减压阀——液压控制系统中的重要组成部分

2023-06-18 理论教育版权反馈

【摘要】：定差减压阀保持阀的出口压力和进口压力为一恒定差值,这种阀通常与节流阀组合构成调速阀。定值减压阀常简称为减压阀,除特别声明外,指的都是定值输出减压阀。当压力油从油口p1 流向油口p2时,单向阀关闭,减压阀正常工作。如油液反向从p2进入,则减压阀不起作用,可通过单向阀进入油口p1,图中L 是泄油口。图4.44减压阀应用之一图4.45减压阀应用之二图4.45 所示的液压缸是一个夹紧缸。

减压阀一般分为两类,即定值减压阀和定差减压阀。定差减压阀保持阀的出口压力和进口压力为一恒定差值,这种阀通常与节流阀组合构成调速阀。定值减压阀常简称为减压阀,除特别声明外,指的都是定值输出减压阀。

减压阀在液压系统中起减压作用,并在进口液压力出现波动和流过阀的流量发生变化时,仍能保持阀的出口压力基本恒定,使液压系统中某一部分得到一个降低了的稳定压力。

(1)减压阀的结构和工作原理

图4.42 所示为减压阀的结构原理图和图形符号。它的主要组成与先导式溢流阀相同,外形亦相似。主要由主阀芯1、阀体2、先导阀芯3、主阀弹簧4、阀盖5、调压螺帽6、调压弹簧7、锥阀座8 等组成。

压力为p1 的油液(也称一次压力),经阀的进油口进入a 腔,再经过主阀芯1 和阀体2 之间形成的开口量为x 的减压口到达b 腔,从出油口排出,出油口的压力为p2(也称二次压力)。和出油口相通的b 腔中的油液,一路经阻尼小孔g 到达主阀芯1 的下腔c;另一路经阻尼小孔d,油腔k、孔e、孔f 作用在调压锥阀3 上。

当出油腔的压力小于调压锥阀的调定压力时,调压锥阀关闭,阻尼小孔d 中没有油液流动,主阀芯上下两端的油压相等。这时主阀芯在主阀弹簧的作用下处于最下端位置,减压口全部打开,即开口量x=xmax 时,减压口无减压作用,所以阀正常工作时,x<xmax。

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图4.42　减压阀结构原理图

1—主阀芯;2—阀体;3—先导阀芯(锥阀);4—主阀弹簧;5—阀盖;6—调压螺帽;7—调压弹簧;8—锥阀座

当出口压力达到调定值时,锥阀开启,流过锥阀芯和阀座所形成的缝隙的液流,经过回油通道,从单独的回油口h 回油。由于阻尼孔的降压作用,主阀芯下部液压力大于上部液压力,在压力差的作用下主阀芯上移,形成一定的减压开口量x,减压阀进入某一稳态工作。所谓稳态工作是指减压阀有一定的减压开口量,对应着这个减压开口量有一组流动参数,即进口压力、出口压力和经过减压口的流量。

当进口压力由于某种原因增大,在主阀芯还未来得及调节的瞬间,减压口下游的压力即阀的出口压力也有所增大。这时,作用于锥阀上的液压力增大,调压弹簧7 进一步被压缩,锥阀开口量增大,流过锥阀缝隙的流量加大,主阀芯上下两端的压力差增大,主阀弹簧进一步被压缩,主阀芯上移,减压口的开启量x 减小,油液流经减压口的压力降增加,使出口压力降低。这样,通过减压阀口的作用以保持阀的出口压力基本恒定。

在减压阀的出口压力达到调定值时,就形成了一定的减压开口量。若忽略作用在减压阀阀芯上的其他力,只有作用于减压阀阀芯一端的调压弹簧的弹簧力和作用于阀芯另一端的由减压阀的出口压力形成的液压力使减压阀阀芯处于平衡。此时,不论是由于减压阀进油口的压力变化,还是由于通过减压口的流量变化所引起的减压阀开口量的变化均很小,因此弹簧的变形量也很小,弹簧力基本是常数,故与之对应的减压阀的出口压力基本上也是常数。

在液压系统中,液压泵排出的油通常流到主油路。溢流阀和主油路并联,为的是调定主油路的压力。减压阀也和主油路并联,但其出油口和执行元件(例如液压缸)串联。这样,缸内有一定负载,且溢流阀和减压阀都在稳态工作时,减压阀的进油口保持基本恒定的高压,减压阀的出油口保持基本恒定的低压。

即使主油路中有负载且溢流阀调定的主油路中的压力也高于减压阀的调定压力时,若减压支路中的负载压力,也就是减压阀的出口压力很小,则减压阀芯处于最下端位置,减压开口量最大,远超过正常工作时减压口的开启值,减压口不起减压作用。

当减压支路的负载压力接近减压阀的调定值或达到减压阀的调定值(因有调压偏差)时,且主油路的负载压力高于减压阀的调定值时,减压阀的阀芯上移形成一定的减压开口量,减压阀投入某一稳态工作。

当和减压阀串联的液压缸负载增加,乃至缸工作腔中的压力超过减压阀的调定值才能带动负载时,此时因减压阀的自我调节,减压阀的出口油液只能保持恒定的调定压力,而不能超过调定压力,所以缸工作腔中的压力也不可能超过减压阀的调定压力,缸的活塞带不动相应的负载,缸的活塞只好停止运动。

减压阀与缸串联,缸的活塞不运动,减压阀出口的油就没有出路了,那么缸工作腔中的压力是否会无限增加呢? 不会。减压阀的出油口虽然没有流量,但经过减压口的油液还可以经阻尼小孔d、孔e、孔f、锥阀芯形成的缝隙、孔h 构成通路,此时减压阀出口压力仍基本保持恒定的调定值。

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图4.43　单向减压阀

(2)单向减压阀

将单向阀和减压阀组合在一起,即成为单向减压阀,如图4.43 所示。当压力油从油口p1 流向油口p2时,单向阀关闭,减压阀正常工作。如油液反向从p2进入,则减压阀不起作用,可通过单向阀进入油口p1,图中L 是泄油口。

(3)减压阀的应用

在液压系统中,一个油源供应多个支路工作时,由于各支路要求的压力值大小不同,这就需要减压阀去调节,利用减压阀可以组成不同压力级别的液压回路。

如图4.44 所示,液压泵3 同时向液压缸1 和液压缸2 供油,缸1 的负载为F1,缸2 的负载为F2。设F1>F2,若没有减压阀4 和节流阀5,哪个缸的负载较小,则哪个缸先动,即只有缸2 的活塞到位后压力继续上升,缸1 才动作。加上减压阀后就解决了这一矛盾,两个缸可分别动作而不会因负载的大小不同而互相干扰。

若不加节流阀,尽管缸1 有相当的负载,溢流阀有相当的调定压力,若F2 为零,则减压阀的二次压力即出口压力为零,阀芯处于最下端,减压口不起减压作用且将减压口的上下游无阻力地沟通,这时减压阀的一次压力即进口压力也为零,这种现象叫减压阀一次压力失压。有了节流阀,可使减压阀出口总是有相当的压力,即可避免这一现象的出现。

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图4.44　减压阀应用之一

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图4.45　减压阀应用之二

图4.45 所示的液压缸是一个夹紧缸。当活塞杆通过夹紧机构夹紧工件时,活塞的运动速度为零,因减压阀的作用仍能使液压缸工作腔中的压力基本恒定,故可保持恒定的夹紧力,不致因夹紧力过大而将工件夹坏。

因为减压阀出口压力稳定,所以在有些回路中,虽然不需要减压,但为了获得稳定的压力也加上减压阀。例如,用压力控制的液动换向阀、液控顺序阀,在这些阀的控制油路中有时加上减压阀,目的不是减压而是使控制压力稳定,以免因压力波动使它们产生误动作。

(4)减压阀的常见故障分析

1)调压失灵

调节调压手轮,出油口压力不上升。其原因之一是主阀芯阻尼小孔堵塞,出油口油液不能流入主阀上腔和先导阀前腔,出油口压力传递不到锥阀上,使先导阀失去对主阀出口压力调节的作用。又因阻尼孔堵塞后,主阀上腔失去了油压的作用,使主阀变成一个弹簧力很弱的直动型滑阀,故在出油口压力很低时就将主阀减压口关闭,使出油口达不到一定的压力。

调节调压手轮,出油口压力和进油口压力同时上升或下降。其原因是锥阀座阻尼小孔堵塞,泄油口堵住和单向阀泄漏等因素造成的。

锥阀座阻尼小孔堵塞后,出油口压力同样也传递不到锥阀上,使先导阀失去对主阀出油口压力调节的作用。又因阻尼小孔堵塞后,便无先导流量流经主阀芯阻尼孔,使主阀上、下腔液压力相等,主阀芯在主阀弹簧力的作用下处于最下端位置,减压口通流断面积为最大,所以出油口压力就随进油口压力的变化而变化。

若泄油口堵住,从原理上讲等于锥阀座阻尼小孔堵塞。这时,出油口虽能作用在锥阀上,但同样也无先导流量流经主阀芯阻尼孔,减压口也处于最大位置,故出油口压力跟随进油口压力的变化而变化。

当单向减压阀的单向阀部分泄漏严重时,进油口压力就会通过泄漏处传递给出油口,使出油口压力也会跟随进油口压力的变化而变化。另外,当减压阀口处于全开位置时,由于主阀芯卡住,也是使出油口压力随进油口压力变化的原因。

2)阀芯径向卡紧

由于减压阀和单向减压阀的主阀弹簧力很弱,主阀芯在高压情况下容易发生径向卡紧现象,而使阀的各种性能下降,也将造成零件的过度磨损,并缩短阀的使用寿命,甚至会使阀不能工作。

3)工作压力调定后出油口压力自行升高

在一些减压回路中,如用来控制电液换向阀或外控顺序阀等,当阀换向或工作后,减压阀出油口的流量为零,但压力仍需保持原先调定的压力。在这种情况下减压阀的出油口压力往往会升高,这是由于主阀泄漏量过大所引起的。

在这种工作状况中,因减压阀出口流量变为零,流经减压口的流量只有先导流量。由于先导流量很小,一般在2 L/min 以内,因此主阀减压口基本上处于全关位置。如果主阀芯配合过松或磨损过大,则主阀泄漏量增加。而这部分泄漏量也必须从主阀阻尼小孔内流出,这时流经阻尼小孔的流量即由原有的先导流量和泄漏量两部分组成。因阻尼小孔面积和主阀上腔油液压力未变(主阀上腔液压力由已调定的调压弹簧预压缩量确定),为使通过阻尼小孔的流量增加,而必然引起主阀下腔油液压力升高。因此,当减压阀出口压力调定好后,如果出口流量为零时,出口压力会因主阀芯配合过松或磨损过大而升高。

减压阀——液压控制系统中的重要组成部分

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