溢流阀和减压阀

低压
远程调压阀
结束
图7-15 二级调压回路
图7-16 二级调压回路
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§ 7-2
减压阀和减压回路
一、减压阀的结构和工作原理
二、减压回路
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一、减压阀的结构和工作原理
减压阀是一种利用液流流过隙缝产生压降的 原理，使出口压力低于进口压力的压力控制阀。 减压阀又可分为定压减压阀、定比减压阀和定差 减压阀三种。其中定压减压阀应 用最广，简称为减压阀。 减压阀也分为直动式和先 导式两种。图为先导式减 压阀工作原理图。它分为 两部分，由先导阀调压， 主阀减压。压力油从进油 口流入，再从出油口流出。 出油口的压力低于进油口。 24
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图示为一级同心式减压阀的结构和图形符号。 与一级同心式溢流阀相比，结构非常相似，但两者 的阀芯形状及油口连通情况有明显的差别。其区别 为：在原始状态时，溢流阀的进出油口完全不通， 而减压阀进出油口是通畅的；进出油口位置两者恰 好相反；溢流阀利用进油口压力来控制阀芯移动， 保持进口压力恒定，而减压阀则利用出口压力来控 制阀芯移动，保持出口压力恒定；溢流阀调压弹簧 腔的内部通道通 出油口，而减压 阀调压弹簧腔的 油液单独接油箱。
4、卸荷压力
将先导式溢流阀的远程控制口直接油箱， 当阀通过额定流量时，阀的进油腔压力和回 油腔压力的差值称为卸荷压力。显然，它和 通道阻力和平衡弹簧预紧力有关。
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三、溢流阀的应用和调压回路 1、作溢流阀用
在采用定量泵节流调速 中，调节节流阀的开口大小 可调节进入执行元件的流量， 而定量泵多余的油液则从溢 流阀溢回油箱。在工作过程 中阀是常开的，液压泵的工 作压力决定于溢流阀的调整 压力且基本保持恒定。见下 图。
液压主泵 液压操纵泵 4-主换向阀 5－液压马达
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图为减压阀式先导 操纵阀的结构。当扳动 手柄时，推杆9、调压弹 簧10和阀芯13向下移动， 下移一段距离后，阀芯 13上的开口对着p口，使 液压操纵泵输出的液压 油减压成PA后再经A口流 至换向阀液动控制端面， 推动主换向阀工作，从 而实现对液压马达的正、 反旋转调速操纵。
主阀芯上力平衡方程式为： P2.A=P3A+Fa=P3A+K(x0+x) 既 P2=P3+K(x0+x)/A 式中 A—主阀芯受力面积； P3—主阀芯上腔的压力，调压弹簧一旦调定 后，基本为一定值； x0 —主阀弹簧的预压缩量； x —主阀上升后弹簧增加的压缩量； K —主阀弹簧刚度。 由于主阀弹簧只需克服阀芯运动是的摩擦力， 弹簧预紧力小，且其刚度也较小，而设计时x0>>x， 故上式可近似表达为： P2=P3+KX0/A=常数
第七章
压力阀和压力控制回路
溢流阀和调压阀 减压阀和减压回路 顺序阀 压力继电器 平衡回路 卸荷回路
§ 7-1
溢流阀和调压阀
溢流阀主要作用有两个：一是定量泵节流调 节系统中，用来保持液压泵出口压力恒定，并将 液压泵多余的油液溢流回油箱。这时溢流阀起定 压溢流作用；二是在系统中起安全作用。
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2、先导式溢流阀
先导式溢流阀由 主阀和先导阀两部分 组成。先导阀的结构 原理与直动式溢流阀 相同，但一般采用锥 形坐阀式结构。主阀 可分为：滑阀式(一级 同心)结构、二级同心 结构和三级同心结构。 图为一级同心溢流阀 的工作原理图。
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现在来研究主阀芯处于某一平衡位置时的状态。 忽略阀芯自重和摩擦力,主阀受力平衡为: PA=P1A+Fa=P1A+K(x0+x) 或 P=P1+K(x0+x)/A P-溢流阀所控制的主阀下腔压力,即进油口压力; P1-主阀芯上腔的压力; A-主阀芯上端面面积; K-主阀芯平衡弹簧的刚度; x0-平衡弹簧的预压缩量; x-主阀开启后,平衡弹簧增加的压缩量; Fa-平衡弹簧对主阀芯的作用力. 由上式可知,先导式溢流阀所控制的压力由P1 和Fa/A两项组成。由于有主阀上腔P1的存在。即使 被控压力P较大,主阀上平衡弹簧力也只需很小,只 7 要能克服摩擦力使主阀芯复位即可。
溢流阀的压力—流量特性曲线
图7-7 溢流阀的压力流量特性曲线
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从上式可以得到以下几点结论：
（1）不同的开启压力pk对应不同的曲线。Pk的大 小可用改变弹压力pk一定时，溢流压力随溢流量的 增加而增加。当溢流量达到阀的额定流量QT时， 与此相对应的压力值称为溢流阀的全流量溢流压 力PT。从上式看出，弹簧刚度K越小，曲线就越陡， 溢流量变化所引起的压力变化量就越小，定压性 能就好。反之，调压性能就差。常用调压偏差(PkPk)和开启比Pk/PT来衡量定压性能的好坏。调压偏 差越小则该阀的定压性能越好。且进一步开启比 12 来衡量定压性能的优劣，其值越高越好。
弹簧压缩量
x0
弹簧压缩量
x0+x
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当系统压力Pk为时,液压力与弹簧预紧力相平衡,阀口 处于将开的临界状态。此时,阀芯的受力平衡方程为 Pk.d2/4=KX0 式中 Pk—开启压力；d—滑阀直径；k—弹簧刚度； x0—弹簧顶压缩量。 当油压增加到P时，阀口开度为x，阀芯的受力平衡 方程为： Pk. d2/4=K(x0+x) 两式相减得 x= (d2/4K)(p-pk) 通过阀口的流量可按薄壁小孔流量公式计算： 即 Q=Cq.a.(2/)1/2p=Cq. dx(2/)1/2p 将两式整理得：Q=(Cq 2d3/4K)(2/)1/2(p3/2-pk.p1/2) 上式即为溢流阀的压力—流量特性方程，相应的 10 特性曲线如下图所示。
下图为二级调压回路，将减压阀的远程控制口 通过二位二通电磁阀与远程调压相连便可获得两 种预调的压力。
至 主 油 路
图7-22
二级调压回路
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在图示的操纵回路中， 液压操纵泵2的控制油进入 减压阀式先导操纵阀3,然后 扳动该阀操作手柄就可以时 主回路中液动换向阀4换向， 从而使液压阀工作。其中具 有两个小阀的先导阀组，由 手柄操纵。手柄绕球铰可以 把操纵力作用在任何一个小 阀上，由于每个小阀控制一 个单向动作，因此这种阀可 以操纵主回路的主换向回路 之间左右换向动作。
一、溢流阀的结构和工作原理 二、溢流阀的主要性能
三、溢流阀的应用和调压回路
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一、溢流阀的结构和工作原理
根据结构不同，溢流阀可分为直动式和先导 式两类。
1、直动式溢流阀
直动式溢流阀按其 阀芯形式不同可分 为球阀式、锥阀式、 滑阀式等。现以力 士乐DBD直动式溢 流阀来说明直动式 溢流阀的结构和工 作原理。其结构如图。
一、顺序阀的结构和原理 二、顺序阀的应用
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一、顺序阀的结构和原理
如图所示，上图为直动 式顺序阀，下图为先导式 顺序阀。从图中可看出他 们跟溢流阀很相似。其主 要差别在于溢流阀的出油 口 接油箱，而顺序阀的出 油口与系统其它油路相连， 因此它的泄油口要单独接 油箱，另外顺序阀有很好 的密封性能，因此阀芯和 阀体间的封油长度较长。
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2、作安全阀用
此时阀是常闭的。 只有当系统压力超过溢 流阀调整压力时，阀才 打开，油液经阀流回油 箱，系统压力不再增高， 因而可以防止系统过载， 起安全作用。见右图。
图7-11 溢流阀在容积调 整系统中起限压安全作用 19
3、作背压阀用
将溢流阀装在回油路上，调节溢流阀的调压 弹簧即能调节背压力的大小。见下图。
溢流阀的结构不同,其定压性能也不同.下图分 别画出了调定压力压力相同的直动式和先导式溢 流阀的曲线,以便比较。由图可以看出先导式溢流 阀的定压性能优于直动式溢流阀。
先导式 直动式
直动式和先导式溢流阀压力—流量特性比较
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以上的分析忽略了阀芯移动时摩擦力的影响， 如果考虑摩擦力，则当阀闭合到开启时，阀芯的受 力平衡方程式为：P’k. d2/4=KX0+Ff 因此 P’k=4(KX0+Ff)/ d2 而当阀由开启到闭和时，阀芯的受力平衡方程式为 P”k. d2/4=KX0-Ff 即 P”k=4(KX0-Ff)/d2 从上两式可看出，由于存在摩擦阻力，溢流 阀的开启压力和闭和压力不等。 闭和压力小于开启压力，且开启过程与闭和过 程的压力—流量曲线不重合，见下图。
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下图表示了高压减压阀结构。其原理与 一级同心式减压阀基本相同。
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二、减压回路
在夹紧系统、控制系统和润滑系统中常需要 减压回路。图为常见的一种减压回路。液压泵排 出油液的最大压力由溢流阀 根据主系统的需要来调节。 当液压缸A需要得到比泵的 至 供油压力低的压力时，可在 主 油 油路中串联一减压阀，减压 路 阀可保持减压后压力恒定， 但至少应比溢流阀调定压力 低0.5MPa。当执行元件的速 度需要调节时，节流元件应 28 图7-21 减压回路 装在减压阀的出口。
1-回位弹簧 2-阀芯 3-接控制泵来油口 转盘 球绞 操纵受柄
接油箱口 调压弹簧 螺母 调整螺钉
结束
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§ 7-3
顺序阀
顺序阀是以压力为控制信号，在一定的控制 压力作用下能自动接通或断开某一油路的压力阀。
根据控制方式的不同可分为两类：一是直接 利用阀进油口的压力来控制阀口启闭的内控顺序 阀，简称顺序阀;二是独立于阀进口的外来压力控 制阀口启闭的外控顺序阀，亦称顺序阀。按结构 不同可分为直动式和先导式顺序阀两类。
图7-12 溢流阀作背压阀用
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4、远程调压回路
将先导式溢流阀的远程控制口K接远程调压阀 进油口，而远程调压阀出油口接油箱，即构成了 远程调压回路。见右图。远程调压阀结构见左图， 其结构类似溢流阀中的先导阀。调节远程调压阀 的调压弹簧即可实现远程调压。
至 系 统 远程调压阀
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5、二级调压回路
图7-15所为二级调压回路的一例。活塞下降为 工作行程，高压溢流阀4限制系统最高压力。活塞 上升为非工作行程，低压溢流阀3的调节压力只需 克服运动部件自重和摩擦阻力即可。此回路常用 于压力机的液压系统中。图7-16为二级调压回路另 一例。活塞下降压 力由高压溢流阀 3调节。活塞上 升系统压力由远 程调压阀5调节。
1-主阀芯 2、3、4-节流孔 5-先导阀座 6-先导阀体 7-先导阀芯 8调压弹簧 9-软弹簧 10-阀体
二、溢流阀的主要性能
1、压力-流量特性 当溢流量变化时,阀口开度也相应地变化,其 溢流压力也有所变化,这就是溢流阀的压力-流量 特性.图示为直动式溢流阀的两个工作位置.a图为 关闭状态,b图为开启状态.
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图中虚线2 为无摩擦阻力时的理想曲线，由于 要克服摩擦阻力Ff，实际压力损失须大于Pk并升高 到P’k后阀才开启。当溢流量增加，压力沿曲线1上 升。溢流量为QT时，压力为P’T。同样要等压力降 低到P”T时，压力沿曲线3下降。完全闭和时压力 为P”k。
图7-9
溢流阀启闭特性
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2、压力稳定性
图示为二级同心式高压溢流阀的结构原理图.该 阀由先导阀和主阀两部分组成。其主阀芯导向面和 锥面与阀套配合良好，两处同心度要求较高，二级 同心由此得名.当系统压力低于调压弹簧调定值时， 主阀芯下压在阀座上，进油口和溢流口不通。当系 统压力超过调压弹簧的调定值时，先导阀打开，油 液回油腔。这样，主阀 芯向上抬起，使P腔和O腔 接通，压力油从P腔溢流 至O腔。阻尼孔对阀芯的 运动产生阻尼，以提高溢 流阀工作的稳定性。这种 阀的密封性好,通油能力 8 大,压力损失小,结构紧凑。
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图为溢流阀实物
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溢流阀的开启压力为PR，即 Pk. A=PR=KX0 或 Pk=KX0/A 当阀芯处于某一位置时，阀芯的受力平衡为： P .A=K(X0+x) 式中，x为弹簧附加压缩量。由上式可知，当阀芯 处于不同位置时，溢流压力是变化的。然而由于 弹簧的附加压缩量x相对于预压缩量x0来说是较小 的，所以可认为溢流压力P基本保持恒定，这就是 溢流阀起定压溢流作用的工作原理。 直动式溢流阀是利用阀芯上端的弹簧力直接 与下端面的液压力相平衡来控制溢流压力的。一 般直动式阀只做成低压、流量不大的溢流阀。
溢流阀工作压力稳定性有两种涵义。一是指 阀的调整装置保持不变的情况下，调整压力的变 动值。另一种涵义是指溢流阀工作时系统压力的 波动或振摆值，它和泵源的流量脉动以及阀和管 路的动态特性有关，是一种综合的指标。
3、压力损失
当调压弹簧全部放松，阀通过额定流量时， 进油腔压力与回油腔压力的差值为阀的压力损失。 它主要和阀中主油路的阻尼有关，但在测试先导 式溢流阀的压力损失时，还受平衡弹簧预紧力的 16 影响。