液压控制阀的研究与设计
3.2.1 静态特性： (1) 压力调节范围
定义：调压弹簧在规定范围内调节时，系统压力平稳（压力无突跳及迟滞现象）上升或下降最大和最小调定压力差值。
（2）启闭特性
定义：溢流阀从开启到闭合全过程的被控压力p与通过溢流阀的溢流量q之间的关系。 一般用溢流阀处于额定流量、额定压力Ps时，开始溢流的开启压力Pk和停止溢流的闭合压力PB分别与Ps的百分比来表示。
开启压力比： PK=(Pk/Ps)?100% 闭合压力比： PB=( PB/Ps)?100%
两者越大及越接近,溢流阀的启闭特性越好。一般规定：开启压力比应不小于90%，闭合压力比应不小于85%，其静态特性较好。
(3) 卸荷压力：当溢流阀作卸荷阀用时，额定流量下进、出油口的压力差称为卸荷压力。
(4) 最大允许流量和最小稳定流量：溢流阀在最大允许流量（即额定流量）下工作时应无噪声。
3.2.2 动态特性
（1）压力超调量：最大峰值压力与调定压力的差值。
（2）响应时间：指从起始稳定压力与最终稳态压力之差的10%上升到90%的时间。
(即图3-4中A、B两点的间的时间间隔)
（3）过渡过程时间：指从调定压力到最终稳态压力的时间。(即图3-4中B点到C点间的时间间隔)
（4）升压时间：指溢流阀自卸荷压力上升至稳定调定压力所需时间。（即图3-5的△t1）
（5）卸荷时间：指卸荷信号发出后由稳态压力状态到卸荷压力状态所需的时间。(即图3-5中的△t2)
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ppnB0.95(pn-p0)1.05(pn-p0)0.1(pn-p0)0.9(pn-p0)AP00t 1p|¤Ct图3-4流量阶跃变化时溢流阀的进口压力响应特性
ppnBC0.1(pn-p0)0.9(pn-p0)ADP00t 1t图3-5溢流阀升压与卸荷特性
3.2.3 先导型溢流阀的静态特性分析：
以本次设计中绘制ＹＦ型溢流阀为例：具体尺寸见相关装配图及零件图。 （1）开启过程：
设额定排放压力pn=16MPa，开启压力pk=14MPa，先导阀弹簧刚度为Kx=４2Ｎ
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／mm、预压缩量为X0=５mm，主阀弹簧刚度Ｋy＝20N/mm、预压缩量y0=40mm额定流量qn=120L/min，主阀芯与阀孔间的摩擦力为Ff，上、下腔的液压力分别为p2和p1，而其上下有效作用面积分别为A2和A1
A2=
?4(402?162)=1055 mm2； A1=
?4(402?17.52)=1016 mm2
A21055?=1.04 (符合在1.03~1.05 之间的条件) A11016主阀芯自重为：
G=mg=0.18×9.8=1.764N，
先导阀孔座面积为：
4稳态时的主阀开度y=0.4mm，则：
Ac=
?4.352=14.85 mm2
A. 当液压系统压力p1低于先导阀的开启压力pk时，先导阀保持关闭。根据[1]此时主阀芯受力条件为
A1 p1< A2 p1+Kyy0+G+Ff (3-4)
式中KX、Ky分别为先导阀弹簧和主阀弹簧的刚度（N/m）；X0、y0分别为先导阀弹簧和主阀弹簧的预压缩量（m）。
此时阀口仍关闭。
B. 当系统压力上升到先导阀的开启压力时，先导阀处于即将开启但未开启的状态，主阀芯受力关系仍为式（3-4）
C. 当系统压力升高超过先导阀开启压力时，先导阀打开，液压油经由阻尼孔流向先导阀再流回油箱。此时主阀芯上下两腔将产生压力差，但尚未到达足以抬升主阀芯的程度，根据[1]主阀芯的受力方程为：
A1 p1q< A2 p2q+Kyy0+G+Ff （3-5） D. 当系统压力上升到主阀开启压力时，
A1 p1n = A2 p2n + Kyy0+G+Ff （3-6）
图3-6 先导型溢流阀示意图 E. 当系统压力高于主阀开启压力时，主阀开启，根据[1]其受力为
A1p1?C1?D1yp1sin2?1= A2 p2+K（+G+Ff （ yy0+y） 3-7）
Acqlq1cP2C'x2A2p1A11xqpqD1尾碟通过阻尼孔的流量增大，产生的压力差使主阀芯处于平衡状态：根据[1]有力平衡方程：
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式中，y 为主阀口的开度（m）；?1为液体入射角，近似等于维阀半维角?1=38.5（0）；D1=16为主阀座孔直径（m）; 根据[7]主阀口流量系数C1=0.77～０.8(取０.8)为。
F. 当系统压力升到调定压力时，阀内通过额定流量，根据[1]此时主阀芯受力方程为：
A1pn?C1?D1ypnsin2?1= A2 p2n+Ky（y0+y）+G+Ff （3-8）
到此，溢流阀开启完成。 (2) 闭合过程：
其过程与开启过程相反，但各关键点相似，不同的是由于摩擦力方向改变，造成阀口的关闭压力比相应的开启压力要小。
(3) 静态特性关系式
先导型溢流阀在稳态溢流条件下，满足下列关系式： A. 根据[1]，主阀口出流方程式为
q?C1?D1ysi?n12?p1 （m3/s） (3-9)
式中，p1为受控压力（Ｐa），油液密度?=900（kg/m3）,其他参数意义同前。 Ｂ. 主阀芯受力平衡方程式：
A1p1? A2 p2＝Ky（y0+y）＋C1?D1yp1sin2?1+G?Ff （Ｎ）（3-10）
式中，Ff开启时取正号，闭合时取负号；其余参数意义同前。 C. 通过主阀芯阻尼孔的流量方程式： 阻尼孔结构为细长孔，根据[3]其流量
q=C'A02?(p1?p2) (m3/s) (3-11)
式中阻尼孔截面积A0=12=0.785（m2）; 根据[3]阻尼孔的流量系数C’=0.82。
4D. 先导阀口出流方程式根据[1]有：
q=C2?dxsin?2?2?p2 (m3/s) (3-12)
式中，根据[3]先导阀流量系数C2=0.77，先导阀阀座孔直径d=4 (mm);x为先导阀阀口的轴向开度（m）；先导阀芯的半锥角?2=20（0）。
E. 先导阀芯受力平衡方程式根据[1]有：
Ac p2＝Kx（x0+x）＋C2?dxp2sin2?2 （Ｎ） （3-13）
式中，各参数意义同前。
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(4) 溢流阀内泄漏量：
根据[10]按偏心环状缝隙的流量公式来计算：
q=0.654D?r3pg?(L?Zb) (cm3/s) (3-14)
式中，主阀芯直径 D=4（cm）
主阀芯直径Ｄ与阀体间的单边配合间隙 △r=0.005（cm） 公称压力 Pg=16Mpa=16/0.09807≈163.15（kgf/cm2） 油液动力粘度
??????28.8?10?6?900?2.592?10?2(N?s/m2)
2.592?10?2?(kgf.s/cm2)?0.026（kgf.s/cm2）
0.9807主阀芯与阀体的配合长度 Ｌ=1.5（cm） Ｌ处均压槽数 Z=7 均压槽宽 B=0.05（cm）
4?0.0053?163.15则： q=0.654=1.76×10-3 (cm3/s)
0.026?(1.5?7?0.05)3.3 溢流阀的基本应用
（1） 稳压溢流回路：溢流阀和定量泵、节流阀并联，阀口常开。（如图3-7所示）
在采用定量泵的液压系统中，溢流阀与节流元件及负载并联，泵的供油量大于节流阀通道的需求量，此时，溢流阀作定压阀使用，阀口常开，使多余的油液回油箱，以保持节流阀进口的系统压力基本为恒定值。
（2） 安全限压回路：溢流阀和变量泵组合，正常工作时阀口关闭,过载时打开压力油经阀口回油箱，油压不再升高,起安全保护作用,故又称安全阀。（如图3-8所示）
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