ZW,主编,第九章 压力控制阀,第一节 溢 流 阀 第二节 减 压 阀 第三节 顺 序 阀 第四节 平 衡 阀 第五节 压力继电器,第一节 溢 流 阀,一、溢流阀的结构和工作原理 二、溢流阀的性能指标 三、溢流阀的静态特性分析 四、溢流阀的动态特性分析 五、溢流阀的设计计算,一、溢流阀的结构和工作原理,1.直动式溢流阀 2.先导式溢流阀 3.电磁溢流阀 4.卸荷溢流阀 5.超高压溢流阀,1.直动式溢流阀,图9-1 滑阀型直动式溢流阀 a)结构 b)图形符号 1调节杆 2调节螺母 3调压弹簧 4锁紧螺母 5上盖 6阀体 7阀芯 8螺塞,1.直动式溢流阀,图9-2 DBD型直动式溢流阀(插装式) a)结构图 b) 局部放大图 c)图形符号 1偏流盘 2锥阀 3阻尼活塞 4调节杆 5调压弹簧 6阀套 7阀座,2.先导式溢流阀,图9-3 YF型先导式溢流阀(管式) a)图形符号 b)结构图 1先导锥阀 2先导阀座 3阀盖 4阀体 5阻尼孔 6主阀芯 7主阀座 8主阀弹簧 9调压弹簧 10调节螺钉 11调节手轮,2.先导式溢流阀,图9-4 DB型先导式溢流阀 1主阀芯 2、3、4阻尼孔 5先导阀座 6先导阀体 7先导阀芯 8调压弹簧 9主阀弹簧 10阀体 11阀套,2.先导式溢流阀,1)主阀芯的圆柱导向面和圆锥面与阀套的内圆柱面和阀座有同心度要求，与先导阀无配合，故结构简单，加工和装配方便。 2)过流面积大，在相同流量的情况下，主阀开度小；或者在相同主阀开度情况下，其通流能力大。 3)主阀芯与阀套可通用化，便于批量生产。,3.电磁溢流阀,图9-5 二位二通电磁换向阀与二节同心先导式溢流阀构成的电磁溢流阀 1电磁铁 2推杆 3电磁阀体 4电磁阀阀芯 5电磁阀弹簧 6阀盖 7阀体 8阀套 9主阀芯 10复位弹簧 11先导阀芯 12调压弹簧 13调节螺钉 14调压手轮,3.电磁溢流阀,图9-6 加缓冲阀的电磁溢流阀 1缓冲阀芯 2弹簧 3弹簧座 4调节螺钉,4.卸荷溢流阀,图9-7 卸荷溢流阀 1调压手轮 2调节螺钉 3调压弹簧 4主阀弹簧 5活塞套 6控制活塞 7先导阀座 8先导阀芯 9阀盖 10主阀体 11主阀套 12主阀芯 13阻尼孔 14单向阀体 15单向阀芯 16单向阀座 17单向阀弹簧,5.超高压溢流阀,1)对于小流量的安全阀，可采用直动式锥阀或球阀结构，阀座通流孔径可取1.53mm，阀芯上带有导向面以增加运动阻尼，提高稳定性。 2)若流量较大，可采用差动式锥阀结构，如图9-8所示。 3)也可采用溢流阀串联或定差减压阀与溢流阀串联的方式，以实现超高压控制。,5.超高压溢流阀,图9-8 差动锥阀式超高压溢流阀,二、溢流阀的性能指标,1.静态性能指标 2.动态性能指标,1.静态性能指标,(1)压力-流量特性(p-q特性) (2)启闭特性 (3)压力调节范围 (4)压力稳定性 (5)卸荷压力 (6)最小稳定流量和许用流量范围 (7)内泄漏量,(1)压力-流量特性(p-q特性),图9-9 溢流阀的静态性能指标 a)压力-流量特性 b)启闭特性,(2)启闭特性,(9-2) (9-3),(3)压力调节范围,压力调节范围是指调压弹簧在规定的范围内调节时，系统压力能平稳地上升或下降，且压力无突跳及迟滞现象时的最高和最低调定压力。,(4)压力稳定性,溢流阀工作压力的稳定性由两个指标来衡量：一是在额定流量qn和额定压力pn下，进口压力在一定时间(一般为3min)内的偏移值；二是在整个调压范围内，通过额定流量qn时进口压力的振摆值。,(5)卸荷压力,当溢流阀作为卸荷阀使用时，额定流量下溢流阀进、出油口的压力差称为卸荷压力。它反映了卸荷状态下系统的功率损失以及因功率损失而转换成的油液发热量。,(6)最小稳定流量和许用流量范围,当溢流阀通过的流量很小时，阀芯容易发生振动和噪声，同时进口压力也不稳定。溢流阀控制压力稳定，工作时无振动、噪声时的最小溢流量即为最小稳定流量。,(7)内泄漏量,内泄漏量是指溢流阀处于关闭状态，当进口压力调至调压范围的最高值时，从溢流口处测得的泄漏流量。,2.动态性能指标,(1)压力超调量 最高瞬时压力峰值与调定压力值ps的差值称为压力超调量p，并将(p/ps)100%称为压力超调率。 (2)响应时间 响应时间是指从起始稳态压力p0与最终稳态压力ps之差的10%上升到90%的时间t1，即图9-10中A、B两点间的时间间隔。 (3)过渡过程时间 过渡过程时间是指从0.9(ps-p0)的B点到瞬时过渡过程的最终时刻C点之间的时间t2。 (4)升压时间 升压时间是指流量阶跃变化时，0.1(ps-p0)0.9(ps-p0)的时间t1，即图9-11中A、B两点间的时间。 (5)卸荷时间 卸荷时间是指卸荷信号发出后，0.9(ps-p0)0.1(ps-p0)的时间t2，即图9-11中E、D两点间的时间。,2.动态性能指标,图9-10 流量阶跃变化时溢 流阀的进口压力响应特性,图9-11 溢流阀的升压与卸荷特性,2.动态性能指标,三、溢流阀的静态特性分析,1.直动式溢流阀的静态特性分析 2.先导式溢流阀的静态特性分析,1.直动式溢流阀的静态特性分析,(1)数学模型 (2)性能分析,(1)数学模型,1)阀芯受力平衡方程为 2)阀口压力流量方程为,(9-4) (9-5),(2)性能分析,(9-6) (9-7) (9-8) (9-9),2.先导式溢流阀的静态特性分析,1)作用在先导阀芯上的液压力、弹簧力和稳态液动力的受力平衡方程为 2)先导阀阀口压力流量方程为 3)作用在主阀阀芯上的液压力、弹簧力和稳态液动力的受力平衡方程为,(9-10) (9-11) (9-12),4)主阀阀口压力流量方程为 5)流经固定阻尼孔的流量方程。,2.先导式溢流阀的静态特性分析,(9-13) (9-14) (9-15) (9-16),四、溢流阀的动态特性分析,1.溢流阀动态数学模型的建立 2.线性化并取拉氏变换,1.溢流阀动态数学模型的建立,图9-12 先导式溢流阀模型,1.溢流阀动态数学模型的建立,1)先导阀阀芯受力平衡方程为 2)先导阀阀口流量连续性方程为 3)主阀阀芯受力平衡方程为 4)主阀进口受控腔流量连续性方程为 5)主阀上腔流量连续性方程为,1)先导阀阀芯受力平衡方程为,(9-19),2)先导阀阀口流量连续性方程为,(9-20) (9-21) (9-22),3)主阀阀芯受力平衡方程为,(9-23),4)主阀进口受控腔流量连续性方程为,(9-24) (9-25),5)主阀上腔流量连续性方程为,(9-26),2.线性化并取拉氏变换,(9-30) (9-31) (9-32) (9-33),3.按式(9-27)式(9-33)画传递函数框图，然后将相应点连接，可得到先导式溢流阀的整体框图(图9-13)。,图9-13 先导式溢流阀框图,(1)先导阀部分 (2)主阀部分,(1)先导阀部分,(9-34) (9-35) (9-36),(1)先导阀部分,1)因先导阀阀芯当量质量m小，而调压弹簧刚度kx大，故先导阀的固有频率x相当高，对阀的动态特性影响相当大。 2)减小先导阀阀芯的半锥角和阀座孔直径d，可减小阀口的流量压力系数Kcx和流量增益Kqx，提高阀的动态稳定性。,(2)主阀部分,(9-37) (9-38) (9-39) (9-40),(2)主阀部分,1)因主阀流量增益Kqy较大，因此一阶微分环节的频率a相当高，远离工作区域。 2)阀前控制腔容积V0很大，因此一阶惯性环节频率较低，一阶惯性环节起主导作用。 3)主阀芯的当量质量M较大、复位弹簧刚度ky较小，液动力刚度Key不大，因此二阶振荡环节的固有频率x也不高，二阶振荡环节的影响不容忽视，固定阻尼R2作为动压反馈可有效抑制二阶环节的振荡作用。,五、溢流阀的设计计算,1.主要结构尺寸的初步确定 2. 溢流阀的静态性能估算,五、溢流阀的设计计算,图9-14 阀的结构尺寸,1.主要结构尺寸的初步确定,1)阀的进出油口直径D0(单位为m) 2)主阀阀座孔直径d0(单位为m)。 3)主阀阀芯大直径D及上端小直径D1。 4)主阀芯半锥角1、主阀座孔半锥角2和扩散角2。 5)主阀防振尾直径D4、长度L4以及过渡直径D3。 6)主阀阻尼小孔直径0(单位为m)及长度l0(单位为m)。 7)主阀阀芯的最大升程h。 8)先导阀锥角2的选定。 9)主阀弹簧的设计。 10)主阀阀芯上端与阀盖之间的距离S。 11)先导阀阀座孔直径d2及d3的确定。 12)先导阀弹簧的设计。,1)阀的进出油口直径D0(单位为m)为,(9-41),2)主阀阀座孔直径d0(单位为m)。,(9-42) (9-43),3)主阀阀芯大直径D及上端小直径D1。,(9-44) (9-45),4)主阀芯半锥角1、主阀座孔半锥角2和扩散角2。,5)主阀防振尾直径D4、长度L4以及过渡直径D3。,(9-49),6)主阀阻尼小孔直径0(单位为m)及长度l0(单位为m)。,(9-50) (9-51),7)主阀阀芯的最大升程h。,(9-52),8)先导阀锥角2的选定。,图9-15 先导阀锥角,9)主阀弹簧的设计。,(9-53) (9-54),10)主阀阀芯上端与阀盖之间的距离S。,S应不小于阀在卸荷时主阀阀芯最大升程h，即Sh。,11)先导阀阀座孔直径d2及d3的确定。,d2取得太大，则阀座孔截面积A2就大，因此要求先导阀弹簧刚度大，这将给弹簧设计带来困难；d2取得太小，则阀的压力稳定性变差。一般取d2=(46)0。d3取得太大，会使溢流阀在工作时出现尖叫声和振动，一般取d31.6mm。,12)先导阀弹簧的设计。,(9-55) (9-56),2. 溢流阀的静态性能估算,1)预算额定工况下先导阀的开启压力p1k。 2)预算主阀开启压力pk。 3)预算卸荷压力px。 4)预算溢流阀的最小稳定流量qmin。,1)预算额定工况下先导阀的开启压力p1k。,2)预算主阀开启压力pk。,(9-61) (9-62) (9-63),3)预算卸荷压力px。,(9-64) (9-65),4)预算溢流阀的最小稳定流量qmin。,溢流阀的最小稳定流量qmin取决于溢流阀的最小稳定开度ymin。一般情况ymin0.05mm，小于此值时阀的工作稳定性变差。,第二节 减 压 阀,一、定压减压阀 二、定差减压阀 三、定比减压阀 四、减压阀的主要静态性能指标,一、定压减压阀,1.定压减压阀的结构和工作原理 2.定压减压阀的静态特性分析,1.定压减压阀的结构和工作原理,(1)直动式定压减压阀 (2)先导式减压阀,(1)直动式定压减压阀,图9-16 直动式定压减压阀的结构原理图 1下盖 2阀体 3阀芯 4调压弹簧 5上盖 6弹簧座 7调节螺钉,(2)先导式减压阀,1)先导级由减压出油口供油的减压阀。 2)先导级由减压进油口供油的减压阀。,1)先导级由减压出油口供油的减压阀。,图9-17 JF型定压减压阀(先导级由减压出油口供油) 1调压手轮 2调节螺钉 3锥阀 4锥阀座 5阀盖 6阀体 7主阀芯 8端盖 9阻尼孔 10主阀弹簧 11调压弹簧,2)先导级由减压进油口供油的减压阀。,图9-18 定压输出减压阀 (先导级由减压进油口供油) 1阀体 2主阀芯 3阀套 4单向阀 5主阀弹簧 6控制油流量恒定器 7先导阀 8调压弹簧 固定阻尼 可变阻尼,2.定压减压阀的静态特性分析,1)主阀流量方程 2)主阀阀芯受力平衡方程 3)主阀阻尼孔流量方程 4)先导阀流量方程 5)先导阀阀芯受力平衡方程,1)主阀流量方程,(9-68),2)主阀阀芯受力平衡方程为,(9-69),3)主阀阻尼孔流量方程为,(9-70),4)先导阀流量方程为,(9-71