螺纹插装式差动溢流阀的研制

                             螺纹插装式差动溢流阀的研制
            Developing of Differential Relief Ⅴalve of Threaded Cartridge

                            侯明亮、毛恩荣,任显云
              (1莱阳农学院工程学院,山东莱阳; 2中国农业大学北京)

    摘要:介绍了一种结构新颖、启闭特性好、调压偏差小、调压精度高、响应速度快、通流能力强、泄漏少、整个体积也小、安装简捷方便、适合于激光平地机液压控制装置使用的螺纹插装式差动溢流阀。
    关键词: 溢流阀;差动结构;动态特性。
1、引言
    螺纹插装阀是近几年来在液压领域发展起来的新技术,由于螺纹插装阀不带阀体,当插装阀装入具有标准阀孔的集成阀块时,阀块体既成为插装阀的公共阀体,又起连接管道的作用,因此,螺纹插装阀具有结构紧凑、安装方便、密封性好等优点,在工程机械、农业机械、汽车和其他车辆等领域获得广泛应用。
    溢流阀是通过阀口的溢流,调整系统工作压力近于恒定的压力控制阀。在液压系统中,溢流阀可起到稳压溢流、过载安全保护、卸载、背压、多级调压的作用,是液压系统中一种至关重要的压力控制阀。
     溢流阀按结构和工作原理不同,可分为直动式溢流阀和先导式溢流阀。虽然直动式溢流阀具有结构简单、灵敏度高等优点,但压力受溢流量变化的影响较大,调压偏差大,高压时,要求调压弹簧具有很高的刚度。先导式溢流阀虽然克服了直动式溢流阀的缺点,但结构复杂,不适宜集成式安装。因此有必要研制一种工作性能好、安装简捷方便、适合于激光平地机液压控制装置使用的螺纹插装式溢流阀。
2、差动式溢流阀的结构及工作原理
    差动式溢流阀的工作原理如图1所示。溢流阀封盖3与溢流阀外套4间采用管螺纹联接,与调整螺柱1间采用普通螺纹联接,调整螺柱1与溢流阀外套4间采用0形密封圈密封,避免了油液的外泄漏。溢流阀外套4与阀套8间采用螺纹联接,并用0形密封圈密封。阀芯8采用锥阀式结构,与阀套8采用线接触,故密封性好,无泄漏。为了避免阀芯8在运动过程中承受不平衡的径向力而产生液压卡紧现象,在其表面上加工了3条均压槽。阀芯6的中间为直径很小的细长孔,在工作过程中对阀芯的运动形成阻尼,利用该阻尼形成的压力差的反馈作用使阀芯运动稳定工作在平衡点附近,从而可避免阀芯产生振动,降低噪声,同时也防止了调压弹簧腔形成封闭油室而影响阀芯的运动。但其直径也不能过小,否则会影响阀芯动作的速度。

                        图1：溢流阀的工作原理示意图
    该溢流阀的调整压力由调整螺柱1调整,并由螺母2锁紧。当进口压力P1低于调压弹簧的设定压力时,阀芯6在弹簧力的作用下处于右端位置,阀口关闭。当阀的进口压力高于调压弹簧的设定压力时,阀芯6左移,阀口打开,溢流阀溢流,弹簧力随着开口量的增大而增大,直至与液压作用力相平衡。
    如果忽略阀芯自重、作用在阀芯上的轴向稳态液动力和摩擦阻力,且不考虑油液的可压缩性,则阀芯的受力平衡方程式为:

    由于阀芯采用差动式结构,故d1-d2可很小。在溢流阀的额定压力一定时,可取较低刚度的调压弹簧,而x0远远大于x,因此,溢流量变化对系统压力的影响很小。由此可见,当溢流量变化时,差动式溢流阀的进口压力基本保持恒定。
  3、差动式溢流阀的性能特性分析
    1)、启闭特性
   溢流阀的启闭特性主要与弹簧刚度、阀芯活塞直径,阀芯上下腔面积差有关。由于差动式溢流阀的弹簧刚度低、阀芯的受压面积小,使阀通过大流量而启闭特性曲线很陡,因此具有良好的启闭特性。
    2)、压力调整范围
   溢流阀的压力调整范围表示它可以使用的压力范围。根据激光平地机液压控制系统的要求,研制的差动溢流阀的压力调节范围为8-14MPa,它是通过调整螺柱的位置改变弹簧的预压缩量来实现的。
    3)、动态特性
   图2为差动溢流阀动态特性实验原理图,根据此原理图建立实验台对溢流阀的动态特性进行了测试,测试步骤如下:

图2 差动溢流阀实验原理图

① 调整安全阀的开启压力,保证在动态测试时安全阀不能漏油和开启。
② 将溢流阀的设定压力调整为规定的值,调整时,阀6处于关闭状态。然后使阀6开启,调整节流阀7A,使系统压力为起始压力,一般不高于最终稳态压力的20%。
③ 二位二通电磁阀6突然关闭,在被试阀与油源之间的封闭油路中产生一个选定的压力飞升速率的压力突变。由压力传感器测出压力响应曲线如图3所示。

                     图3 溢流阀的动态特性曲线

   由溢流阀的动态特性曲线可知:该溢流阀的过渡过程时间只有0.17s,压力超调量为0.7MPa,公称压力为8MPa,压力超调量为标称压力的9%,压力振摆为0.263MPa,因此该溢流阀具有良好的动态性能。
  4、结论

螺纹插装式差动溢流阀具有如下优点:
① 差动溢流阀阀芯的有效承压面积为一面积差,从而减少了作用在阀芯上的液压力,这不仅使调压弹簧容易设计,而且可使配合偶件的硬度要求有所降低;
② 差动式溢流阀的弹簧力比直动式小得多,因此可以避免因弹簧刚度过高带来的结构笨重、启闭性能差、调压偏差高等缺点;
③ 阀芯采用锥阀式结构,与阀座为线接触,不仅密封性好、内泄漏少、通流能力强,而且灵敏度也较高;
④ 该阀与阀体采用螺纹旋入并紧固,安装简捷方便,结构简单、尺寸小,实现了小型化、集成化、模块化,适合于较大流量、较高压力的移动机械和车辆的液压系统;
⑤ 实验表明:该阀具有优良的动态特性,响应速度快,压力超调率低,瞬态恢复时间短。
参考文献:
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