溢流阀的工作原理及静态特性曲线

2023-06-15 历史故事版权反馈

【摘要】：用于过载保护的溢流阀一般称为安全阀。图4-11 先导式溢流阀的工作原理a）封闭 b）开启 c）溢流2）远程控制口K。但是，远程调压阀所能调节的最高压力不得超过溢流阀本身先导阀的调整压力。图4-12 溢流阀的静态特性曲线1）溢流阀的压力-流量特性。将溢流阀的遥控口与油箱连通后，液压泵处于卸荷状态时，溢流阀进出油口压力之差称为卸荷压力。

1.溢流阀的作用

溢流阀的主要作用是调定液压系统压力或限定液压系统压力低于某一安全值，在液压系统中起定压（定压是溢流阀的主要用途）或安全作用。它常用于节流调速系统中，和流量控制阀配合使用，调节进入系统的流量，并保持系统的压力基本恒定。用于过载保护的溢流阀一般称为安全阀。

2.溢流阀的结构和工作原理

常用的溢流阀按其结构形式和基本动作方式可归结为直动式和先导式两种。

（1）直动式溢流阀直动式溢流阀是依靠系统中的液压油直接作用在阀芯上与弹簧力等相平衡，以控制阀芯的启闭动作。图4-9a所示为直动式溢流阀的结构，图4-9b所示为直动式溢流阀的图形符号。

直动式溢流阀是利用松紧调节螺母1作为控制信号来改变弹簧2的预压缩量，当直接作用在阀芯上的液压力与弹簧力相平衡时，就对应了某一阀口的通流面积和溢流量，从而来达到定压的目标。当系统压力升高时，阀芯上升，阀口通流面积增加，溢流量增大，进而使系统压力下降。溢流阀内部通过阀芯的平衡和运动构成的这种负反馈作用是其定压作用的基本原理，也是所有定压阀的基本工作原理。直动式溢流阀通常只有两个油口：P口接液压泵，通高压油；T口接油箱。弹簧腔的泄漏油经油道L、e与T口相通。

（2）先导式溢流阀图4-10a所示为先导式溢流阀的结构。先导式溢流阀由主阀和先导锥阀组成。由于先导阀芯为锥阀，受压面积很小，所以用一个刚度不大的弹簧即可获得与较高的调节压力相对应的弹簧预紧力。图4-10b所示为先导式溢流阀的图形符号。

图4-9 直动式溢流阀

1—调节螺母 2—弹簧 3—上盖 4—阀芯 5—阀体

图4-10 先导式溢流图

1）先导控制原理。先导式溢流阀的工作原理如图4-11所示。如图4-11a所示，油从进油口进入阀体，到达主阀芯的下腔，然后通过主阀芯台肩上的阻尼孔到先导锥阀阀芯。当进口压力低于先导阀调定压力值时，先导阀芯不能打开，油不流动。溢流阀上下腔及阻尼孔中虽充满了油，但构不成通路，不流动，油压依帕斯卡定律等量传递，主阀芯上下端面的油压相等。又因主阀芯上下两端面积相等，故主阀芯上下端面作用的液压力相等。主阀芯在复位弹簧力作用下关闭阀口，主阀芯不开启，溢流阀不溢流。

当阀的进口压力超过先导阀开启压力时，先导锥阀阀芯开启（调节调压螺母可改变调压弹簧的预压缩量，从而可以调节开启压力的大小），油经过先导阀和主阀芯阻尼孔，流回油箱，如图4-11b所示。

锥阀芯开启使油形成通路后，油液通过主阀芯的阻尼孔（节流小孔）从主阀的下腔流至上腔，结果造成主阀芯下腔的压力比上腔的压力高，这就破坏了液压力的平衡，因而将把主阀芯抬起而离开阀座。当活塞上下腔的压力差大到足以克服弹簧力时，主阀芯便被打开，油直接经主阀芯流回油箱，如图4-11c所示。

图4-11 先导式溢流阀的工作原理

a）封闭 b）开启 c）溢流

2）远程控制口K。先导式溢流阀有一个远程控制口K，如果将K口用油管接到另一个远程调压阀，调节远程调压阀的弹簧力，即可调节溢流阀主阀芯上端的液压力，从而对溢流阀的溢流压力实现远程调压。但是，远程调压阀所能调节的最高压力不得超过溢流阀本身先导阀的调整压力。当远程控制口K通过二位二通阀接通油箱时，主阀芯上端的压力接近于零，主阀芯上移到最高位置，阀口开得很大。由于主阀弹簧较软，这时溢流阀P口处压力很低，系统的油在低压下通过溢流阀流回油箱，实现卸荷。

3.溢流阀的性能

溢流阀的性能包括溢流阀的静态特性和动态特性。

（1）静态特性溢流阀的静态特性是指阀在系统压力没有突变的稳态情况下，所控制流体的压力、流量的变化情况。溢流阀的静态特性主要指压力-流量特性、启闭特性、卸荷压力、压力调节范围和流量许用范围等。

图4-12 溢流阀的静态特性曲线

1）溢流阀的压力-流量特性。溢流阀的压力-流量特性是指溢流阀入口压力与流量之间的变化关系。图4-12所示为溢流阀的静态特性曲线。其中p_k1为直动式溢流阀的开启压力，当阀入口压力小于p_k1时，溢流阀处于关闭状态，通过阀的流量为零；当阀入口压力大于p_k1时，溢流阀开始溢流。图4-12中p′_k₂为先导阀的开启压力，当阀进口压力小于p′_k₂时，先导阀关闭，溢流量为零，当压力大于p′_k₂时，先导阀开启，然后主阀芯打开，溢流阀开始溢流。在两种阀中，当阀入口压力达到调定压力p_n时，通过阀的流量达到额定溢流量q_n。

由溢流阀的特性分析可知：当阀溢流量发生变化时，阀进口压力波动越小，阀的性能越好。由图4-12所示溢流阀的静态特性曲线可见，先导式溢流阀性能优于直动式溢流阀。

2）溢流阀的启闭特性。启闭特性是溢流阀性能好坏的重要指标，一般用开启压力比率和闭合压力比率表示。当溢流阀从关闭状态逐渐开启，其溢流量达到额定流量的1%时所对应的压力，定义为开启压力p_k。p_k与调定压力p_s之比的百分率称为开启压力比率。当溢流阀从全开启状态逐渐关闭，溢流量为其额定流量的1%时，所对应的压力定义为闭合压力p_k′。p_k′与调定压力p_s之比的百分率称为闭合压力比率。开启压力比率与闭合压力比率越高，阀的性能越好。一般开启压力比率应≥90%，闭合压力比率应≥85%。图4-13所示为溢流阀的启闭特性曲线。其中，曲线1为开启特性，曲线2为闭合特性。

3）溢流阀的压力稳定性。系统在工作中，由于液压泵的流量脉动及负载变化的影响，导致溢流阀的主阀芯一直处于振动状态，阀所控制油压也因此产生波动。衡量溢流阀的压力稳定性用两个指标度量：一是在整个调压范围内，阀在额定流量状态下的压力波动值；二是在额定压力和额定流量状态下，3min内的压力偏移值。上述两个指标越小，溢流阀的压力稳定性越好。

4）溢流阀的卸荷压力。将溢流阀的遥控口与油箱连通后，液压泵处于卸荷状态时，溢流阀进出油口压力之差称为卸荷压力。溢流阀的卸荷压力越小，系统发热越少。一般溢流阀的卸荷压力不大于0.2MPa，最大不应超过0.45MPa。

5）溢流阀的压力调节范围。溢流阀的压力调节范围是指溢流阀能够保证性能的压力使用范围。溢流阀在此范围内调节压力时，进口压力能保持平稳变化，无突跳、迟滞等现象。在实际情况下，当需要溢流阀扩大调压范围时，可通过更换不同刚度的弹簧来实现，如国产调压范围为12～31.5MPa的高压溢流阀，更换四种刚性不等的调节弹簧可实现5～7MPa、3.5～14MPa、7～21MPa和14～35MPa四种范围的压力调节。

6）溢流阀的许用流量范围。溢流阀的许用流量范围一般是指阀额定流量的15%～100%。阀在此流量范围内工作，其压力应当平稳，噪声小。

（2）动态特性溢流阀的动态特性是指在系统压力突变时，阀在响应过程中所表现出的性能指标。图4-14所示为溢流阀的动态特性曲线。此曲线的测定过程是：将处于卸荷状态下的溢流阀突然关闭时（一般是由小流量电磁阀切断通油箱的遥控口），阀的进口压力迅速提升至最大峰值，然后振荡衰减至调定压力，再使溢流阀在稳态溢流时开始卸荷，在线记录此压力变化过程。由此动态特性曲线可以得出以下动态特性指标：

图4-13 溢流阀的启闭特性曲线

图4-14 溢流阀的动态特性曲线

1）压力超调量。最大峰值压力与调定压力之差称为压力超调量，用Δp表示。压力超调量越小，阀的稳定性越好。

2）过渡时间。指溢流阀从压力开始升高到稳定在调定压力所需用的时间，用符号Δt表示。过渡时间越小，阀的灵敏性越高。

3）压力稳定性。溢流阀在调压状态下工作时，由于泵的压力脉动而引起系统压力在调定压力附近产生有规律的波动，这种压力的波动可以从压力表针的振摆看到，此压力振摆的大小标志阀的压力稳定性。阀的压力振摆小，压力稳定性好。一般溢流阀的压力振摆应小于0.2MPa。

图4-15 恒压能源

1—定量泵 2—溢流阀 3—节流阀

4.溢流阀的应用

（1）和节流阀配合构成恒压能源（见图4-15）图4-15中，1为定量泵，2为溢流阀，3为节流阀。图4-15所示为这三种元件构成定压能源的典型组合。该恒压能源在泵出口处并联了溢流阀，它的作用是即便流过溢流阀的流量产生变化而仍能保持溢流阀的进口压力不变。在泵出口压力为恒压的条件下，我们改变节流阀3的开度，就可改变通往系统的流量。定量泵提供的是恒定流量，多余的油经溢流阀流回油箱。当通往系统的流量变化时，流经溢流阀的流量也相应发生变化，通过溢流阀的调节作用，使泵出口压力基本维持不变。

（2）作为安全阀（见图4-16）图4-16中，变量泵1排的油到达液压马达2的进口，液压马达2带动负载转动，从液压马达排出的油再加到泵的吸油腔。泵和液压马达的这种连接方式叫作闭式油路。

图中管路3是高压，管路4是低压。高压管路中的压力取决于液压马达所带动的负载力矩。溢流阀5的调定压力应这样调定：系统在正常工作压力下，溢流阀5不开启，当系统压力超过某一规定值时，溢流阀开启，高压油从管路3经溢流阀5到低压管路，此时系统压力只维持溢流阀所调定的数值，而不能继续再增加，这样就保护了系统免受高压的侵害。因此，把起此种作用的溢流阀叫作安全阀。起安全作用的溢流阀的调定压力比系统的工作压力一般说来高10%。

（3）和二位二通阀配合使泵卸荷（见图4-17和图4-18）在图4-17中，二位二通阀处于断路位置，即溢流阀的遥控口不能和油箱相通，此时溢流阀以调定的压力值正常工作。

当二位二通阀处于通路位置时，溢流阀的遥控口和油箱相通。在图4-18中，主阀弹簧腔中无压力，主阀芯上移，溢流口的开口量达最大值，阻力很小，泵排出的油压力也很小，全部经溢流阀流回油箱。定量泵虽排出了恒定流量，但压力很小，输出功率很小，接近于零，从而可认为泵和拖动泵的原动机被卸荷。从阀的使用功能看，此时的溢流阀也可叫作卸荷阀。

图4-16 溢流阀用作安全阀

1—变量泵 2—液压马达 3、4—管路 5—溢流阀

图4-17 使泵卸荷

图4-18 和二位二通阀配合使泵卸荷

（4）使一个主溢流阀具有多级调定压力（见图4-19）在图4-19中，1为主溢流阀、2、3、4为远程调压阀，也叫遥控调压阀。阀2、3、4均事先调整好它们的调定压力。当换向阀5处于中位时，系统的压力决定于远程调压阀2的调定压力。当换向阀5处于左位时，系统的压力决定于远程调压阀4。当换向阀5处于右位时，系统的压力决定于远程调压阀3调定的压力。系统有三种不同的压力调定值。阀3和阀4的调定压力应小于阀2的调定压力。

（5）用作背压阀在图4-20所示的液压回路中，溢流阀串联在回油路上，溢流阀产生背压，运动部件运动平稳性增加。

图4-19 多级调压

1—主溢流阀 2、3、4—远程调压阀 5—换向阀

图4-20 溢流阀作背压阀用

溢流阀的工作原理及静态特性曲线

相关推荐