液压控制阀溢流阀教程课件.ppt

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1、液压传动液压传动李杞超李杞超Thursday,February 16,20231/345 5 液压控制阀液压控制阀5.3 压力控制阀u基本原理:基本原理:压力控制阀利用油液压力和弹簧力相平衡的原压力控制阀利用油液压力和弹簧力相平衡的原理进行工作,理进行工作,以满足执行元件对以满足执行元件对 力力 或或 扭矩扭矩 的要求。的要求。u工作状态:工作状态:油液压力和弹簧力不同大小关系,使阀处于不油液压力和弹簧力不同大小关系,使阀处于不同的工作状态。同的工作状态。u压力控制阀:压力控制阀:在液压系统中,稳定、调节和控制液压系统在液压系统中,稳定、调节和控制液压系统压力,或压力,或 利用压力信号控制其它

2、动作的液压控制阀,统称利用压力信号控制其它动作的液压控制阀,统称为压力控制阀,简称压力阀。为压力控制阀,简称压力阀。Thursday,February 16,20232/34u压力阀的分类压力阀的分类压力阀压力阀按功能分为按功能分为按阀芯结构按阀芯结构 按工作原理按工作原理 溢流阀溢流阀 减压阀减压阀 顺序阀顺序阀 压力继电器压力继电器平衡阀平衡阀 卸荷阀卸荷阀 直动式直动式 先导式先导式滑阀滑阀 球阀球阀 锥阀锥阀Thursday,February 16,20233/34u 溢流阀的作用溢流阀的作用溢流阀溢流阀 溢溢流流阀阀是是通通过过阀阀口口的的溢溢流流,维维持持系系统统压压力力恒恒定定,

3、实实现现稳稳定定、调调节节或或限限制制系系统统最最高高压压力力,并并溢溢出出多多余余油油液液,防防止止系系统统过过载载。一般并联于主油路,出口接油箱,采用进口压力负反馈。一般并联于主油路,出口接油箱,采用进口压力负反馈。溢流阀与减压阀在系统中都起稳压作用,但其差别是:溢流阀与减压阀在系统中都起稳压作用,但其差别是:溢流阀溢流阀稳定稳定进口进口压力,而压力,而减压阀减压阀是稳定是稳定出口出口压力。压力。u 溢流阀的结构溢流阀的结构 由控制部分和调节部分组成,其中:由控制部分和调节部分组成,其中:控制部分控制部分:由阀芯、阀体、弹簧等组成。:由阀芯、阀体、弹簧等组成。调节部分调节部分:由调节手轮、

4、弹簧、锥阀、遥控口等组成。:由调节手轮、弹簧、锥阀、遥控口等组成。溢流阀按照其结构原理可分为:溢流阀按照其结构原理可分为:直动式直动式 和和 先导式先导式两种溢流阀。两种溢流阀。u 溢流阀的分类溢流阀的分类Thursday,February 16,20234/34(1 1)直动式溢流阀)直动式溢流阀结构结构实物图片实物图片剖面图剖面图可知可知:直动溢流阀是由直动溢流阀是由阀体、阀芯、弹簧和阀体、阀芯、弹簧和调节旋钮组成的。调节旋钮组成的。Thursday,February 16,20235/34 直动型溢流阀因阀口和测压面结构型式不同,形成了直动型溢流阀因阀口和测压面结构型式不同,形成了三种基

5、本结构。无论何种结构,均是由三种基本结构。无论何种结构,均是由调压弹簧调压弹簧和调压手和调压手柄、柄、溢流阀口溢流阀口、测压面测压面等三个部分构成。等三个部分构成。滑阀式溢流口,端面测压滑阀式溢流口,端面测压 锥阀式溢流口锥阀式溢流口,端面测压,端面测压 锥阀式溢流口,锥面测压锥阀式溢流口,锥面测压 Thursday,February 16,20236/34直动型溢流阀与符号的对应关系 溢流阀的符号阀阀口口阀口阀口测压面测压面测压孔测压孔Thursday,February 16,20237/34 职能符号职能符号方框表示溢流阀的阀体;方框表示溢流阀的阀体;实线表示各油路;实线表示各油路;箭头表

6、示内部通路及方向;箭头表示内部通路及方向;虚虚线线表表示示控控制制油油路路,连连在在进进油油路路,表表示示由进油控制;由进油控制;弹簧表示与液压力相平衡来控制阀芯;弹簧表示与液压力相平衡来控制阀芯;U表示下部回油箱。表示下部回油箱。Thursday,February 16,20238/34工作原理工作原理直动式滑阀阀芯溢流阀原理 液压力与弹簧力相平衡的原理工作,液压力与弹簧力相平衡的原理工作,不同压力和弹簧力的大小,溢流阀对应不同压力和弹簧力的大小,溢流阀对应不同的工作状态。不同的工作状态。液压力低于调压弹簧力,阀口关闭。液压力低于调压弹簧力,阀口关闭。液压力高于调压弹簧力,阀口开启。液压力高

7、于调压弹簧力,阀口开启。直动溢流阀工作过程直动溢流阀工作过程力力平衡方程平衡方程弹簧预压缩量(m)阀开口量(m)当 时Thursday,February 16,20239/34 特点特点1)液压油液)液压油液直接作用在阀芯上,结构简单,灵敏度高直接作用在阀芯上,结构简单,灵敏度高。2)当溢流阀流量变化时,)当溢流阀流量变化时,阀口开度即弹簧压缩量也随之变化阀口开度即弹簧压缩量也随之变化。3)当溢流阀工作时,可认为)当溢流阀工作时,可认为FS=Fp,即即 p=k(x0+x)/A 由上式可知:当弹簧压缩量变化由上式可知:当弹簧压缩量变化 x很小时很小时,可认为溢流阀可认为溢流阀进口进口压力压力基本

8、保持不变。基本保持不变。4)适用于低压、小流量的系统中适用于低压、小流量的系统中。如果压力大或流量大,则需。如果压力大或流量大,则需要刚度要刚度k大的弹簧,因此,手动调节困难,且当阀口开度有较小大的弹簧,因此,手动调节困难,且当阀口开度有较小变化,将引起较大压力波动。变化,将引起较大压力波动。)有弹簧调节手柄,出口必须接油箱。)有弹簧调节手柄,出口必须接油箱。Thursday,February 16,202310/34(2 2)先导式溢流阀)先导式溢流阀结构结构实物图片实物图片剖面图剖面图 可知:先导溢流阀可知:先导溢流阀是由主阀和先导阀组是由主阀和先导阀组合而成的,协调工作合而成的,协调工作

9、。(1)先导阀及其弹)先导阀及其弹簧是稳定、控制和调簧是稳定、控制和调节压力的。节压力的。(2)主阀是溢流的,主阀是溢流的,而弹簧主要是起开阀而弹簧主要是起开阀后复位作用。后复位作用。Thursday,February 16,202311/34工作原理工作原理 先导式溢流阀是以液压力先导式溢流阀是以液压力与弹簧力相平衡原理工作的。与弹簧力相平衡原理工作的。主阀状态是由油液压力和先导主阀状态是由油液压力和先导阀调定压力大小所决定的,当阀调定压力大小所决定的,当主阀打开时,压力满足下式:主阀打开时,压力满足下式:pA=k(x0+x)+pA 式中,式中,p为主阀上端压力,即为主阀上端压力,即先导阀调

10、定压力先导阀调定压力,pA等先导阀等先导阀的预压紧力。的预压紧力。A为先导阀作用为先导阀作用面积,面积,A为主阀有效作用面积。为主阀有效作用面积。出油先导溢流阀原理图Thursday,February 16,202312/341)三节同芯先导型溢流阀)三节同芯先导型溢流阀 主要特点:由主阀芯负责控制系统的压力由主阀芯负责控制系统的压力,先导级负先导级负责向主阀提供指令力责向主阀提供指令力,作用在主阀芯上的主油路液压力与先导级所输出的“指令压力”相平衡。阀口处同芯阀口处同芯活塞处同芯活塞处同芯导向处同芯导向处同芯黑三角代表黑三角代表先导型液压控制先导型液压控制工作过程工作过程封闭过程开启过程溢流

11、过程Thursday,February 16,202313/34出油口出油口P2进油口进油口P1主阀芯主阀芯主阀口主阀口导阀芯导阀芯先导级固先导级固定节流孔定节流孔调压调压手柄手柄调压调压弹簧弹簧主阀主阀弹簧弹簧Thursday,February 16,202314/34YF型先导式溢流阀原理图型先导式溢流阀原理图阀阀口口主级测压面主级测压面主主级指令级指令导导阀阀比比较较主阀比较主阀比较:半桥式先导控制部分Thursday,February 16,202315/34二节同芯先导式溢流阀二节同芯先导式溢流阀2 2)二节同芯先导型溢流阀)二节同芯先导型溢流阀 阀口处同芯阀口处同芯导向处同芯导向处

12、同芯结构特点 结构简单,加工和装配方便 通流面积大 主阀芯与阀套通用化,便于批量生产Thursday,February 16,202316/34 YF型先导式溢流阀原理图型先导式溢流阀原理图主级测压面主级测压面主主级指令级指令导导阀阀比比较较主阀比较主阀比较:半桥式先导控半桥式先导控制部分制部分节节流流孔孔2、4串串联联等等价价于于1个个孔孔节节流流孔孔3构构成成动动态态阻阻尼尼,稳稳定定主主阀阀Thursday,February 16,202317/34二节同芯型先导式溢流阀二节同芯型先导式溢流阀主级测压面主级测压面导阀芯导阀芯阀阀口口固定节流孔固定节流孔工作过程工作过程Thursday,F

13、ebruary 16,202318/34电磁溢流阀电磁溢流阀3 3)电磁溢流阀)电磁溢流阀 是电磁换向阀与先导式溢流阀的组合,用于系统的多级压力控制或卸荷。电磁阀电磁阀部分部分先导式溢先导式溢流阀部分流阀部分Thursday,February 16,202319/34电磁溢流阀原理图电磁溢流阀原理图电磁阀通电卸压电磁阀通电卸压先导式溢流阀部分先导式溢流阀部分PT符号符号Thursday,February 16,202320/34T远程调压原理远程调压原理先导式溢流阀部分先导式溢流阀部分P先导式溢先导式溢流阀部分流阀部分远程调压阀远程调压阀远程调压阀远程调压阀25MPa25MPa32MPa32M

14、Pa输出25MPaThursday,February 16,202321/34 有两个阀协调工作,其中,先导阀控制和调节溢流压力,有两个阀协调工作,其中,先导阀控制和调节溢流压力,主阀溢流主阀溢流 控制口开闭的油液来自进油口,漏油回油采用内泄方式控制口开闭的油液来自进油口,漏油回油采用内泄方式 溢流阀并联于系统回路中,溢流阀并联于系统回路中,不工作时,阀芯常闭不工作时,阀芯常闭;工作;工作时,阀芯常开时,阀芯常开 弹簧刚度弹簧刚度k比较比较小小,阀前的压力,阀前的压力p 随流量变化较小,即压随流量变化较小,即压力稳定性比直动式要好(最大压力偏差小于力稳定性比直动式要好(最大压力偏差小于0.2M

15、Pa)特点特点溢流阀的代号:溢流阀的代号:例如,溢流阀例如,溢流阀YF-L10B,其中,各个符号的含义为:其中,各个符号的含义为:YF溢流阀溢流阀 L连接方式(连接方式(L-螺纹连接,螺纹连接,B-板式连接,板式连接,F-法兰连接)法兰连接)10公称直径公称直径10mm通径通径 B工作压力范围工作压力范围 Thursday,February 16,202322/34(3 3)直动式与先导式溢流阀比较)直动式与先导式溢流阀比较直动式与先导式溢流阀在结构、特性、适用场合都存有直动式与先导式溢流阀在结构、特性、适用场合都存有不同之处。不同之处。结构结构:阀的个数不同,直动式溢流阀只有主阀,而先导式阀

16、的个数不同,直动式溢流阀只有主阀,而先导式有主阀和先导阀组成;有主阀和先导阀组成;弹簧刚度弹簧刚度:直动式的弹簧刚度大,而先导式的弹簧刚度小。:直动式的弹簧刚度大,而先导式的弹簧刚度小。特性特性:(a)先导式溢流阀的稳压性比直动式要好,更接近先导式溢流阀的稳压性比直动式要好,更接近于理想特性曲线;于理想特性曲线;(b)先导式溢流阀特性曲线由两段组成,先导式溢流阀特性曲线由两段组成,而直动式是由一段曲线组成的;而直动式是由一段曲线组成的;(c)先导式溢流阀的开启比先导式溢流阀的开启比通常比直动式大,静态调压偏差比直动式要小。通常比直动式大,静态调压偏差比直动式要小。(d)先导式先导式溢流阀是二级

17、阀,其灵敏度低于直动式。溢流阀是二级阀,其灵敏度低于直动式。适用场合适用场合:直动式仅适合于低压、低流量的场合;先导式不:直动式仅适合于低压、低流量的场合;先导式不仅可以稳压和溢流,而且还可用于卸荷和远程控制。仅可以稳压和溢流,而且还可用于卸荷和远程控制。控制方式控制方式:直动式为内部控制;而先导式可内控,也可外控。:直动式为内部控制;而先导式可内控,也可外控。Thursday,February 16,202323/341)稳压油路)稳压油路(4 4)应用及实例)应用及实例 在定量泵节流调速系统中,液压泵在定量泵节流调速系统中,液压泵输出的压力油只有一部分进入油缸,多输出的压力油只有一部分进入

18、油缸,多余的经余的经溢流阀溢流阀流回油箱,溢流阀是常开流回油箱,溢流阀是常开的,这样使系统压力保持恒定。的,这样使系统压力保持恒定。先导溢流阀在溢流稳压状态时,对先导溢流阀在溢流稳压状态时,对于主阀,油液压力应满足以下关系式于主阀,油液压力应满足以下关系式 p=k(x0+x)/A+p1分析:由于主阀较软,分析:由于主阀较软,k较小,因较小,因此,此,p变化小。变化小。Thursday,February 16,202324/342)安全油路安全油路液液压压系系统统都都要要装装安安全全用用的的溢溢流流阀阀,以以限限制制系系统统的的最最高高压压力力,超超过过时时,安安全全溢流阀打开溢流。溢流阀打开溢

19、流。注意:注意:溢流阀的调整值应比系统的最溢流阀的调整值应比系统的最高工作压力高高工作压力高10-20%,以免溢流阀打开,以免溢流阀打开溢流影响系统正常工作。溢流影响系统正常工作。3)调压和调压和背背压压油路油路溢流阀作背压,回油路具有一定压力,使执行元件运行平稳。溢流阀作背压,回油路具有一定压力,使执行元件运行平稳。调压调压溢流溢流阀阀在工作在工作时时是是处处于溢流的状于溢流的状态态,此此时时油路的油路的压压力由溢流力由溢流阀阀的的调压弹调压弹簧力决定。簧力决定。通过调整通过调整先导阀弹簧先导阀弹簧预压缩量预压缩量x或或 改变改变弹簧刚度弹簧刚度k,可以调整先导型溢流阀的溢流压力,可以调整先

20、导型溢流阀的溢流压力p。p=k(x0+x)/A+p1 k(x0+x)/Ak x/A 式中,式中,A是先导阀的承压面积。是先导阀的承压面积。Thursday,February 16,202325/344)远程调压油路)远程调压油路先导溢流阀先导溢流阀的远程控的远程控制口制口K,与先导溢流阀,与先导溢流阀连连接,构成接,构成远程调压控制远程调压控制油路。油路。先导溢流阀先导溢流阀入口处的入口处的压力,由先导阀压力,由先导阀控制。这控制。这样可利用阀在较大范围内样可利用阀在较大范围内任意调节阀前压力,实现任意调节阀前压力,实现远程压力控制。远程压力控制。要求要求:()()阀必须为大规格先导阀。阀必须

21、为大规格先导阀。()阀大小规格均可,直动、先导均可()阀大小规格均可,直动、先导均可。Thursday,February 16,202326/345)系统卸荷油路)系统卸荷油路 将先导型溢流阀将先导型溢流阀的阀体上的远程控制口的阀体上的远程控制口K,通过二位,通过二位二通阀二通阀接通油箱,实现系统卸荷。接通油箱,实现系统卸荷。分析分析:当远程控制口当远程控制口K与油箱连通时,主阀芯左端与油箱连通时,主阀芯左端弹簧腔的压力接近于。因弹簧腔的压力接近于。因此,主阀芯在很小压力下,此,主阀芯在很小压力下,便可移动到左端,阀口开度便可移动到左端,阀口开度达到最大,使系统油液在很达到最大,使系统油液在很

22、低压力下通过阀口流回油箱,低压力下通过阀口流回油箱,实现卸荷。实现卸荷。Thursday,February 16,202327/34(5 5)溢流阀性能指标)溢流阀性能指标 溢流阀性能包括:静态特性和动态特性溢流阀性能包括:静态特性和动态特性 静态特性静态特性 是指系统在稳定工作状态时溢流阀的性能是指系统在稳定工作状态时溢流阀的性能 动态特性动态特性 是指系统在瞬时工作状态时溢流阀的性能是指系统在瞬时工作状态时溢流阀的性能压力流量特性压力流量特性溢流阀的溢流阀的“压力流量压力流量”特性又称为溢流特性,表征进特性又称为溢流特性,表征进口压力随溢流量的变化情况,即溢流阀稳压性能。口压力随溢流量的变

23、化情况,即溢流阀稳压性能。理想的理想的“压力流量压力流量”特性曲线,应是平行于流量坐标轴特性曲线,应是平行于流量坐标轴的水平直线。即不论溢流量多大,压力始终保持不变。的水平直线。即不论溢流量多大,压力始终保持不变。1 1)溢流阀静态特性)溢流阀静态特性Thursday,February 16,202328/34 当溢流阀稳定工作时,作用在阀芯上的力是平衡的,即当溢流阀稳定工作时,作用在阀芯上的力是平衡的,即摩擦力摩擦力轴向稳态液动力轴向稳态液动力阀芯重力阀芯重力弹簧作用力弹簧作用力一般情况可忽略一般情况可忽略则上式可简化为则上式可简化为()()(a)直动溢流阀特性方程)直动溢流阀特性方程当溢流

24、阀稳定工作时,弹簧预压缩量为当溢流阀稳定工作时,弹簧预压缩量为x0,而阀口而阀口开度为开度为 x,则,则上式可表示为:上式可表示为:(3)Thursday,February 16,202329/34当溢流阀刚开始溢流时,即阀口开度为当溢流阀刚开始溢流时,即阀口开度为 x,此时的压此时的压力称为溢流阀的力称为溢流阀的开启压力开启压力Pc,即,即(4)全流压力全流压力 对应溢流阀额定流量对应溢流阀额定流量qn的压力的压力pn 静态调压差静态调压差全流压力全流压力pn与与开启压力开启压力Pc之差,即(之差,即(pn-Pc)开启比开启比开启压力与全流压力之比,即开启压力与全流压力之比,即 Pc pn将

25、式()和()代入将式()和()代入小孔小孔(面积(面积W x)流量流量与压力之间关系式,便可得到直动溢流阀特性方程,即与压力之间关系式,便可得到直动溢流阀特性方程,即()式中,式中,W为阀的开口宽度为阀的开口宽度,Cd为为流量系数。流量系数。随着溢流量增加,随着溢流量增加,x增加和压力增加和压力p也将随之增加。也将随之增加。Thursday,February 16,202330/34对于先导式溢流阀,还应考虑先导阀的调定压力,因此,对于先导式溢流阀,还应考虑先导阀的调定压力,因此,先导式溢流阀的压力可表示为先导式溢流阀的压力可表示为()式中,式中,F为先导阀的调定压力,是由先导阀弹簧预紧力决为

26、先导阀的调定压力,是由先导阀弹簧预紧力决定的。同理,将式()和(),代入定的。同理,将式()和(),代入小孔小孔流量计算公流量计算公式,便可得到先导式溢流阀的特性方程。式,便可得到先导式溢流阀的特性方程。(b)先导式溢流阀特性方程)先导式溢流阀特性方程(7)Thursday,February 16,202331/34ACB.先导式溢流阀的启闭特性先导式溢流阀的启闭特性比直动式溢流阀更好比直动式溢流阀更好 分析分析:先导溢流阀特性曲线由先导溢流阀特性曲线由AB 和和 BC两段两段组成的。直动式为一段组成的。直动式为一段;AB段是由先导阀特性决定的段是由先导阀特性决定的,A点对应压力为先导阀开启压

27、力点对应压力为先导阀开启压力;BC段是由主阀特性决定的,段是由主阀特性决定的,B点对应压力为主阀开启压力点对应压力为主阀开启压力;先导式特性曲线比直动式的要平缓,即先导式溢流阀的开启比先导式特性曲线比直动式的要平缓,即先导式溢流阀的开启比通常比直动式要大,静态调压偏差小,精度高。通常比直动式要大,静态调压偏差小,精度高。溢流阀的特性溢流阀的特性方程所对应曲线方程所对应曲线即为即为溢流特性溢流特性曲曲线。线。(c)溢流阀静态特性曲线)溢流阀静态特性曲线直动式和先导式直动式和先导式溢流阀特性曲线溢流阀特性曲线Thursday,February 16,202332/34启闭特性溢流阀开启和闭合全过程

28、的启闭特性溢流阀开启和闭合全过程的 p-q特性。特性。由于阀芯受摩擦力作用,且打开和关闭时的摩擦力方向由于阀芯受摩擦力作用,且打开和关闭时的摩擦力方向相反。因此,工作时不可避免地出现相反。因此,工作时不可避免地出现粘滞现象粘滞现象,在相同溢在相同溢流量情况下,开启压力流量情况下,开启压力大于大于闭合压力闭合压力。(。(同一个溢流阀,其开启特性总是优于闭合特性。)溢流阀期望压力溢流阀期望压力P指指溢流阀压力溢流阀压力随流量变化曲线随流量变化曲线因开启和闭合时,阀芯因开启和闭合时,阀芯摩擦力方向不同,导致摩擦力方向不同,导致开启曲线与闭合曲线不重合开启曲线与闭合曲线不重合要求要求P开开85%PnT

29、hursday,February 16,202333/34 为了保证溢流阀良好的启闭特性,一般规定为了保证溢流阀良好的启闭特性,一般规定开启比开启比 90%;闭合比闭合比 85%溢流阀的静态特性一般是通过实验获得溢流阀的静态特性一般是通过实验获得,并规定并规定:当溢流量加大到额定流量的,称为系统开启压力。当溢流量加大到额定流量的,称为系统开启压力。当溢流量减小到额定流量的,称为系统闭合压力当溢流量减小到额定流量的,称为系统闭合压力注意:注意:闭合压力闭合压力pk阀口完全闭合的压力阀口完全闭合的压力 闭合比闭合压力与全流压力之比,闭合比闭合压力与全流压力之比,pk/pn 不灵敏区在某流量下,不灵敏区在某流量下,两曲线压力两曲线压力坐标的坐标的差差值。值。随着弹簧预压缩量随着弹簧预压缩量x0增加增加,启闭曲线升高启闭曲线升高.Thursday,February 16,202334/34 溢流阀的动态特性是指流量阶跃时的压力响应特性,如图6.14。其衡量指标主要有压力超调量、响应时间等。2 2)溢流阀动态特性)溢流阀动态特性 响应时间响应时间 t1过渡过程时间过渡过程时间 t2

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