溢流阀和减压阀.ppt
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1、溢流阀和调压阀溢流阀和调压阀减压阀和减压回路减压阀和减压回路顺序阀顺序阀压力继电器压力继电器平衡回路平衡回路卸荷回路卸荷回路第七章第七章 压力阀和压力控制回路压力阀和压力控制回路 溢流阀主要作用有两个溢流阀主要作用有两个:一是定量泵节流调节:一是定量泵节流调节系统中,用来保持液压泵出口压力恒定,并将液压系统中,用来保持液压泵出口压力恒定,并将液压泵多余的油液溢流回油箱。这时溢流阀起定压溢流泵多余的油液溢流回油箱。这时溢流阀起定压溢流作用;二是在系统中起安全作用。作用;二是在系统中起安全作用。7-1 7-1 溢流阀和调压阀溢流阀和调压阀一、溢流阀的结构和工作原理一、溢流阀的结构和工作原理二、溢流
2、阀的主要性能二、溢流阀的主要性能三、溢流阀的应用和调压回路三、溢流阀的应用和调压回路 根据结构不同,溢流阀可分为直动式和先导式根据结构不同,溢流阀可分为直动式和先导式两类。两类。1 1、直动式溢流阀、直动式溢流阀 直动式溢流阀按其直动式溢流阀按其 阀芯形式不同可分阀芯形式不同可分 为球阀式、锥阀式、为球阀式、锥阀式、滑阀式等。现以力滑阀式等。现以力 士乐士乐DBDDBD直动式溢直动式溢 流阀来说明直动式流阀来说明直动式 溢流阀的结构和工溢流阀的结构和工 作原理。其结构如图。作原理。其结构如图。一、溢流阀的结构和工作原理一、溢流阀的结构和工作原理图为溢流阀实物图为溢流阀实物溢流阀的开启压力为溢流
3、阀的开启压力为PR,即,即 Pk.A=PR=KX0 或或 Pk=KX0/A 当阀芯处于某一位置时,阀芯的受力平衡为:当阀芯处于某一位置时,阀芯的受力平衡为:P.A=K(X0+x)式中,式中,x为弹簧附加压缩量。由上式可知,当阀芯为弹簧附加压缩量。由上式可知,当阀芯处于不同位置时,溢流压力是变化的。然而由于弹处于不同位置时,溢流压力是变化的。然而由于弹簧的附加压缩量簧的附加压缩量x相对于预压缩量相对于预压缩量x0来说是较小的,来说是较小的,所以可认为溢流压力所以可认为溢流压力P基本保持恒定,这就是溢流基本保持恒定,这就是溢流阀起定压溢流作用的工作原理。阀起定压溢流作用的工作原理。直动式溢流阀是利
4、用阀芯上端的弹簧力直接与直动式溢流阀是利用阀芯上端的弹簧力直接与下端面的液压力相平衡来控制溢流压力的。一般直下端面的液压力相平衡来控制溢流压力的。一般直动式阀只做成低压、流量不大的溢流阀。动式阀只做成低压、流量不大的溢流阀。2 2、先导式溢流阀、先导式溢流阀 先导式溢流阀由先导式溢流阀由主阀和先导阀两部分主阀和先导阀两部分组成。先导阀的结构组成。先导阀的结构原理与直动式溢流阀原理与直动式溢流阀相同,但一般采用锥相同,但一般采用锥形坐阀式结构。主阀形坐阀式结构。主阀可分为:滑阀式可分为:滑阀式(一级一级同心同心)结构、二级同心结构、二级同心结构和三级同心结构。结构和三级同心结构。图为一级同心溢流
5、阀图为一级同心溢流阀的工作原理图。的工作原理图。现在来研究主阀芯处于某一平衡位置时的状态。现在来研究主阀芯处于某一平衡位置时的状态。忽略阀芯自重和摩擦力忽略阀芯自重和摩擦力,主阀受力平衡为主阀受力平衡为:PA=P1A+Fa=P1A+K(x0+x)或或 P=P1+K(x0+x)/AP-P-溢流阀所控制的主阀下腔压力溢流阀所控制的主阀下腔压力,即进油口压力即进油口压力;P P1-主阀芯上腔的压力主阀芯上腔的压力;A-;A-主阀芯上端面面积主阀芯上端面面积;K-K-主阀芯平衡弹簧的刚度主阀芯平衡弹簧的刚度;x x0-平衡弹簧的预压缩量平衡弹簧的预压缩量;x-x-主阀开启后主阀开启后,平衡弹簧增加的压
6、缩量平衡弹簧增加的压缩量;F Fa-平衡弹簧对主阀芯的作用力平衡弹簧对主阀芯的作用力.由上式可知由上式可知,先导式溢流阀所控制的压力由先导式溢流阀所控制的压力由P P1和和F Fa/A/A两项组成。由于有主阀上腔两项组成。由于有主阀上腔P1的存在。即使的存在。即使被控压力被控压力P较大较大,主阀上平衡弹簧力也只需很小主阀上平衡弹簧力也只需很小,只只要能克服摩擦力使主阀芯复位即可要能克服摩擦力使主阀芯复位即可。图示为二级同心式高压溢流阀的结构原理图图示为二级同心式高压溢流阀的结构原理图.该该阀由先导阀和主阀两部分组成。其主阀芯导向面和阀由先导阀和主阀两部分组成。其主阀芯导向面和锥面与阀套配合良好
7、,两处同心度要求较高,二级锥面与阀套配合良好,两处同心度要求较高,二级同心由此得名同心由此得名.当系统压力低于调压弹簧调定值时,当系统压力低于调压弹簧调定值时,主阀芯下压在阀座上,进油口和溢流口不通。当系主阀芯下压在阀座上,进油口和溢流口不通。当系统压力超过调压弹簧的调定值时,先导阀打开,油统压力超过调压弹簧的调定值时,先导阀打开,油液回油腔。这样,主阀液回油腔。这样,主阀 芯向上抬起,使芯向上抬起,使P P腔和腔和O O腔腔 接通,压力油从接通,压力油从P P腔溢流腔溢流 至至O O腔。阻尼孔对阀芯的腔。阻尼孔对阀芯的 运动产生阻尼,以提高溢运动产生阻尼,以提高溢 流阀工作的稳定性。这种流阀
8、工作的稳定性。这种 阀的密封性好阀的密封性好,通油能力通油能力 大大,压力损失小压力损失小,结构紧凑。结构紧凑。二、溢流阀的主要性能二、溢流阀的主要性能1 1、压力、压力-流量特性流量特性 当溢流量变化时当溢流量变化时,阀口开度也相应地变化阀口开度也相应地变化,其溢其溢流压力也有所变化流压力也有所变化,这就是溢流阀的压力这就是溢流阀的压力-流量特性流量特性.图示为直动式溢流阀的两个工作位置图示为直动式溢流阀的两个工作位置.a.a图为关闭状图为关闭状态态,b,b图为开启状态图为开启状态.当系统压力当系统压力Pk为时为时,液压力与弹簧预紧力相平衡液压力与弹簧预紧力相平衡,阀口阀口处于将开的临界状态
9、。此时处于将开的临界状态。此时,阀芯的受力平衡方程为阀芯的受力平衡方程为:Pk.d2/4=KX0式中式中 Pk开启压力;开启压力;d滑阀直径;滑阀直径;k弹簧刚度;弹簧刚度;x0弹簧顶压缩量。弹簧顶压缩量。当油压增加到当油压增加到P时,阀口开度为时,阀口开度为x,阀芯的受力平衡,阀芯的受力平衡方程为:方程为:Pk.d2/4=K(x0+x)两式相减得两式相减得 x=(d2/4K)(p-pk)通过阀口的流量可按薄壁小孔流量公式计算:通过阀口的流量可按薄壁小孔流量公式计算:即即 Q=Cq.a.(2/)1/2p=Cq.dx(2/)1/2p将两式整理得:将两式整理得:Q=(Cq 2d3/4K)(2/)1
10、/2(p3/2-pk.p1/2)上式即为溢流阀的压力上式即为溢流阀的压力流量特性方程,相应的流量特性方程,相应的特性曲线如下图所示。特性曲线如下图所示。溢流阀的压力溢流阀的压力流量特性曲线流量特性曲线从上式可以得到以下几点结论:从上式可以得到以下几点结论:(1 1)不同的开启压力)不同的开启压力p pk k对应不同的曲线。对应不同的曲线。P Pk k的大的大小可用改变弹簧的预压缩量小可用改变弹簧的预压缩量x x0 0来调节;来调节;(2 2)当开启压力)当开启压力p pk k一定时,溢流压力随溢流量的一定时,溢流压力随溢流量的增加而增加。当溢流量达到阀的额定流量增加而增加。当溢流量达到阀的额定
11、流量QTQT时,与时,与此相对应的压力值称为溢流阀的全流量溢流压力此相对应的压力值称为溢流阀的全流量溢流压力PTPT。从上式看出,弹簧刚度从上式看出,弹簧刚度K K越小,曲线就越陡,溢流越小,曲线就越陡,溢流量变化所引起的压力变化量就越小,定压性能就好。量变化所引起的压力变化量就越小,定压性能就好。反之,调压性能就差。常用调压偏差反之,调压性能就差。常用调压偏差(P(Pk k-P-Pk k)和开和开启比启比P Pk k/P/PT T来衡量定压性能的好坏。调压偏差越小来衡量定压性能的好坏。调压偏差越小则该阀的定压性能越好。且进一步开启比来衡量定则该阀的定压性能越好。且进一步开启比来衡量定压性能的
12、优劣,其值越高越好。压性能的优劣,其值越高越好。溢流阀的结构不同溢流阀的结构不同,其定压性能也不同其定压性能也不同.下图分下图分别画出了调定压力压力相同的直动式和先导式溢流别画出了调定压力压力相同的直动式和先导式溢流阀的曲线阀的曲线,以便比较。由图可以看出先导式溢流阀以便比较。由图可以看出先导式溢流阀的定压性能优于直动式溢流阀。的定压性能优于直动式溢流阀。以上的分析忽略了阀芯移动时摩擦力的影响,以上的分析忽略了阀芯移动时摩擦力的影响,如果考虑摩擦力,则当阀闭合到开启时,阀芯的受如果考虑摩擦力,则当阀闭合到开启时,阀芯的受力平衡方程式为:力平衡方程式为:Pk.d2/4=KX0+Ff 因此因此 P
13、k=4(KX0+Ff)/d2而当阀由开启到闭和时,阀芯的受力平衡方程式为而当阀由开启到闭和时,阀芯的受力平衡方程式为 P”k.d2/4=KX0-Ff即即 P”k=4(KX0-Ff)/d2 从上两式可看出,由于存在摩擦阻力,溢流阀从上两式可看出,由于存在摩擦阻力,溢流阀的开启压力和闭和压力不等。的开启压力和闭和压力不等。闭和压力小于开启压力,且开启过程与闭和过闭和压力小于开启压力,且开启过程与闭和过程的压力程的压力流量曲线不重合,见下图。流量曲线不重合,见下图。图中虚线图中虚线2 为无摩擦阻力时的理想曲线,由于为无摩擦阻力时的理想曲线,由于要克服摩擦阻力要克服摩擦阻力Ff,实际压力损失须大于,实
14、际压力损失须大于Pk并升高并升高到到Pk后阀才开启。当溢流量增加,压力沿曲线后阀才开启。当溢流量增加,压力沿曲线1上上升。溢流量为升。溢流量为QT时,压力为时,压力为PT。同样要等压力降。同样要等压力降低到低到P”T时,压力沿曲线时,压力沿曲线3下降。完全闭和时压力为下降。完全闭和时压力为P”k。2 2、压力稳定性、压力稳定性 溢流阀工作压力稳定性有两种涵义。一是指阀溢流阀工作压力稳定性有两种涵义。一是指阀的调整装置保持不变的情况下,调整压力的变动值。的调整装置保持不变的情况下,调整压力的变动值。另一种涵义是指溢流阀工作时系统压力的波动或振另一种涵义是指溢流阀工作时系统压力的波动或振摆值,它和
15、泵源的流量脉动以及阀和管路的动态特摆值,它和泵源的流量脉动以及阀和管路的动态特性有关,是一种综合的指标。性有关,是一种综合的指标。3 3、压力损失、压力损失 当调压弹簧全部放松,阀通过额定流量时,进当调压弹簧全部放松,阀通过额定流量时,进油腔压力与回油腔压力的差值为阀的压力损失。它油腔压力与回油腔压力的差值为阀的压力损失。它主要和阀中主油路的阻尼有关,但在测试先导式溢主要和阀中主油路的阻尼有关,但在测试先导式溢流阀的压力损失时,还受平衡弹簧预紧力的影响。流阀的压力损失时,还受平衡弹簧预紧力的影响。4 4、卸荷压力、卸荷压力 将先导式溢流阀的远程控制口直接油箱,将先导式溢流阀的远程控制口直接油箱
16、,当阀通过额定流量时,阀的进油腔压力和回当阀通过额定流量时,阀的进油腔压力和回油腔压力的差值称为卸荷压力。显然,它和油腔压力的差值称为卸荷压力。显然,它和通道阻力和平衡弹簧预紧力有关。通道阻力和平衡弹簧预紧力有关。1 1、作溢流阀用、作溢流阀用 在采用定量泵节流调速在采用定量泵节流调速中,调节节流阀的开口大小中,调节节流阀的开口大小可调节进入执行元件的流量,可调节进入执行元件的流量,而定量泵多余的油液则从溢而定量泵多余的油液则从溢流阀溢回油箱。在工作过程流阀溢回油箱。在工作过程中阀是常开的,液压泵的工中阀是常开的,液压泵的工作压力决定于溢流阀的调整作压力决定于溢流阀的调整压力且基本保持恒定。见
17、下压力且基本保持恒定。见下图。图。三、溢流阀的应用和调压回路三、溢流阀的应用和调压回路 此时阀是常闭的。此时阀是常闭的。只有当系统压力超过溢只有当系统压力超过溢流阀调整压力时,阀才流阀调整压力时,阀才打开,油液经阀流回油打开,油液经阀流回油箱,系统压力不再增高,箱,系统压力不再增高,因而可以防止系统过载,因而可以防止系统过载,起安全作用。见右图。起安全作用。见右图。2 2、作安全阀用、作安全阀用3 3、作背压阀用、作背压阀用 将溢流阀装在回油路上,调节溢流阀的调压弹将溢流阀装在回油路上,调节溢流阀的调压弹簧即能调节背压力的大小。见下图。簧即能调节背压力的大小。见下图。4 4、远程调压回路、远程
18、调压回路 将先导式溢流阀的远程控制口将先导式溢流阀的远程控制口K接远程调压阀接远程调压阀进油口,而远程调压阀出油口接油箱,即构成了远进油口,而远程调压阀出油口接油箱,即构成了远程调压回路。见右图。远程调压阀结构见左图,其程调压回路。见右图。远程调压阀结构见左图,其结构类似溢流阀中的先导阀。调节远程调压阀的调结构类似溢流阀中的先导阀。调节远程调压阀的调压弹簧即可实现远程调压。压弹簧即可实现远程调压。5 5、二级调压回路、二级调压回路 图图7-15所为二级调压回路的一例。活塞下降为所为二级调压回路的一例。活塞下降为工作行程,高压溢流阀工作行程,高压溢流阀4限制系统最高压力。活塞限制系统最高压力。活
19、塞上升为非工作行程,低压溢流阀上升为非工作行程,低压溢流阀3的调节压力只需的调节压力只需克服运动部件自重和摩擦阻力即可。此回路常用于克服运动部件自重和摩擦阻力即可。此回路常用于压力机的液压系统中。图压力机的液压系统中。图7-16为二级调压回路另一为二级调压回路另一例。活塞下降压例。活塞下降压 力由高压溢流阀力由高压溢流阀 3调节。活塞上调节。活塞上 升系统压力由远升系统压力由远 程调压阀程调压阀5调节。调节。结束结束 7-2 7-2 减压阀和减压回路减压阀和减压回路 一、减压阀的结构和工作原理一、减压阀的结构和工作原理 二、减压回路二、减压回路 一、减压阀的结构和工作原理一、减压阀的结构和工作
20、原理 减压阀是一种利用液流流过隙缝产生压降的原减压阀是一种利用液流流过隙缝产生压降的原理,使出口压力低于进口压力的压力控制阀。减压理,使出口压力低于进口压力的压力控制阀。减压阀又可分为阀又可分为定压减压阀定压减压阀、定比减压阀定比减压阀和和定差减压阀定差减压阀三种。其中定压减压阀应三种。其中定压减压阀应 用最广,简称为减压阀。用最广,简称为减压阀。减压阀也分为减压阀也分为直动式直动式和和先先 导式导式两种。图为先导式减两种。图为先导式减 压阀工作原理图。它分为压阀工作原理图。它分为 两部分,由先导阀调压,两部分,由先导阀调压,主阀减压。压力油从进油主阀减压。压力油从进油 口流入,再从出油口流出
21、。口流入,再从出油口流出。出油口的压力低于进油口。出油口的压力低于进油口。主阀芯上力平衡方程式为:主阀芯上力平衡方程式为:P2.A=P3A+Fa=P3A+K(x0+x)既既 P2=P3+K(x0+x)/A式中式中 A主阀芯受力面积;主阀芯受力面积;P3主阀芯上腔的压力,调压弹簧一旦调定主阀芯上腔的压力,调压弹簧一旦调定后,基本为一定值;后,基本为一定值;x0 主阀弹簧的预压缩量;主阀弹簧的预压缩量;x 主阀上升后弹簧增加的压缩量;主阀上升后弹簧增加的压缩量;K 主阀弹簧刚度。主阀弹簧刚度。由于主阀弹簧只需克服阀芯运动是的摩擦力,由于主阀弹簧只需克服阀芯运动是的摩擦力,弹簧预紧力小,且其刚度也较
22、小,而设计时弹簧预紧力小,且其刚度也较小,而设计时x0 x,故上式可近似表达为:,故上式可近似表达为:P2=P3+KX0/A=常数常数 图示为一级同心式减压阀的结构和图形符号。图示为一级同心式减压阀的结构和图形符号。与一级同心式溢流阀相比,结构非常相似,但两者与一级同心式溢流阀相比,结构非常相似,但两者的阀芯形状及油口连通情况有明显的差别。其区别的阀芯形状及油口连通情况有明显的差别。其区别为:在原始状态时,溢流阀的进出油口完全不通,为:在原始状态时,溢流阀的进出油口完全不通,而减压阀进出油口是通畅的;进出油口位置两者恰而减压阀进出油口是通畅的;进出油口位置两者恰好相反;溢流阀利用进油口压力来控
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