溢流閥的設計30頁

1、1 緒論液壓技術發(fā)展歷史較短，但是發(fā)展速度相當快。作為新興的應用學科，在國民生活中應用十分廣泛?，F(xiàn)如今，機電產品正朝著功能多樣化的趨勢發(fā)展，而液壓技術正好滿足它的要求，所以，為了實現(xiàn)生產自動化、工業(yè)自動化，液壓技術是必不可缺的。液壓技術有很多優(yōu)點，比如：反應速度快、液壓系統(tǒng)體積小、結構簡單、操控方便、傳遞的力量較大、可實現(xiàn)無極調速等。通常選用礦物油作為工作介質，使用壽命長，可實現(xiàn)自行潤滑。因此，它被廣泛應用在工程機械、農業(yè)機械、汽車工業(yè)、冶金工業(yè)等各行各業(yè)中。近幾年來，液壓技術廣泛采用高新技術成果，使各行業(yè)應用領域都有很大發(fā)展和提高。液壓傳動設備的組成有：動力元件（液壓泵）、執(zhí)行元件（液壓馬達

2、和液壓缸）、控制元件（液壓閥）、輔助元件（油箱、蓄能器等）。液壓泵：把電機的機械能轉化成液壓能的能量轉換裝置，液壓泵種類有很多，按結構形式分常用的有：螺旋泵、齒輪泵、柱塞泵、葉片泵等。液壓馬達是把液壓能轉換成機械能，并且以旋轉的形式輸出角速度和轉矩的一種液壓執(zhí)行機構。液壓閥就是調節(jié)和控制流體的流量、方向和壓力。按用途分為流量控制閥、方向控制閥和壓力控制閥。常用的流量控制閥有：調速閥、節(jié)流閥等；方向控制閥有：換向閥、方向閥；壓力控制閥有：溢流閥、順序閥、減壓閥等；輔助元件有：過濾器、油箱及蓄能器、密封圈等。 液壓閥的作用就是控制液體的方向、流量和壓力，液壓閥元件的優(yōu)劣對液壓設備工作的可靠性有很大

3、影響。在設計先導式溢流閥過程中，將它系列化、標準化和通用化，能夠提高產品質量，完善生產工藝性，并且維修方便，保證其工作效率。1.1液壓技術發(fā)展歷史 液壓技術與流體力學是息息相關的。17世紀50年代，帕斯卡提出了帕斯卡原理，17世紀70年代牛頓提出了內摩擦定律，18世紀，相繼建立伯努利能量方程和連續(xù)性方程，這些理論對液壓技術的發(fā)展奠定了基礎。1795年，約瑟夫布拉曼 提出了液壓機的專利，并于2年后制造出手動泵供壓式水壓機。1905年美國詹尼第一個采用礦物油作為介質，第一臺油壓柱塞泵問世。隨后，丁腈橡膠等耐油密封材料的相繼出現(xiàn)，液壓技術得到進一步發(fā)展。 第一次世界大戰(zhàn)過后，液壓技術被廣泛應用，在1

4、9世紀20年代，液壓元件開始進入工業(yè)生產階段。直到維克斯發(fā)明了壓力平衡式葉片泵，近代液壓元件工業(yè)逐步建立起來。 從1930年開始，艦船、車輛、航空等行業(yè)的快速發(fā)展，彎軸式及斜軸式軸向柱塞泵、徑向和軸向液壓馬達等相繼問世。1936年，Harry ViKers發(fā)明了一系列管式液壓控制元件。 二次世界大戰(zhàn)期間，軍工事業(yè)的高規(guī)格需求，促進了液壓技術的發(fā)展。戰(zhàn)爭結束后，各國經濟需要恢復和發(fā)展，液壓技術很快應用到民用生活中，液壓元件越來越規(guī)格化、標準化、系列化，使其迅速應用到汽車制造、機械制造、農業(yè)機械等各行各業(yè)中。 1960年以后，微電子、原子能等技術的迅速成長，液壓技術發(fā)展的領域更加廣闊。在某些領域內

5、，液壓技術已經占有絕對性優(yōu)勢。例如，美國現(xiàn)生產的70%的數(shù)據(jù)加工中心、85%的工程機械，90%以上的自動生產線都采用了液壓技術。到了網絡化、知識化、信息化和全球化的21世紀，先進科學技術的發(fā)展對液壓閥在內的各類液壓元件的制造，以及液壓技術的設計研究及方法影響巨大。 為滿足日益變化的市場需要，液壓技術需要不斷創(chuàng)新，不斷提高，不斷完善元件和系統(tǒng)的性能，以保持與世界先進技術同步。1.2 我國液壓技術發(fā)展概述我國的液壓技術起步較晚，是從新中國建立開始的。在1950開始，我國沒有專業(yè)生產液壓元件企業(yè)，大部分都是仿制蘇聯(lián)的。1952年，上海機床廠生產出我國第一件液壓元件。1959年，首家液壓元件制造企業(yè)（

6、天津液壓件廠）建立。1960年開始，我國的液壓工業(yè)逐漸從仿制走向自行開發(fā)，解決了結構笨重、品種單調、一味仿蘇的問題。1965年，引進了日本油研公司公稱壓力21MPa的中高壓系列液壓閥的生產設備，并成立榆次液壓件廠。廣州機床研究所于1966-1968年，兩年時間內設計生產出中低壓系列的液壓噴射泵元件，包括液壓泵、液壓馬達等180多個品種，并相繼批量生產。1968年，有關專家設計生產了第一套公稱壓力為31.5MPa的高壓閥系列，并相繼批量生產。至此，我國已經形成比較完善的液壓元件制造業(yè)體系。到了19世紀70年代，越來越多的高壓液壓閥，產品更加系列化、通用化和標準化，努力提高質量，擴大品種，與世界先

7、進水平接軌。1973年，有關專家完成了公稱壓力為32MPa高壓閥系列圖紙的設計。近20年來，我國液壓工業(yè)企業(yè)加快科技創(chuàng)新，提高產品的市場競爭力，一批國家重點工程和重點主機配件產品的成功，取得了良好的經濟效益和社會效益。經過這幾十年的艱苦探索和發(fā)展，我國的液壓行業(yè)已經具有一定的生產力和技術水平，并且門類齊全。盡管我們進步很快，可是相對于世界其他各國，還有一定的差距，需要繼續(xù)不斷改善，不斷創(chuàng)新。1.3本設計的意義和目的液壓技術已經在人們的日常生活中隨處可見，并且在各個行業(yè)中應用也越來越廣泛。顯然，液壓技術的先進與落后完全標志著國家工業(yè)水平的程度。由于液壓傳動及控制技術具有獨特的特點，從一般的傳動系

8、統(tǒng)到精度非常高的控制系統(tǒng)，已被廣泛應用，尤其是近30年來，比如（航空機械、車輛工程、冶金機械、軍事工業(yè)等）?？傊?，所有的工程領域，有一定的機械設備，都可采用液壓技術。溢流閥是一種壓力控制閥，它的主要功能包括泄壓，安全保護，作背壓閥，遠程壓力調節(jié)、系統(tǒng)卸荷、多級壓力控制等。綜上所述，液壓技術是現(xiàn)代生活科技中必不缺少的技術手段，而溢流閥是液壓系統(tǒng)中重要的元件之一，溢流閥的優(yōu)劣對液壓設備工作的可靠性有很大影響。在設計過程中，將它系列化、標準化和通用化，能夠提高產品質量，完善生產工藝性，并且維修方便，保證其工作效率。該設計將結合生產實際，理論與實際相結合的工作方法，在以往的設計經驗的基礎上，設計一個更

9、高實用價值，更好工作性能的先導式溢流閥。2 溢流閥總體設計 本章節(jié)主要介紹的是溢流閥的相關知識，包括溢流閥的功用和分類、工作過程、原理以及溢流閥的整體結構、零件和主要性能。2.1 溢流閥的功用和分類2.1.1 功用在不同的場合使用溢流閥，有不同的用途。比如：作定壓閥用時，溢流閥在定量泵節(jié)流調速系統(tǒng)中，可用來保證液壓系統(tǒng)中壓力的基本穩(wěn)定，起到穩(wěn)壓、限壓或調壓的作用；作安全閥時，溢流閥在容積調速系統(tǒng)中，正常工作時是關閉的，當系統(tǒng)壓力大于或等于調定壓力時，才開始溢流，這時起過載保護作用；對于液壓系統(tǒng)的卸荷回路中，溢流閥也可以用來作為卸荷閥，然后只需要通過電磁閥將溢流閥的遠程控制口與油箱連接，液壓泵即

10、可卸荷，從而降低液壓系統(tǒng)的功率損耗和發(fā)熱量。2.1.2 分類溢流閥類型有很多，根據(jù)工作原理可分為直動型和先導型。1）直動式溢流閥圖2-1 直動型溢流閥結構簡圖 （a）錐閥式 (b)球閥式 (c)滑閥式 (d)溢流閥的基本符號 1-調壓螺栓 2-彈簧 3-閥芯 4-閥體（含閥座） 球閥式和錐閥式，具有密封性能好、動作靈敏、無泄漏等優(yōu)點，但閥芯和閥座易損壞，導向性差，抗沖擊性好?；y式反應遲，但不易產生自激振動，穩(wěn)定性好等特點。2）先導式溢流閥 圖2-2 先導式溢流閥 1閥體 2主閥座 3主閥芯 4先導閥蓋 5先導閥座 6先導閥錐式閥芯 7調壓彈簧 8調節(jié)桿 9調壓螺栓 10手輪 11主閥彈簧先導

11、閥是一個小型的錐閥式直動溢流閥，先導閥彈簧用于調定主閥的壓力。主閥彈簧能夠克服摩擦力使主閥芯及時回位，但是不起調壓作用。直動式和先導式的差別在于控制閥芯啟閉的方式：直動式閥芯的啟閉是在系統(tǒng)液壓力直接作用下進行的；而先導式閥芯的啟閉由先導閥來控制。很明顯，先導式溢流閥的工作過程要比直動式溢流閥復雜，但在使用范圍和精度等方面，先導式優(yōu)于直動式。2.2 溢流閥的工作原理 先導式溢流閥由主閥和先導閥組成的。圖2-2是一種典型先導式溢流閥結構圖。壓力油由進油口P進入后作用在主閥芯的下腔，并經過阻尼孔、油道，作用在先導閥閥芯上。當作用力小于7的預緊力時，導閥關閉。此時，阻尼孔沒有油液流動，不起阻尼作用，主

12、閥芯的上下兩腔壓力相同，溢流閥不溢流。當機油壓力大于彈簧預緊力時，先導閥打開，油液通過阻尼孔、油道進入油箱，所以，油液流經阻尼孔時產生壓差，主閥上腔壓力小于下腔壓力，主閥芯上移，閥口打開，實現(xiàn)溢流。調節(jié)7的預緊力，即可調節(jié)溢流壓力。閥體上有一個遠程控制口K，當K口通過二位二通閥接油箱時，主閥芯便可在很小的液壓力作用下打開，實現(xiàn)溢流，此時泵卸荷。如果K口和調節(jié)壓力較低的先導閥入口接通，就可實現(xiàn)遠程調壓。2.3 溢流閥的工作過程2.3.1 開啟過程 如圖2-3所示，在這種溢流閥中，作用于主閥閥芯上的力平衡方程為：油液作用在主閥芯下腔的力=油液作用在主閥芯上腔的力+主閥彈簧力+重力+摩擦力+液動力圖

13、2-3中各符號代表的意思如下：A1主閥芯活塞下端面積；A2主閥芯活塞上端面積；p1主閥芯下腔壓力；p2主閥芯上腔壓力；Kx先導閥彈簧剛度（）； K1主閥彈簧剛度（）；x0先導閥彈簧的預壓縮量（）； y0主閥彈簧的預壓縮量（）； G主閥芯重力； Ff閥芯與閥套的摩擦力； Fy液動力 圖2-3溢流閥示意圖 當系統(tǒng)壓力小于先導閥的開啟壓力時，先導閥是關閉狀態(tài)，那么，主閥芯受力情況如下： AP AP+Ky+G+F+F (2-1)此時，閥口處于關閉狀態(tài)。（1） 若系統(tǒng)壓力達到先導閥的開啟壓力，導閥即將開啟但未開啟時，主閥芯的受力情況仍為式（2-1）。（2） 若系統(tǒng)壓力超出先導閥的開啟壓力，導閥開啟，液壓

14、油由阻尼孔經先導閥后再流入油箱。此時，主閥芯上下兩腔將產生壓力差，但未達到抬起主閥芯的壓力，主閥芯的受力關系如下： AP AP+Ky+G+F+F （2-2）（3） 若系統(tǒng)壓力達到主閥開啟壓力，通過阻尼孔的流量增加，上、下腔的壓差使主閥芯處于平衡狀態(tài)，受力情況如下：AP = AP+Ky+G+F+F (2-3)(4)若系統(tǒng)壓力高于主閥開啟壓力，主閥開啟，受力關系如下：AP- CDyPsin2= AP+Ky+G+F+F (2-4)式中符號含義：y主閥口的開度（）；液體入射角，近似等于閥芯半錐角（）；D主閥座孔直徑（）；C1主閥口流量系數(shù)，C=0.77(取).(5)若系統(tǒng)壓力達到調定壓力，閥內流過額定

15、流量，此時，閥芯受力關系如下：AP- CDyPsin2= AP+K(y+y)+G+F+F (2-5)2.3.2 閉合過程 閉合過程與開啟過程相反，然而各關鍵過程大抵一樣，因為摩擦力方向的改變，所以，閥口的閉合壓力比開啟壓力要小。2.4 溢流閥的主要性能2.4.1 靜態(tài)特性 靜態(tài)特性（啟閉特性）是指溢流閥處于穩(wěn)定工況時，控制壓力與溢流量之間的變化關系。此外靜態(tài)特性還包括：（1）調壓范圍是指調壓彈簧在規(guī)定范圍調節(jié)時，當系統(tǒng)壓力平穩(wěn)上升或者下降，調定壓力的最大和最小的差值。（2）卸荷壓力是指溢流閥作卸荷閥時，在額定流量的前提下，進、出油口的壓力差。2.4.2 動態(tài)特性 溢流閥的動態(tài)特性是指閥在開啟過

16、程中的特性。當溢流閥開啟時，其溢流量從零開始迅速增加到額定流量，相當于給系統(tǒng)加一個階躍信號，而隨之響應的是進口壓力也隨之迅速變化，經過一個振蕩過程后，逐步穩(wěn)定在調定的壓力上。圖2-4所示為溢流閥的動態(tài)響應檢測結果。根據(jù)控制工程理論，若令起始穩(wěn)態(tài)壓力為P，最終穩(wěn)態(tài)壓力為P，P= P- P。評價溢流閥的動態(tài)特性指標主要有：（1） 壓力超調量P。峰值壓力和最終穩(wěn)態(tài)壓力之間的差值。（2） 壓力上升時間t。壓力達到0.9P的時間與達到0.1P的時間差值，即圖中 的A、B時間間隔，該時間也稱為響應時間。（3） 過渡過程時間t 。當瞬時壓力進入最終穩(wěn)態(tài)壓力上下0.05P的控制范圍內的時間與0.09P的時間差

17、值，即圖中B、C時間間隔。 這些指標可通過檢測結果依據(jù)控制工程理論的計算得出。由于溢流閥的動態(tài)響應過程很快（一般在零點幾秒就完成）。所以，目前靠人工檢測是不可能的，現(xiàn)在的檢測一般是應用傳感元件，由計算機自動完成。計算機輔助檢測包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、結果分析、檢測報告輸出等，在較短的時間內便可給出閥的動態(tài)性能指標，其工作效率和檢測精度都到達較高的標準。 圖2-4 溢流閥啟動時進口壓力響應特性曲線2.5 溢流閥的設計要求溢流閥的一般設計要求：（1）公稱壓力pn (N/2) ；（2）公稱流量 Qn(L/min)；（3）調壓范圍 p1minp1max (N/2) ；（4）主閥開啟壓力p1Q (N/2

18、) ；（5）主閥閉合壓力p1Q (N/2) ；（6）p1Q、p1Q時的溢流量Q (L/min)；（7）卸荷壓力p1x (N/2)。（8）內泄流量qnx（L/ min）2.6 溢流閥的結構設計2.6.1 溢流閥的結構型式溢流閥的結構形式通常有兩種：（1） 直動型（圖2-6） 圖2-6 直動滑閥型溢流閥 這種溢流閥若壓力較高、流量較大，對彈簧的結構尺寸的要求就較高，會給設計制造過程及使用中帶來很多的麻煩，所以，不易于控制高壓場合，也不能實現(xiàn)卸荷和遠程調壓。（2）先導式溢流閥（圖2-7）這類閥由先導閥和主導閥組成，先導閥部分都是直動型溢流閥（多是錐閥結構）。如果按主閥部分的閥芯配合形式不同來分類，先

19、導型溢流閥分為三類：（1）三級同心結構，這類結構形式目前應用較廣；（2）二級同心結構，這類結構形式又稱為單向閥式結構，它除有管式和板式兩種連接形式外，還適于插式連接；（3）滑閥式結構，這類結構結構的溢流閥，額定壓力可達210bar。其中，滑閥式結構控制壓力精度較低，工作壓力也不高；三級同心結構成熟、工作壓力較高、應用最廣，YF型屬于此類；與三級同心相比，二級同心是一種新的形式，具有如下特點：（1）三級同心比二級同心結構復雜，加工精度要求也較高，二級同心動作穩(wěn)定比三級同心的可靠。（2）三級同心結構的溢流閥壓力穩(wěn)定性不如二級同心結構。（3）三級同心結構的工藝性不如二級同心結構的好。（4）二級同心式

20、具有良好的通用性 。（5）二級同心閥具有噪聲小的優(yōu)點。當然，三級同心式溢流閥也有它的優(yōu)點，從動態(tài)特性方面來看，主閥口直徑比較小，面積梯度也小，流量增益就低，所以對穩(wěn)定性有利，主閥芯上的尾碟，使穩(wěn)態(tài)液壓力有助于閥口關閉，這也增加了穩(wěn)定性。另外，主閥閥口作為一個振動環(huán)節(jié)，能盡量減弱主閥芯的振動，仍可獲得低噪聲的溢流閥。三級同心式溢流閥有很多方面可以改進。 圖2-7 三節(jié)同心式先導型溢流閥2.6.2 先導式溢流閥主要零件 先導式溢流閥由先導閥和主閥組成。（1） 先導閥部分 先導閥由閥芯、閥座、調壓彈簧等零件組成。在壓力控制閥中通常都存在先導閥，所以在設計過程中必須保證先導閥的通用性。先導閥結構可分為

21、差動型和直動型。 1）閥芯 直動式閥芯通常有兩種結構形式（如圖2-8）。）為錐閥結構，）為球閥結構，其中球閥結構又可分為兩種：一種是球和彈簧座是一體的，另一種是球和彈簧座分開的。比較這兩種結構可知，當閥芯開口量一定時，閥芯與閥座分開一定距離，球閥相對于錐閥有較大的過流面積。因此，主閥迅速開啟，以便在短時間內升壓。但是，由于過流面積較大，閥芯動作時就會出現(xiàn)振動，使閥芯不穩(wěn)定，這就加大了主閥穩(wěn)定時間。差動式閥芯相對于直動式閥芯主要是在錐閥尾部有一段配合面，利用承壓面積的差值減少閥芯上的液壓力，因此，穩(wěn)定性得到提高，調壓彈簧設計業(yè)比較容易。但是其結構比直動式要復雜，加工精度也較高。 圖2-8閥芯類型

22、2）閥座閥座的結構根據(jù)閥芯的結構設定。直動閥座設有二級孔如圖2-9，小孔可以消除振動和尖叫，有阻尼的作用。還應盡量縮小先導閥前腔的容積，如果容積過大，可以添加消振墊片（圖2-10 a），或者采用消振塞（2-10 b），利用微型吸振原理消除振動和尖叫。圖2-9 圖2-10消振墊片3）調壓裝置 調壓裝置是由調壓機構和調壓彈簧構成。閥芯上的液壓力與彈簧力的平衡方程： AP=K(X+X) (2-6) 由式2-6可知，先導閥閥座孔面積A是由先導閥閥座孔流過的流量決定的，當調壓彈簧的預壓縮量X一定時，調壓彈簧的剛度K的值取決于先導閥前腔油壓P的值。直動式先導閥中，由低壓到高壓需要多根彈簧。從式（2-6）可

23、以看出：當最高調節(jié)壓力時，該彈簧的位移越大，剛度K要求較高，對壓力的變化越敏感。所以，低壓調節(jié)的穩(wěn)定性是非常困難的，這可以通過增加調壓彈簧的預壓縮量適當降低調壓彈簧的剛度來實現(xiàn)。這樣的話，在調壓彈簧的設計中又會出現(xiàn)問題，有可能會超過彈簧的穩(wěn)定性指標，所以根據(jù)調壓范圍可以分為幾根彈簧來進行調壓。在設計調壓彈簧時，在結構和尺寸上必須注意以下幾項：1） 自由高度盡量設計得一致；2） 彈簧內徑必須一致；3） 外徑均不得大于裝彈簧的孔徑。因為差壓式先導閥閥芯有壓面面積差，所以液壓力與彈簧平衡方程：P（A- A）= K(X+X) (2-7)式2-7中A是閥芯尾部的配合面積，當減小面積差時，K和X也隨著減小

24、，這樣的話，調壓彈簧設計起來就比較簡單了，尤其是當K減小時，有利于低壓調節(jié)的穩(wěn)定性，如果要升高到高壓調節(jié)，可以通過減少彈簧的根數(shù)來實現(xiàn)。在設計調壓裝置的過程中，要考慮到閥芯和調壓彈簧的拆裝方便，在裝有密封圈的彈簧座和先導閥閥體孔的配合中，太緊會使最低調節(jié)壓力降不下來，太松又容易出現(xiàn)外滲漏，所以配合要準確合適。（2） 主閥部分主要由閥體、閥芯、閥座等零件構成。1）閥體作為主要零件，當流體經過閥體通道時，為減輕流速場的激變并縮小渦流區(qū)，使壓力損失減小，因此閥體內部孔道的結構更為復雜，鑄造是最合適的。鑄件厚度應該均勻適宜，鑄件外形應以內孔的形狀為準，保證其性能。在設計閥體的過程中，應保證其剛度和強度

25、使其能動作靈活可靠。 圖2-11主閥體2）閥芯先導式溢流閥主閥芯上下側面積的差值對閥的性能有很大影響，這需要通過計算來確定。圖2-12中的主閥芯有三個配合面，所以對同軸度的要求很嚴格，這也對加工精度要求加大，裝配起來也相對困難些。若加工或者裝配時不注意，都有可能使閥芯被卡死。 圖2-12 主閥芯3）閥座 閥座是用來支撐主閥芯，閥座與主閥芯接觸時，必須保證線接觸，從而保證閥口的密封性能。主閥芯受力大小和工作平穩(wěn)性是根據(jù)閥芯與閥座在閥口處錐角的大小和形狀決定的。因為油液的流動特性，所以要經過多次試驗，以確定最佳的形狀和錐角大小。 圖2-13 主閥座3 先導式溢流閥詳細設計先導式溢流閥相對于直動式溢

26、流閥工作原理要復雜，在使用范圍和性能指標等方面要優(yōu)于直動型溢流閥。液壓閥中的先導式溢流閥，市場中常見的產品，有兩種結構形式，即三節(jié)同心以及兩節(jié)同心。三節(jié)同心式先導溢流閥屬于早期產品，目前在國產液壓閥中仍占據(jù)一定市場比例。所謂三節(jié)同心先導型溢流閥，它的內部結構，位于主閥芯上方的小直徑圓柱面，閥芯中部相對直徑較大的圓柱面，以及溢流閥閥芯底部的錐面，這三個面必須要與先導式溢流閥的閥蓋內孔，閥體內孔以及溢流閥閥座的錐面保證處于同心的狀態(tài)。這種結構設計稱為三節(jié)同心先導式溢流閥。由于需要保證三個部位同心，對產品組件的加工精度提出了較高要求，如果加工誤差較大勢必影響溢流閥的工作性能。除此以外，這種結構設計也

27、對裝配精度提出了較高要求，對于裝配不好的不良品，閥蓋孔裝配一旦產生誤差就會卡住主閥芯，造成先導式溢流閥動作不靈敏等各種故障。三節(jié)同心溢流閥主閥口直徑較小，面積梯度也不大，流量增益比較低，對閥的穩(wěn)定性很有利；主閥閥口作為一個振動環(huán)節(jié)，盡量減弱主閥芯的振動，可獲得低噪聲的溢流閥。 綜上所述，本設計將設計一個性能良好的先導式溢流閥。3.1設計要求 （1）額定壓力 P=15MPa （2）額定流量 Q=60 L/ min 。 (3) 調壓范圍 p1min - p1max=15 MPa 。 (4) 調成最高調成壓力p1min時，導閥的開啟壓力p2a0.9p1max 。 (5) 調成最高調成壓p1max時，

28、主閥的開啟壓力p1a0.95p1max；此時的溢流量 Qa0.01Qe。 (6) 調成最高調成壓p1max時，主閥的閉合壓力p1a0.9p1max；此時的溢流量 Qb0.01Qe。 (7) 卸荷壓力px=0.4 MPa。 (8) 內泄流量q 0.0015 L/ min。3.2 主要結構尺寸的確定（1）進油口直徑 D，由額定流量和允許流速來決定。D值取的小，液流不通暢，容易發(fā)熱；D值取的大，閥的結構尺寸就大，不實惠。設計過程中，要保證閥的額定流量Q經過進油口的流速v不高于規(guī)定值，可得：D=0.463 （3-1）對額定壓力為315bar的溢流閥，v=6-7m/s;對額定壓力p63bar的溢流閥，v

29、=2-6m/s,所以v取6m/s。經過計算的得D=0.463 =0.4631.464cm=14.64mm取D=15.00mm。（2）主閥芯直徑 D1 根據(jù)經驗公式確定主閥芯直徑D1=（0.5 - 0.8）D 經過計算求得7.32 mm D1 12.00 mm，取 D1 =11.00mm。（3）主閥芯活塞直徑 D0 根據(jù)經驗公式確定主閥芯活塞直徑 D=（1.62.3）D1 經過計算求得11.71mmD 27.60 mm,取D0= 22.00mm。（4）主閥芯上段直徑D2 根據(jù)經驗公式確定主閥芯活塞下、上面積比為： (3-2)式3-2中：A活塞下邊面積 A 活塞上邊面積D= (3-3) 式3-3中

30、： D2主閥芯活塞直徑 D1主閥芯直徑 經過計算取D2=10mm（5）主閥芯與閥體的配合長度L由公式 L=（0.6 -1.5）D0 ，求出13.2L33 mm（6）節(jié)流孔直徑d及長度l的確定設計時一般根據(jù)經驗選取d=0.8-1.2mm, l=(7-19)d取d=1.00mm,l=15mm(可適當調整)（7）主閥芯半錐角、主閥座孔半錐角和擴散角 一般取 =46- 47 = 43 =23- 35（8）先導閥芯的半錐角設計時一般根據(jù)經驗選取=20（9）先導閥閥座孔直徑d及d的確定設計時一般根據(jù)經驗選取 d=（4-6）d=4mm，d=1.6mm,(10)主閥芯溢流孔直徑d和長度l d3和l3可根據(jù)結構

31、確定，為避免壓差過大，不利于主閥的開啟，d3不能太小，所 以在設計當中，取d3=3mm，l3 =35mm（11）主閥防振尾直徑d4、長度l4以及過渡直徑d5 增大d4有利于消除噪聲，提高閥的穩(wěn)定性，但d4不能太大，否則會影響溢流截 面積，防振尾的尺寸d4及l(fā)4一般參照現(xiàn)有的閥決定。在設計當中取 d4=8mm，l4=17mm，d5=6mm（12）主閥座的孔徑d 設計時一般根據(jù)經驗選取 d= D1-(1-2)mm, 取d=10mm（13）閥體沉割直徑 d，沉割深度S1 在設計時一般根據(jù)經驗選取 d= D0+(1-15) mm, S1按結構確定，應保證進油口直徑的要求, d= 26.00mm；S1=

32、15 mm。（14）主閥芯與閥蓋的間距 S2 保證主閥芯位移要求，S2 X max ,X max主閥的最大開度，（X max的數(shù)值參見靜態(tài)特性計算部分）。(15) 主閥彈簧的裝配長度 l1 l1= L1 - h1 L1主閥彈簧的自由長度，（參見靜態(tài)特性計算的部分）； h1主閥彈簧的預壓縮量，（參見靜態(tài)特性計算的部分）。 l1的數(shù)值要在主閥彈簧設計后才能確定(16)導閥彈簧裝配長度 l2 l2= L2+(1 - 2) mm L2導閥彈簧的自由長度。 l2的值要經導閥彈簧設計計算后確定，參見靜態(tài)特性計算的部分。3.3靜態(tài)特性計算3.3.1 基本方程式 有許多因素影響溢流閥的靜態(tài)特性，主閥打開時，溢

33、流閥溢流，此時處于穩(wěn)態(tài)，先導型溢流閥的壓力、流量關系和它的各種工作狀態(tài)，可以通過以下五個方程表示。（1） 主閥開啟時，閥口的壓力流量方程Q= Cdysin （3-4）式中：C主閥閥口流量系數(shù)，取 C=0.8 d主閥座孔直徑 y主閥閥芯的升起高度 主閥閥芯下部半錐角 工作油液密度 P溢流閥進口壓力，因回油口壓力為零，因此P=P（2）主閥芯受力平衡方程作用在主閥芯上的力有彈簧力、液壓力和液動力，即F=F-F （3-5）其中1） 作用在主閥芯上的彈簧力FF= K(y+y)式中 K 主閥彈簧剛度 y主閥彈簧預壓縮量 y主閥芯的升起高度2） 作用在主閥芯上的液壓力FF=AP - AP 式中 A A分別為

34、主閥芯上、腔受壓面積 P P分別為主閥芯上、下腔壓力3) 液體流經主閥閥口時對主閥芯產生的穩(wěn)態(tài)液動力F其計算公式如下：F=式中主閥閥口的進油速度v的方向角，主閥芯在工作中處于浮動狀態(tài)，所以取主閥半錐角為v的方向角，近似取=，于是簡化為F= Cdysin2綜上所述，可得主閥芯的受力平衡方程式為：K(y+y)= AP - AP- Cdysin2 （3-6）（3）當先導閥打開，閥口處的壓力流量方程如下：Q=Cdysin （3-7）式中：C先導閥閥口流量系數(shù)，取 C=0.75 d先導閥座孔直徑 y先導閥升起高度 先導閥錐部半錐角 工作油液密度 P先導閥閥前壓力，先導閥閥前的壓力即為主閥上腔壓力。(4)

35、 先導閥的受力平衡方程作用在先導閥芯上的彈簧力、液壓力和液動力，即F=F-F （3-8）1） 先導閥彈簧（調壓彈簧）的彈簧力FF= K(y+y)式中 K 先導閥彈簧剛度 y先導閥彈簧預壓縮量 y先導閥的升起高度2）作用在先導閥閥芯上的液壓力FF= AP =P 式中 A先導閥閥座孔的斷面積 d先導閥閥座孔直徑3) 液體流經先導閥閥口時對先導閥產生的穩(wěn)態(tài)液動力FF= Cydsin2P綜上所述，先導閥閥芯受力平衡方程式K(y+y)= AP- Cydsin2P （3-9）（5）油液流經主閥芯上阻尼小孔的壓力流量方程在不計主閥閥芯徑向間隙泄漏的前提下，依據(jù)液體流動的連續(xù)性，流過阻尼孔的流量與流過先導閥的

36、流量相同。因為流經阻尼孔的時更復雜的液流（層流和紊流之間），所以一般用經驗公式Q=()A(P- P) （3-10）式中： P主閥芯活塞下腔作用力；P主閥芯活塞上腔作用力；Q通過節(jié)流孔的流量； A節(jié)流孔截面積； v油的運動粘度； 油的重度。進行靜態(tài)特性計算，一方面是在設計過程中，求出主閥彈簧、先導閥彈簧的預壓縮量和剛度；另一方面是校核關鍵結構的尺寸，看是否符合靜態(tài)特性的規(guī)定，可以適當?shù)恼{整，直到符合設計規(guī)定。3.3.2 彈簧剛度和預壓縮量計算（1）主閥彈簧剛度K1和預壓縮量y當主閥將要開啟，還未開啟時，受力平衡方程為：AP = AP+Ky+G+F+F Ky=AP-AP-G-F-F =(P-P)A

37、-G-F-F可求出K和 y，可通過以下方法：1） 主閥將要開啟，還未開啟時，主閥的開啟壓力為P，設P為最高調定壓力P下 的開啟壓力，所以P0.95 P 即P=0.9515=14.25MPa此時流量：Q0.01Q=0.0160=0.6 L/ min2） 由阻尼小孔壓力流量方程中可求P，設Q= Q，轉化公式后得 P= P 其中運動粘度v=2010m/s;油液重度A=0.001=0.78510m整理得：P=14.25- =14.25 - 0.30 =13.95 MPa3） 主閥芯摩擦力F就是活塞直徑D0處和主閥芯上段直徑D2處兩部分摩擦力，即 F=fF+fF其中：f摩擦系數(shù) FD0處的側壓力FD2D

38、2處的側壓力側壓力與縫隙兩端壓差P、圓柱直徑等是成正比的，可以用因數(shù)K表示，取摩擦系數(shù)f=0.1,則F可表示為：F0.1K D2 l2 (P-P)+ 0.1K D0 l0 (P-P)設壓力P約等于零，K=0.15-0.3 ，則：F0.1K D2 l2 P+0.1K D0 l0 (P-P)即 F=0.10.210100.5101013.9510+0.10.222101510 0.3010 =1.395+1.98=3.375N4)求主閥芯溢流孔d壓降引起的作用力F溢流孔d壓降由進、出口處阻力和沿程阻力組成，用公式表示：=()其中：進口處局部阻力系數(shù)出口處局部阻力系數(shù)沿程阻力系數(shù)通過主閥芯溢流孔的流

39、量與通過先導閥的流量Q相等，設Q=0.01Q,因此溢流孔流體的速度可表示為：v=根據(jù)經驗知， =0.04-0.05，=0.2，=2，所以壓降引起的作用力F為：F=()整理后得：F=()代入數(shù)據(jù)得：F=5)在最高調定壓力P下，主閥芯的開口量xx=x=因此，在最高調定壓力下，主閥芯的開口量為4.5mm6)主閥芯的最大開度在卸荷狀態(tài)下，主閥有最大開度，列出公式：x=其中：P卸荷壓力Q額定流量 油液重度g重力加速度C1=0.8，=0.903103（N/ m 3），P=0.4MPa,g=9.8, Q=60 L/ min,代入數(shù)據(jù)，求得：x=按經驗選取y=(1-5)X=26=12mm7)主閥芯重量G經過粗略估算主閥芯質量大約為M=0.074Kg所以其重量為：G=Mg=0.0749.8=0.73N綜合以上已知條件代入主方程式可求得：Ky=AP-AP-G-F-F式中： A=2.85 10A=3.01 10所以 Ky=14.25102.8510-13.95103.0110-0.73-3.375-0.16=133.91N所以：K=1