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西南科技大学城市学院本科生毕业论文

顺序阀的设计及制造

摘要：

液压传动是一种传输模式，在一个封闭的系统中，通过使用加压液体的传输模式来传输运动和功率。

中压力液体，包括液压油和其它合成液，具有高功率、稳定运动的特点。

但由于液压系统的粘度，在流阻损失的过程中，不应该进行远距离传输和控制。

顺序阀是用2个或多个支路系统，根据电路的压力来控制阀元件动作顺序的执行。

阀门的基本功能是为了控制多个执行元件的动作顺序，根据其功能的不同，有顺序阀、背压阀、卸荷阀和平衡阀。

本论文主要是根据设计任务要求和实际使用要求，设计单向顺序阀；设计内容包括顺序阀的总体结构的设计、对顺序阀的动态特性和静态特性进行分析、设计顺序阀的零部件的结构尺寸、选择零部件的材料和进行工艺分析、对顺顺序阀的其他特性进行计算校核；利用Autocad、UG软件绘制顺序阀的零件图和装配图。

关键词：

液压传动；力控制；单向顺序阀；特性计算

SequenceValvesDesignandManufacture

Abstract:

Hydraulictransmissionisatransmissionmodeinaclosedsystem,byusingapressurizedliquidtransfermodetotransmitmotionandpower.Pressureinfluids,includinghydraulicoilsandothersyntheticfluids,hasthecharacteristicsofhighpower,stability.However,duetotheviscosityofthehydraulicsystem,inflowresistancelossintheprocess,shouldnotbetransmittedoveralongdistanceandcontrol.

Sequencevalveismadeof2ormorebranchsystem,basedonthepressurecontrolvalvecircuitrelayinorderofexecution.Thebasicfunctionofthevalveistocontrolmultiplecomponentsoftheactionsequence,accordingtothedifferentfunctionsandthereisbackpressurevalves,sequencevalves,unloadingvalvesandvalves.Thispapersmainisaccordingtodesigntaskrequirementsandactualusingrequirements,designone-wayordervalve;designcontentincludingordervalveofgeneralstructureofdesign,andonordervalveofdynamiccharacteristicsandstaticcharacteristicsforanalysis,anddesignordervalveofpartsofstructuresize,andselectpartsofmaterialandforprocessanalysis,andonShunordervalveofothercharacteristicsforcalculationcheck;usingAutocad,andUGsoftwaredrawsordervalveofpartsfigureandAssemblyfigure.

Keywords:

Hydraulictransmission,Forcecontrol,Orderone-wayvalve,Characteristiccalculation

目录

第1章绪论 1

1.1前言 1

1.2液压技术的发展历史 2

1.3我国液压阀技术的发展概况 2

1.4顺序阀的简介 3

1.4.1顺序阀工作原理 3

1.4.2顺序阀的作用 4

1.5毕业设计的任务 5

1.6溢流阀、减压阀、顺序阀的比较 5

1.7顺序阀设计内容和基本要求 5

1.8本章小结 6

第2章顺序阀的设计方案的选择 7

2.1顺序阀的分类 7

2.2顺序阀结构的比较 7

2.3本次设计顺序阀结构的选择 7

2.4本章小结 9

第3章单向顺序阀的总体结构设计 10

3.1单向顺序阀的主要性能 10

3.1.1静态特性 10

3.1.2动态特性 10

3.2单向顺序阀的结构特点 10

3.3顺序阀的设计原则 11

3.4单向顺序阀的设计要求 13

3.5单向顺序阀的结构设计 13

3.6本章小结 14

第4章单向顺序阀结构尺寸设计 15

4.1计算阀芯、活塞的设计 15

4.1.1单向顺序阀活塞的结构分析 15

4.1.2单向顺序阀阀芯、活塞的设计计算 15

4.1.3单向顺序阀阀芯的材料选择[3] 15

4.1.4单向顺序阀阀芯的工艺分析 15

4.2单向顺序阀其它结构设计 16

4.2.1节流孔设计 16

4.2.2单向阀座的设计 16

4.2.3阀芯溢流孔的设计 16

4.2.4尾碟的设计 16

4.3主阀弹簧的设计 17

4.3.1主阀弹簧的结构分析 17

4.3.2主阀弹簧的设计 17

4.4单向顺序阀的阀体的设计 17

4.4.1单向顺序阀的阀体的结构分析 17

4.4.2单向顺序阀的阀体的设计计算 18

4.4.3单向顺序阀的阀体的材料选择[4] 18

4.5单向顺序阀阀体的工艺规程 19

4.5.1单向顺序阀阀体的工艺分析 19

4.5.2单向顺序阀的工艺过程 20

4.5本章小结 21

第5章静态特性计算和主阀弹簧设计 22

5.1通过主阀的流量 22

5.2主阀芯受力平衡计算 22

5.3节流孔流量的计算 23

5.4主阀弹簧刚度K1和预压缩量h1 23

5.5求主阀芯溢流孔d3压降引起的作用力F2 24

5.6单向阀弹簧刚度K2和预压缩量h2 25

5.7单向阀弹簧材料的选择 26

5.8弹簧的工艺分析 28

5.9本章小结 28

第6章其他相关特性的计算 29

6.1液压阀的特性研究 29

6.1.1液压阀特性研究的必要性 29

6.1.2液压阀特性研究的方法 29

6.2最高调定压力是的主阀闭合压力 31

6.3最低调定压力 31

6.4最小溢流量 31

6.5单向顺序阀内泄漏量 31

6.6本章小结 32

第7章单向顺序阀的装配和使用说明 33

7.1单向顺序阀的装配说明 33

7.1.1顺序阀装配工艺原则 33

7.1.2顺序阀装配前的准备 33

7.1.3顺序阀装配方法和装配顺序 34

7.2.1顺序阀的使用说明[8] 35

7.2.2顺序阀的维护要求 35

7.3本章小结 36

结论 37

致谢 38

参考文献 39

西南科技大学城市学院本科生毕业论文

第1章绪论

1.1前言

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。

液压传动产品等在国民经济和国防建设中的地位和作用十分重要。

它的发展决定了机电产品性能的提高。

它不仅能最大限度满足机电产品实现功能多样化的必要条件，也是完成重大工程项目、重大技术装备的基本保证，更是机电产品和重大工程项目和装备可靠性的保证。

液压技术具有独特的优点，具有功率重量比大，体积小，频响高，压力、流量可控性好，可柔性传送动力，易实现直线运动等优点，因此液压技术广泛用于国民经济各部门。

一个完整的液压系统由五个部分组成，即动力元件、执行元件、控制元件、辅助无件和液压油。

动力元件的作用是将原动机的机械能转换成液体的压力能，它向整个液压系统提供动力。

液压泵的结构形式一般有齿轮泵、叶片泵和柱塞泵。

执行元件（如液压缸和液压马达）的作用是将液体的压力能转换为机械能，驱动负载作直线往复运动或回转运动。

控制元件（即各种液压阀）在液压系统中控制和调节液体的压力、流量和方向。

辅助元件包括油箱、滤油器、油管及管接头、密封圈、压力表、油位油温计等。

液压油是液压系统中传递能量的工作介质，有各种矿物油、乳化液和合成型液压油等几大类。

液压阀的功用是控制液压传动系统的油流方向，压力和流量；实现执行元件的设计动作以控制、实施整个液压系统及设备的全部工作功能。

液压技术作为一门新兴应用学科，虽然历史较短，展的速度却非常惊人。

液压设备能传递很大的力或力矩，单位功率重量轻，结构尺寸小，在同等功率下，其重量的尺寸仅为直流电机的10%~20%左右；反应速度快、准、稳；又能在大范围内方便地实现无级变速；易实现功率放大；易进行过载保护；能自动润滑，寿命长，制造成本较低。

因此，世界各国均已广泛地应用在锻压机械、工程机械、机床工业、汽车工业、冶金工业、农业机械、船舶交通、铁道车辆和飞机、坦克、导弹、火箭、雷达等国防工业中。

液压传动设备一般由四大元件组成，即动力元件—液压泵；执行元件—液压缸和液压马达；控制元件—各种液压阀；辅助元件—油箱、蓄能器等。

液压阀的功用是控制液压传动系统的油流方向，压力和流量；实现执行元件的设计动作以控制、实施整个液压系统及设备的全部工作功能。

1.2液压技术的发展历史

液压技术最早是19世纪末在西方发展起来的。

我国从50年代后期开始起步。

目前各国都非常重视液压技术的开发和应用。

总的来看，美国在这一领域的技术、产值在世界上处于领先地位，但面临西欧和日本的激烈竞争。

从行业上看，一段时间里，主机制造商倾向于外购的元件自行设计液压系统。

但由于技术日益复杂，使得用从各制造商购得的元件建立具有稳定市场效益的液压系统越来越困难。

设计的人物正向元件制造商转移，由专业液压厂商提供成套系统，但只有大公司才能承担这项任务。

基于此，全球性的跨国公司展开了竞争、合并。

大量的资金用于技术的开发和革新，较小的公司负担不起这样的开支，其中很大一部分被挤出市场。

我国经过40多年的发展，液压行业已具有一定的独立开发能力，能生产出一批技术先进、质量较好的元件、系统和整机，随着我国加入WTO，向国际先进技术学习、与世界著名的大公司合作的机会越来越多，液压技术在机械设备中的发展速度日新月异[1]。

1.3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、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。

1.4顺序阀的简介

1.4.1顺序阀工作原理

顺序阀是依靠气路中压力的作用而控制执行元件按顺序动作的压力控制阀，如图1-1所示，它根据弹簧的预压缩量来控制其开启压力。

当输入压力达到或超过开启压力时，顶开弹簧，于是到A才有输出；反之A无输出。

图1-1顺序阀工作原理

（a）关闭状态；（b）开启状态

顺序阀一般很少单独使用，往往与单向阀配合在一起，构成单向顺序阀。

图1-2所示为单向JI匝序阀的工作原理图。

当压缩空气由左端进入阀腔后，作用于活塞3上的气压力超过压缩弹簧3上的力时，将活塞顶起，压缩空气从经A输出，见图1-2（a），此时单向阀4在压差力及弹簧力的作用下处于关闭状态。

反向流动时，输入侧变成排气口，输出侧压力将顶开单向阀4由O口排气，见图1-2（b）。

调节旋钮就可改变单向顺序阀的开启压力，以便在不同的开启压力下，控制执行元件的顺序动作。

图1-2单向顺序阀工作原理图

（a）关闭状态；（b）开启状态

1.4.2顺序阀的作用

顺序阀的基本功能是控制多个执行元件的顺序动作，根据其功能的不同，分别称为顺序阀、背压阀、卸荷阀和平衡阀。

顺序阀的性能与单向顺序阀基本相同，但由于功能的不同，对顺序阀还有其特殊的要求：

1、为了使执行元件准确实现顺序动作，要求顺序阀的调压精度高，偏差小；

2、为了顺序动作的准确性，要求阀关闭时内泄漏量小；

3、对于单向顺序阀，要求反向压力损失及正向压力损失值均应较小。

顺序阀的主要作用有：

（1）控制多个元件的顺序动作；

（2）用于保压回路；

（3）防止因自重引起油缸活塞自由下落而做平衡阀用；

（4）用外控顺序阀做卸荷阀，使泵卸荷；

（5）用内控顺序阀作背压阀。

顺序阀是液压系统中自动控制元件，其弹簧压力的调定应高于前一执行元件所需压力，但应低于溢流阀的调定压力。

除作卸荷阀用之外，顺序阀的出油口必须接系统，推动负载进行工作，而泄漏油口一定单独接回油箱，不能与出油口相通。

当顺序阀作平衡阀使用时，必须具有良好的密封性能，不能产生内部泄漏。

1.5毕业设计的任务

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，本次设计将重点对顺序阀部分进行加工与设计，主要研究对象为顺序阀。

在进行加工的同时，对顺序阀部分零件进行工艺分析。

最后，针对顺序阀的理论研究进行讨论，内容包括顺序阀的工作原理、结构特点、型号说明、应用情况以及各种阀的比较等。

1.6溢流阀、减压阀、顺序阀的比较

溢流阀、减压阀、顺序阀的三者的相同点：

三种阀都是压力控制阀，他们的工作原理基本相同，都是以压力油的控制压力来使阀口启闭。

不同点：

1、控制压力：

减压阀是出口压力控制，保证出口压力为定值；溢流阀是进口压力控制，保证进口压力为定值；顺序阀可用进口压力控制，也可用外部压力控制。

2、不工作时阀口状态：

减压阀阀口常开；溢流阀阀口常闭；顺序阀阀口常闭。

3、工作时阀口状态：

减压阀阀口关小；溢流阀阀口开启；顺序阀阀口开启。

4、泄油口：

减压阀有单独的泄油口；顺序阀通常有单独的泄油口；溢流阀弹簧腔的泄露油经阀体内流道内泄至出口[1]。

1.7顺序阀设计内容和基本要求

设计参数：

本设计为单向顺序阀。

工作介质：

液压油，

额定工作压力：

16MPa。

工作环境温度：

-40℃～+80℃。

接口“M22×1.5。

系统管路通径：

15mm。

1.8本章小结

本站主要是论文的前言部分；对液压技术进行了一个简单的介绍，介绍了液压救赎的发张历史，已经液压技术的发展状况；并简单介绍了顺序阀，说明了顺序阀的工作原理；给出设计的任务要求，以及设计顺序阀的内容和基本参数。

第2章顺序阀的设计方案的选择

2.1顺序阀的分类

根据控制压力来源的不同，它有内控式和外控式之分。

直动式顺序阀是一种利用压力控制使多个执行元件按先后实现顺序动作的压力阀。

如果将顺序阀的上盖或下盖旋转90°安装，则顺序阀又可以由内控外泄变换为内控内泄、外控内泄、外控外泄等三种型式。

直动式顺序阀适用于油液稳定和低压场合。

除此之外还有助推顺序阀，卸荷阀。

卸荷阀的主要用途：

1、蓄能器系统中泵的自动卸荷及加载；

2、高低压泵组合中大流量低压泵的卸荷。

顺序阀与单向顺序阀相比较，相同的是它们检测和控制的都是阀进口的压力，并且处于常闭状态；不同的是顺序阀的出口视具体工作不同可以直接接回油箱，也可以接二次油路，前者弹簧腔的泄露油为内泄，后者为外泄。

2.2顺序阀结构的比较

1、内控内泄型安装在液压系统的回油路，出口接油箱，由调压弹簧保证阀的进口压力，即回油背压为调定值，因此又称为平衡阀或背压阀。

此时阀芯受力平衡，阀芯稳定在某一位置，弹簧腔的泄漏油内引至阀的出口。

2、外控内泄型用于双泵供油回路，阀的进口旁接在低压大流量泵的出口，控制活塞的压力油引至高压小流量泵的出口（外控）。

当高压小流量泵的出口压力大于阀的调定压力时，阀口全开使低压大流量泵经此阀卸荷回油箱，故又称为卸荷阀。

因阀的出口直接接回油箱，因此阀弹簧腔的泄漏油内引到阀的出口（内泄）。

3、外控外泄型安装在液压系统的某一支路做液压开关，即外控压力低于阀的调定压力时，阀口关闭；当外控压力大于阀的调定压力时，阀口全开使液流顺利通过。

因阀的出口油液去工作、压力不等于零，因此弹簧腔的泄漏油须单独引回油箱（外泄）。

2.3本次设计顺序阀结构的选择

由任务书可知，本次设计的顺序阀选择单向顺序阀，主要作用是用来控制液压回路的流通的先后顺序，相当于一个液压回路的液压压力调定开关，且为了保证弹簧腔内的干净，不影响调压弹簧的性能，选择外泄型顺序阀。

综上所述，本次设计选择的单向顺序阀的结构为外控外泄型。

结构图如图2-1所示[2]。

图2-1单向顺序阀结构示意图

顺序阀主要用于控制多个执行元件的顺序动作，也可以用作背压阀、平衡阀或卸荷阀等。

顺序阀也有直动式和先导式之分，根据控制方式不同，有内控式和外控式之分；根据泄油方式，有内泄式和外泄式两种。

内控式顺序阀的开启，取决于进油压力是否达到阀的设定压力，而外控式顺序阈的开启，则仅决定于控制压力的大小。

顺序阀的结构与溢流阀相似，其差别在于：

顺序阀的出口接负载油路，而溢流阀的出口则接回油箱，因此顺序阀弹簧腔的泄漏油和先导控制油必须外泄，而溢流阀则既可内泄也可外泄。

再者，溢流阀的进口压力是限定的，而顺序阀开启后其进口压力取决于负载。

直动式顺序阀的结构简单，动作灵敏，但弹簧刚度较大，使得调压偏差大且限制了压力的提高，调压范围一般小于8MPa，较高压力时宜采用先导式顺序阀。

其先导控制油必须经L口外泄。

采用先导控制后，主阀弹簧刚度可大大减小，主阀芯面积大大增加，启闭特性显著提高，工作压力也可大大提高。

其不足是当阀的进口压力因负载压力增加而增大时，将使通过先导阀的流量随之增大，引起多余的功率损失和油液发热。

顺序阀的主要性能和溢流阀相似。

另外，为了准确地使执行元件实现顺序动作，要求阀的调压偏差小；当阀关闭时，为避免引起误动作，各密封部位的内泄漏应尽可能小。

顺序阀在液压系统中的应用主要有以下几点。

1、控制多个执行元件的顺序动作；

2、与单向阀组成平衡阀，保持垂直放置的液压缸不因自重而下落；

3、用外控顺序阀可在双泵供油系统中，当系统所需流量较小时，使大流量泵卸荷；

4、用内控顺序阀接在液压缸回油路上，产生背压，以使活塞的运动速度稳定。

2.4本章小结

本章主要是在选择设计顺序阀的总体结构方案；先介绍了顺序阀的分类及其特点；比较了各种顺序阀的结构特点，分析各种不同结构的顺序阀的不同适用条件；最后根据本次设计要求和实际使用情况，选择本次设计的顺序阀结构为外控外泄型的单向顺序阀。

第3章单向顺序阀的总体结构设计

3.1单向顺序阀的主要性能

3.1.1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

定义：

单向顺序阀从开启到闭合全过程的被控压力与通过单向顺序阀的溢流量之间的关系。

一般用单向顺序阀处于额定流量、额定压力时，开始溢流的开启压力和停止溢流的闭合压力分别与的百分比来表示。

开启压力比：

闭合压力比：

两者越大及越接近，单向顺序阀的启闭特性越好。

一般规定：

开启压力比应不小于，闭合压力比应不小于，其静态特性较好。

3、卸荷压力：

当单向顺序阀作卸荷阀用时，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：

单向顺序阀在最大允许流量（即额定流量）下工作时应无噪声。

3.1.2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上升到的时间；

3、过渡过程时间：

指从调定压力到最终稳态压力的时间；

4、升压时间：

指单向顺序阀自卸荷压力上升至稳定调定压力所需时间；

5、卸荷时间：

指卸荷信号发出后由稳态压力状态