液压控制阀的研究与设计.doc

1、液压控制阀的研究与设计 - 1 - 液压控制阀的研究与设计 第 1 章 绪论 液压技术作为一门新兴应用学科，虽然历史较短，发展的速度却非常惊人。液压设备能传递很大的力或力矩，单位功率重量轻，结构尺寸小，在同等功率下，其重量的尺寸仅为直流电机的 10%20%左右；反应速度快、准、稳；又能在大范围内方便地实现无级变速；易实现功率放大；易进行过载保护；能自动润滑，寿命长，制造成本较低。因此，世界各国均已广泛地应用在锻压机械、工程机械、机床工业、汽车工业、冶金工业、农业机械、船舶交通、铁道车辆和飞机、坦克、导弹、火箭、雷达等国防工业中。 液压传动设备一 般由四大元件组成，即动力元件 液压泵；执行元件

2、液压缸和液压马达；控制元件 各种液压阀；辅助元件 油箱、蓄能器等。 液压阀的功用是控制液压传动系统的油流方向，压力和流量；实现执行元件的设计动作以控制、实施整个液压系统及设备的全部工作功能。 1.1 液压技术的发展历史 液压传动理论和液压技术发展的历史可追溯 17 世纪，当时的荷兰人史蒂文斯（ Strvinus）研究指出，液体静压力随液体的深度变化，与容器的形状无关。之后托里塞勒 (Torricelli)也对流体的运动进行研究。 17 世纪末，牛顿对液 体的粘度以及浸入运动流动体中的物体所受的阻力进行了研究。 18 世纪中叶，伯努利提出的流束传递能量理论及帕斯卡提出的静压传递原理，使液压理论有

3、了关键性的进展。 1795 年英国伦敦的约瑟夫 .布拉默 (Joseph Bramah 17491814)创造了世界上第一台水压机 棉花、羊毛液压打包机。 1905 年，詹尼（ Janney）设计了一台带轴向柱塞泵的油压传动与控制装置，并于 1906 年成功地应用在弗吉尼亚号战舰的炮塔俯仰、转动机构中。1936 年，哈里 .威克斯（ Harry Vikers）提出了包括先导式溢流阀在内的些液 压控制元件有力地推动了液压技术的进步。 1958 年美国麻萨诸塞州理工学院的布莱克本（ Blackburn）、李诗颖创造了电液伺服阀，并于 1960 年发表了对液压技术有杰出贡献的论著 流体动力控制。 现

4、在由于微型计算机与液压技术日益密切的结合，对液压控制阀提出了更高、更新的要求，液压控制已开始形成了一个分支学科，继续不断不断地向高、精、尖的方向发展。 1.2 我国液压阀技术的发展概况 我国的液压工业及液压阀的制造，起始于第一个五年计划（ 19531957 年），期间，由于机床制造工业发展的迫切需求， 50 年代初期，上海机床厂、天津液压件厂常州工 学 院 - 2 - 仿造了苏联的各类低压泵、阀。 随后，以广州机床研究所为主，在引进消化国外中低压元件制造技术的基础上，自行设计了公称压力为 2.5MPa 和 6.3MPa 的中低压液压阀系统（简称广州型），并迅速投入大批量生产。 60 年代初期，

5、为适应液压工程机械从中低压向高压方向的发展，以山西榆次液压件厂为主，引进了日本油研公司的公称压力为 21MPa 的中高压液压阀系列，以及全部加工技术和制造、试验设备，并据此发展、设计成我国的中高压液压闪系统（简称榆次型）。 1968 年，当时的一机部组织有关单位 ，在公称压力 21MPa 液压阀的基础上，设计了我国一套公称压力为 31.5MPa 的高压阀系列，并投入批量生产。 为使产品实现标准化、通用化、系列化，我国于 1973 年再次组成 液压阀联合设计组 ， 在总结国产高压阀设计、生产经验的基础上，借鉴了国外同类产品的结构，性能、工艺特点，又增补了多种规格和新品种，并使国产阀的安装连接尺寸

6、首次符合国际标准。并于 1977 年正式完成了公称压力为 31.MPa 的高压阀新系列的设计。 1978 年起，通过全系列图纸的审查、试制、鉴定等工作，并在全国推广使用。 1982 年，通过了全系列的定型 工作。故上述产品简称为 82年联合设计型高压液压阀系列 。 为适应高压、大流量的液压传动要求，济南铸锻研究所、上海 704 研究所和北京冶金液压机械厂等单位，自 1976 年开始，还引进、消化和研制了二通插装阀（简称CV 阀），并在 80 年代初期，完成了自己的系列。二通插装阀作为不同于常规阀的另一类液压阀类，也正在开拓着它的使用范围。 此外，随着组合机床在机械制造行业中的广泛应用， 197

7、5 年，大连组合机床研究引进、消化、吸收和研制了叠加式液压阀。 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

8、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。（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 液压控制阀的研究与设计 - 3 - 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。 常州工 学 院 - 4 - 压力

9、控制阀直动式差动式三节同心式二节同心式滑阀式直动型先导型远程调压阀普通溢流阀电磁溢流阀三节同心式二节同心式卸荷溢流阀（单向溢流阀）溢流阀单向减压阀定差减压阀定比减压阀溢流阀直动型顺序阀先导型顺序阀顺序阀压力继电器第 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（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

10、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： 液压控制阀的研究与设计 - 5 - 名称控制方式改进序号公称通径调压范围(m m )B: 0 .5 7C : 3 .5 1 4H : 7 2 1K: 1 4 3 5H 1 : 0.6 8H 2 : 4 1 6H 3 : 8 2 0H 4 : 1

11、6 31 .5工厂代号溢流阀电磁溢流阀卸荷溢流阀减压阀远控溢流阀卸荷溢流阀平衡阀JD FJ FX2 FX4 FX3 FYF单向顺序阀远控单向顺序阀XY F顺序阀单向减压阀XD 1 FXD 2 FXD 3 FO、 H滑阀机能P- 法兰式B- 板式(M P a )L- 螺纹式D 、2 DE 、2 E名称结构代号公称压力调压范围溢流阀 ( 含远程高压阀 )电磁溢流阀卸荷溢流阀减压阀内控单向顺序阀外控顺序阀外控单向顺序阀JAJXXXAYF卸荷阀单点压力继电器HF内控顺序阀单向减压阀XAHPD滑阀机能(M Pa )双点压力继电器平衡阀2P DPH0、1、2、3、表示 0省略DEI 1 I 2O HYY控

12、制方式溢流阀、减压阀abcdabcabc0 .6 64168201 6 3 1 .50 .6 1 61 .6 4480 .6 6 .34201 6 3 1 .5顺序阀压力继电器P- 法兰式B- 板式(可省略）L- 螺纹式(M Pa )公称通径 (mm)2.2 我国常用的压力控制阀型号及意义表示 2.2.1 6.3MPa 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） 名称控制形式改进序号最大工作压力主要规格B对压力继电器压力(M Pa )对阀：流量（ L/ mi n )(M Pa )A= 1B= 2省略K= 0. 6L=1.6M= 4EYYIXX

13、IJPJX电磁溢流阀（交流）单向顺序阀液动顺序阀顺序阀单向减压阀减压阀低压溢流阀中压溢流阀 Y板式： B法兰式： F管式（省略）连接方式常州工 学 院 - 6 - DB型号总称安电磁阀= W不安电磁阀=(省略)先导型溢流阀=(省略)不带插入式主阀芯的先导阀= D B C （不标通径）带插入式主阀芯的先导阀= D B C (标通径10或32)远程调压阀= DBT (不标通径)通 径板式连接 螺纹连接订货说明8=10=16=20=25=32=-10-20308 1015202530(二位阀) 常闭= A常开= B板式连接=无标记螺纹连接= G调节手柄=1带保护罩的调节螺栓=2带锁的调节手柄=330

14、系列=30 调节压力（ X105Pa)矿物质液压油=无标记磷酸脂液压油= V30/控制油型式图形符号交流电压 220V 频率 5 0 H z= W 2 2 0 -5 0 h id直流电压24 V = G 24带内装式整流器的直流电磁铁（只 Z5 形插头可以用）= W220R无故障按钮=无标记有故障检查按钮= N方形插头= Z4大方形插头= Z 5带指示灯的大方形插头= Z5L更详细的说明先导式减压阀= DR ；不带通径主阀芯的先导阀：通径10 = D B C ,通径25 、32 = DRC (不 标通径和连接方式)；带主阀芯的先导阀= D R C ( 注明通径10 或32 、不注连接方式)公称

15、通径板式连接=无 标记；管式连接= G控制油供排方式：内供内排=无标记；外供内排= X; 内供外排= Y (泄漏油从 Y 口排出)； 外供外排=XY有单向阀=无 标记；没有单向阀= M 矿物质液压油=无 标记；磷酸脂液压液=V附加说明3 0 /调节手柄=1 ；带保护罩的调节螺栓=2 ；带锁的调节手柄=330 系列=3 0控制压力10 MP a= 10 0 ；控制压力31 .5 MP a= 31 52.2.4 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 液压控制阀的研究与设计 - 7 - DZ型号总称先导顺序阀= 无标记不带主阀芯的先导阀= C (不 标通径)通径（

16、 mm ）：10 =1 0 ；2 5= 25 ；3 2 = 3 230 系列= 3 0最高调节压力= 2 10 ( 1 05MP a )控制油供排方式：内供内排= 无标记；外供内排= X; 内供外排= Y( 泄漏油从 Y 口排出) ；外供外排= XY有单向阀= 无标记；没有单向阀= M 矿物质液压油= 无标记；磷酸脂液压液= V附加说明带主阀芯的先导阀= C (标 明通径1 0或 3 2 )调节手柄= 1 ；带保护罩的调节螺栓= 2 ；带锁的调节手柄= 33 0 / 210（ 3） 顺序阀 常州工 学 院 - 8 - PO OOP P(a ) (b ) (c ) (d )AAA-A(c)(d

17、)PT(a )(b )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-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

18、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 液压控制阀的研究与设计 - 9 - KPT遥控口进油口出油口P1aP2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得锥阀的力平衡方程

19、为： PA K( 0X +X )+G Ff +Fs Fj 即： P= K( 0X +X )+G Ff +Fs Fj/A (3-1) 式中 ： K、 0X 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） :F f 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 0X +G Ff )/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

20、。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 常州工 学 院 - 10 - 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

21、 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（ m2 ） ,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 Ft+G+F f 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： fy FGyyKAPAP )( 02211 )( 02 XXKAP xc 由上两式可得溢流阀进口压力为： )(1)( 010121 fycx FGyyKAXXAKAAP （ 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