畢業(yè)設(shè)計(jì)溢流閥設(shè)計(jì)

、前言液壓技術(shù)作為一門(mén)新興應(yīng)用學(xué)科，雖然歷史較短，發(fā)展的速度卻非常驚人。液壓設(shè)備能傳遞很大的力或力矩，單位功率重量輕，結(jié)構(gòu)尺寸小，在同等功率下，其重量的尺寸僅為直流電機(jī)的10%?20%左右；反應(yīng)速度快、準(zhǔn)、穩(wěn)；又能在大范圍內(nèi)方便地實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速；易實(shí)現(xiàn)功率放大；易進(jìn)行過(guò)載保護(hù)；能自動(dòng)潤(rùn)滑，壽命長(zhǎng)，制造成本較低。因此，世界各國(guó)均已廣泛地應(yīng)用在鍛壓機(jī)械、工程機(jī)械、機(jī)床工業(yè)、汽車(chē)工業(yè)、冶金工業(yè)、農(nóng)業(yè)機(jī)械、船舶交通、鐵道車(chē)輛和飛機(jī)、坦克、導(dǎo)彈、火箭、雷達(dá)等國(guó)防工業(yè)中。溢流閥作為液壓元件之一，在實(shí)際生產(chǎn)中得到廣泛的應(yīng)用。本設(shè)計(jì)重點(diǎn)講述了液壓件的分類(lèi)，工作原理以及在實(shí)際當(dāng)中的應(yīng)用，并進(jìn)行溢流閥的設(shè)計(jì)以及對(duì)其性能做簡(jiǎn)單的分析。由于時(shí)間和水平有限，設(shè)計(jì)中難免處在缺點(diǎn)和錯(cuò)誤，請(qǐng)老師批評(píng)指正。1緒論液壓技術(shù)作為一門(mén)新興應(yīng)用學(xué)科，雖然歷史較短，發(fā)展的速度卻非常驚人。液壓設(shè)備能傳遞很大的力或力矩，單位功率重量輕，結(jié)構(gòu)尺寸小，在同等功率下，其重量的尺寸僅為直流電機(jī)的10%?20%左右；反應(yīng)速度快、準(zhǔn)、穩(wěn)；又能在大范圍內(nèi)方便地實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速；易實(shí)現(xiàn)功率放大；易進(jìn)行過(guò)載保護(hù)；能自動(dòng)潤(rùn)滑，壽命長(zhǎng)，制造成本較低。因此，世界各國(guó)均已廣泛地應(yīng)用在鍛壓機(jī)械、工程機(jī)械、機(jī)床工業(yè)、汽車(chē)工業(yè)、冶金工業(yè)、農(nóng)業(yè)機(jī)械、船舶交通、鐵道車(chē)輛和飛機(jī)、坦克、導(dǎo)彈、火箭、雷達(dá)等國(guó)防工業(yè)中。液壓傳動(dòng)設(shè)備一般由四大元件組成，即動(dòng)力元件——液壓泵；執(zhí)行元件——液壓缸和液壓馬達(dá)；控制元件——各種液壓閥；輔助元件——油箱、蓄能器等。液壓閥的功用是控制液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的油流方向，壓力和流量；實(shí)現(xiàn)執(zhí)行元件的設(shè)計(jì)動(dòng)作以控制、實(shí)施整個(gè)液壓系統(tǒng)及設(shè)備的全部工作功能。液壓技術(shù)的發(fā)展歷史液壓傳動(dòng)和氣壓傳動(dòng)稱為流體傳動(dòng)，是根據(jù)17世紀(jì)帕斯卡提出的液體靜壓力傳動(dòng)原理而發(fā)展起來(lái)的一門(mén)新興技術(shù)，是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中廣為應(yīng)用的一門(mén)技術(shù)。如今，流體傳動(dòng)技術(shù)水平的高低已成為一個(gè)國(guó)家工業(yè)發(fā)展水平的重要標(biāo)志。1795年英國(guó)約瑟夫?布拉曼(JosephBraman,1749--1814)，在倫敦用水作為工作介質(zhì),以水壓機(jī)的形式將其應(yīng)用于工業(yè)上,誕生了世界上第一臺(tái)水壓機(jī)。1905年將工作介質(zhì)水改為油,又進(jìn)一步得到改善。第一次世界大戰(zhàn)(1914--1918)后液壓傳動(dòng)廣泛應(yīng)用,特別是1920年以后,發(fā)展更為迅速。液壓元件大約在19世紀(jì)末20世紀(jì)初的20年間,才開(kāi)始進(jìn)入正規(guī)的工業(yè)生產(chǎn)階段。1925年維克斯(F.Vikers)發(fā)明了壓力平衡式葉片泵,為近代液壓元件工業(yè)或液壓傳動(dòng)的逐步建立奠定了基礎(chǔ)。20世紀(jì)初康斯坦丁?尼斯克(G?Constantimsco)對(duì)能量波動(dòng)傳遞所進(jìn)行的理論及實(shí)際研究;1910年對(duì)液力傳動(dòng)(液力聯(lián)軸節(jié)、液力變矩器等)方面的貢獻(xiàn)，使這兩方面領(lǐng)域得到了發(fā)展。第二次世界大戰(zhàn)(1941--1945)期間,在美國(guó)機(jī)床中有30%應(yīng)用了液壓傳動(dòng)。應(yīng)該指出,日本液壓傳動(dòng)的發(fā)展較歐美等國(guó)家晚了近20多年。在1955年前后,日本迅速發(fā)展液壓傳動(dòng),1956年成立了“液壓工業(yè)會(huì)”。近20~30年間，日本液壓傳動(dòng)發(fā)展之快，屆世界領(lǐng)先地位。1.2我國(guó)液壓閥技術(shù)的發(fā)展概況我國(guó)的液壓工業(yè)及液壓閥的制造，起始于第一個(gè)五年計(jì)劃（1953~1957年），期間，由于機(jī)床制造工業(yè)發(fā)展的迫切需求，50年代初期，上海機(jī)床廠、天津液壓件廠仿造了蘇聯(lián)的各類(lèi)低壓泵、閥。隨后，以廣州機(jī)床研究所為主，在引進(jìn)消化國(guó)外中低壓元件制造技術(shù)的基礎(chǔ)上，自行設(shè)計(jì)了公稱壓力為2.5MPa和6.3MPa的中低壓液壓閥系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱廣州型），并迅速投入大批量生產(chǎn)。60年代初期，為適應(yīng)液壓工程機(jī)械從中低壓向高壓方向的發(fā)展，以山西榆次液壓件廠為主，引進(jìn)了日本油研公司的公稱壓力為21MPa的中高壓液壓閥系列，以及全部加工技術(shù)和制造、試驗(yàn)設(shè)備，并據(jù)此發(fā)展、設(shè)計(jì)成我國(guó)的中高壓液壓閃系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱榆次型）。1968年，當(dāng)時(shí)的一機(jī)部組織有關(guān)單位，在公稱壓力21MPa液壓閥的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了我國(guó)一套公稱壓力為31.5MPa的高壓閥系列，并投入批量生產(chǎn)。為使產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、系列化，我國(guó)于1973年再次組成“液壓閥聯(lián)合設(shè)計(jì)組”，在總結(jié)國(guó)產(chǎn)高壓閥設(shè)計(jì)、生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，借鑒了國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，性能、工藝特點(diǎn)，又增補(bǔ)了多種規(guī)格和新品種，并使國(guó)產(chǎn)閥的安裝連接尺寸首次符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。并于1977年正式完成了公稱壓力為31.MPa的高壓閥新系列的設(shè)計(jì)。1978年起，通過(guò)全系列圖紙的審查、試制、鑒定等工作，并在全國(guó)推廣使用。1982年，通過(guò)了全系列的定型工作。故上述產(chǎn)品簡(jiǎn)稱為“82年聯(lián)合設(shè)計(jì)型高壓液壓閥系列”。為適應(yīng)高壓、大流量的液壓傳動(dòng)要求，濟(jì)南鑄鍛研究所、上海704研究所和北京冶金液壓機(jī)械廠等單位，自1976年開(kāi)始，還引進(jìn)、消化和研制了二通插裝閥（簡(jiǎn)稱CV閥），并在80年代初期，完成了自己的系列。二通插裝閥作為不同于常規(guī)閥的另一類(lèi)液壓閥類(lèi)，也正在開(kāi)拓著它的使用范圍。此外，隨著組合機(jī)床在機(jī)械制造行業(yè)中的廣泛應(yīng)用，1975年，大連組合機(jī)床研究引進(jìn)、消化、吸收和研制了疊加式液壓閥。建國(guó)以來(lái)，我國(guó)液壓行業(yè)及液壓閥的制造生產(chǎn)，從無(wú)到有，發(fā)展很快，取得了巨大的成績(jī)。但與國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品相比，品種和性能指標(biāo)還有較大差距。為了提高我國(guó)液壓行業(yè)的綜合素質(zhì)，國(guó)家機(jī)械部制定了以下調(diào)整原則：A類(lèi)重點(diǎn)發(fā)展產(chǎn)品（包括國(guó)產(chǎn)的電液伺服閥、比例閥和數(shù)字控制閥以及引進(jìn)、消化德國(guó)力士樂(lè)公司的壓力為21、35、63MPa，通徑為6?33mm的三大類(lèi)液壓閥和我國(guó)自行開(kāi)發(fā)的疊加閥、插裝閥及GE系列閥等）；B類(lèi)允許保留和過(guò)渡產(chǎn)品（包括目前應(yīng)用面廣、市場(chǎng)需求最大，一時(shí)尚無(wú)替代產(chǎn)品；國(guó)內(nèi)70年代、80年代開(kāi)發(fā)的，現(xiàn)在已成為主導(dǎo)產(chǎn)品，雖然技術(shù)上達(dá)不到國(guó)際80年代水平，但需要保留一段時(shí)間的產(chǎn)品。）C類(lèi)限制發(fā)展和逐步淘汰產(chǎn)品。（指水平低，性能差，耗能耗材的產(chǎn)品，不符合標(biāo)準(zhǔn)的落后產(chǎn)品，不符合標(biāo)準(zhǔn)的老產(chǎn)品，具體指我國(guó)50、60年代設(shè)計(jì)的廣州型中低壓系列，及與之相仿的早期產(chǎn)品。）1.3本設(shè)計(jì)的目的及范圍作為工科類(lèi)院校，特別是機(jī)械專業(yè)，液壓技術(shù)是一門(mén)必不可少的課程。本課將重點(diǎn)對(duì)溢流閥部分設(shè)計(jì)及分析，主要研究對(duì)象為溢流閥，對(duì)溢流閥部分進(jìn)行設(shè)計(jì)。最后，針對(duì)溢流閥的理論研究進(jìn)行討論，內(nèi)容包括溢流閥的工作原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、以及靜態(tài)性能的分析等。2壓力控制閥的分類(lèi)與型號(hào)液壓系統(tǒng)中，用來(lái)控制系統(tǒng)的壓力、流量和液流方向的元件均稱為液壓控制閥，簡(jiǎn)稱液壓閥。液壓閥品種繁多，規(guī)格復(fù)雜，按工作原理可劃分為以下幾種：通斷式控制元件（即開(kāi)關(guān)或定值控制閥）：這是常用的一類(lèi)液壓閥，又稱普通液壓閥。伺服式控制元件：壓力伺服閥、流量伺服閥等。比例式控制元件：比例壓力閥、比例流量閥和比例方向閥等。?三節(jié)同心式—先導(dǎo)型--二節(jié)同心式L滑閥式?三節(jié)同心式—先導(dǎo)型--二節(jié)同心式L滑閥式L普通溢流閥—遠(yuǎn)程調(diào)壓閥溢流閥一-電磁溢流閥一一三節(jié)同心式溢流閥一-電磁溢流閥一一三節(jié)同心式—二節(jié)同心式1-卸荷溢流閥（單向溢流閥）壓力控制閥一一溢流閥L單向減壓閥定差減壓閥定比減壓閥—順序閥一壓力控制閥一一溢流閥L單向減壓閥定差減壓閥定比減壓閥—順序閥一直動(dòng)型順序閥先導(dǎo)型順序閥?壓力繼電器圖2-1壓力控制閥的分類(lèi)Fig.2-1Theclassificationofthepressurecontrolvalve

3溢流閥溢流閥的分類(lèi)溢流閥的基本功用是：當(dāng)系統(tǒng)的壓力達(dá)到或超過(guò)溢流閥的調(diào)定壓力時(shí)，系統(tǒng)的油液通過(guò)閥口溢出一些，以維持系統(tǒng)壓力近于恒定，防止系統(tǒng)壓力過(guò)載，保障泵、閥和系統(tǒng)的安全，此時(shí)的溢流閥常稱為安全閥或限壓閥。溢流閥的根據(jù)結(jié)構(gòu)可分為直動(dòng)型和先導(dǎo)型兩種。直動(dòng)型溢流閥(a)P P(b)(c)

圖3-1直動(dòng)型溢流閥結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖(d)(a)P P(b)(c)

圖3-1直動(dòng)型溢流閥結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖(d)Fig.3-1Directaction-typereliefvalvestructurediagram(a)錐閥式⑹球閥式(c)滑閥式(d)溢流閥的基本符號(hào)1-調(diào)壓螺栓 2-彈簧3-閥芯 4-閥體(含閥座)錐閥式和球閥式又叫座閥式溢流閥，特點(diǎn)是動(dòng)作靈敏，密封性能好，配合沒(méi)有泄漏間隙，但導(dǎo)向性差，沖擊性較強(qiáng)，閥座閥芯易損壞?；y式由于閥口有一段密封搭合量，穩(wěn)定性較好，不易產(chǎn)生自激振動(dòng)，但動(dòng)作反應(yīng)較慢。面以錐閥式DBD直動(dòng)型溢流閥為例說(shuō)時(shí)其工作原理：aTA-AAA----P圖3-2錐閥式DBD直動(dòng)型溢流閥（插裝式）Fig.3-2ValveconestraightDBD-typereliefvalve（cartridgetype）aTA-AAA----P圖3-2錐閥式DBD直動(dòng)型溢流閥（插裝式）Fig.3-2ValveconestraightDBD-typereliefvalve（cartridgetype）(c)(d)（a）結(jié)構(gòu)圖 （b）局部放大圖 （c）簡(jiǎn)化符號(hào) （d）詳細(xì)符號(hào)1-偏流盤(pán)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（1）工作原理：設(shè)彈簧預(yù)緊力為F，活塞底部面積為A則：t當(dāng)PA<F時(shí)，閥口關(guān)閉。t當(dāng)PA二F時(shí)，閥口即將打開(kāi),此時(shí)，PA二F二KX,tt0P=P（開(kāi)啟壓力）KX/Ak0當(dāng)PA>F時(shí)，閥口打開(kāi)，PTT,穩(wěn)壓溢流或安全保護(hù)。t錐閥開(kāi)啟后，得錐閥的力平衡方程為：PA=K（X+X）+G土F+F-F0fsj即：P=「K（X+X）+G+F+F-F]/A （3-1）0fsj式中：N、X分別為彈簧剛度和預(yù)壓縮量（m）;G為閥芯自重（水平時(shí)不考慮）；F0f為閥芯與閥套間的摩擦力（N）；F為穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力（N）；F為射流力（N）。sj此處TF=0，F(xiàn)=KXsj???P=(KX+G土F)/A0f(3-2)2）調(diào)壓原理：調(diào)節(jié)調(diào)壓螺帽改變彈簧預(yù)壓縮量，便可調(diào)節(jié)溢流閥調(diào)整壓力。(3)特點(diǎn)：從式(3-2)可知這種閥的進(jìn)口壓力P不受流量變化的影響，被控力P變化很小，定壓精度高。但由于F直接與PA平衡，若P較高，Q較大時(shí)，K就相應(yīng)地較大，不但t手調(diào)困難，且F略有變化，p變化較大，所以一般用于低壓小流量場(chǎng)合。t3.1.2先導(dǎo)式溢流閥｛先導(dǎo)閥一直動(dòng)式錐閥，硬彈簧。「帶有導(dǎo)向圓錐面的錐閥(二級(jí)同心式)和軟彈簧主閥Y 滑閥和軟彈簧。I帶有多節(jié)導(dǎo)向圓錐面的錐閥(三級(jí)同心式)和軟彈簧I丨.廬2P1出油口—進(jìn)油口符號(hào)KPI丨.廬2P1出油口—進(jìn)油口符號(hào)KPT圖3-3YF型三節(jié)同心先導(dǎo)溢流閥(板式)Fig.3-3YF3-typepilotreliefvalveconcentric(plate)1、閥體2、主閥座3、主閥芯4、先導(dǎo)閥蓋5、先導(dǎo)閥座6、先導(dǎo)閥錐式閥芯7、調(diào)壓彈簧8、調(diào)節(jié)桿9、調(diào)壓螺栓10、手輪11、主閥彈簧先導(dǎo)型溢流閥的先導(dǎo)閥是一個(gè)小規(guī)格的錐閥式直動(dòng)溢流閥，其彈簧用于調(diào)定主閥部分

的溢流壓力。主閥的彈簧不起調(diào)壓作用，僅是為了克服摩擦力使主閥芯及時(shí)回位而設(shè)置。工作原理：設(shè)A為先導(dǎo)閥閥座孔面積(m2)，F(xiàn)、K為先導(dǎo)閥彈簧預(yù)緊力、剛

cxx度，F(xiàn)、G、F、Ky為主閥彈簧預(yù)緊力、自重、摩擦力、剛度。tf當(dāng)PA<F時(shí)，導(dǎo)閥關(guān)閉,主閥也關(guān)閉。2cx當(dāng)PA>F時(shí)，導(dǎo)閥打開(kāi),主閥兩端產(chǎn)生壓差：AP2cx當(dāng)PA-PA<K(y+y)+G土F時(shí)，主閥關(guān)閉。TOC\o"1-5"\h\z11 22y0 fPA-PA>K(y+y)+G土F時(shí)，主閥打開(kāi)穩(wěn)壓溢流或安全保護(hù)。11 22y0 f得主閥芯和導(dǎo)閥的力平衡方程分別為：PA—PA=K(y+y)+G土F1 22y0 fPA二K(X+X)cx0由上兩式可得溢流閥進(jìn)口壓力為：AK 1P二-2?—(X+X)+一[K(y+y)+G土F](Pa) (3-3)1AA 0 Ay0 f1c1調(diào)壓原理：調(diào)節(jié)調(diào)壓螺帽，改變硬彈簧力，即可改變壓力。特點(diǎn)：???溢流閥穩(wěn)定工作時(shí),主閥閥芯上部壓力小于下部壓力。???即使下部壓力較大，因有上部壓力，彈簧可做得較軟，流量變化引起閥心位置變化時(shí)，彈簧力的變化量較小，壓力變化小。又???調(diào)壓彈簧調(diào)好后，上部壓力為常數(shù)。壓力隨流量變化較小，克服了直動(dòng)式溢流閥的缺點(diǎn)。還???先導(dǎo)閥的溢流量?jī)H為主閥額定流量的1%左右???先導(dǎo)閥閥座孔的面積A、開(kāi)口量X、調(diào)壓彈簧剛度K都不必很大cx先導(dǎo)型溢流閥廣泛用于高壓、大流量場(chǎng)合。3.2溢流閥的主要性能靜態(tài)特性：(1)壓力調(diào)節(jié)范圍定義：調(diào)壓彈簧在規(guī)定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)時(shí)，系統(tǒng)壓力平穩(wěn)(壓力無(wú)突跳及遲滯現(xiàn)象)上升或下降最大和最小調(diào)定壓力差值。(2)啟閉特性定義：溢流閥從開(kāi)啟到閉合全