压力控制阀及压力控制回路

压力控制阀及压力控制回路在液压传动系统中,控制油液压力高低的液压阀称之为压力控制阀,简称压力阀。

这类阀的共同点是利用作用在阀芯上的液压力和弹簧力相平衡的原理工作的。

在具体的液压系统中，根据工作需要的不同，对压力控制的要求是各不相同的：有的需要限制液压系统的最高压力，如安全阀；有的需要稳定液压系统中某处的压力值（或者压力差，压力比等），如溢流阀、减压阀等定压阀；还有的是利用液压力作为信号控制其动作，如顺序阀、压力继电器等。

一、溢流阀1、溢流阀的基本结构及其工作原理溢流阀的主要作用是对液压系统定压或进行安全保护。

几乎在所有的液压系统中都需要用到它，其性能好坏对整个液压系统的正常工作有很大影响。

图5-14溢流阀的作用1—定量泵2—溢流阀 3—节流阀4—液压缸5—变量1. 1. 1.溢流网的作用和性能要求(1)溢流阀的作用。

在液压系统中维持定压是溢流阀的主要用途。

它常用于节流调速系统中，和流量控制阀配合使用，调节进入系统的流量，并保持系统的压力基本恒定。

如图5-14(a)所示，溢流阀2并联于系统中，进入液压缸4的流量由节流阀3调节。

由于定量泵1的流量大于液压缸4所需的流量，油压升高，将溢流阀2打开，多余的油液经溢流阀2流回油箱。

因此，泵在这里溢流阀的功用就是在不断的溢流过程中保持系统压力基本不变。

用于过载保护的溢流阀一般称为安全阀。

如图5-14(b)所示的变量泵调速系统。

在正常工作时，安全阀2关闭，不溢流，只有在系统发生故障，压力升至安全阀的调整值时，阀口才打开，使变量泵排出的油液经溢流阀2流回油箱，以保证液压系统的安全。

(2)液压系统对溢流阀的性能要求。

①定压精度高。

当流过溢流阀的流量发生变化时，系统中的压力变化要小，即静态压力超调要小。

②灵敏度要高。

如图5-14(a)所示，当液压缸4突然停止运动时，溢流阀2要迅速开大。

否则，定量泵1输出的油液将因不能及时排出而使系统压力突然升高，并超过溢流阀的调定压力，称动态压力超调，使系统中各元件及辅助受力增加，影响其寿命。

溢流阀的灵敏度越高，则动态压力超调越小。

③工作要平稳，且无振动和噪声。

④当阀关闭时，密封要好，泄漏要小。

对于经常开启的溢流阀，主要要求前三项性能；而对于安全阀，则主要要求第二和第四两项性能。

其实，溢流阀和安全阀都是同一结构的阀，只不过是在不同要求时有不同的作用而已。

2.溢流阀的结构和工作原理常用的溢流阀按其结构形式和基本动作方式可归结为直动式和先导式两种。

（1）直动式溢流阀直动式溢流阀是依靠系统中的压力油直接作用在阀芯上与弹簧力等相平衡，以控制阀芯的启闭动作，图5-15(a)所示是一种低压直动式溢流阀，P是进油口，T是回油口，进口压力油经阀芯4中间的阻尼孔g作用在阀芯的底部端面上，当进油压力较小时，阀芯在弹簧2的作用下处于下端位置，将P和T两油口隔开。

当油压力升高，在阀芯下端所产生的作用力超过弹簧的压紧力F。

此时，阀芯上升，阀口被打开，将多余的油液排回油箱，阀芯上的阻尼孔g用来对阀芯的动作产生阻尼，以提高阀的工作平衡性，调整螺帽1可以改变弹簧的压紧力，这样也就调整了溢流阀进口处的油液压力p。

（a）图5-15低压直动式溢流阀(a)结构图(b)职能符号图1—螺帽2—调压弹簧3—上盖4—阀芯5—阀体溢流阀是利用被控压力作为信号来改变弹簧的压缩量，从而改变阀口的通流面积和系统的溢流量来达到定压目的的。

当系统压力升高时，阀芯上升，阀口通流面积增加，溢流量增大，进而使系统压力下降。

溢流阀内部通过阀芯的平衡和运动构成的这种负反馈作用是其定压作用的基本原理，也是所有定压阀的基本工作原理。

由式(5-2)可知，弹簧力的大小与控制压力成正比，因此如果提高被控压力，一方面可用减小阀芯的面积来达到，另一方面则需增大弹簧力，因受结构限制，需采用大刚度的弹簧。

这样，在阀芯相同位移的情况下，弹簧力变化较大，因而该阀的定压精度就低。

所以，这种低压直动式溢流阀一般用于压力小于2.5MPa的小流量场合，图5-15(b)所示为直动式溢流阀的图形符号.由图5-15(a)还可看出，在常位状态下，溢流阀进、出油口之间是不相通的，而且作用在阀芯上的液压力是由进口油液压力产生的，经溢流阀芯的泄漏油液经内泄漏通道进入回油口T。

直动式溢流阀采取适当的措施也可用于高压大流量。

例如，德国Rexroth公司开发的通径为6～20mm的压力为40～63MPa；通径为25～30mm的压力为31.5MPa的直动式溢流阀，最大流量可达到330L/min，其中较为典型的锥阀式结构如图5-16所示。

图5-16为锥阀式结构的局部放大图，在锥阀的下部有一阻尼活塞3，活塞的侧面铣扁，以便将压力油引到活塞底部，该活塞除了能增加运动阻尼以提高阀的工作稳定性外，还可以使锥阀导向而在开启后不会倾斜。

此外，锥阀上部有一个偏流盘1，盘上的环形槽用来改变液流方向，一方面以图5-16直动式锥型溢流阀1—偏流盘2—锥阀3—活塞补偿锥阀2的液动力；另一方面由于液流方向的改变，产生一个与弹簧力相反方向的射流力，当通过溢流阀的流量增加时，虽然因锥阀阀口增大引起弹簧力增加，但由于与弹簧力方向相反的射流力同时增加，结果抵消了弹簧力的增量，有利于提高阀的通流流量和工作压力。

（2）先导式溢流阀图5-17所示为先导式溢流阀的结构示意图，在图中压力油从P口进入，通过阻尼孔3后作用在导阀4上，当进油口压力较低，导阀上的液压作用力不足以克服导阀右边的弹簧5的作用力时，导阀关闭，没有油液流过阻尼孔，所以主阀芯2两端压力相等，在较软的主阀弹簧1作用下主阀芯2处于最下端位置，溢流阀阀口P和T隔断，没有溢流。

当进油口压力升高到作用在导阀上的液压力大于导阀弹簧作用力时，导阀打开，压力油就可通过阻尼孔、经导阀流回油箱，由于阻尼孔的作用，使主阀芯上端的液压力p2小于下端压力p1，当这个压力差作用在面积为AB的主阀芯上的力等于或超过主阀弹簧力F s，轴向稳态液动力F bs、摩擦力F f和主阀芯自重G时，主阀芯开启，油液从P口流入，经主阀阀口由 T流回油箱，实现溢流，即有：Δp=p1-p2≥F s+F bs+G±F f/A B (5-3)图5-17先导式溢流阀1—主阀弹簧2—主阀芯 3—阻尼孔 4—导阀阀芯5—导阀弹簧由式(5-3)可知，由于油液通过阻尼孔而产生的p1与p2之间的压差值不太大，所以主阀芯只需一个小刚度的软弹簧即可；而作用在导阀4上的液压力p2与其导阀阀芯面积的乘积即为导阀弹簧5的调压弹簧力，由于导阀阀芯一般为锥阀，受压面积较小，所以用一个刚度不太大的弹簧即可调整较高的开启压力P2，用螺钉调节导阀弹簧的预紧力，就可调节溢流阀的溢流压力。

先导式溢流阀有一个远程控制口K，如果将K口用油管接到另一个远程调压阀(远程调压阀的结构和溢流阀的先导控制部分一样)，调节远程调压阀的弹簧力，即可调节溢流阀主阀芯上端的液压力，从而对溢流阀的溢流压力实现远程调压。

但是，远程调压阀所能调节的最高压力不得超过溢流阀本身导阀的调整压力。

当远程控制口K通过二位二通阀接通油箱时，主阀芯上端的压力接近于零，主阀芯上移到最高位置，阀口开得很大。

由于主阀弹簧较软，这时溢流阀P口处压力很低，系统的油液在低压下通过溢流阀流回油箱，实现卸荷。

3.溢流阀的性能溢流阀的性能包括溢流阀的静态性能和动态性能，在此作一简单的介绍。

(1)静态性能。

①压力调节范围。

压力调节范围是指调压弹簧在规定的范围内调节时，系统压力能平稳地上升或下降，且压力无突跳及迟滞现象时的最大和最小调定压力。

溢流阀的最大允许流量为其额定流量，在额定流量下工作时，溢流阀应无噪声、溢流阀的最小稳定流量取决于它的压力平稳性要求，一般规定为额定流量的15%。

②启闭特性。

启闭特性是指溢流阀在稳态情况下从开启到闭合的过程中，被控压力与通过溢流阀的溢流量之间的关系。

它是衡量溢流阀定压精度的一个重要指标，一般用溢流阀处于额定流量、调定压力p s 时，开始溢流的开启压力p k 及停止溢流的闭合压力p B 分别与p 1的百分比来衡量，前者称为开启比p k ，后者称为闭合比p s ，即:%100⨯=s k k p p p (5-4)%100⨯=s b b p p p (5-5)式中：p s 可以是溢流阀调压范围内的任何一个值，显然上述两个百分比越大，则两者越接近，溢流阀的启闭特性就越好，一般应使k p ≥90%，b p ≥85%，直动式和先导式溢流阀的启闭特性曲线如图5-18所示。

③卸荷压力。

当溢流阀的远程控制口K 与油箱相连时，额定流量下的压力损失称为卸荷压力。

图5-18溢流阀的启闭特性曲线 图5-19流量阶跃变化时溢流阀的进口压力响应特性曲线(2)动态性能。

当溢流阀在溢流量发生由零至额定流量的阶跃变化时，它的进口压力，也就是它所控制的系统压力，将如图5-19所示的那样迅速升高并超过额定压力的调定值，然后逐步衰减到最终稳定压力，从而完成其动态过渡过程。

定义最高瞬时压力峰值与额定压力调定值p s 的差值为压力超调量Δp ，则压力超调率Δp 为：%100⨯∆=∆s p p p (5-6)它是衡量溢流阀动态定压误差的一个性能指标。

一个性能良好的溢流阀，其p ∆≤10%～30%。

图5-19中所示t 1称之为响应时间；t 2称之为过渡过程时间。

显然，t 1越小，溢流阀的响应越快；t 2越小，溢流阀的动态过渡过程时间越短。

二、减压阀减压阀是使出口压力(二次压力)低于进口压力(一次压力)的一种压力控制阀。

其作用是用低液压系统中某一回路的油液压力，使用一个油源能同时提供两个或几个不同压力的输出。

减压阀在各种液压设备的夹紧系统、润滑系统和控制系统中应用较多。

此外，当油液压力不稳定时，在回路中串入一减压阀可得到一个稳定的较低的压力。

根据减压阀所控制的压力不同，它可分为定值输出减压阀、定差减压阀和定比减压阀。

1.定值输出减压阀（a）图5-20减压阀(a)结构图 (c)、(d)职能符号图1—主阀芯2—阻尼孔x R—阀口开口量v—阀口流速L—外泄漏油口(1)工作原理。

图5-20(a)所示为直动式减压阀的结构示意图和图形符号。

P1口是进油口，P2口是出油口，阀不工作时，阀芯在弹簧作用下处于最下端位置，阀的进、出油口是相通的，亦即阀是常开的。

若出口压力增大，使作用在阀芯下端的压力大于弹簧力时，阀芯上移，关小阀口，这时阀处于工作状态。

若忽略其他阻力，仅考虑作用在阀芯上的液压力和弹簧力相平衡的条件，则可以认为出口压力基本上维持在某一定值——调定值上。

这时如出口压力减小，阀芯就下移，开大阀口，阀口处阻力减小，压降减小，使出口压力回升到调定值；反之，若出口压力增大，则阀芯上移，关小阀口，阀口处阻力加大，压降增大，使出口压力下降到调定值。