控制阀）：

这是常用的一类液压阀，又称普通液压阀。

伺服式控制元件：

压力伺服阀、流量伺服阀等。

比例式控制元件：

比例压力阀、比例流量阀和比例方向阀等。

在液压传动系统中，液流的压力是最基本的参数之一，执行元件的输出力或输出扭矩的大小，主要由供给的液压力所决定。

为了对油液压力进行控制，并实现和提高系统的稳压、保压、减压、调压等性能或利用压力变化实现执行机构的顺序动作等，根据油液压力和控制机构弹簧力相平衡的工作原理，人们设计制造了各种压力控制阀。

常见种类如下：

第3章　溢流阀

3.1　溢流阀的结构

溢流阀的基本功用是：

当系统的压力达到或超过溢流阀的调定压力时，系统的油液通过阀口溢出一些，以维持系统压力近于恒定，防止系统压力过载，保障泵、阀和系统的安全，此时的溢流阀常称为安全阀或限压阀。

溢流阀的根据结构可分为直动型和先导型两种。

一．直动型溢流阀

图3-1直动型溢流阀结构简图

（a）锥阀式（b）球阀式（c）滑阀式（d）溢流阀的基本符号

1-调压螺栓2-弹簧3-阀芯4-阀体（含阀座）

锥阀式和球阀式又叫座阀式溢流阀，特点是动作灵敏，密封性能好，配合没有泄漏间隙，但导向性差，冲击性较强，阀座阀芯易损坏。

滑阀式由于阀口有一段密封搭合量，稳定性较好，不易产生自激振动，但动作反应较慢。

下面以锥阀式DBD直动型溢流阀为例说时其工作原理：

图3-2锥阀式DBD直动型溢流阀（插装式）

（a）结构图（b）局部放大图（c）简化符号（d）详细符号

1-偏流盘2-锥阀3-阻尼活塞4-调节杆5-调压弹簧6-阀套7-阀座

（1）工作原理:

设弹簧预紧力为Ft,活塞底部面积为A则：

当PA<

Ft时,阀口关闭。

　　　　　　当PA=Ft时,阀口即将打开,此时,PA=F=KX0,

P=PK（开启压力）=KX0/A

当PA>

Ft时,阀口打开,P→T,稳压溢流或安全保护。

锥阀开启后,由[1]得锥阀的力平衡方程为：

PA＝K（+）+GF+Fs–Fj

即：

P=[K（+）+GF+Fs–Fj]/A　　（3-1）

式中：

K、分别为弹簧刚度和预压缩量（m）;

G为阀芯自重（水平时不考虑）:

F为阀芯与阀套间的摩擦力（N）；

Fs为稳态液动力（N）；

Fj为射流力（N）。

此处∵Fs=0,Fj=KX（N）

∴P=（K+GF）/A（3-2）

（2）调压原理：

调节调压螺帽改变弹簧预压缩量,便可调节溢流阀调整压力。

（3）特点：

从式（3-2）可知这种阀的进口压力P不受流量变化的影响,被控力P变化很小,定压精度高。

但由于Ft直接与PA平衡,若P较高,Q较大时,K就相应地较大,不但手调困难,且Ft略有变化,p变化较大,所以一般用于低压小流量场合。

二．先导式溢流阀

　先导阀--直动式锥阀，硬弹簧。

（1）组成:

带有导向圆锥面的锥阀（二级同心式）和软弹簧

主阀滑阀和软弹簧。

　　　　　　　　带有多节导向圆锥面的锥阀（三级同心式）和软弹簧

图3-3YF型三节同心先导溢流阀（板式）

1、阀体2、主阀座3、主阀芯4、阀盖（先导阀体）5、先导阀座

6、先导阀锥式阀芯7、调压弹簧8、调节杆9、调压螺栓10、手轮

11、主阀弹簧

先导型溢流阀的先导阀是一个小规格的锥阀式直动溢流阀，其弹簧用于调定主阀部分的溢流压力。

主阀的弹簧不起调压作用，仅是为了克服摩擦力使主阀芯及时回位而设置。

（2）工作原理：

设Ac为先导阀阀座孔面积（m）,Fx、Kx为先导阀弹簧预紧力、刚度,Ft、G、Ff、Ky为主阀弹簧预紧力、自重、摩擦力。

当P2Ac<

Fx时,导阀关闭,主阀也关闭。

当P2Ac>

Fx时,导阀打开,主阀两端产生压差:

△p

当△p<

Ft+G+F时,主阀关闭。

△p>

Ft+G+F时,主阀打开稳压溢流或安全保护。

由[1]得主阀芯和导阀的力平衡方程分别为：

由上两式可得溢流阀进口压力为：

（Pa）　（3-3）

调压原理：

调节调压螺帽,改变硬弹簧力,即可改变压力。

特点:

∵溢流阀稳定工作时,主阀阀芯上部压力小于下部压力。

∴即使下部压力较大,因有上部压力,弹簧可做得较软,流量变化引起阀心位置变化时,弹簧力的变化量较小,压力变化小。

又∵调压弹簧调好后,上部压力为常数。

∴压力随流量变化较小,克服了直动式溢流阀的缺点。

还∵先导阀的溢流量仅为主阀额定流量的1%左右

∴先导阀阀座孔的面积AC、开口量x、调压弹簧刚度KX都不必很大

∴先导型溢流阀广泛用于高压、大流量场合。

3.2　溢流阀的主要性能

一．静态特性：

（1）压力调节范围

定义：

调压弹簧在规定范围内调节时，系统压力平稳（压力无突跳及迟滞现象）上升或下降最大和最小调定压力差值。

（2）启闭特性

溢流阀从开启到闭合全过程的被控压力p与通过溢流阀的溢流量q之间的关系。

一般用溢流阀处于额定流量、额定压力Ps时，开始溢流的开启压力Pk和停止溢流的闭合压力P分别与Ps的百分比来表示。

开启压力比：

=（Pk/Ps）100%

闭合压力比：

=（P/Ps）100%

两者越大及越接近,溢流阀的启闭特性越好。

一般规定：

开启压力比应不小于90%，闭合压力比应不小于85%，其静态特性较好。

（3）卸荷压力：

当溢流阀作卸荷阀用时，额定流量下进、出油口的压力差称为卸荷压力。

（4）最大允许流量和最小稳定流量：

溢流阀在最大允许流量（即额定流量）下工作时应无噪声。

二．动态特性

（1）压力超调量：

最大峰值压力与调定压力的差值。

（2）响应时间：

指从起始稳定压力与最终稳态压力之差的10%上升到90%的时间。

（即图3-4中A、B两点的间的时间间隔）

（3）过渡过程时间：

指从调定压力到最终稳态压力的时间。

（即图3-4中B点到C点间的时间间隔）

（4）升压时间：

指溢流阀自卸荷压力上升至稳定调定压力所需时间。

（即图3-5的△t1）

（5）卸荷时间：

指卸荷信号发出后由稳态压力状态到卸荷压力状态所需的时间。

（即图3-5中的△t2）

图3-4流量阶跃变化时溢流阀的进口压力响应特性

图3-5溢流阀升压与卸荷特性

三．先导型溢流阀的静态特性分析：

以本次设计中