水液压溢流阀设计及研究

摘 要：结合水介质的特性，分析了水压溢流阀和其二级节流阀口结构存在的关键技术难题，在此基础上设计了一种新型的水液压溢流阀。针对关键技术难题，在结构上主要采取了如下措施：阀芯分为两部分，分别以弹簧力压紧与阀座上面，确保了二级节流口的密封性；流体同时作用于阀芯后端，抵消了部分液压力，从而减小了弹簧预压缩力，提高了动态性能和调压范围。 
关键词：水液压；溢流阀；二级节流 
　　前言 
　　水液压溢流阀作为水液压系统中的关键部件，其研究具有重要意义。目前国内外主要是对先导式水压溢流阀进行研究[1-2]，主要是当溢流阀在高压大流量情况下工作时，采用直动式溢流阀结构，会使调压弹簧力很大，使调压性能和动态性能变差。另外水压溢流阀的二级节流阀口结构存在同时密封的问题。为克服以上直动式溢流阀的缺点以及水介质带来的一系列技术难题，设计了一种水液压溢流阀。 
　　1 溢流阀的设计 
　　1.1 水介质对溢流阀带来的技术难题 
　　由于水介质不同于液压油的性质，水液压溢流阀一般被设计成串联式二级节流阀口形式。但要求两级节流口同时密封，因此造成了过大的加工难度。并且使用一段时间后阀口的磨损和侵蚀，使两级节流口更加难以同时密封，影响了溢流阀的可靠性和稳定性[3-4]。 
　　直动式溢流阀相对于先导式溢流，具有结构简单、泄漏量小、密封控制容易、工作稳定可靠等优点。但他的弹簧刚度太大，在高压、大流量情况下，使调压性能变差，灵敏度降低，影响了其动态特性。 
　　由于水的密度和弹性模量大于液压油，使水更容易通过压力冲击形成水锤现象。而水的低粘度、低阻尼和汽蚀影响，使的水液压溢流阀的震动、噪声和稳定性的问题较油压阀更加突出。 
　　1.2 结构工作原理 
　　为解决上述难题，设计了一种新型的水液压溢流阀[5]。 
　　注：1、手轮，2、后弹簧，3、后阀芯，4、后端盖， 5、前弹簧， 6、前阀芯，7、阻尼塞，8、阀座，9、后端盖，10、阀体，11、前弹簧阀座，12、后弹簧阀座。 
　　工作时，高压水从进水口P进入到阀体10，再通过阻尼塞7进入后阀芯3的前后两侧，并通过前阀芯6与后阀芯3之间的环形缝隙进入第二级节流口上游，此时各处压力相同。随着压力的增加，由于后阀芯3前侧面积稍微大于后侧面积，因此前后两侧所受的压力不同，在压力差的作用下，克服后弹簧2预压缩力，使后阀芯开启。接着有液体流出出口T，在阻尼塞7和环形缝隙两侧形成了压力降，于是前阀芯6在压力差的作用下，克服前弹簧5预压缩力快速开启，形成了二级节流阀口溢流结构，最终达到稳定状态。 
　　1.3 结构特点 
　　阀座的台阶结构部分分别与阀芯的两个锥面接触，使得阀芯与阀座形成二级节流阀口结构。阀芯分为前阀芯和后阀芯两部分，可以使两阀芯同时压紧与阀座上面，避免了整体结构中加工精度导致的间隙存在，以及后期使用时磨损和侵蚀造成的不能同时密封，因此可以减低其气蚀和泄露的危害，提高了溢流阀的可靠性。 
　　流体通过小孔进入后阀芯后端，产生压力抵消一部分前端流体产生的压力。通过前后两侧的面积差，使得弹簧刚度大大降低。弹簧刚度降低，有利于提高阀芯运动的灵敏度，减小动态响应时间，且增大了阀的调压范围。 
　　后阀芯的两侧通过小孔连通，在其后端形成了阻尼活塞的结构，使阀芯在移动时受到液压油的阻尼作用，使之灵活而又平稳的移动，压力的平2000稳性增加，且降低了振动和噪声的影响。 
　　而本设计由于后阀芯前后两侧作用液压力，以及弹簧刚度减小，因此当在后阀芯后端接卸荷孔时，只需克服较小弹簧力，就能使阀芯有很大开度，实现卸荷功能。 
　　2 结束语 
　　文章根据已有溢流阀的优缺点，结合水介质对溢流阀的关键技术难题，设计了一种新型的水液压溢流阀，为下一步的样机制造与实验提供了可靠的依据。 
　　参考文献 
　　[1]李壮云.液压元件与系统[M].北京：机械工业出版社，2005. 
　　[2]弓永军.纯水液压控制阀关键技术研究[C].浙江大学，2005. 
　　[3]谢伟，周华，等.先导式纯水溢流阀的研究[J].液压气动与密封，2004（4）：14-16. 
　　[4]张铁华，杨友胜，李壮云.二级节流式阀口的设计及实验研究.液压与气动，2001（11）：12～15. 
　　[5]宋鸿尧，丁忠尧，等.液压阀设计与计算[M].北京：机械工业出版社，2009.