溢流阀毕业设计.doc
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1、引言在信息多元科技高速发展的时代,溢流阀已算不上是高科技产品,但,溢流阀国民经济发展中却一直发挥着十分重要的作用,仅在关系到国家经济和国防安全的能源、石化、航空、航天、钢铁、军工等重要领域就有大量应用。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。将原动机输出的机械能换为液压能的转换装置,在低压液压系统中作为提供一定流量,压力的液压能源。它结构简单,工作可靠,自吸能力好,在低压液压系统中被广泛采用。适用于塑料橡胶加工工业,纺织印染工业,涂料工业,木材加工工业,食品工业、造纸印刷等液态热载体加热等各种工业。然而就是这样广泛应用的重要的工业部
2、件,在我国却同国外先进水平有着很大的差距。高端产品的设计与制造水平不能满足国内需求。致使很多企业是从国外进口溢流阀,但其价格较高,对于中小型企业是不容易接受的。因此,很多企业是在买来国外成品再进行拆分、制造。已满足生产需求,同时由节省资金。深入理解溢流阀稳定工作时静态特性。着重了解测试静态特性中的调压范围及压力稳定性,卸荷压力及压力损失和启闭特性,从而对被测阀的静态特性作出适当分析。 本文内容上主要包括以下几个方面:(1)液压传动技术的重要性以及溢流阀在液压系统中的重要地位,讨论其测试的必要性;(2)介绍了溢流阀的分类、原理、性能及应用等特点;(3)详细介绍了测试系统的硬件组成和软件设计;(4
3、)确定溢流阀的测试方案,进行了测试;(5)对整个测试结果作出分析,得出结论。正文一、液压传动系统的起源和发展液压传动相对于机械传动来说是一门新技术,但如从17世纪中叶巴斯卡提出了静压传递原理、18世纪末英国制成世界第一台水压机算起,也有二三百年历史了。近代液压传动在工业上的真正推广使用只是本世纪中叶以后的事,至于它和微电子技术密切结合,得以在尽可能小的空间传递尽可能大的功率并加以精确控制,更是十年内出现的新事物。由于要使用原油炼制品来作为传动介质,近代液压传动和汽车及飞机一样,是由十九世纪崛起并蓬勃发展的石油工业推动器来的。最早实践成功的液压传动装置是舰艇上的炮塔转位器,其后才出现液压六角床和
4、磨床。由于缺乏成熟的液压元件,一些通用机床到本世纪三十年代才用上液压传动,而且还因为个搞一套而无法进行经验交流。第二次世界大战期间,在一些兵器上用上了功率大、反应快、动作准的液压传动和控制装置,它大大地提高了兵器的性能,也大大地促进液压技术的发展。战后,液压技术迅速转向民用,并随着各种标准的不断定制和完善,各类元件的标准化、规格化、系列化而在机械制造、工程机械、农业机械、汽车制造等行业推广开来。本世纪的60年代后,原子能技术、空间技术、计算机技术等的发展再次将液压技术推想前进,使它发展成为包括传动、控制、检测在内的一门完整的自动化技术,使它在国民经济的各个方面都得到了应用。液压传动在某些领域内
5、甚至已占有压倒性的优势,例如,国外今日生产的95%的工程机械、90%的数控加工中心、95%以上的自动线都采用了液压传动。当前,液压技术在实现高压、高速、大功率、高效率、低噪声、经久耐用、高度集成化等各项要求方面都取得了重大的进展,在完善比例控制、伺服控制、数字控制等技术也有了许多新的成就。此外,在液压元件和液压系统的计算机辅助设计、计算机仿真和优化以及微机控制等开发性工作方面,更日以显示出显著的成绩。我国的液压工业开始于本世纪50年代,其产品最初只用于机床和锻压设备,后来才用到拖拉机和工程机械上。自1964年从国外引进一些液压元件生产技术、同时进行自行设计液压产品以来,我国的液压元件生产已从低
6、压到高压形成系列,并在各种机械设备上得到了广泛的使用。80年代起更加速了对西方先进液压产品和技术的有计划引进、消化、吸收和国产化工作,以确保我国的液压技术能在产品质量、经济效益、人才培训、研究开发等各个方面全方位地赶上世界水平。与其他传动控制方式相比,液压传动与控制具有能量大,结构简单、紧凑,动态响应快,便于大范围无极调速,易于自动控制与机电一体化,易于实现过载保护,标准化、系列化、通用化程度高等技术优势,已成为现代机械装备传动与控制的重要技术手段及关键技术之一,其应用领域几乎囊括了国民经济各个部门和领域,应用液压技术的程度已成为衡量一个国家工业化水平的重要标志之一。众所周之,液压系统一般有能
7、源部分(液压泵和原动机的统称)、控制调节部分(方向控制阀、压力控制阀及流量控制阀等各类液压控制阀的统称)、执行器(液压缸、液压马达及摆动液压马达的统称)和辅助部分(蓄能器、油箱、过滤器、压力表及开关、管件等的统称)四个部分组成。压力控制阀(简称液压阀)在液压系统中的功用是通过控制液压系统中油液的流向、压力、流量,使执行器及其驱动的工作机构获得所需的运动方向、推力(转矩)及运动速度等。任何一个液压系统,不论如何简单,都不能缺少液压阀;同一工艺的液压机械设备,通过液压阀的不同组合使用,可以组成油路截然不同的多种液压系统方案。因此,液压阀是液压技术中品种与规格最多、应用最广泛、最活跃的部分;一个新设
8、计或正在运转的液压系统,能否按照既定的要求正常可靠地运行,在很大程度上取决于所采用的各种液压阀的性能优劣及参数匹配是否合理。几乎任何一个液压系统都要用到溢流阀。溢流阀的主要用途是通过阀口的溢流,使被控系统或回路的压力维持恒定,实现调压、稳压或限压的作用。二、 溢流阀简介1、用途及分类几乎任何一个液压系统都要用到溢流阀。溢流阀的主要用途是通过阀口的溢流,是被控系统或回路的压力恒定,实现调压、稳压或限压(防止过载)作用。溢流阀的种类繁多,基本工作原理是可变节流和压力反馈。阀的受控进口压力来自液体流经阀口时产生的节流压差。按照结构类型及工作原理的不同,溢流阀可以分为直动式和先导式两大类,统称为普通溢
9、流阀。将先导式溢流阀与电磁换向阀或者单向阀等液压阀进行组合,还可以构成电磁溢流阀和卸荷溢流阀等复合阀。2、工作原理及图形符号(1)直动式溢流阀从控制理论角度而言,直动式溢流阀是一个闭环自动控制元件,其输入量为弹簧预调力,输出量为被控压力(进口压力),被控压力反馈和弹簧压力比较,自动调节溢流阀口德节流面积,从而使被控压力基本恒定。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2-1(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
10、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。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。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
11、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2-1(b)所示为直动式溢流阀的图形符号。由图2-1(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620mm的压力为4063MPa;通径为2530mm的压力为31.5MPa的直动式溢
12、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2-2所示。图2-2为锥阀式结构的局部放大图,在锥(a)图2-1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,一方面以补 图2-2直动式锥型溢流阀1偏流盘2锥阀3活塞偿锥阀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
13、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2-3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,
14、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Fs,轴向稳态液动力Fbs、摩擦力Ff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:p=p1-p2Fs+Fbs+GFf/AB (1)图2-3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(1)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
15、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)
16、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ps时,开始溢流的开启压力pk及停止溢流的闭合压力pB分别与p1的百分比来衡量,前者称为开启比pk,后者称为闭合比ps,即: (2
17、) (3)式中:ps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90%,85%,直动式和先导式溢流阀的启闭特性曲线如图2-4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2-4溢流阀的启闭特性曲线 图2-5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2-5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
18、值ps的差值为压力超调量p,则压力超调率p为: (4)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10%30%。图2-5中所示t1称之为响应时间;t2称之为过渡过程时间。显然,t1越小,溢流阀的响应越快;t2越小,溢流阀的动态过渡过程。4、应用场合 (1)定压溢流 定压溢流是溢流阀的最主要的用途。在定量液压泵与流量阀(节流阀或调速阀)组成的串联(进油或回油)节流调速液压系统中, 将溢流阀并联在泵的出口处,作为主油路的旁路,与泵一起组成恒压液压源。例如进口节流调速液压系统,当执行器在快速工况(即液压泵的压力油通过二位二通换向阀进入液压缸),且负载产生的系统压力低于溢流阀的开
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