超高壓直動式比例溢流閥設計

宋立

摘要：在液壓傳動系統中，液流的壓力是最基本的參數之一，執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。為了對油液壓力進行控制，并實現和提高系統的穩壓、保壓、減壓、調壓等性能或利用壓力變化實現執行機構的順序動作等，根據油液壓力和控制機構彈簧力相平衡的工作原理，人們設計制造了各種壓力控制閥。在液壓設備中主要起定壓溢流作用和安全保護作用。

關鍵詞：電液比例溢流閥 工作原理 結構設計

1 緒論

液壓技術作為一門新興應用學科，雖然歷史較短，發展的速度卻非常驚人。液壓設備能傳遞很大的力或力矩，單位功率重量輕，結構尺寸小，在同等功率下，其重量的尺寸僅為直流電機的10%-20%左右；反應速度快、準、穩；又能在大范圍內方便地實現無級變速；易實現功率放大；易進行過載保護；能自動潤滑，壽命長，制造成本較低。液壓閥的功用是控制液壓傳動系統的油流方向、壓力和流量；實現執行元件的設計動作以控制、實施整個液壓系統及設備的全部工作功能。

2 比例溢流閥的結構設計

溢流閥的基本功用是：當系統的壓力達到或超過溢流閥的調定壓力時，系統的油液通過閥口溢出一些，以維持系統壓力近于恒定，防止系統壓力過載，保障泵、閥和系統的安全，此時的溢流閥常稱為安全閥或限壓閥。①工作原理： 設彈簧預緊力為Ft，活塞底部面積為A則：當PAFt時，閥口打開，P→T，穩壓溢流或安全保護。②調壓原理：調節比例電磁鐵的輸出力，便可調節溢流閥調整壓力。③特點：可知這種閥的進口壓力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，電磁力就相應地較大，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 溢流閥主要參數設計

溢流閥工作時，隨著溢流量的變化，系統壓力會產生一些波動，不同的溢流閥其波動程度不同。因此一般用溢流閥穩定工作時的壓力-流量特性來描述溢流閥的動、靜態特性。

3.1 比例溢流閥的主要性能指標。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大的功能，這些功能包括：①構成液壓系統的恒壓源。比例溢流閥作為定壓元件，當控制信號一定時，可獲得穩定的系統壓力；改變控制信號，可無級調節系統壓力，且壓力變化過程平穩，對系統的沖擊小。②與計算機控制系統組合后很容易實現自動控制和遠程控制。③比例溢流閥可方便地構成壓力反饋系統，或與其他控制元件構成復合控制系統。④合理調節控制信號的幅值可獲得液壓系統的過載保護功能。

3.2 比例溢流閥的總體設計

3.2.1 溢流閥的設計要求：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 溢流閥主要結構尺寸的確定。

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在最高調定壓力pmax下閥心的開口量：

X=2.4mm

⑦穩態液動力。錐閥的穩態液動力公式：F=10.944N。

⑧在開啟壓力下閥芯的開口量：

X=2.3mm

⑨傳力彈簧的設計：

k=45N/mm

⑩彈簧的壓縮量xt：

Kxt=AxPs-Fk其中k=45N/mm

■彈簧設計：

彈簧總圈數為n+2=12；

節距t=10.5 取t=10；

彈簧自由高度H：H=nt+1.5d代入數據得H=106取H=105。

4 比例溢流閥的基本應用

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

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

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

參考文獻：

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