毕业设计液压控制阀的研究与设计Word文件下载.docx

1、建国以来，我国液压行业及液压阀的制造生产，从无到有，发展很快，取得了巨大的成绩。但与国外同类产品相比，品种和性能指标还有较大差距。为了提高我国液压行业的综合素质，国家机械部制定了以下调整原则：A类重点发展产品（包括国产的电液伺服阀、比例阀和数字控制阀以及引进、消化德国力士乐公司的压力为21、35、63MPa，通径为632mm的三大类液压阀和我国自行开发的叠加阀、插装阀及GE系列阀等）；B类允许保留和过渡产品（包括目前应用面广、市场需求最大，一时尚无替代产品；国内70年代、80年代开发的，现在已成为主导产品，虽然技术上达不到国际80年代水平，但需要保留一段时间的产品。）C类限制发展和逐步淘汰产品

2、。（指水平低，性能差，耗能耗材的产品，不符合标准的落后产品，不符合标准的老产品，具体指我国50、60年代设计的广州型中低压系列，及与之相仿的早期产品。1.3 本课题的目的及研究范围 作为工科类院校，特别是机械专业，液压技术是一门必不可少的课程，但由于学科本身内容的复杂程度和教学条件的限制，不能轻易地使教师讲得清楚，学生听得明白。有监于此，本课将重点对液压控制阀部分进行理论研究，主要研究对象为溢流阀、减压阀和顺序阀。第2章压力控制阀的分类与型号 液压系统中，用来控制系统的压力、流量和液流方向的元件均称为液压控制阀，简称液压阀。液压阀品种繁多，规格复杂，按工作原理可划分为以下几种： 通断式控制元件

3、（即开关或定值控制阀）：这是常用的一类液压阀，又称普通液压阀。 伺服式控制元件：压力伺服阀、流量伺服阀等。 比例式控制元件：比例压力阀、比例流量阀和比例方向阀等。本章及后续几章将就常用压力控制阀进行详细论述。2.1压力控制阀的分类： 在液压传动系统中，液流的压力是最基本的参数之一，执行元件的输出力或输出扭矩的大小，主要由供给的液压力所决定。为了对油液压力进行控制，并实现和提高系统的稳压、保压、减压、调压等性能或利用压力变化实现执行机构的顺序动作等，根据油液压力和控制机构弹簧力相平衡的工作原理，人们设计制造了各种压力控制阀。常见种类如下：2.2我国常用的压力控制阀型号及意义表示 2.2.1 6.

4、3MPa以下中低压系列（广州型） 2.2.2中高压系列（榆次型）2.2.3高压系列（联合设计组）2.2.4 我国引进的德国力士乐公司压力阀系列:（1）溢流阀 （2） 减压阀（3） 顺序阀第3章 溢流阀3.1溢流阀的结构和工作原理溢流阀的基本功用是：当系统的压力达到或超过溢流阀的调定压力时，系统的油液通过阀口溢出一些，以维持系统压力近于恒定，防止系统压力过载，保障泵、阀和系统的安全，此时的溢流阀常称为安全阀或限压阀。溢流阀的根据结构可分为直动型和先导型两种。3.1.1直动型溢流阀 图3-1 直动型溢流阀结构简图 （a）锥阀式 （b）球阀式 （c）滑阀式 （d）溢流阀的基本符号 1-调压螺栓 2-

5、弹簧 3-阀芯 4-阀体（含阀座） 锥阀式和球阀式又叫座阀式溢流阀，特点是动作灵敏，密封性能好，配合没有泄漏间隙，但导向性差，冲击性较强，阀座阀芯易损坏。滑阀式由于阀口有一段密封搭合量，稳定性较好，不易产生自激振动，但动作反应较慢。 下面以锥阀式DBD直动型溢流阀为例说时其工作原理：图3-2 锥阀式DBD直动型溢流阀（插装式）（a）结构图 （b）局部放大图 （c）简化符号 （d）详细符号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（1）工作原理: 设弹簧预紧力为Ft,活塞底部面积为A则：当PA Ft时,阀口打开,PT,稳压溢流或安全保护。锥阀开启后,由1得锥

6、阀的力平衡方程为： PAK（+）+G F+Fs Fj即： P= K（+Fs Fj/A （3-1）式中 ： K、分别为弹簧刚度和预压缩量（m）;G为阀芯自重（水平时不考虑）:为阀芯与阀套间的摩擦力（N）；Fs为稳态液动力（N）；Fj为射流力（N）。此处 Fs=0, Fj=KX（N） P=（ K+G ）/A （3-2）（2） 调压原理：调节调压螺帽改变弹簧预压缩量,便可调节溢流阀调整压力。（3） 特点：从式（3-2）可知这种阀的进口压力P不受流量变化的影响,被控力P变化很小,定压精度高。但由于Ft直接与PA平衡,若 P较高,Q较大时,K就相应地较大,不但手调困难,且Ft略有变化,p变化较大,所以一

7、般用于低压小流量场合。3.1.2 先导式溢流阀 先导阀 -直动式锥阀，硬弹簧。（1）组成 : 带有导向圆锥面的锥阀（二级同心式）和软弹簧 主阀 滑阀和软弹簧。 带有多节导向圆锥面的锥阀（三级同心式）和软弹簧图3-3 YF型三节同心先导溢流阀（板式）1、阀体 2、主阀座 3、主阀芯 4、阀盖（先导阀体）5、先导阀座 6、先导阀锥式阀芯 7、调压弹簧 8、调节杆 9、调压螺栓 10、手轮 11、主阀弹簧先导型溢流阀的先导阀是一个小规格的锥阀式直动溢流阀，其弹簧用于调定主阀部分的溢流压力。主阀的弹簧不起调压作用，仅是为了克服摩擦力使主阀芯及时回位而设置。（2） 工作原理：设Ac为先导阀阀座孔面积（m

8、）,Fx、Kx为先导阀弹簧预紧力、刚度,Ft、G、Ff、Ky为主阀弹簧预紧力、自重、摩擦力。当P2Ac Fx时,导阀打开,主阀两端产生压差:p当 p 时,主阀打开稳压溢流或安全保护。由1得主阀芯和导阀的力平衡方程分别为：由上两式可得溢流阀进口压力为： （Pa）（3-3）调压原理：调节调压螺帽,改变硬弹簧力,即可改变压力。特点: 溢流阀稳定工作时,主阀阀芯上部压力小于下部压力。 即使下部压力较大,因有上部压力,弹簧可做得较软,流量变化引起阀心位置变化时,弹簧力的变化量较小,压力变化小。又 调压弹簧调好后,上部压力为常数。 压力随流量变化较小,克服了直动式溢流阀的缺点。还 先导阀的溢流量仅为主阀额

9、定流量的1%左右 先导阀阀座孔的面积AC、开口量x、调压弹簧刚度KX都不必很大 先导型溢流阀广泛用于高压、大流量场合。3.2溢流阀的主要性能3.2.1静态特性：（1） 压力调节范围定义：调压弹簧在规定范围内调节时，系统压力平稳（压力无突跳及迟滞现象）上升或下降最大和最小调定压力差值。（2）启闭特性溢流阀从开启到闭合全过程的被控压力p与通过溢流阀的溢流量q之间的关系。 一般用溢流阀处于额定流量、额定压力Ps时，开始溢流的开启压力Pk和停止溢流的闭合压力P分别与Ps的百分比来表示。开启压力比：=（Pk/Ps）100% 闭合压力比：=（ P/Ps）两者越大及越接近,溢流阀的启闭特性越好。一般规定：开

10、启压力比应不小于90%，闭合压力比应不小于85%，其静态特性较好。（3） 卸荷压力：当溢流阀作卸荷阀用时，额定流量下进、出油口的压力差称为卸荷压力。（4） 最大允许流量和最小稳定流量：溢流阀在最大允许流量（即额定流量）下工作时应无噪声。3.2.2动态特性（1）压力超调量：最大峰值压力与调定压力的差值。（2）响应时间：指从起始稳定压力与最终稳态压力之差的10%上升到90%的时间。（即图3-4中A、B两点的间的时间间隔）（3）过渡过程时间：指从调定压力到最终稳态压力的时间。（即图3-4中B点到C点间的时间间隔）（4）升压时间：指溢流阀自卸荷压力上升至稳定调定压力所需时间。（即图3-5的t1）（5）

11、卸荷时间：指卸荷信号发出后由稳态压力状态到卸荷压力状态所需的时间。（即图3-5中的t2）图3-4流量阶跃变化时溢流阀的进口压力响应特性图3-5溢流阀升压与卸荷特性3.2.3先导型溢流阀的静态特性分析：以本次设计中绘制型溢流阀为例：具体尺寸见相关装配图及零件图。 （1）开启过程：设额定排放压力pn=16MPa，开启压力pk=14MPa，先导阀弹簧刚度为Kx=2mm、预压缩量为X0=mm，主阀弹簧刚度y20N/mm、预压缩量y0=40mm额定流量qn=120L/min，主阀芯与阀孔间的摩擦力为Ff，上、下腔的液压力分别为p2和p1，而其上下有效作用面积分别为A2和A1A2=1055 mm2； A1

12、=1016 mm2=1.04 （符合在1.031.05 之间的条件）主阀芯自重为：G=mg=0.189.8=1.764N，先导阀孔座面积为：Ac=14.85 mm2稳态时的主阀开度y=0.4mm，则：A. 当液压系统压力p1低于先导阀的开启压力pk时，先导阀保持关闭。根据1此时主阀芯受力条件为A1 p1 A2 p1+Kyy0+G+Ff （3-4）式中KX、Ky分别为先导阀弹簧和主阀弹簧的刚度（N/m）；X0、y0分别为先导阀弹簧和主阀弹簧的预压缩量（m）。此时阀口仍关闭。B. 当系统压力上升到先导阀的开启压力时，先导阀处于即将开启但未开启的状态，主阀芯受力关系仍为式（3-4）C. 当系统压力升

13、高超过先导阀开启压力时，先导阀打开，液压油经由阻尼孔流向先导阀再流回油箱。此时主阀芯上下两腔将产生压力差，但尚未到达足以抬升主阀芯的程度，根据1主阀芯的受力方程为：A1 p1q A2 p2q+Kyy0+G+Ff （3-5）D. 当系统压力上升到主阀开启压力时，通过阻尼孔的流量增大，产生的压力差使主阀芯处于平衡状态：根据1有力平衡方程：A1 p1n = A2 p2n + Kyy0+G+Ff （3-6） 图3-6 先导型溢流阀示意图E. 当系统压力高于主阀开启压力时，主阀开启，根据1其受力为= A2 p2+Ky（y0+y）+G+Ff （3-7）式中，y 为主阀口的开度（m）；为液体入射角，近似等于

14、维阀半维角=38.5（0）；D1=16为主阀座孔直径（m）; 根据7主阀口流量系数C1=0.77.8（取.8）为。F. 当系统压力升到调定压力时，阀内通过额定流量，根据1此时主阀芯受力方程为：= A2 p2n+Ky（y0+y）+G+Ff （3-8）到此，溢流阀开启完成。（2） 闭合过程：其过程与开启过程相反，但各关键点相似，不同的是由于摩擦力方向改变，造成阀口的关闭压力比相应的开启压力要小。（3） 静态特性关系式先导型溢流阀在稳态溢流条件下，满足下列关系式：A.根据1，主阀口出流方程式为（m3/s） （3-9）式中，p1为受控压力（a），油液密度=900（kg/m3）,其他参数意义同前。.主阀

15、芯受力平衡方程式： A2 p2Ky（y0+y）+GFf（）（3-10）式中，Ff开启时取正号，闭合时取负号；其余参数意义同前。C. 通过主阀芯阻尼孔的流量方程式：阻尼孔结构为细长孔，根据3其流量q= （m3/s） （3-11）式中阻尼孔截面积A0=0.785（m2）; 根据3阻尼孔的流量系数C=0.82。D. 先导阀口出流方程式根据1有： （m3/s） （3-12）式中，根据3先导阀流量系数C2=0.77，先导阀阀座孔直径d=4 （mm）;x为先导阀阀口的轴向开度（m）；先导阀芯的半锥角=20（0）。E. 先导阀芯受力平衡方程式根据1有：Ac p2Kx（x0+x）（） （3-13）式中，各参数

16、意义同前。（4） 溢流阀内泄漏量：根据10按偏心环状缝隙的流量公式来计算： q= （cm3/s） （3-14）式中，主阀芯直径 D=4（cm）主阀芯直径与阀体间的单边配合间隙 r=0.005（cm）公称压力 Pg=16Mpa=16/0.09807163.15（kgf/cm2）油液动力粘度 （kgf.s/cm2）主阀芯与阀体的配合长度 =1.5（cm）处均压槽数 Z=7均压槽宽 B=0.05（cm）则：=1.7610-3 （cm3/s）3.3溢流阀的基本应用（1） 稳压溢流回路：溢流阀和定量泵、节流阀并联，阀口常开。（如图3-7所示）在采用定量泵的液压系统中，溢流阀与节流元件及负载并联，泵的供油

17、量大于节流阀通道的需求量，此时，溢流阀作定压阀使用，阀口常开，使多余的油液回油箱，以保持节流阀进口的系统压力基本为恒定值。（2） 安全限压回路：溢流阀和变量泵组合，正常工作时阀口关闭,过载时打开压力油经阀口回油箱，油压不再升高,起安全保护作用,故又称安全阀。（如图3-8所示）图3-7稳压溢流回路 图3-8 安全限压回路（3）远程调压回路：将先导式溢流阀的远程控制口K接远程调压阀进油口，并 p远程 p主调（如图3-9所示）（4）系统卸荷回路：溢流阀和二位二通阀组合（先导式）（如图3-10所示）将先导式溢流阀的遥控口K通过二位二通电磁换向阀直接与油箱连接，当换向阀的P、O口处于联通状态时，系统卸荷

18、（5）多级调压回路（如图3-11所示）（6）形成背压图3-9远程调压回路 图3-10系统卸荷回路图3-11多级调压回路第4章 减压阀减压阀是一种将出口压力调节到低于进口压力的控制阀。用于减低系统中某一分支液压油路的压力，以满足液压设备执行元件的需要，常见于各种液压控制系统、夹紧系统、辅助系统及润滑系统中。根据减压阀的工作特点，可分为：定压输出减压阀、定差减压阀、定值减压阀。4.1 减压阀和结构及工作原理4.1.1定压输出减压阀减压原理：利用油液在某个地方的压力损失，使出口压力低于进口压力，并保持 恒定，故称定值减压阀。（1） 出口压力控制式先导型定压输出减压阀结构如下：图4-1 定压输出减压阀

19、（a）结构 ；（b）先导型定压输出减压阀符号； （c）一般符号1-调压手轮；2-调节螺钉；3-锥阀；5-阀盖；6-阀体；7-主阀；8-端盖9-阻尼孔； 10-主阀弹簧； 11-高压弹簧工作原理：液压油由进口P1经减压口变为P2，再经通道进入主阀7下腔，再经阻尼孔9进入主阀上腔和先导阀前腔，然后通过锥阀座4中的阻尼孔后作用在锥阀3上。设A、Ac分别为主阀和先导阀有效作用面积（）；Kx、Ky分别为先导阀和主阀 弹簧刚度（N/m）；X0 、X分别为先导阀弹簧预压缩量和开口量（m）；Y0、Y、Ymax分别为主阀弹簧预压缩量、主阀开口量和最大开口量（m）,则：当： P3AcFt时，先导阀关闭，主阀上下两

20、端不产生压力差Ft时，先导阀打开，主阀上下两端产生压力差，主阀芯提升，起减压作用忽略稳态液动力时，根据1先导阀和主阀的力平衡方程为： （4-1） （4-2） 所以，出口压力：P2= （4-3）又 X，Y,Ky很小 C（常数） P2= （4-4）调节调压弹簧，改变硬弹簧力，即可改变出口压力。特点： 在减压阀出口油液不再流动时，由于先导阀卸油仍未停止，减压口仍有油液流动，阀就处于工作状态，出口压力也就保持调定压力不变。（2）进口压力控制式先导型定压减压阀 结构如下图图4-2 DR2030型定压输出减压阀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、先导阀芯 8

21、、调压弹簧 I、固定阻尼 II、可变阻尼设A、Ac分别为主阀和先导阀有效作用面积（m2）；Kx、Ky分别为先导阀和主阀弹簧刚度（N/m）；X0、X分别为先导阀弹簧预压缩量和开口量（m）；Ft时，先导阀打开，主阀上下两端产生压力差，主阀芯提升，起减压作用,单向阀在出口压力有冲击时可迅速开启卸荷。主阀芯力平衡方程： （4-5）又 Y （4-6）与溢流阀比较： 溢流阀 减压阀 A 保持进口压力不变 出口压力 B 内部回油 外部回油 C阀口常闭 阀口常开 D阀心二凸肩 阀心三凸肩 C 一般并联于系统 一般串联于系统4.1.2 定差减压阀利用油液在某个地方的压力损失，使进出口压差或出口压力与某一负载压力

22、之差为常数并保持恒定，故称定差减压阀图4-3 定差减压阀 （a）工作原理； （b）符号高压油P1经节流口减压后以低压P2流出，同时低压油经阀芯中心孔将压力P2传至阀芯上腔，其进出油压在阀芯有效作用面积上的压力与弹簧力相平衡根据1有：P= （Pa） （4-7）式中，K、X0分别为弹簧刚度（N/m）和预压缩量（m）;P1、P2、X、D和d如图4-3所示。应用： 与节流阀组合作调速阀，使通过节流阀的流量基本不受外界负载影响。4.1.3 定比减压阀利用油液在某个地方的压力损失，使进出口压差或出口压力与某一负载压力之比为常数并保持恒定，故称定比减压阀。高压油P1经过减压口后从以P2流出，同时低压油作用于

23、阀芯上腔，若忽略刚度很小的弹簧力，则有近似的阀芯平衡方程式：由上式可知道只要选择适当的大小柱塞的直径比，即可获得所需的进、出口压力比。图4-4定比减压阀 （a）、工作原理；（b）、符号4.2 减压阀的主要性能（1） 调压范围（2） 压力特性（3） 流量特性4.3 减压阀的基本应用：减压或稳压图4-5是一种常见的减压回路，图中系统的最大工作压力由溢流阀4加以调节，主油路是油液从泵5经顺序阀3通过电液换向阀的主通道去执行部件。电液换向阀2的控制用低压油、由减压阀1将主油路的部分油液减压后供给。这样右节省一只低压供油泵。当换向阀使主油路卸荷时（图示状态），为避免减压阀进口油压力为零（即无减压油输出），从而不能控制换向阀动作，所以在系统中接入顺序阀3以产生背压。图4-5 减压回路图4-6 锁紧系统中的单向减压回路如图4-6所示，系统中仅有一台高压泵，但侧