超高壓直動(dòng)式比例溢流閥設(shè)計(jì)

宋立

摘要：在液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中，液流的壓力是最基本的參數(shù)之一，執(zhí)行元件的輸出力或輸出扭矩的大小，主要由供給的液壓力所決定。為了對(duì)油液壓力進(jìn)行控制，并實(shí)現(xiàn)和提高系統(tǒng)的穩(wěn)壓、保壓、減壓、調(diào)壓等性能或利用壓力變化實(shí)現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的順序動(dòng)作等，根據(jù)油液壓力和控制機(jī)構(gòu)彈簧力相平衡的工作原理，人們設(shè)計(jì)制造了各種壓力控制閥。在液壓設(shè)備中主要起定壓溢流作用和安全保護(hù)作用。

關(guān)鍵詞：電液比例溢流閥 工作原理 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1 緒論

液壓技術(shù)作為一門新興應(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)無級(jí)變速；易實(shí)現(xiàn)功率放大；易進(jìn)行過載保護(hù)；能自動(dòng)潤滑，壽命長，制造成本較低。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。

2 比例溢流閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

溢流閥的基本功用是：當(dāng)系統(tǒng)的壓力達(dá)到或超過溢流閥的調(diào)定壓力時(shí)，系統(tǒng)的油液通過閥口溢出一些，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。①工作原理： 設(shè)彈簧預(yù)緊力為Ft，活塞底部面積為A則：當(dāng)PAFt時(shí)，閥口打開，P→T，穩(wěn)壓溢流或安全保護(hù)。②調(diào)壓原理：調(diào)節(jié)比例電磁鐵的輸出力，便可調(diào)節(jié)溢流閥調(diào)整壓力。③特點(diǎn)：可知這種閥的進(jìn)口壓力P不受流量變化的影響，被力P變化很小，定壓精度高。但由于Ft直接與PA平衡，若P較高，Q較大時(shí)，電磁力就相應(yīng)地較大，且Ft略有變化，p變化較大，所以一般用于低壓小流量場合。

3 溢流閥主要參數(shù)設(shè)計(jì)

溢流閥工作時(shí)，隨著溢流量的變化，系統(tǒng)壓力會(huì)產(chǎn)生一些波動(dòng)，不同的溢流閥其波動(dòng)程度不同。因此一般用溢流閥穩(wěn)定工作時(shí)的壓力-流量特性來描述溢流閥的動(dòng)、靜態(tài)特性。

3.1 比例溢流閥的主要性能指標(biāo)。溢流閥在不同的場合，可以有不同的用途，而比例溢流閥具有比普通溢流閥更強(qiáng)大的功能，這些功能包括：①構(gòu)成液壓系統(tǒng)的恒壓源。比例溢流閥作為定壓元件，當(dāng)控制信號(hào)一定時(shí)，可獲得穩(wěn)定的系統(tǒng)壓力；改變控制信號(hào)，可無級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)壓力，且壓力變化過程平穩(wěn)，對(duì)系統(tǒng)的沖擊小。②與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)組合后很容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程控制。③比例溢流閥可方便地構(gòu)成壓力反饋系統(tǒng)，或與其他控制元件構(gòu)成復(fù)合控制系統(tǒng)。④合理調(diào)節(jié)控制信號(hào)的幅值可獲得液壓系統(tǒng)的過載保護(hù)功能。

3.2 比例溢流閥的總體設(shè)計(jì)

3.2.1 溢流閥的設(shè)計(jì)要求：額定工作壓力：32MPa；溢流閥最大溢流流量：9L/min；比例電磁鐵輸出最大力：50N；比例電磁鐵輸出最大行程：1.5mm。

3.2.2 溢流閥主要結(jié)構(gòu)尺寸的確定。

①溢流閥的開啟壓力：

pk=0.95ps=0.95×32MPa=30.4MPa。

②溢流閥的閉合壓力：

pb=0.85ps=0.85×32Mpa=27.2Mpa。

③溢流閥進(jìn)出口的直徑ds由額定流量和允許流速來決定：

ds=6mm

④閥座孔直徑d1的確定：d1=（0.5-0.82）ds

d1值取得太大則比例電磁鐵需要更大的推力，本文選取=3mm。

⑤閥心半錐角Φ的確定。

⑥在最高調(diào)定壓力pmax下閥心的開口量：

X=2.4mm

⑦穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力。錐閥的穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力公式：F=10.944N。

⑧在開啟壓力下閥芯的開口量：

X=2.3mm

⑨傳力彈簧的設(shè)計(jì)：

k=45N/mm

⑩彈簧的壓縮量xt：

Kxt=AxPs-Fk其中k=45N/mm

■彈簧設(shè)計(jì)：

彈簧總?cè)?shù)為n+2=12；

節(jié)距t=10.5 取t=10；

彈簧自由高度H：H=nt+1.5d代入數(shù)據(jù)得H=106取H=105。

4 比例溢流閥的基本應(yīng)用

4.1 穩(wěn)壓溢流回路：溢流閥和定量泵、節(jié)流閥并聯(lián)，閥口常開。在采用定量泵的液壓系統(tǒng)中，溢流閥與節(jié)流元件及負(fù)載并聯(lián)，由于泵的供油量大于節(jié)流閥通道的需求量，液壓升高。此時(shí)，溢流閥作定壓閥使用，閥口打開，使多余的油液回油箱，以保持節(jié)流閥進(jìn)口的系統(tǒng)壓力基本為恒定值。因此，閥口常開并且隨著節(jié)流閥的調(diào)節(jié)溢流閥的開口相應(yīng)變化。

4.2 安全限壓回路：溢流閥和變量泵組合，在變量泵供油系統(tǒng)中作安全閥用。溢流閥的調(diào)整壓力一般比系統(tǒng)最大工作壓力高5%-10%因此它在系統(tǒng)正常工作時(shí)是關(guān)閉的。泵輸出的油量全部進(jìn)入系統(tǒng)，泵的工作壓力隨負(fù)載變化而變化，僅在壓力達(dá)到溢流閥的調(diào)整壓力時(shí)閥口才打開油液排至油箱。

4.3 系統(tǒng)卸荷回路：常規(guī)溢流閥和二位二通閥組合（先導(dǎo)式）可使系統(tǒng)卸荷。比例溢流閥只需將輸出壓力設(shè)定為0，系統(tǒng)卸荷。

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