液壓元件與系統(tǒng) 第4版 課件 第九章　壓力控制閥

第九章壓力控制閥第一節(jié)溢流閥

第二節(jié)減壓閥

第三節(jié)順序閥

第四節(jié)平衡閥

第五節(jié)壓力繼電器第一節(jié)溢流閥一、溢流閥的結(jié)構(gòu)和工作原理

二、溢流閥的性能指標

三、溢流閥的靜態(tài)特性分析

四、溢流閥的動態(tài)特性分析

五、溢流閥的設(shè)計計算一、溢流閥的結(jié)構(gòu)和工作原理1.直動式溢流閥

2.先導式溢流閥

3.電磁溢流閥

4.卸荷溢流閥

5.超高壓溢流閥1.直動式溢流閥圖9-1滑閥型直動式溢流閥

a)結(jié)構(gòu)b)圖形符號

1—調(diào)節(jié)桿2—調(diào)節(jié)螺母3—調(diào)壓彈簧4—鎖緊螺母

5—上蓋6—閥體7—閥芯8—螺塞1.直動式溢流閥圖9-2DBD型直動式溢流閥(插裝式)

a)結(jié)構(gòu)圖b)局部放大圖c)圖形符號

1—偏流盤2—錐閥3—阻尼活塞4—調(diào)節(jié)桿

5—調(diào)壓彈簧6—閥套7—閥座2.先導式溢流閥圖9-3YF型先導式溢流閥(管式)

a)圖形符號b)結(jié)構(gòu)圖

1—先導錐閥2—先導閥座3—閥蓋4—閥體

5—阻尼孔6—主閥芯7—主閥座8—主閥彈簧

9—調(diào)壓彈簧10—調(diào)節(jié)螺釘11—調(diào)節(jié)手輪2.先導式溢流閥圖9-4DB型先導式溢流閥

1—主閥芯2、3、4—阻尼孔5—先導閥座6—先導閥體

7—先導閥芯8—調(diào)壓彈簧9—主閥彈簧10—閥體11—閥套2.先導式溢流閥1)主閥芯的圓柱導向面和圓錐面與閥套的內(nèi)圓柱面和閥座有同心度要求，與先導閥無配合，故結(jié)構(gòu)簡單，加工和裝配方便。

2)過流面積大，在相同流量的情況下，主閥開度小；或者在相同主閥開度情況下，其通流能力大。

3)主閥芯與閥套可通用化，便于批量生產(chǎn)。3.電磁溢流閥圖9-5二位二通電磁換向閥與二節(jié)同心先導式溢流閥構(gòu)成的電磁溢流閥

1—電磁鐵2—推桿3—電磁閥體4—電磁閥閥芯5—電磁閥彈簧6—閥蓋7—閥體8—閥套

9—主閥芯10—復位彈簧11—先導閥芯12—調(diào)壓彈簧13—調(diào)節(jié)螺釘14—調(diào)壓手輪3.電磁溢流閥圖9-6加緩沖閥的電磁溢流閥

1—緩沖閥芯2—彈簧3—彈簧座4—調(diào)節(jié)螺釘4.卸荷溢流閥圖9-7卸荷溢流閥

1—調(diào)壓手輪2—調(diào)節(jié)螺釘3—調(diào)壓彈簧4—主閥彈簧5—活塞套6—控制活塞7—先導閥座8—先導閥芯9—閥蓋

10—主閥體11—主閥套12—主閥芯13—阻尼孔14—單向閥體15—單向閥芯16—單向閥座17—單向閥彈簧5.超高壓溢流閥1)對于小流量的安全閥，可采用直動式錐閥或球閥結(jié)構(gòu)，閥座通流孔徑可取1.5~3mm，閥芯上帶有導向面以增加運動阻尼，提高穩(wěn)定性。

2)若流量較大，可采用差動式錐閥結(jié)構(gòu)，如圖9-8所示。

3)也可采用溢流閥串聯(lián)或定差減壓閥與溢流閥串聯(lián)的方式，以實現(xiàn)超高壓控制。5.超高壓溢流閥圖9-8差動錐閥式超高壓溢流閥二、溢流閥的性能指標1.靜態(tài)性能指標

2.動態(tài)性能指標1.靜態(tài)性能指標(1)壓力-流量特性(p-q特性)

(2)啟閉特性(3)壓力調(diào)節(jié)范圍

(4)壓力穩(wěn)定性

(5)卸荷壓力(6)最小穩(wěn)定流量和許用流量范圍

(7)內(nèi)泄漏量(1)壓力-流量特性(p-q特性)圖9-9溢流閥的靜態(tài)性能指標

a)壓力-流量特性b)啟閉特性(2)啟閉特性

(9-2)(9-3)(3)壓力調(diào)節(jié)范圍壓力調(diào)節(jié)范圍是指調(diào)壓彈簧在規(guī)定的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)時，系統(tǒng)壓力能平穩(wěn)地上升或下降，且壓力無突跳及遲滯現(xiàn)象時的最高和最低調(diào)定壓力。

(4)壓力穩(wěn)定性溢流閥工作壓力的穩(wěn)定性由兩個指標來衡量：一是在額定流量qn和額定壓力pn下，進口壓力在一定時間(一般為3min)內(nèi)的偏移值；二是在整個調(diào)壓范圍內(nèi)，通過額定流量qn時進口壓力的振擺值。

(5)卸荷壓力當溢流閥作為卸荷閥使用時，額定流量下溢流閥進、出油口的壓力差稱為卸荷壓力。它反映了卸荷狀態(tài)下系統(tǒng)的功率損失以及因功率損失而轉(zhuǎn)換成的油液發(fā)熱量。

(6)最小穩(wěn)定流量和許用流量范圍當溢流閥通過的流量很小時，閥芯容易發(fā)生振動和噪聲，同時進口壓力也不穩(wěn)定。溢流閥控制壓力穩(wěn)定，工作時無振動、噪聲時的最小溢流量即為最小穩(wěn)定流量。

(7)內(nèi)泄漏量

內(nèi)泄漏量是指溢流閥處于關(guān)閉狀態(tài)，當進口壓力調(diào)至調(diào)壓范圍的最高值時，從溢流口處測得的泄漏流量。2.動態(tài)性能指標(1)壓力超調(diào)量最高瞬時壓力峰值與調(diào)定壓力值ps的差值稱為壓力超調(diào)量Δp，并將(Δp/ps)×100%稱為壓力超調(diào)率。

(2)響應(yīng)時間響應(yīng)時間是指從起始穩(wěn)態(tài)壓力p0與最終穩(wěn)態(tài)壓力ps之差的10%上升到90%的時間t1，即圖9-10中A、B兩點間的時間間隔。

(3)過渡過程時間過渡過程時間是指從0.9(ps-p0)的B點到瞬時過渡過程的最終時刻C點之間的時間t2。

(4)升壓時間升壓時間是指流量階躍變化時，0.1(ps-p0)~0.9(ps-p0)的時間Δt1，即圖9-11中A、B兩點間的時間。

(5)卸荷時間卸荷時間是指卸荷信號發(fā)出后，0.9(ps-p0)~0.1(ps-p0)的時間Δt2，即圖9-11中E、D兩點間的時間。2.動態(tài)性能指標圖9-10流量階躍變化時溢

流閥的進口壓力響應(yīng)特性圖9-11溢流閥的升壓與卸荷特性2.動態(tài)性能指標三、溢流閥的靜態(tài)特性分析1.直動式溢流閥的靜態(tài)特性分析

2.先導式溢流閥的靜態(tài)特性分析1.直動式溢流閥的靜態(tài)特性分析(1)數(shù)學模型(2)性能分析(1)數(shù)學模型1)閥芯受力平衡方程為

2)閥口壓力流量方程為(9-4)(9-5)(2)性能分析

(9-6)(9-7)(9-8)(9-9)2.先導式溢流閥的靜態(tài)特性分析1)作用在先導閥芯上的液壓力、彈簧力和穩(wěn)態(tài)液動力的受力平衡方程為

2)先導閥閥口壓力流量方程為

3)作用在主閥閥芯上的液壓力、彈簧力和穩(wěn)態(tài)液動力的受力平衡方程為

(9-10)(9-11)(9-12)4)主閥閥口壓力流量方程為

5)流經(jīng)固定阻尼孔的流量方程。2.先導式溢流閥的靜態(tài)特性分析(9-13)(9-14)(9-15)(9-16)四、溢流閥的動態(tài)特性分析1.溢流閥動態(tài)數(shù)學模型的建立

2.線性化并取拉氏變換1.溢流閥動態(tài)數(shù)學模型的建立圖9-12先導式溢流閥模型1.溢流閥動態(tài)數(shù)學模型的建立1)先導閥閥芯受力平衡方程為

2)先導閥閥口流量連續(xù)性方程為

3)主閥閥芯受力平衡方程為

4)主閥進口受控腔流量連續(xù)性方程為

5)主閥上腔流量連續(xù)性方程為1)先導閥閥芯受力平衡方程為

(9-19)2)先導閥閥口流量連續(xù)性方程為

(9-20)(9-21)(9-22)3)主閥閥芯受力平衡方程為

(9-23)4)主閥進口受控腔流量連續(xù)性方程為

(9-24)(9-25)5)主閥上腔流量連續(xù)性方程為

(9-26)2.線性化并取拉氏變換(9-30)(9-31)(9-32)(9-33)3.按式(9-27)~式(9-33)畫傳遞函數(shù)框圖，然后將相應(yīng)點連接，可得到先導式溢流閥的整體框圖(圖9-13)。圖9-13先導式溢流閥框圖(1)先導閥部分(2)主閥部分(1)先導閥部分(9-34)(9-35)(9-36)(1)先導閥部分1)因先導閥閥芯當量質(zhì)量m小，而調(diào)壓彈簧剛度kx大，故先導閥的固有頻率ωx相當高，對閥的動態(tài)特性影響相當大。

2)減小先導閥閥芯的半錐角β和閥座孔直徑d，可減小閥口的流量壓力系數(shù)Kcx和流量增益Kqx，提高閥的動態(tài)穩(wěn)定性。(2)主閥部分(9-37)(9-38)(9-39)(9-40)(2)主閥部分1)因主閥流量增益Kqy較大，因此一階微分環(huán)節(jié)的頻率ωa相當高，遠離工作區(qū)域。

2)閥前控制腔容積V0很大，因此一階慣性環(huán)節(jié)頻率較低，一階慣性環(huán)節(jié)起主導作用。

3)主閥芯的當量質(zhì)量M較大、復位彈簧剛度ky較小，液動力剛度Key不大，因此二階振蕩環(huán)節(jié)的固有頻率ωx也不高，二階振蕩環(huán)節(jié)的影響不容忽視，固定阻尼R2作為動壓反饋可有效抑制二階環(huán)節(jié)的振蕩作用。五、溢流閥的設(shè)計計算1.主要結(jié)構(gòu)尺寸的初步確定

2.溢流閥的靜態(tài)性能估算五、溢流閥的設(shè)計計算圖9-14閥的結(jié)構(gòu)尺寸1.主要結(jié)構(gòu)尺寸的初步確定1)閥的進出油口直徑D0(單位為m)

2)主閥閥座孔直徑d0(單位為m)。

3)主閥閥芯大直徑D及上端小直徑D1。

4)主閥芯半錐角α1、主閥座孔半錐角α2和擴散角α′2。

5)主閥防振尾直徑D4、長度L4以及過渡直徑D3。

6)主閥阻尼小孔直徑?0(單位為m)及長度l0(單位為m)。

7)主閥閥芯的最大升程h。

8)先導閥錐角2φ的選定。

9)主閥彈簧的設(shè)計。

10)主閥閥芯上端與閥蓋之間的距離S。

11)先導閥閥座孔直徑d2及d3的確定。

12)先導閥彈簧的設(shè)計。1)閥的進出油口直徑D0(單位為m)為

(9-41)2)主閥閥座孔直徑d0(單位為m)。

(9-42)(9-43)3)主閥閥芯大直徑D及上端小直徑D1。(9-44)(9-45)4)主閥芯半錐角α1、主閥座孔半錐角α2和擴散角α′2。

5)主閥防振尾直徑D4、長度L4以及過渡直徑D3。

(9-49)6)主閥阻尼小孔直徑?0(單位為m)及長度l0(單位為m)。

(9-50)(9-51)7)主閥閥芯的最大升程h。(9-52)8)先導閥錐角2φ的選定。

圖9-15先導閥錐角9)主閥彈簧的設(shè)計。

(9-53)(9-54)10)主閥閥芯上端與閥蓋之間的距離S。S應(yīng)不小于閥在卸荷時主閥閥芯最大升程h，即S≥h。11)先導閥閥座孔直徑d2及d3的確定。d2取得太大，則閥座孔截面積A2就大，因此要求先導閥彈簧剛度大，這將給彈簧設(shè)計帶來困難；d2取得太小，則閥的壓力穩(wěn)定性變差。一般取d2=(4~6)?0。d3取得太大，會使溢流閥在工作時出現(xiàn)尖叫聲和振動，一般取d3≈1.6mm。12)先導閥彈簧的設(shè)計。

(9-55)(9-56)2.溢流閥的靜態(tài)性能估算1)預算額定工況下先導閥的開啟壓力p1k。

2)預算主閥開啟壓力pk。

3)預算卸荷壓力px。

4)預算溢流閥的最小穩(wěn)定流量qmin。1)預算額定工況下先導閥的開啟壓力p1k。2)預算主閥開啟壓力pk。

(9-61)(9-62)(9-63)3)預算卸荷壓力px。

(9-64)(9-65)4)預算溢流閥的最小穩(wěn)定流量qmin。溢流閥的最小穩(wěn)定流量qmin取決于溢流閥的最小穩(wěn)定開度ymin。一般情況ymin≥0.05mm，小于此值時閥的工作穩(wěn)定性變差。第二節(jié)減壓閥一、定壓減壓閥

二、定差減壓閥

三、定比減壓閥

四、減壓閥的主要靜態(tài)性能指標一、定壓減壓閥1.定壓減壓閥的結(jié)構(gòu)和工作原理

2.定壓減壓閥的靜態(tài)特性分析1.定壓減壓閥的結(jié)構(gòu)和工作原理(1)直動式定壓減壓閥

(2)先導式減壓閥(1)直動式定壓減壓閥圖9-16直動式定壓減壓閥的結(jié)構(gòu)原理圖

1—下蓋2—閥體3—閥芯4—調(diào)壓彈簧

5—上蓋6—彈簧座7—調(diào)節(jié)螺釘(2)先導式減壓閥1)先導級由減壓出油口供油的減壓閥。

2)先導級由減壓進油口供油的減壓閥。1)先導級由減壓出油口供油的減壓閥。圖9-17JF型定壓減壓閥(先導級由減壓出油口供油)

1—調(diào)壓手輪2—調(diào)節(jié)螺釘3—錐閥4—錐閥座5—閥蓋6—閥體

7—主閥芯8—端蓋9—阻尼孔10—主閥彈簧11—調(diào)壓彈簧2)先導級由減壓進油口供油的減壓閥。圖9-18定壓輸出減壓閥

(先導級由減壓進油口供油)

1—閥體2—主閥芯3—閥套4—單向閥

5—主閥彈簧6—控制油流量恒定器7—先導閥

8—調(diào)壓彈簧Ⅰ—固定阻尼Ⅱ—可變阻尼2.定壓減壓閥的靜態(tài)特性分析1)主閥流量方程

2)主閥閥芯受力平衡方程

3)主閥阻尼孔流量方程

4)先導閥流量方程

5)先導閥閥芯受力平衡方程1)主閥流量方程(9-68)2)主閥閥芯受力平衡方程為

(9-69)3)主閥阻尼孔流量方程為

(9-70)4)先導閥流量方程為

(9-71)5)先導閥閥芯受力平衡方程為(9-72)(9-74)二、定差減壓閥

圖9-19定差減壓閥

a)結(jié)構(gòu)圖b)圖形符號二、定差減壓閥(9-75)(9-76)三、定比減壓閥圖9-20定比減壓閥

a)結(jié)構(gòu)圖b)圖形符號三、定比減壓閥(9-77)(9-78)四、減壓閥的主要靜態(tài)性能指標1.調(diào)壓范圍

2.壓力穩(wěn)定性

3.壓力偏移

4.進油口壓力變化引起的出油口壓力變化量

5.流量變化引起的出油口壓力變化量

6.外泄漏量

7.反向壓力損失1.調(diào)壓范圍減壓閥的調(diào)壓范圍是指將減壓閥的調(diào)壓手輪從全松到全閉時，閥出油口壓力的可調(diào)范圍。2.壓力穩(wěn)定性壓力穩(wěn)定性是指出油口壓力的振擺。對于額定壓力為16MPa以上的減壓閥，一般要求壓力振擺值不超過±0.5MPa；對于額定壓力為16MPa以下的減壓閥，要求其壓力振擺值不超過±0.3MPa。3.壓力偏移壓力偏移是指出油口的調(diào)定壓力在規(guī)定時間內(nèi)的偏移量。一般按1min計算。對采用Ha、Hb、Hc、Hd四根不同調(diào)壓彈簧的減壓閥，其壓力偏移值一般對應(yīng)要求為0.2MPa、0.4MPa、0.6MPa和1.0MPa。4.進油口壓力變化引起的出油口壓力變化量當減壓閥進油口壓力變化時，必然對出油口壓力產(chǎn)生影響，出油口壓力的波動值越小，減壓閥的靜態(tài)特性越好。測試時，一般使被測減壓閥的進油口壓力在比調(diào)壓范圍的最低值高2MPa至額定壓力的范圍內(nèi)變化時，測量出油口壓力的變化量。對于采用Ha、Hb、Hc、Hd四根不同調(diào)壓彈簧的先導式減壓閥，一般規(guī)定其壓力偏移值分別不超過0.2MPa、0.4MPa、0.6MPa和0.8MPa。5.流量變化引起的出油口壓力變化量當減壓閥的進油口壓力恒定時，通過閥的流量變化往往引起出油口壓力的變化，使出油口壓力不能保持調(diào)定值?？梢杂脺p壓閥出油口壓力的變化率δ表示。即(9-79)6.外泄漏量外泄漏量是指當減壓閥起減壓作用時，每分鐘從泄油口流出的先導流量。其數(shù)值一般應(yīng)小于1.5～2.0L/min。測試時，使被測減壓閥的進油口壓力調(diào)為額定壓力，出油口壓力為調(diào)壓范圍的最低值，測得的泄油口流量即為外泄漏量。7.反向壓力損失對于單向減壓閥，當反向通過額定流量時，減壓閥的壓力損失即為反向壓力損失。一般規(guī)定反向壓力損失應(yīng)小于0.4MPa。第三節(jié)順序閥一、直動式順序閥

二、先導式順序閥一、直動式順序閥圖9-21XF型直動式順序閥

a)結(jié)構(gòu)圖b)內(nèi)控外泄式順序閥的圖形符號

c)外控外泄式順序閥的圖形符號

1—螺塞2—底蓋3—控制活塞4—閥體

5—閥芯6—調(diào)壓彈簧7—端蓋8—調(diào)節(jié)螺釘一、直動式順序閥1)順序閥的出油口一般與負載油路相通，而溢流閥的出油口要接回油箱。

2)溢流閥的彈簧腔可以與出油口溝通，而出油口與負載油路相通的順序閥的泄油口應(yīng)單獨接回油箱，以免使彈簧腔有油壓。

3)溢流閥的進油口最高壓力由調(diào)壓彈簧來限定，并且由于液流溢回油箱，所以損失了液體的全部能量。二、先導式順序閥圖9-22先導式順序閥

a)外控式b)內(nèi)控式c)內(nèi)控式先導順序閥的圖形符號

1—先導閥2—主閥體3—端蓋二、先導式順序閥圖9-23DZ型先導式順序閥