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1、-毕业设计（论文）-四辊CSP轧机阀站部分设计（全套图纸）-第 8 页基于溢流阀的性能分析和测试（内蒙古科技大学 机械工程学院，内蒙古 包头 014010）摘要：溢流阀有许多种功用，而在知道溢流阀的静、动态特性后，就可以根据实验台中溢流阀的静、动态性能测试的实验对待试阀进行性能测试，测试的结果与理论值进行比较，就可以分析出被试溢流阀的使用功能。关键词：溢流阀；静态性能；动态性能；测试全套图纸，加153893706Based on the performance of the relief valve and the analysis of test Hui Guang Zhen（Mechani
2、cal Engineering College ，Inner Mongolia University of Science and Technology ，Baotou 014010，China）Abstract :Relief Valve has many functions, and know that the relief valve static and dynamic characteristics, According to the experiment can be the relief valve Taichung static and dynamic performance
3、testing of the experimental treatment trial valve performance testing, And the results of tests comparing the theoretical value, it can be analyzed test valve function. Keywords : relief valve; Static Performance; Dynamic performance; Test引言：社会需求永远是推动技术发展的动力，降低能耗，提高效率，适应环保需求，机电一体化，高可靠性等是液压气动技术继续努力的永
4、恒目标，也是液压气动产品参与市场竞争是否取胜的关键。而在液压技术中，溢流阀成为必不可少的元件，无论什么样的液压回路都离不开溢流阀，所以对溢流阀的分析也是很必要的。1、溢流阀的理论分析1.1 溢流阀的介绍溢流阀因结构形式不同分为直动式溢流阀和先导式溢流阀两类。若溢流阀的压力较高，流量较大，则要求调压弹簧具有很大的弹簧力，这样不仅仅使溢流阀调节性能变差，而且在结构上也难以实现。因此直动式溢流阀一般只用于低压小流量系统，或者作为先导阀使用。中、高压系统则采用先导式溢流阀。参考文献：1张利平，液压传动系统及设计，北京：化学工业出版社，20052刘忠，工程机械液压传动原理，北京：机械工业出版社，2005
5、3贾培，液压传动，天津：天津科学技术出版社，19814苏杭，液压与气压传动学习及实验指导，北京：机械工业出版社，2007在先导式溢流阀中，先导阀的弹簧为调压弹簧，复位弹簧只在阀口关闭时起作用，弹簧力很小；溢流阀的溢流流量大部分经主阀阀口流回油箱，通过先导阀的流量很小，一般仅占主阀额定流量的1%，为1-5L/min；由于通过先导阀的流量很小，所以先导阀阀座孔直径d很小，即使是高压阀，先导阀的弹簧刚度也不大，因此阀的调节性能较好。但是先导式溢流阀要先导阀和主阀都动作以后才能起控制作用，反应不如直动式溢流阀灵敏。1.2 溢流阀的应用（1）作溢流阀用。在图3的定量泵节流调速的液压系统中，调节节流阀的开
6、口大小可调节进入执行元件的流量，定量泵多余的油液则从溢流阀流回油箱。在工作过程中，溢流阀总是有油液通过（溢流），液压泵工作压力决定于溢流阀的调定压力，且基本保持恒定。图3 溢流阀起定压溢流作用 图4 溢流阀起安全阀作用（2）作安全阀用。在图4所示的容积调速回路中，泵的全部流量进入执行元件，平时溢流阀是关闭的，只有当系统压力超过溢流阀调定压力时，阀才打开，油液经溢流阀流回油箱，系统压力不再增高。因而该阀用于防止液压系统过载，起限压、安全作用。（3）作背压阀用。将溢流阀装在回油路上，调节溢流阀的调压弹簧，即能调节执行元件回油腔压力的大小，见图5。图5 溢流阀起背压阀作用 图6 溢流阀的远程调压（4
7、）远程调压回路。利用远程调压阀的远程调压回路，见图6。应注意，只有在溢流阀的调整压力高于远程调压阀的调整压力时，远程调压阀才能起调压作用。如主溢流阀远控口通过电磁换向阀与油箱或多个远程调压阀连接，则可实现系统卸荷或多级远程调压。因为溢流阀有如此多功用，所以它在液压系统中占据了相当重要的位置，检测溢流阀好坏以及性能参数对任何一个液压系统来说都是必要的。1.3 溢流阀的主要性能1.3.1 静态特性静态特性是指阀在稳定工况下（即系统压力没有突变时），阀所控制的压力、流量特性。1、调压范围 调压范围是指调压弹簧在规定的范围内调节时，系统压力（压力无突跳及迟滞现象）上升或下降的最大和最小调定压力。对高压
8、溢流阀来说，一般通过更换四根自由高度、内径相同而刚度不同的弹簧实现0.6-8MPa、4-16MPa、8-20MPa、16-32MPa四级调压。2、压力流量特性 压力流量特性是指溢流阀从开启到闭合过程中，被控压力与通过溢流阀的溢流量之间的关系。它是衡量溢流阀定压精度的一个重要指标，称之为压力流量特性或启闭特性。3、启闭特性 图7启闭特性也是衡量溢流阀特性的一个重要指标，可以通过实验得出。试验时，油泵要保证供应溢流阀的额定流量，将被试溢流阀调到最大调整压力，用另一溢流阀逐渐加压，使被试溢流阀的工作压力由开启压力逐渐升到最大调整压力，然后再逐渐降到关闭时为止，由压力表测量压力，由流量计测出对应的溢流
9、量，此时就可画出如图所示的被试溢流阀在开启和关闭时压力流量特性曲线（或者通过函数记录仪直接描绘出启闭特性曲线）。在开启和关闭过程中压力的变化要小，但由于在开启和关闭时各滑动部分的摩擦力方向相反等原因，使两曲线不对称，关闭和开启曲线不完全相同，关闭时压力有滞后现象。一般要求在被试溢流阀开启时的溢流量为试验流量的1%时，它所对应的压力值与调定压力值之比应在90%以上，这一比值称为开启比率。在闭合时，当被试阀溢流量为试验流量的1%时，它所对应的压力值与调定压力值之比应在85%以上，这一比值称为闭合比率。4、卸荷压力 当溢流阀作卸荷阀用时，在额定流量下进、出油口的压力差称为卸荷压力（先导式溢流阀用作卸
10、荷阀，把它的遥控口与油箱接通，主阀芯提到最大开度，阀的进、回油口的压力差）。实际上卸荷压力就是额定流量下卸荷时经过溢流阀的压力损失。卸荷压力越小，即油液通过主阀开口处的压力损失越小，此阀性能就越好。5、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。溢流阀最小稳定流量取决于的压力平稳性的要求，一般规定为额定流量的15%。6、内部泄漏 在进口油压作用下，通过中部阀芯的封油圆柱面和锥形阀口均不可避免的会有泄漏，压力越大泄漏量也越大。在溢流阀调整手柄拧紧时，溢流阀在额定压力下，回油口每分钟的泄漏量即为该阀内部泄漏量。1.3.2 动态性能指标当溢流阀的溢流量由零阶跃变化
11、至额定流量时，其进口压力将迅速升高并超过额定压力的调定值，然后逐步衰减到最终稳定压力，完成其动态过渡过程。衡量动态过渡过程品质好坏的性能指标，称为动态性能指标。 图8（1）压力超调量：定义最高瞬时压力峰值与额定压力调定值pn的差值为压力超调量p。要求p30%pn；否则将导致系统中元件损坏、管道破裂或其他故障。（2）上升时间t1：是指压力开始上升，到压力第一次达到稳态压力pn时所需的时间。t1越小，溢流阀的相应越快。此值大约在0.1s之内。（3）过度过程的时间t2：是指从压力开始上升，到压力达到稳定压力pn并处于稳定状态所需的时间。t2越小，溢流阀动态过渡过程越短。（4）卸荷时间t3：是指在负载
12、阶跃时，压力从稳定压力pn降到卸荷压力（接近于零压）所需的时间。此值大约在数十毫秒之内。以上这些动态性能的具体数值，除了与系统的构成有关外，还与阀的形式、结构、设计参数乃至装配质量密切相关。如滑阀式结构的封油凸肩长度比锥阀式大得多，因此前者的动态响应时间和超调量比后者差。减压阀、顺序阀的阀口开度或工作开启高度比溢流阀大，所以动态响应不及溢流阀。动特性是一个很重要的性能指标，因为一个液压系统名义上是额定压力下工作，实际上瞬时压力远远超过额定压力，甚至是额定压力的好几倍。当油缸换向、停止或负载突然变化时，液压系统中往往出现瞬时流量突变并产生压力冲击。这种现象甚至会引起元件损伤、管件破裂或者其他故障
13、。因此希望使用的溢流阀动态超调量要小，一旦系统中流量突然改变，溢流阀的反应速度要快，能够立即开启作相应溢流，使所产生的冲击压力很小，系统工作稳定可靠。2 溢流阀的实际检测将待测溢流阀用于实验台中对溢流阀静、动态性能测试的液压回路中（图9）进行实验，便可以得出此溢流阀的静、动态特性，这样我们就能够知道此溢流阀的可利用价值。 图92.1实验参考步骤2.1.1测量调压范围及压力稳定性 二位三通阀11通电，将溢流阀9调至比被测阀14的最高调节压力（定为6MPa）高10%，即阀11调至6.5MPa，然后使阀11处于常态，将被测阀14压力调至6MPa，测出此时通过阀的流量作为实验流量。1、调定被试阀14的
14、调压手轮从全开至全闭，再从全闭至全开，通过压力表p8观察压力上升与下降的情况是否均匀，有没有突变或滞后现象，并测量调压范围。反复实验不少于三次。2、调节被试阀14，使其在调压范围内取五个压力值（其中包括调压范围最高值）用压力表p8分别测量压力振摆值，并指出最大压力振摆值。3、调节被试阀14调至调压范围最高值，由压力表p8测量一分钟内的压力偏移值。 2.1.2测量卸荷压力及压力损失（1）卸荷压力。被试阀14至压力范围最高值，将二位二通电磁阀15通电，此时被测阀的远程控制口接油箱，用压力表p8测量压力值，即卸荷压力。注意：当被测阀压力调好后，应将p8的压力表开关转至0，待阀15通电后再将压力表开关
15、转至压力接点，然后读出卸荷压力值，这样可以保护压力表不被打坏。（2）压力损失。在实验流量下，调节被试阀14的调压手柄至全开位置，用压力表p8测量压力值。2.1.3测量启闭特性与调压偏差关闭溢流阀9，调节被试阀14至压力范围最高值（被实验定为6MP），并锁紧其调节手柄，此时通过被试阀14的流量为实验流量。调节溢流阀9，使系统分级（级差可为0.1MP）逐渐降低，记下各级被试阀相应的压力和溢流量（小流量时用量杯测量）直到被试阀14的溢流量减少到实验流量的1%，此时的压力表p8的读书值就是闭合压力。一般情况很难刚好测的实际流量的1%值，实际测试中只要测得小于实际流量的1%即可然后用内插法求得闭合压力。
16、再继续粉剂逐渐降压，记录下相应的压力和溢流量直到被试阀刚刚停止溢流时为止。此时泵的全部供油量从溢流阀9溢出。实际测试中只要测到溢流量从小管中排除时已不呈线流即可。反向调节溢流阀9，从被试阀14不溢流开始，使系统分级逐渐升压，从被试阀的溢流量呈线流状起记下各级相应的压力与流量，当被试阀14的溢流量达到实验流量的1%时，此时压力为开启压力。再继续调节溢流阀9，逐渐升压，一直升至被试阀的调定值，记下各级相应的压力与溢流量。据所得数据绘制被试阀启闭特性曲线。阀14的调定压力与开启压力之差为调压偏差。注意：被试阀的溢流量在实验中应边做边算，及时掌握变化规律。2.1.4 动态特性测试按图10所示，联接好测
17、试仪器的电器线路，并把BPR型压力传感器组成半桥电路，用标定半桥法平衡动态应变仪的一个桥路，然后启动光线示波器预热后调节光点位置，记录纸速0.5m/s用压力检查泵和压力传感器给出标准应变信号，或用动态应变仪标定电桥给出模拟应变信号，在感光纸上录下零压基线和2MPa、4MPa、6MPa.MPa的基准线。 图10 溢流阀动态特性实验仪器工作原理图通过被试阀的远程控制口瞬间与油箱通断，使被试阀主油路的溢流量得到阶跃变化信号，因而通过压力传感器可将被试阀所控压力随时间变化的过程示波曲线记录下来。先将二位三通电磁阀11通电，再关闭溢流阀9，调节被测阀14至调压范围最高值（本实验定为6MPa），将二位二通电磁阀15通电，使主油路卸荷，准备好记录仪器，分好工，相互配合顺序动作进行拍摄动态性能曲线。光线示波器走纸启动 阀15断电（主油路升压） 阀15通电（卸荷） 电示波器走纸停止。取下记录纸进行二次曝光，处理并分析记录曲线。注意：过渡过程动态特性的拍摄时间很短，有关的顺序操作要配合好，