水液壓溢流閥設計及研究

夏立超+++張文康

摘 要：結合水介質的特性，分析了水壓溢流閥和其二級節流閥口結構存在的關鍵技術難題，在此基礎上設計了一種新型的水液壓溢流閥。針對關鍵技術難題，在結構上主要采取了如下措施：閥芯分為兩部分，分別以彈簧力壓緊與閥座上面，確保了二級節流口的密封性；流體同時作用于閥芯后端，抵消了部分液壓力，從而減小了彈簧預壓縮力，提高了動態性能和調壓范圍。

關鍵詞：水液壓；溢流閥；二級節流

前言

水液壓溢流閥作為水液壓系統中的關鍵部件，其研究具有重要意義。目前國內外主要是對先導式水壓溢流閥進行研究[1-2]，主要是當溢流閥在高壓大流量情況下工作時，采用直動式溢流閥結構，會使調壓彈簧力很大，使調壓性能和動態性能變差。另外水壓溢流閥的二級節流閥口結構存在同時密封的問題。為克服以上直動式溢流閥的缺點以及水介質帶來的一系列技術難題，設計了一種水液壓溢流閥。

1 溢流閥的設計

1.1 水介質對溢流閥帶來的技術難題

由于水介質不同于液壓油的性質，水液壓溢流閥一般被設計成串聯式二級節流閥口形式。但要求兩級節流口同時密封，因此造成了過大的加工難度。并且使用一段時間后閥口的磨損和侵蝕，使兩級節流口更加難以同時密封，影響了溢流閥的可靠性和穩定性[3-4]。

直動式溢流閥相對于先導式溢流，具有結構簡單、泄漏量小、密封控制容易、工作穩定可靠等優點。但他的彈簧剛度太大，在高壓、大流量情況下，使調壓性能變差，靈敏度降低，影響了其動態特性。

由于水的密度和彈性模量大于液壓油，使水更容易通過壓力沖擊形成水錘現象。而水的低粘度、低阻尼和汽蝕影響，使的水液壓溢流閥的震動、噪聲和穩定性的問題較油壓閥更加突出。

1.2 結構工作原理

為解決上述難題，設計了一種新型的水液壓溢流閥[5]，如圖1所示。

圖1 溢流閥結構

注：1、手輪，2、后彈簧，3、后閥芯，4、后端蓋， 5、前彈簧， 6、前閥芯，7、阻尼塞，8、閥座，9、后端蓋，10、閥體，11、前彈簧閥座，12、后彈簧閥座。

工作時，高壓水從進水口P進入到閥體10，再通過阻尼塞7進入后閥芯3的前后兩側，并通過前閥芯6與后閥芯3之間的環形縫隙進入第二級節流口上游，此時各處壓力相同。隨著壓力的增加，由于后閥芯3前側面積稍微大于后側面積，因此前后兩側所受的壓力不同，在壓力差的作用下，克服后彈簧2預壓縮力，使后閥芯開啟。接著有液體流出出口T，在阻尼塞7和環形縫隙兩側形成了壓力降，于是前閥芯6在壓力差的作用下，克服前彈簧5預壓縮力快速開啟，形成了二級節流閥口溢流結構，最終達到穩定狀態。

1.3 結構特點

閥座的臺階結構部分分別與閥芯的兩個錐面接觸，使得閥芯與閥座形成二級節流閥口結構。閥芯分為前閥芯和后閥芯兩部分，可以使兩閥芯同時壓緊與閥座上面，避免了整體結構中加工精度導致的間隙存在，以及后期使用時磨損和侵蝕造成的不能同時密封，因此可以減低其氣蝕和泄露的危害，提高了溢流閥的可靠性。

流體通過小孔進入后閥芯后端，產生壓力抵消一部分前端流體產生的壓力。通過前后兩側的面積差，使得彈簧剛度大大降低。彈簧剛度降低，有利于提高閥芯運動的靈敏度，減小動態響應時間，且增大了閥的調壓范圍。

后閥芯的兩側通過小孔連通，在其后端形成了阻尼活塞的結構，使閥芯在移動時受到液壓油的阻尼作用，使之靈活而又平穩的移動，壓力的平穩性增加，且降低了振動和噪聲的影響。

而本設計由于后閥芯前后兩側作用液壓力，以及彈簧剛度減小，因此當在后閥芯后端接卸荷孔時，只需克服較小彈簧力，就能使閥芯有很大開度，實現卸荷功能。

2 結束語

文章根據已有溢流閥的優缺點，結合水介質對溢流閥的關鍵技術難題，設計了一種新型的水液壓溢流閥，為下一步的樣機制造與實驗提供了可靠的依據。

參考文獻

[1]李壯云.液壓元件與系統[M].北京：機械工業出版社，2005.

[2]弓永軍.純水液壓控制閥關鍵技術研究[C].浙江大學，2005.

[3]謝偉，周華，等.先導式純水溢流閥的研究[J].液壓氣動與密封，2004（4）：14-16.

[4]張鐵華，楊友勝，李壯云.二級節流式閥口的設計及實驗研究.液壓與氣動，2001（11）：12～15.

[5]宋鴻堯，丁忠堯，等.液壓閥設計與計算[M].北京：機械工業出版社，2009.

作者簡介：夏立超（1988-），男，漢族，山東臨沂人，畢業于中國海洋大學工程學院，研究方向：液壓元器件的設計研究。endprint

摘 要：結合水介質的特性，分析了水壓溢流閥和其二級節流閥口結構存在的關鍵技術難題，在此基礎上設計了一種新型的水液壓溢流閥。針對關鍵技術難題，在結構上主要采取了如下措施：閥芯分為兩部分，分別以彈簧力壓緊與閥座上面，確保了二級節流口的密封性；流體同時作用于閥芯后端，抵消了部分液壓力，從而減小了彈簧預壓縮力，提高了動態性能和調壓范圍。

關鍵詞：水液壓；溢流閥；二級節流

前言

水液壓溢流閥作為水液壓系統中的關鍵部件，其研究具有重要意義。目前國內外主要是對先導式水壓溢流閥進行研究[1-2]，主要是當溢流閥在高壓大流量情況下工作時，采用直動式溢流閥結構，會使調壓彈簧力很大，使調壓性能和動態性能變差。另外水壓溢流閥的二級節流閥口結構存在同時密封的問題。為克服以上直動式溢流閥的缺點以及水介質帶來的一系列技術難題，設計了一種水液壓溢流閥。

1 溢流閥的設計

1.1 水介質對溢流閥帶來的技術難題

由于水介質不同于液壓油的性質，水液壓溢流閥一般被設計成串聯式二級節流閥口形式。但要求兩級節流口同時密封，因此造成了過大的加工難度。并且使用一段時間后閥口的磨損和侵蝕，使兩級節流口更加難以同時密封，影響了溢流閥的可靠性和穩定性[3-4]。

直動式溢流閥相對于先導式溢流，具有結構簡單、泄漏量小、密封控制容易、工作穩定可靠等優點。但他的彈簧剛度太大，在高壓、大流量情況下，使調壓性能變差，靈敏度降低，影響了其動態特性。

由于水的密度和彈性模量大于液壓油，使水更容易通過壓力沖擊形成水錘現象。而水的低粘度、低阻尼和汽蝕影響，使的水液壓溢流閥的震動、噪聲和穩定性的問題較油壓閥更加突出。

1.2 結構工作原理

為解決上述難題，設計了一種新型的水液壓溢流閥[5]，如圖1所示。

圖1 溢流閥結構

注：1、手輪，2、后彈簧，3、后閥芯，4、后端蓋， 5、前彈簧， 6、前閥芯，7、阻尼塞，8、閥座，9、后端蓋，10、閥體，11、前彈簧閥座，12、后彈簧閥座。

工作時，高壓水從進水口P進入到閥體10，再通過阻尼塞7進入后閥芯3的前后兩側，并通過前閥芯6與后閥芯3之間的環形縫隙進入第二級節流口上游，此時各處壓力相同。隨著壓力的增加，由于后閥芯3前側面積稍微大于后側面積，因此前后兩側所受的壓力不同，在壓力差的作用下，克服后彈簧2預壓縮力，使后閥芯開啟。接著有液體流出出口T，在阻尼塞7和環形縫隙兩側形成了壓力降，于是前閥芯6在壓力差的作用下，克服前彈簧5預壓縮力快速開啟，形成了二級節流閥口溢流結構，最終達到穩定狀態。

1.3 結構特點

閥座的臺階結構部分分別與閥芯的兩個錐面接觸，使得閥芯與閥座形成二級節流閥口結構。閥芯分為前閥芯和后閥芯兩部分，可以使兩閥芯同時壓緊與閥座上面，避免了整體結構中加工精度導致的間隙存在，以及后期使用時磨損和侵蝕造成的不能同時密封，因此可以減低其氣蝕和泄露的危害，提高了溢流閥的可靠性。

流體通過小孔進入后閥芯后端，產生壓力抵消一部分前端流體產生的壓力。通過前后兩側的面積差，使得彈簧剛度大大降低。彈簧剛度降低，有利于提高閥芯運動的靈敏度，減小動態響應時間，且增大了閥的調壓范圍。

后閥芯的兩側通過小孔連通，在其后端形成了阻尼活塞的結構，使閥芯在移動時受到液壓油的阻尼作用，使之靈活而又平穩的移動，壓力的平穩性增加，且降低了振動和噪聲的影響。

而本設計由于后閥芯前后兩側作用液壓力，以及彈簧剛度減小，因此當在后閥芯后端接卸荷孔時，只需克服較小彈簧力，就能使閥芯有很大開度，實現卸荷功能。

2 結束語

文章根據已有溢流閥的優缺點，結合水介質對溢流閥的關鍵技術難題，設計了一種新型的水液壓溢流閥，為下一步的樣機制造與實驗提供了可靠的依據。

參考文獻

[1]李壯云.液壓元件與系統[M].北京：機械工業出版社，2005.

[2]弓永軍.純水液壓控制閥關鍵技術研究[C].浙江大學，2005.

[3]謝偉，周華，等.先導式純水溢流閥的研究[J].液壓氣動與密封，2004（4）：14-16.

[4]張鐵華，楊友勝，李壯云.二級節流式閥口的設計及實驗研究.液壓與氣動，2001（11）：12～15.

[5]宋鴻堯，丁忠堯，等.液壓閥設計與計算[M].北京：機械工業出版社，2009.

作者簡介：夏立超（1988-），男，漢族，山東臨沂人，畢業于中國海洋大學工程學院，研究方向：液壓元器件的設計研究。endprint

摘 要：結合水介質的特性，分析了水壓溢流閥和其二級節流閥口結構存在的關鍵技術難題，在此基礎上設計了一種新型的水液壓溢流閥。針對關鍵技術難題，在結構上主要采取了如下措施：閥芯分為兩部分，分別以彈簧力壓緊與閥座上面，確保了二級節流口的密封性；流體同時作用于閥芯后端，抵消了部分液壓力，從而減小了彈簧預壓縮力，提高了動態性能和調壓范圍。

關鍵詞：水液壓；溢流閥；二級節流

前言

水液壓溢流閥作為水液壓系統中的關鍵部件，其研究具有重要意義。目前國內外主要是對先導式水壓溢流閥進行研究[1-2]，主要是當溢流閥在高壓大流量情況下工作時，采用直動式溢流閥結構，會使調壓彈簧力很大，使調壓性能和動態性能變差。另外水壓溢流閥的二級節流閥口結構存在同時密封的問題。為克服以上直動式溢流閥的缺點以及水介質帶來的一系列技術難題，設計了一種水液壓溢流閥。

1 溢流閥的設計

1.1 水介質對溢流閥帶來的技術難題

由于水介質不同于液壓油的性質，水液壓溢流閥一般被設計成串聯式二級節流閥口形式。但要求兩級節流口同時密封，因此造成了過大的加工難度。并且使用一段時間后閥口的磨損和侵蝕，使兩級節流口更加難以同時密封，影響了溢流閥的可靠性和穩定性[3-4]。

直動式溢流閥相對于先導式溢流，具有結構簡單、泄漏量小、密封控制容易、工作穩定可靠等優點。但他的彈簧剛度太大，在高壓、大流量情況下，使調壓性能變差，靈敏度降低，影響了其動態特性。

由于水的密度和彈性模量大于液壓油，使水更容易通過壓力沖擊形成水錘現象。而水的低粘度、低阻尼和汽蝕影響，使的水液壓溢流閥的震動、噪聲和穩定性的問題較油壓閥更加突出。

1.2 結構工作原理

為解決上述難題，設計了一種新型的水液壓溢流閥[5]，如圖1所示。

圖1 溢流閥結構

注：1、手輪，2、后彈簧，3、后閥芯，4、后端蓋， 5、前彈簧， 6、前閥芯，7、阻尼塞，8、閥座，9、后端蓋，10、閥體，11、前彈簧閥座，12、后彈簧閥座。

工作時，高壓水從進水口P進入到閥體10，再通過阻尼塞7進入后閥芯3的前后兩側，并通過前閥芯6與后閥芯3之間的環形縫隙進入第二級節流口上游，此時各處壓力相同。隨著壓力的增加，由于后閥芯3前側面積稍微大于后側面積，因此前后兩側所受的壓力不同，在壓力差的作用下，克服后彈簧2預壓縮力，使后閥芯開啟。接著有液體流出出口T，在阻尼塞7和環形縫隙兩側形成了壓力降，于是前閥芯6在壓力差的作用下，克服前彈簧5預壓縮力快速開啟，形成了二級節流閥口溢流結構，最終達到穩定狀態。

1.3 結構特點

閥座的臺階結構部分分別與閥芯的兩個錐面接觸，使得閥芯與閥座形成二級節流閥口結構。閥芯分為前閥芯和后閥芯兩部分，可以使兩閥芯同時壓緊與閥座上面，避免了整體結構中加工精度導致的間隙存在，以及后期使用時磨損和侵蝕造成的不能同時密封，因此可以減低其氣蝕和泄露的危害，提高了溢流閥的可靠性。

流體通過小孔進入后閥芯后端，產生壓力抵消一部分前端流體產生的壓力。通過前后兩側的面積差，使得彈簧剛度大大降低。彈簧剛度降低，有利于提高閥芯運動的靈敏度，減小動態響應時間，且增大了閥的調壓范圍。

后閥芯的兩側通過小孔連通，在其后端形成了阻尼活塞的結構，使閥芯在移動時受到液壓油的阻尼作用，使之靈活而又平穩的移動，壓力的平穩性增加，且降低了振動和噪聲的影響。

而本設計由于后閥芯前后兩側作用液壓力，以及彈簧剛度減小，因此當在后閥芯后端接卸荷孔時，只需克服較小彈簧力，就能使閥芯有很大開度，實現卸荷功能。

2 結束語

文章根據已有溢流閥的優缺點，結合水介質對溢流閥的關鍵技術難題，設計了一種新型的水液壓溢流閥，為下一步的樣機制造與實驗提供了可靠的依據。

參考文獻

[1]李壯云.液壓元件與系統[M].北京：機械工業出版社，2005.

[2]弓永軍.純水液壓控制閥關鍵技術研究[C].浙江大學，2005.

[3]謝偉，周華，等.先導式純水溢流閥的研究[J].液壓氣動與密封，2004（4）：14-16.

[4]張鐵華，楊友勝，李壯云.二級節流式閥口的設計及實驗研究.液壓與氣動，2001（11）：12～15.

[5]宋鴻堯，丁忠堯，等.液壓閥設計與計算[M].北京：機械工業出版社，2009.

作者簡介：夏立超（1988-），男，漢族，山東臨沂人，畢業于中國海洋大學工程學院，研究方向：液壓元器件的設計研究。endprint