水液壓溢流閥設(shè)計(jì)及研究

夏立超+++張文康

摘 要：結(jié)合水介質(zhì)的特性，分析了水壓溢流閥和其二級(jí)節(jié)流閥口結(jié)構(gòu)存在的關(guān)鍵技術(shù)難題，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一種新型的水液壓溢流閥。針對(duì)關(guān)鍵技術(shù)難題，在結(jié)構(gòu)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(jí)節(jié)流口的密封性；流體同時(shí)作用于閥芯后端，抵消了部分液壓力，從而減小了彈簧預(yù)壓縮力，提高了動(dòng)態(tài)性能和調(diào)壓范圍。

關(guān)鍵詞：水液壓；溢流閥；二級(jí)節(jié)流

前言

水液壓溢流閥作為水液壓系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件，其研究具有重要意義。目前國(guó)內(nèi)外主要是對(duì)先導(dǎo)式水壓溢流閥進(jìn)行研究[1-2]，主要是當(dāng)溢流閥在高壓大流量情況下工作時(shí)，采用直動(dòng)式溢流閥結(jié)構(gòu)，會(huì)使調(diào)壓彈簧力很大，使調(diào)壓性能和動(dòng)態(tài)性能變差。另外水壓溢流閥的二級(jí)節(jié)流閥口結(jié)構(gòu)存在同時(shí)密封的問(wèn)題。為克服以上直動(dòng)式溢流閥的缺點(diǎn)以及水介質(zhì)帶來(lái)的一系列技術(shù)難題，設(shè)計(jì)了一種水液壓溢流閥。

1 溢流閥的設(shè)計(jì)

1.1 水介質(zhì)對(duì)溢流閥帶來(lái)的技術(shù)難題

由于水介質(zhì)不同于液壓油的性質(zhì)，水液壓溢流閥一般被設(shè)計(jì)成串聯(lián)式二級(jí)節(jié)流閥口形式。但要求兩級(jí)節(jié)流口同時(shí)密封，因此造成了過(guò)大的加工難度。并且使用一段時(shí)間后閥口的磨損和侵蝕，使兩級(jí)節(jié)流口更加難以同時(shí)密封，影響了溢流閥的可靠性和穩(wěn)定性[3-4]。

直動(dòng)式溢流閥相對(duì)于先導(dǎo)式溢流，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、泄漏量小、密封控制容易、工作穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)。但他的彈簧剛度太大，在高壓、大流量情況下，使調(diào)壓性能變差，靈敏度降低，影響了其動(dòng)態(tài)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(guò)壓力沖擊形成水錘現(xiàn)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(dòng)、噪聲和穩(wěn)定性的問(wèn)題較油壓閥更加突出。

1.2 結(jié)構(gòu)工作原理

為解決上述難題，設(shè)計(jì)了一種新型的水液壓溢流閥[5]，如圖1所示。

圖1 溢流閥結(jié)構(gòu)

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(shí)，高壓水從進(jìn)水口P進(jìn)入到閥體10，再通過(guò)阻尼塞7進(jìn)入后閥芯3的前后兩側(cè)，并通過(guò)前閥芯6與后閥芯3之間的環(huán)形縫隙進(jìn)入第二級(jí)節(jié)流口上游，此時(shí)各處壓力相同。隨著壓力的增加，由于后閥芯3前側(cè)面積稍微大于后側(cè)面積，因此前后兩側(cè)所受的壓力不同，在壓力差的作用下，克服后彈簧2預(yù)壓縮力，使后閥芯開(kāi)啟。接著有液體流出出口T，在阻尼塞7和環(huán)形縫隙兩側(cè)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(yù)壓縮力快速開(kāi)啟，形成了二級(jí)節(jié)流閥口溢流結(jié)構(gòu)，最終達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。

1.3 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

閥座的臺(tái)階結(jié)構(gòu)部分分別與閥芯的兩個(gè)錐面接觸，使得閥芯與閥座形成二級(jí)節(jié)流閥口結(jié)構(gòu)。閥芯分為前閥芯和后閥芯兩部分，可以使兩閥芯同時(shí)壓緊與閥座上面，避免了整體結(jié)構(gòu)中加工精度導(dǎo)致的間隙存在，以及后期使用時(shí)磨損和侵蝕造成的不能同時(shí)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(guò)小孔進(jìn)入后閥芯后端，產(chǎn)生壓力抵消一部分前端流體產(chǎn)生的壓力。通過(guò)前后兩側(cè)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(yùn)動(dòng)的靈敏度，減小動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間，且增大了閥的調(diào)壓范圍。

后閥芯的兩側(cè)通過(guò)小孔連通，在其后端形成了阻尼活塞的結(jié)構(gòu)，使閥芯在移動(dòng)時(shí)受到液壓油的阻尼作用，使之靈活而又平穩(wěn)的移動(dòng)，壓力的平穩(wěn)性增加，且降低了振動(dòng)和噪聲的影響。

而本設(shè)計(jì)由于后閥芯前后兩側(cè)作用液壓力，以及彈簧剛度減小，因此當(dāng)在后閥芯后端接卸荷孔時(shí)，只需克服較小彈簧力，就能使閥芯有很大開(kāi)度，實(shí)現(xiàn)卸荷功能。

2 結(jié)束語(yǔ)

文章根據(jù)已有溢流閥的優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合水介質(zhì)對(duì)溢流閥的關(guān)鍵技術(shù)難題，設(shè)計(jì)了一種新型的水液壓溢流閥，為下一步的樣機(jī)制造與實(shí)驗(yàn)提供了可靠的依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

[1]李壯云.液壓元件與系統(tǒng)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

[2]弓永軍.純水液壓控制閥關(guān)鍵技術(shù)研究[C].浙江大學(xué)，2005.

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

[4]張鐵華，楊友勝，李壯云.二級(jí)節(jié)流式閥口的設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)研究.液壓與氣動(dòng)，2001（11）：12～15.

[5]宋鴻堯，丁忠堯，等.液壓閥設(shè)計(jì)與計(jì)算[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

作者簡(jiǎn)介：夏立超（1988-），男，漢族，山東臨沂人，畢業(yè)于中國(guó)海洋大學(xué)工程學(xué)院，研究方向：液壓元器件的設(shè)計(jì)研究。endprint

摘 要：結(jié)合水介質(zhì)的特性，分析了水壓溢流閥和其二級(jí)節(jié)流閥口結(jié)構(gòu)存在的關(guān)鍵技術(shù)難題，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一種新型的水液壓溢流閥。針對(duì)關(guān)鍵技術(shù)難題，在結(jié)構(gòu)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(jí)節(jié)流口的密封性；流體同時(shí)作用于閥芯后端，抵消了部分液壓力，從而減小了彈簧預(yù)壓縮力，提高了動(dòng)態(tài)性能和調(diào)壓范圍。

關(guān)鍵詞：水液壓；溢流閥；二級(jí)節(jié)流

前言

水液壓溢流閥作為水液壓系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件，其研究具有重要意義。目前國(guó)內(nèi)外主要是對(duì)先導(dǎo)式水壓溢流閥進(jìn)行研究[1-2]，主要是當(dāng)溢流閥在高壓大流量情況下工作時(shí)，采用直動(dòng)式溢流閥結(jié)構(gòu)，會(huì)使調(diào)壓彈簧力很大，使調(diào)壓性能和動(dòng)態(tài)性能變差。另外水壓溢流閥的二級(jí)節(jié)流閥口結(jié)構(gòu)存在同時(shí)密封的問(wèn)題。為克服以上直動(dòng)式溢流閥的缺點(diǎn)以及水介質(zhì)帶來(lái)的一系列技術(shù)難題，設(shè)計(jì)了一種水液壓溢流閥。

1 溢流閥的設(shè)計(jì)

1.1 水介質(zhì)對(duì)溢流閥帶來(lái)的技術(shù)難題

由于水介質(zhì)不同于液壓油的性質(zhì)，水液壓溢流閥一般被設(shè)計(jì)成串聯(lián)式二級(jí)節(jié)流閥口形式。但要求兩級(jí)節(jié)流口同時(shí)密封，因此造成了過(guò)大的加工難度。并且使用一段時(shí)間后閥口的磨損和侵蝕，使兩級(jí)節(jié)流口更加難以同時(shí)密封，影響了溢流閥的可靠性和穩(wěn)定性[3-4]。

直動(dòng)式溢流閥相對(duì)于先導(dǎo)式溢流，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、泄漏量小、密封控制容易、工作穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)。但他的彈簧剛度太大，在高壓、大流量情況下，使調(diào)壓性能變差，靈敏度降低，影響了其動(dòng)態(tài)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(guò)壓力沖擊形成水錘現(xiàn)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(dòng)、噪聲和穩(wěn)定性的問(wèn)題較油壓閥更加突出。

1.2 結(jié)構(gòu)工作原理

為解決上述難題，設(shè)計(jì)了一種新型的水液壓溢流閥[5]，如圖1所示。

圖1 溢流閥結(jié)構(gòu)

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(shí)，高壓水從進(jìn)水口P進(jìn)入到閥體10，再通過(guò)阻尼塞7進(jìn)入后閥芯3的前后兩側(cè)，并通過(guò)前閥芯6與后閥芯3之間的環(huán)形縫隙進(jìn)入第二級(jí)節(jié)流口上游，此時(shí)各處壓力相同。隨著壓力的增加，由于后閥芯3前側(cè)面積稍微大于后側(cè)面積，因此前后兩側(cè)所受的壓力不同，在壓力差的作用下，克服后彈簧2預(yù)壓縮力，使后閥芯開(kāi)啟。接著有液體流出出口T，在阻尼塞7和環(huán)形縫隙兩側(cè)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(yù)壓縮力快速開(kāi)啟，形成了二級(jí)節(jié)流閥口溢流結(jié)構(gòu)，最終達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。

1.3 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

閥座的臺(tái)階結(jié)構(gòu)部分分別與閥芯的兩個(gè)錐面接觸，使得閥芯與閥座形成二級(jí)節(jié)流閥口結(jié)構(gòu)。閥芯分為前閥芯和后閥芯兩部分，可以使兩閥芯同時(shí)壓緊與閥座上面，避免了整體結(jié)構(gòu)中加工精度導(dǎo)致的間隙存在，以及后期使用時(shí)磨損和侵蝕造成的不能同時(shí)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(guò)小孔進(jìn)入后閥芯后端，產(chǎn)生壓力抵消一部分前端流體產(chǎn)生的壓力。通過(guò)前后兩側(cè)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(yùn)動(dòng)的靈敏度，減小動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間，且增大了閥的調(diào)壓范圍。

后閥芯的兩側(cè)通過(guò)小孔連通，在其后端形成了阻尼活塞的結(jié)構(gòu)，使閥芯在移動(dòng)時(shí)受到液壓油的阻尼作用，使之靈活而又平穩(wěn)的移動(dòng)，壓力的平穩(wěn)性增加，且降低了振動(dòng)和噪聲的影響。

而本設(shè)計(jì)由于后閥芯前后兩側(cè)作用液壓力，以及彈簧剛度減小，因此當(dāng)在后閥芯后端接卸荷孔時(shí)，只需克服較小彈簧力，就能使閥芯有很大開(kāi)度，實(shí)現(xiàn)卸荷功能。

2 結(jié)束語(yǔ)

文章根據(jù)已有溢流閥的優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合水介質(zhì)對(duì)溢流閥的關(guān)鍵技術(shù)難題，設(shè)計(jì)了一種新型的水液壓溢流閥，為下一步的樣機(jī)制造與實(shí)驗(yàn)提供了可靠的依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

[1]李壯云.液壓元件與系統(tǒng)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

[2]弓永軍.純水液壓控制閥關(guān)鍵技術(shù)研究[C].浙江大學(xué)，2005.

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

[4]張鐵華，楊友勝，李壯云.二級(jí)節(jié)流式閥口的設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)研究.液壓與氣動(dòng)，2001（11）：12～15.

[5]宋鴻堯，丁忠堯，等.液壓閥設(shè)計(jì)與計(jì)算[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

作者簡(jiǎn)介：夏立超（1988-），男，漢族，山東臨沂人，畢業(yè)于中國(guó)海洋大學(xué)工程學(xué)院，研究方向：液壓元器件的設(shè)計(jì)研究。endprint

摘 要：結(jié)合水介質(zhì)的特性，分析了水壓溢流閥和其二級(jí)節(jié)流閥口結(jié)構(gòu)存在的關(guān)鍵技術(shù)難題，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一種新型的水液壓溢流閥。針對(duì)關(guān)鍵技術(shù)難題，在結(jié)構(gòu)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(jí)節(jié)流口的密封性；流體同時(shí)作用于閥芯后端，抵消了部分液壓力，從而減小了彈簧預(yù)壓縮力，提高了動(dòng)態(tài)性能和調(diào)壓范圍。

關(guān)鍵詞：水液壓；溢流閥；二級(jí)節(jié)流

前言

水液壓溢流閥作為水液壓系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件，其研究具有重要意義。目前國(guó)內(nèi)外主要是對(duì)先導(dǎo)式水壓溢流閥進(jìn)行研究[1-2]，主要是當(dāng)溢流閥在高壓大流量情況下工作時(shí)，采用直動(dòng)式溢流閥結(jié)構(gòu)，會(huì)使調(diào)壓彈簧力很大，使調(diào)壓性能和動(dòng)態(tài)性能變差。另外水壓溢流閥的二級(jí)節(jié)流閥口結(jié)構(gòu)存在同時(shí)密封的問(wèn)題。為克服以上直動(dòng)式溢流閥的缺點(diǎn)以及水介質(zhì)帶來(lái)的一系列技術(shù)難題，設(shè)計(jì)了一種水液壓溢流閥。

1 溢流閥的設(shè)計(jì)

1.1 水介質(zhì)對(duì)溢流閥帶來(lái)的技術(shù)難題

由于水介質(zhì)不同于液壓油的性質(zhì)，水液壓溢流閥一般被設(shè)計(jì)成串聯(lián)式二級(jí)節(jié)流閥口形式。但要求兩級(jí)節(jié)流口同時(shí)密封，因此造成了過(guò)大的加工難度。并且使用一段時(shí)間后閥口的磨損和侵蝕，使兩級(jí)節(jié)流口更加難以同時(shí)密封，影響了溢流閥的可靠性和穩(wěn)定性[3-4]。

直動(dòng)式溢流閥相對(duì)于先導(dǎo)式溢流，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、泄漏量小、密封控制容易、工作穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)。但他的彈簧剛度太大，在高壓、大流量情況下，使調(diào)壓性能變差，靈敏度降低，影響了其動(dòng)態(tài)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(guò)壓力沖擊形成水錘現(xiàn)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(dòng)、噪聲和穩(wěn)定性的問(wèn)題較油壓閥更加突出。

1.2 結(jié)構(gòu)工作原理

為解決上述難題，設(shè)計(jì)了一種新型的水液壓溢流閥[5]，如圖1所示。

圖1 溢流閥結(jié)構(gòu)

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(shí)，高壓水從進(jìn)水口P進(jìn)入到閥體10，再通過(guò)阻尼塞7進(jìn)入后閥芯3的前后兩側(cè)，并通過(guò)前閥芯6與后閥芯3之間的環(huán)形縫隙進(jìn)入第二級(jí)節(jié)流口上游，此時(shí)各處壓力相同。隨著壓力的增加，由于后閥芯3前側(cè)面積稍微大于后側(cè)面積，因此前后兩側(cè)所受的壓力不同，在壓力差的作用下，克服后彈簧2預(yù)壓縮力，使后閥芯開(kāi)啟。接著有液體流出出口T，在阻尼塞7和環(huán)形縫隙兩側(cè)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(yù)壓縮力快速開(kāi)啟，形成了二級(jí)節(jié)流閥口溢流結(jié)構(gòu)，最終達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。

1.3 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

閥座的臺(tái)階結(jié)構(gòu)部分分別與閥芯的兩個(gè)錐面接觸，使得閥芯與閥座形成二級(jí)節(jié)流閥口結(jié)構(gòu)。閥芯分為前閥芯和后閥芯兩部分，可以使兩閥芯同時(shí)壓緊與閥座上面，避免了整體結(jié)構(gòu)中加工精度導(dǎo)致的間隙存在，以及后期使用時(shí)磨損和侵蝕造成的不能同時(shí)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(guò)小孔進(jìn)入后閥芯后端，產(chǎn)生壓力抵消一部分前端流體產(chǎn)生的壓力。通過(guò)前后兩側(cè)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(yùn)動(dòng)的靈敏度，減小動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間，且增大了閥的調(diào)壓范圍。

后閥芯的兩側(cè)通過(guò)小孔連通，在其后端形成了阻尼活塞的結(jié)構(gòu)，使閥芯在移動(dòng)時(shí)受到液壓油的阻尼作用，使之靈活而又平穩(wěn)的移動(dòng)，壓力的平穩(wěn)性增加，且降低了振動(dòng)和噪聲的影響。

而本設(shè)計(jì)由于后閥芯前后兩側(cè)作用液壓力，以及彈簧剛度減小，因此當(dāng)在后閥芯后端接卸荷孔時(shí)，只需克服較小彈簧力，就能使閥芯有很大開(kāi)度，實(shí)現(xiàn)卸荷功能。

2 結(jié)束語(yǔ)

文章根據(jù)已有溢流閥的優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合水介質(zhì)對(duì)溢流閥的關(guān)鍵技術(shù)難題，設(shè)計(jì)了一種新型的水液壓溢流閥，為下一步的樣機(jī)制造與實(shí)驗(yàn)提供了可靠的依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

[1]李壯云.液壓元件與系統(tǒng)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

[2]弓永軍.純水液壓控制閥關(guān)鍵技術(shù)研究[C].浙江大學(xué)，2005.

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

[4]張鐵華，楊友勝，李壯云.二級(jí)節(jié)流式閥口的設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)研究.液壓與氣動(dòng)，2001（11）：12～15.

[5]宋鴻堯，丁忠堯，等.液壓閥設(shè)計(jì)與計(jì)算[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

作者簡(jiǎn)介：夏立超（1988-），男，漢族，山東臨沂人，畢業(yè)于中國(guó)海洋大學(xué)工程學(xué)院，研究方向：液壓元器件的設(shè)計(jì)研究。endprint