溢流阀的设计

溢流阀的设计
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——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——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。

1.2 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（1953~1957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，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，1975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6~32mm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
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，本课将重点对溢流阀部分进行加工与设计，主要研究对象为溢流阀。

在进行加工的同时，对溢流阀部分零件进行编程。

最后，针对溢流阀的理论研究进行讨论，内容包括溢流阀的工作原理、结构特点、型号说明、应用情况以及各种阀的比较等，此外还对卡盘进行分类和工具的夹紧。

压力控制阀
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。

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：
(a)(b)(c)
(d)
第3章 溢流阀
3.1 溢流阀的结构
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。

一．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
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,阀口关闭。

当PA = Ft时,阀口即将打开,此时,PA = F t = K X0,
P =P
K (开启压力)=KX
/A
当PA > Ft时,阀口打开,P→T,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为：
PA＝K(
X+X)+G ±F f+Fs –Fj
即： P= [K(
X+X)+G ±F f+Fs –Fj]/A
(3-1)
式中： K、
X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
X+G ±F f)/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。

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。

二．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。