溢流阀有多种用途,主要是采用溢流的方法使液压泵的供油压力得到调整,并保持基本恒定。溢流阀按其结构原理可分为直动式和先导式两种。

对溢流阀的要求主要是:调压范围大,调压偏差小,动作灵敏;过流能力强;工作时噪声小等。

(1)直动式溢流阀

普通直动式溢流阀

图1所示为锥阀式和滑阀式普通直动式溢流阀的结构原理及图形符号。对于锥阀式溢流阀[图1(a)，当进油口P的油液压力不高时,阀芯2被弹簧压紧在阀座上,阀口关闭。当进口P油压升高到能克服弹簧预紧力时,便推开阀芯使阀口打开,油液就从回油口O流回油箱(溢流),进油压力也就不会继续升高。对于滑阀式溢流阀[图1(b)],其工作原理与锥阀式类似,进口的压力油通过阀体内的通道a引入阀芯下端,弹簧腔的泄漏油与出油口相连。当进口油压升高到能克服弹簧预紧力时,便推动阀芯运动,油液就由进油口P流入,从回油口O流回油箱。当通过溢流阀的流量变化时,阀口开度变化,弹簧压缩量也随之改变。在弹簧压缩量变化甚小的情况下,可以认为阀芯在液压力和弹簧力作用下保持平衡,溢流阀进口处的压力基本保持在弹簧调定值。拧动调压手轮4改变弹簧的预压缩量,便可调整溢流阀的溢流压力。

这种溢流阀因为作用在其阀芯上的液压力直接和调压弹簧力抗衡,所以称为直动式溢流阀。由于液压力直接作用于弹簧的结构原因,需要的弹簧刚度很大,当溢流量较大时,阀口开度增大,弹簧的压缩量增大,控制的油液压力波动大,手轮调节所需力量也大,因此普通直动式溢流阀适用于低压小流量系统。

新型直动式溢流阀直动式溢流阀在结构上采取适当措施也可以用在高压大流量系统中。具有代表性的是德国 Rexroth公司开发的直动式溢流阀,其压力最高达到63MPa,流量达到330L/min,其溢流压力稳定性很好。图2所示为其较为典型的插装型锥阀式结构。在锥阀的下部有侧面铣扁的阻尼活塞4,通过铣扁处将压力油引到活塞的底部,该活塞除增加运动阻尼提髙阀的工作稳定性外,还可以为其锥阀芯导向,在开启后不会发生偏斜。此外,在锥阀的上部还有一个偏流盘,盘的上面支撑着弹簧,下侧表面开环形槽用来控制回油的射流方向。因为液流方向改变产生一个与弹簧方向相反的射流力,当阀的开口增大时,弹簧的压缩量增大,这时射流力也增大,可以部分相互抵消,这样阀的工作压力就不会因为溢流量变化导致的弹簧压缩量变化而产生较大的波动。

先导式溢流阀

由主阀和先导阀两部分组成。按照阀芯配合形式的不同,主阀有一节同心、两节同心和三节同心等形式。图2所示为三节同心溢流阀的结构原理和图形符号。主阀芯和阀体有三处同心配合要求。主阀由主阀体5、主阀芯7、弹簧6等组成;先导阀是普通直动锥阀式溢流阀

当先导式溢流阀的进油口P通入压力油时,压力油可通过主阀芯上的阻尼孔R进入上侧油腔,并通过先导阀体上的孔道进入先导阀的右腔。

当溢流阀进油口P处的压力较小,不足以顶开先导阀芯3时,先导阀在先导阀弹簧(即调压弹簧2)作用下关闭,主阀芯上的阻尼孔中无油液流过,主阀芯7上、下两腔的液压力相等。在主阀弹簧6作用下,主阀芯处于下端极限位置,封闭P到O的溢流通道。当压力增大到先导阀芯的开启压力时,先导阀芯打开,油液可以经过主阀芯上的泄油孔道b流回主阀的回油腔O,实行内泄。由于阻尼孔R的液阻很大,油液流过时产生压力降,使主阀芯所受的液压力不平衡,当入口处的液压力达到溢流阀的调定压力,这时溢流阀主阀芯下侧作用的液压力大于上侧的液压力与主阀弹簧的作用力之和,主阀芯开始向上运动,溢流阀进口压力油经主阀口P溢流至回油口O流回油箱,实现溢流稳压的目的。

调节先导阀的调压手轮1,便能调整溢流压力;更换不同刚度的调压弹簧,便能得到不同的调压范围。

先导式溢流阀上开有一个远程控制口K,经先导阀芯3和主阀芯7的上腔相通,图3所示为控制口封闭状态。当要实行远程控制时,在此口连接一个调压阀,相当于给溢流阀的调压部分并联一个先导调压阀,溢流阀工作压力就由溢流阀本身的先导调压阀和远程控制口上连接的调压阀中较小的调压值决定。调节远程控制口上连接的调压阀的弹簧力,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行远程调压(调节压力小于溢流阀本身先导阀的调定值)。如果通过电磁换向外接多个远程调压阀,便可实现多级调压;如果通过电磁换向将远程控制口K接通油箱时,主阀芯上端的压力很低,系统的油液在低压下通过溢流阀流回油箱,实现卸荷。如不使用其功能,如图2所示堵上远程控制口即可。

在先导式溢流阀中,先导阀的作用是控制和调节溢流压力,其阀口直径较小,即使在较高压力的情况下,作用在阀芯上的液压力也不大,因此调压弹簧的刚度可以小些,调整压力比较轻便。主阀芯的两端均受油压作用,主阀弹簧的刚度也只需很小,这样,当溢流量变化而引起弹簧压缩量变化时,进油口的压力变化不大因此,先导式溢流阀的稳压性能优于普通直动式溢流阀,但先导式溢流阀是二级阀,其灵敏度低于直动式溢流阀。

图3所示为两节同心先导式溢流阀。为使主阀关闭时有良好的密封性,要求主阀芯的圆柱导向面、圆锥面与阀套配合良好,同心配合有两处。在这个阀上具有三个阻尼孔。其工作原理与三节同心先导式溢流阀类似。三个阻尼孔中起主要作用的是阻尼孔R,阻尼孔1主要对先导阀芯开启起阻尼用,以降低振动等,阻尼孔2对主阀芯的启闭产生阻尼,提高溢流阀工作的稳定性。

溢流阀的性能

包括静态性能和动态性能。静态性能是指溢流阀在稳定工况时的性能,动态性能是指溢流阀在瞬态工况时的性能。

静态性能

a.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高和最低调定压力。高压溢流阀为改善调节性能,可通过更换4根自由高度、内径相同而刚度不同的弹簧实现四级调压。

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%。

b.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p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p的百分比来衡量,前者称为开启比,后者称为闭合比,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。直动式和先导式溢流阀的启闭特性曲线如图4所示。

c.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。

动态性能

当溢流阀在溢流量发生阶跃变化时,它的进口压力,也就是它所控制的系统压力,将如图5所示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。

把最高瞬时压力峰值与额定压力调定值的差值△p称为压力超调量,它是衡量溢流阀动态定压误差的一个重要指标。

图5中n为响应时间,t为过渡时间。t越小,溢流阀的响应越快;t2越小,动态响应过程时间越短。