先導式溢流閥 先導型溢流閥 Pilot-operated Pressure Relief Valve 先導型溢流閥有多種結構。圖6.9所示是一種典型的三節同心結構先導型溢流閥,它由先導閥(Pilot Valve)和主閥(Main Valve)兩部分組成。該閥原理如圖6.10所示。 圖中,錐式先導閥1、主閥芯上的阻尼孔(固定節流孔)5及調壓彈簧9一起構成先導級半橋分壓式壓力負反饋控制,負責向主閥芯6的上腔提供經過先導閥穩壓后的主級指令壓力P2。主閥芯是主控回路的比較器,上端面作用有主閥芯的指令力P2A2,下端面作為主回路的測壓面,作用有反饋力P1A1,其合力可驅動閥芯,調節溢流口的大小,最后達到對進口壓力P1進行調壓和穩壓的目的。 圖6.9 YF型三節同心先導型溢流閥結構圖(管式) 1—錐閥(Pilot Valve)(先導閥);2—錐閥座(Poppet Seat);3—閥蓋(Valve Cap);4—閥體(Valve Body);5—阻尼孔(Orifice);6—主閥芯(Main Spool);7—主閥座(Main Valve Seat);8—主閥彈簧(Main Spring);9—調壓(Adjustment Spring) (先導閥)彈簧 工作時,液壓力同時作用于主閥芯及先導閥芯的測壓面上。當先導閥1未打開時,閥腔中油液沒有流動,作用在主閥芯6上下兩個方向的壓力相等,但因上端面的有效受壓面積A2大于下端面的有效受壓面積A1,主閥芯在合力的作用下處于最下端位置,閥口關閉。當進油壓力增大到使先導閥打開時,液流通過主閥芯上的阻尼孔5、先導閥1流回油箱。由于阻尼孔的阻尼作用,使主閥芯6所受到的上下兩個方向的液壓力不相等,主閥芯在壓差的作用下上移,打開閥口,實現溢流,并維持壓力基本穩定。調節先導閥的調壓彈簧9,便可調整溢流壓力。 圖6.10 三節同心先導型溢流閥原理圖 從圖(6.9)可以看出,導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,先導級的控制壓力p2≈0;主閥芯在很小的液壓力(基本為零)作用下便可向上移動,打開閥口,實現溢流,這時系統稱為卸荷。若K口接另一個遠離主閥的先導壓力閥(此閥的調節壓力應小于主閥中先導閥的調節壓力)的入口連接,可實現遠程調壓。 圖6.11 二節同心先導型溢流閥(板式) 1—主閥芯;2、3、4,阻尼孔;5—先導閥座;6—先導閥體; 7—先導閥芯;8—調壓彈簧;9—主閥彈簧;10—閥體 圖6.11所示為二節同心先導型溢流閥的結構圖,其主閥芯為帶有圓柱面的錐閥。為使主閥關閉時有良好的密封性,要求主閥芯1的圓柱導向面和圓錐面與閥套配合良好,兩處的同心度要求較高,故稱二節同心。主閥芯上沒有阻尼孔,而將三個阻尼孔2、3、4分別設在閥體10和先導閥體6上。其工作原理與三節同心先導型溢流閥相同,只不過油液從主閥下腔到主閥上腔,需經過三個阻尼孔。阻尼孔2和4相串聯,相當三節同芯閥主閥芯中的阻尼孔,是半橋回路中的進油節流口,作用是使主閥下腔與先導閥前腔產生壓力差,再通過阻尼孔3作用于主閥上腔,從而控制主閥芯開啟。阻尼孔3的主要作用是用以提高主閥芯的穩定性,它的設立與橋路無關。 先導型溢流閥的導閥部分結構尺寸較小,調壓彈簧不必很強,因此壓力調整比較輕便。但因先導型溢流閥要在先導閥和主閥都動作后才能起控制作用,因此反應不如直動型溢流閥靈敏。 與三節同心結構相比,二節同心結構的特點是:①主閥芯僅與閥套和主閥座有同心度要求,免去了與閥蓋的配合,故結構簡單,加工和裝配方便。②過流面積大,在相同流量的情況下,主閥開啟高度小;或者在相同開啟高度的情況下,其通流能力大,因此,可做得體積小、重量輕。③主閥芯與閥套可以通用化,便于組織批量生產。
常用的溢流閥按其結構形式和基本動作方式可歸結為直動式和先導式兩種。
(1) 直動式溢流閥
直動式溢流閥是依靠系統中的壓力油直接作用在閥芯上與彈簧力等相平衡,以控制閥芯的啟閉動作,圖 (a)所示是一種低壓直動式溢流閥,P是進油口,T是回油口,進口壓力油經閥芯4中間的阻尼孔g作用在閥芯的底部端面上,當進油壓力較小時,閥芯在彈簧2的作用下處于下端位置,將P和T兩油口隔開。當油壓力升高,在閥芯下端所產生的作用力超過彈簧的壓緊力F。此時,閥芯上升,閥口被打開,將多余的油液排回油箱,閥芯上的阻尼孔g用來對閥芯的動作產生阻尼,以提高閥的工作平衡性,調整螺帽1可以改變彈簧的壓緊力,這樣也就調整了溢流閥進口處的油液壓力p。
(a)
低壓直動式溢流閥(a)結構圖 ( b)職能符號圖
1—螺帽2—調壓彈簧3—上蓋4—閥芯5—閥體
溢流閥是利用被控壓力作為信號來改變彈簧的壓縮量,從而改變閥口的通流面積和系統的溢流量來達到定壓目的的。當系統壓力升高時,閥芯上升,閥口通流面積增加,溢流量增大,進而使系統壓力下降。溢流閥內部通過閥芯的平衡和運動構成的這種負反饋作用是其定壓作用的基本原理,也是所有定壓閥的基本工作原理。由式可知,彈簧力的大小與控制壓力成正比,因此如果提高被控壓力,一方面可用減小閥芯的面積來達到,另一方面則需增大彈簧力,因受結構限制,需采用大剛度的彈簧。這樣,在閥芯相同位移的情況下,彈簧力變化較大,因而該閥的定壓精度就低。所以,這種低壓直動式溢流閥一般用于壓力小于2.5MPa的小流量場合,圖 (b)所示為直動式溢流閥的圖形符號.由 (a)還可看出,在常位狀態下,溢流閥進、出油口之間是不相通的,而且作用在閥芯上的液壓力是由進口油液壓力產生的,經溢流閥芯的泄漏油液經內泄漏通道進入回油口T。 溢流閥是利用被控壓力作為信號來改變彈簧的壓縮量,從而改變閥口的通流面積和系統的溢流量來達到定壓目的的。當系統壓力升高時,閥芯上升,閥口通流面積增加,溢流量增大,進而使系統壓力下降。溢流閥內部通過閥芯的平衡和運動構成的這種負反饋作用是其定壓作用的基本原理,也是所有定壓閥的基本工作原理。
定壓溢流作用:在定量泵節流調節系統中,定量泵提供的是恒定流量。當系統壓力增大時,會使流量需求減小。此時溢流閥開啟,使多余流量溢回油箱,保證溢流閥進口壓力,即泵出口壓力恒定(閥口常隨壓力波動開啟)。
穩壓作用:溢流閥串聯在回油路上,溢流閥產生背壓,運動部件平穩性增加。
系統卸荷作用:在溢流閥的遙控口串接溢小流量的電磁閥,當電磁鐵通電時,溢流閥的遙控口通油箱,此時液壓泵卸荷。溢流閥此時作為卸荷閥使用。
安全保護作用:系統正常工作時,閥門關閉。只有負載超過規定的極限(系統壓力超過調定壓力)時開啟溢流,進行過載保護,使系統壓力不再增加(通常使溢流閥的調定壓力比系統最高工作壓力高10%~20%)。
實際應用中一般有:作卸荷閥用,作遠程調壓閥,作高低壓多級控制閥,作順序閥,用于產生背壓(串在回油路上)。
溢流閥一般有兩種結構:1、直動型溢流閥 。2、先導式溢流閥。
對溢流閥的主要要求:調壓范圍大,調壓偏差小,壓力振擺小,動作靈敏,過載能力大,噪聲小。
先導式溢流閥的工作原理,其主閥芯為帶有圓柱面的錐閥。為使主閥關閉時有良好的密封性,要求主閥芯1的圓柱導向面和圓錐面與閥套配合良好,兩處的同心度要求較高,故稱二節同心。主閥芯上沒有阻尼孔,而將三個阻尼孔2、3、4分別設在閥體10和先導閥體6上。
溢流閥的工作原理及分類
溢流閥的用途
定壓溢流作用:在定量泵節流調節系統中,定量泵提供的是恒定流量。當系統壓力增大時,會使流量需求減小。此時溢流閥開啟,使多余流量溢回油箱,保證溢流閥進口壓力,即泵出口壓力恒定(閥口常隨壓力波動開啟)。
安全保護作用:系統正常工作時,閥門關閉。只有負載超過規定的極限(系統壓力超過調定壓力)時開啟溢流,進行過載保護,使系統壓力不再增加(通常使溢流閥的調定壓力比系統最高工作壓力高10%~20%)。
作卸荷閥用
作遠程調壓閥
作高低壓多級控制閥
作順序閥
用于產生背壓(串在回油路上)。
1、直動型溢流閥
1)、錐閥式直動型溢流閥
錐閥式直動型溢流閥
圖示為錐閥式直動型溢流閥。錐閥2的左端設有偏流盤1托住彈壓彈簧5,錐閥右端有一阻尼活塞3(阻尼活塞一方面在錐閥開啟或閉合時起阻尼作用,用來提高錐閥工作的穩定性;另一方面用來保證錐閥開啟后不會傾斜)。進口的壓力油(壓力為P)可以由此活塞的徑向間隙進入活塞底部,形成一個向左的液壓力F=P·A(A為活塞底部面積)。當作用在底部的液壓力F大于彈簧力時,錐閥閥口打開,油液由錐閥口經回流口溢回油箱。只要閥口打開,有油液流經溢流閥,溢流閥入口的壓力就基本保持恒定。通過調節桿4來改變調壓彈簧5的預緊力Ft,即可調整溢流壓力。
錐閥開啟后,(5-21)
式中,K、X0分別為彈簧剛度和預壓縮量(m);G為閥芯自重(閥芯垂直安放時考慮自重,水平安放時不考慮自重)(N);Ff為閥芯與閥套間的摩擦力(方向與閥芯運動的方向相反)(N);F5為穩態液動力,由于阻尼活塞與錐閥連接處為錐面,且與錐閥對稱,因此在錐閥開啟時進油流與出油流的穩態液動力相互平衡,所以F5=0;Fj為射流力,在錐閥端部的偏流盤上開有一個環形槽,用以改變錐閥出流口的液流方向,產生一個與彈簧力方向相反的射流力,當通過溢流閥的流量增加時,雖然因為錐閥閥口增大引起彈簧力增加,但由于與彈簧力方向相反的射流力同時增加,結果抵消了彈簧力的增量,即。
考慮到F5=0和Fj=Kx,則式(5-21)變成
(5-22)
由式(5-22)可知,這種閥的進口壓力P不受流量變化的影響,即P不受閥口開度x大小的影響。被控壓力P變化很小,定壓精度高。
2)、球閥式直動型溢流閥
球閥式直動型溢流閥
圖示為球閥式直動型溢流閥。它也有一個阻尼活塞3,但與錐閥式結構不同,活塞與球閥1之間不是剛性連接,而是通過阻尼彈簧4使活塞與球閥接觸(活塞兩端的液壓力平衡)。由于活塞的阻尼作用,可使始終與活塞相連接的球閥運動平穩。
(Pa) (5-23)
式中,A為球閥座孔面積(m2);K1、K2分別為主彈簧2和阻尼彈簧4的剛度(N/m);x10、x20分別為主彈簧2和阻尼彈簧4的預壓縮量(m);x為球閥開口量(m)。由式(5-23)可知,由于增加了阻尼彈簧,相當于主彈簧的剛度增大了K2、預壓縮量減小了K2x20/K1,有利于提高閥的靜特性。
2、先導型溢流閥
由主閥和先導閥兩部分組成。先導閥類似于直動型溢流閥,但一般多為錐閥(或球閥)形閥座式結構。主閥可分為一節同心結構、二節同心結構和三節同心結構。
圖一、先導型溢流閥
圖1為先導型溢流閥。由于主閥芯6與閥蓋3、閥體4與主閥座7等三處有同心配合要求,故屬于三節同心結構。壓力油自閥體4中部的進油口P進入,并通過主閥芯6上的阻尼孔5進入主閥芯上腔,在油閥蓋3上的通道a和錐閥座2上的小孔作用與錐閥1上。當進油口的壓力p1小于先導閥調壓彈簧9的調定值時,先導閥關閉,而且由于主閥芯上、下兩側有效面積比(A2/A1)為1.03~1.05,上側稍大,作用與主閥芯上的壓力差和主閥彈簧力均使主閥口閉緊,不溢流。當進油壓力超過先導閥的調定壓力時,先導閥被打開,造成資金油口P井主閥芯阻尼孔5、先導閥口、主閥芯中心孔至閥體4下部出油口(溢流口)O的流動。阻尼孔處的流動損失使主閥芯上、下腔中的油液產生一個隨先導閥流量增加而增加的壓力差,當它在主閥芯上、下作用面上產生的總壓力差足以克服主閥彈簧力、主閥自重G和摩擦力Ff時,主閥芯開啟。此時進油口P與出油口(溢流口)O直接相通,造成溢流以保持系統壓力。
圖2、二節同心先導型溢流閥的結構圖
圖2為二節同心先導型溢流閥的結構圖,其主閥芯為帶有圓柱面的錐閥。為使主閥關閉時有良好的密封性,要求主閥芯1的圓柱導向面和圓錐面與閥套配合良好,兩處的同心度要求較高,故稱二節同心。主閥芯上沒有阻尼孔,而將三個阻尼孔2、3、4分別設在閥體10和先導閥體6上。其工作原理與三節同心先導型溢流閥相同,只不過油液從主閥下腔到主閥上腔,需經過三個阻尼孔。阻尼孔2和4只主閥下腔與先導閥前腔產生壓力差,在通過阻尼孔3作用于主閥上腔,從而控制主閥芯開啟。阻尼孔3還用以提高主閥芯的穩定性。溢流閥進出口壓力為
(Pa) (5-24)
式中,Ac為先導閥座孔的面積(m2);Ky、Kx分別為主閥和先導閥彈簧的剛度(N/m);y0、x0分別為主閥和先導閥的預壓縮量(m);y、x分別為主閥和先導閥閥口的開度(m);Ff為主閥與閥體間的摩擦力(N);G為主閥芯自重(N)。
1—錐閥(Pilot Valve)(先導閥);2—錐閥座(Poppet Seat);3—閥蓋(Valve Cap);4—閥體(Valve Body);5—阻尼孔(Orifice);6—主閥芯(Main Spool);7—主閥座(Main Valve Seat);8—主閥彈簧(Main Spring);9—調壓(Adjustment Spring) (先導閥)彈簧 工作時,液壓力同時作用于主閥芯及先導閥芯的測壓面上。當先導閥1未打開時,閥腔中油液沒有流動,作用在主閥芯6上下兩個方向的壓力相等,但因上端面的有效受壓面積A2大于下端面的有效受壓面積A1,主閥芯在合力的作用下處于最下端位置,閥口關閉。當進油壓力增大到使先導閥打開時,液流通過主閥芯上的阻尼孔5、先導閥1流回油箱。由于阻尼孔的阻尼作用,使主閥芯6所受到的上下兩個方向的液壓力不相等,主閥芯在壓差的作用下上移,打開閥口,實現溢流,并維持壓力基本穩定。調節先導閥的調壓彈簧9,便可調整溢流壓力。 圖6.10 三節同心先導型溢流閥原理圖 從圖(6.9)可以看出,導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,先導級的控制壓力p2≈0;主閥芯在很小的液壓力(基本為零)作用下便可向上移動,打開閥口,實現溢流,這時系統稱為卸荷。若K口接另一個遠離主閥的先導壓力閥(此閥的調節壓力應小于主閥中先導閥的調節壓力)的入口連接,可實現遠程調壓。 圖6.11 二節同心先導型溢流閥(板式) 1—主閥芯;2、3、4,阻尼孔;5—先導閥座;6—先導閥體; 7—先導閥芯;8—調壓彈簧;9—主閥彈簧;10—閥體 圖6.11所示為二節同心先導型溢流閥的結構圖,其主閥芯為帶有圓柱面的錐閥。為使主閥關閉時有良好的密封性,要求主閥芯1的圓柱導向面和圓錐面與閥套配合良好,兩處的同心度要求較高,故稱二節同心。主閥芯上沒有阻尼孔,而將三個阻尼孔2、3、4分別設在閥體10和先導閥體6上。其工作原理與三節同心先導型溢流閥相同,只不過油液從主閥下腔到主閥上腔,需經過三個阻尼孔。阻尼孔2和4相串聯,相當三節同芯閥主閥芯中的阻尼孔,是半橋回路中的進油節流口,作用是使主閥下腔與先導閥前腔產生壓力差,再通過阻尼孔3作用于主閥上腔,從而控制主閥芯開啟。阻尼孔3的主要作用是用以提高主閥芯的穩定性,它的設立與橋路無關。 先導型溢流閥的導閥部分結構尺寸較小,調壓彈簧不必很強,因此壓力調整比較輕便。但因先導型溢流閥要在先導閥和主閥都動作后才能起控制作用,因此反應不如直動型溢流閥靈敏。 與三節同心結構相比,二節同心結構的特點是:①主閥芯僅與閥套和主閥座有同心度要求,免去了與閥蓋的配合,故結構簡單,加工和裝配方便。②過流面積大,在相同流量的情況下,主閥開啟高度小;或者在相同開啟高度的情況下,其通流能力大,因此,可做得體積小、重量輕。③主閥芯與閥套可以通用化,便于組織批量生產。