溢流阀的设计

1、1 绪论液压技术发展历史较短，但是发展速度相当快。作为新兴的应用学科，在国民生活中应用十分广泛。现如今，机电产品正朝着功能多样化的趋势发展，而液压技术正好满足它的要求，所以，为了实现生产自动化、工业自动化，液压技术是必不可缺的。液压技术有很多优点，比如：反应速度快、液压系统体积小、结构简单、操控方便、传递的力量较大、可实现无极调速等。通常选用矿物油作为工作介质，使用寿命长，可实现自行润滑。因此，它被广泛应用在工程机械、农业机械、汽车工业、冶金工业等各行各业中。近几年来，液压技术广泛采用高新技术成果，使各行业应用领域都有很大发展和提高。液压传动设备的组成有：动力元件（液压泵）、执行元件（液压马达

2、和液压缸）、控制元件（液压阀）、辅助元件（油箱、蓄能器等）。液压泵：把电机的机械能转化成液压能的能量转换装置，液压泵种类有很多，按结构形式分常用的有：螺旋泵、齿轮泵、柱塞泵、叶片泵等。液压马达是把液压能转换成机械能，并且以旋转的形式输出角速度和转矩的一种液压执行机构。液压阀就是调节和控制流体的流量、方向和压力。按用途分为流量控制阀、方向控制阀和压力控制阀。常用的流量控制阀有：调速阀、节流阀等；方向控制阀有：换向阀、方向阀；压力控制阀有：溢流阀、顺序阀、减压阀等；辅助元件有：过滤器、油箱及蓄能器、密封圈等。 液压阀的作用就是控制液体的方向、流量和压力，液压阀元件的优劣对液压设备工作的可靠性有很大

3、影响。在设计先导式溢流阀过程中，将它系列化、标准化和通用化，能够提高产品质量，完善生产工艺性，并且维修方便，保证其工作效率。1.1液压技术发展历史 液压技术与流体力学是息息相关的。17世纪50年代，帕斯卡提出了帕斯卡原理，17世纪70年代牛顿提出了内摩擦定律，18世纪，相继建立伯努利能量方程和连续性方程，这些理论对液压技术的发展奠定了基础。1795年，约瑟夫·布拉曼 提出了液压机的专利，并于2年后制造出手动泵供压式水压机。1905年美国詹尼第一个采用矿物油作为介质，第一台油压柱塞泵问世。随后，丁腈橡胶等耐油密封材料的相继出现，液压技术得到进一步发展。 第一次世界大战过后，液压技术被广

4、泛应用，在19世纪20年代，液压元件开始进入工业生产阶段。直到维克斯发明了压力平衡式叶片泵，近代液压元件工业逐步建立起来。 从1930年开始，舰船、车辆、航空等行业的快速发展，弯轴式及斜轴式轴向柱塞泵、径向和轴向液压马达等相继问世。1936年，Harry ViKers发明了一系列管式液压控制元件。 二次世界大战期间，军工事业的高规格需求，促进了液压技术的发展。战争结束后，各国经济需要恢复和发展，液压技术很快应用到民用生活中，液压元件越来越规格化、标准化、系列化，使其迅速应用到汽车制造、机械制造、农业机械等各行各业中。 1960年以后，微电子、原子能等技术的迅速成长，液压技术发展的领域更加广阔。

5、在某些领域内，液压技术已经占有绝对性优势。例如，美国现生产的70%的数据加工中心、85%的工程机械，90%以上的自动生产线都采用了液压技术。到了网络化、知识化、信息化和全球化的21世纪，先进科学技术的发展对液压阀在内的各类液压元件的制造，以及液压技术的设计研究及方法影响巨大。 为满足日益变化的市场需要，液压技术需要不断创新，不断提高，不断完善元件和系统的性能，以保持与世界先进技术同步。1.2 我国液压技术发展概述我国的液压技术起步较晚，是从新中国建立开始的。在1950开始，我国没有专业生产液压元件企业，大部分都是仿制苏联的。1952年，上海机床厂生产出我国第一件液压元件。1959年，首家液压元

6、件制造企业（天津液压件厂）建立。1960年开始，我国的液压工业逐渐从仿制走向自行开发，解决了结构笨重、品种单调、一味仿苏的问题。1965年，引进了日本油研公司公称压力21MPa的中高压系列液压阀的生产设备，并成立榆次液压件厂。广州机床研究所于1966-1968年，两年时间内设计生产出中低压系列的液压喷射泵元件，包括液压泵、液压马达等180多个品种，并相继批量生产。1968年，有关专家设计生产了第一套公称压力为31.5MPa的高压阀系列，并相继批量生产。至此，我国已经形成比较完善的液压元件制造业体系。到了19世纪70年代，越来越多的高压液压阀，产品更加系列化、通用化和标准化，努力提高质量，扩大品

7、种，与世界先进水平接轨。1973年，有关专家完成了公称压力为32MPa高压阀系列图纸的设计。近20年来，我国液压工业企业加快科技创新，提高产品的市场竞争力，一批国家重点工程和重点主机配件产品的成功，取得了良好的经济效益和社会效益。经过这几十年的艰苦探索和发展，我国的液压行业已经具有一定的生产力和技术水平，并且门类齐全。尽管我们进步很快，可是相对于世界其他各国，还有一定的差距，需要继续不断改善，不断创新。1.3本设计的意义和目的液压技术已经在人们的日常生活中随处可见，并且在各个行业中应用也越来越广泛。显然，液压技术的先进与落后完全标志着国家工业水平的程度。由于液压传动及控制技术具有独特的特点，从

8、一般的传动系统到精度非常高的控制系统，已被广泛应用，尤其是近30年来，比如（航空机械、车辆工程、冶金机械、军事工业等）。总之，所有的工程领域，有一定的机械设备，都可采用液压技术。溢流阀是一种压力控制阀，它的主要功能包括泄压，安全保护，作背压阀，远程压力调节、系统卸荷、多级压力控制等。综上所述，液压技术是现代生活科技中必不缺少的技术手段，而溢流阀是液压系统中重要的元件之一，溢流阀的优劣对液压设备工作的可靠性有很大影响。在设计过程中，将它系列化、标准化和通用化，能够提高产品质量，完善生产工艺性，并且维修方便，保证其工作效率。该设计将结合生产实际，理论与实际相结合的工作方法，在以往的设计经验的基础上

9、，设计一个更高实用价值，更好工作性能的先导式溢流阀。2 溢流阀总体设计 本章节主要介绍的是溢流阀的相关知识，包括溢流阀的功用和分类、工作过程、原理以及溢流阀的整体结构、零件和主要性能。2.1 溢流阀的功用和分类2.1.1 功用在不同的场合使用溢流阀，有不同的用途。比如：作定压阀用时，溢流阀在定量泵节流调速系统中，可用来保证液压系统中压力的基本稳定，起到稳压、限压或调压的作用；作安全阀时，溢流阀在容积调速系统中，正常工作时是关闭的，当系统压力大于或等于调定压力时，才开始溢流，这时起过载保护作用；对于液压系统的卸荷回路中，溢流阀也可以用来作为卸荷阀，然后只需要通过电磁阀将溢流阀的远程控制口与油箱连

10、接，液压泵即可卸荷，从而降低液压系统的功率损耗和发热量。2.1.2 分类溢流阀类型有很多，根据工作原理可分为直动型和先导型。1）直动式溢流阀图2-1 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） 球阀式和锥阀式，具有密封性能好、动作灵敏、无泄漏等优点，但阀芯和阀座易损坏，导向性差，抗冲击性好。滑阀式反应迟，但不易产生自激振动，稳定性好等特点。2）先导式溢流阀 图2-2 先导式溢流阀 1阀体 2主阀座 3主阀芯 4先导阀盖 5先导阀座 6先导阀锥式阀芯 7调压弹簧 8调节杆 9调压螺栓 10手轮 11

11、主阀弹簧先导阀是一个小型的锥阀式直动溢流阀，先导阀弹簧用于调定主阀的压力。主阀弹簧能够克服摩擦力使主阀芯及时回位，但是不起调压作用。直动式和先导式的差别在于控制阀芯启闭的方式：直动式阀芯的启闭是在系统液压力直接作用下进行的；而先导式阀芯的启闭由先导阀来控制。很明显，先导式溢流阀的工作过程要比直动式溢流阀复杂，但在使用范围和精度等方面，先导式优于直动式。2.2 溢流阀的工作原理 先导式溢流阀由主阀和先导阀组成的。图2-2是一种典型先导式溢流阀结构图。压力油由进油口P进入后作用在主阀芯的下腔，并经过阻尼孔、油道，作用在先导阀阀芯上。当作用力小于7的预紧力时，导阀关闭。此时，阻尼孔没有油液流动，不起

12、阻尼作用，主阀芯的上下两腔压力相同，溢流阀不溢流。当机油压力大于弹簧预紧力时，先导阀打开，油液通过阻尼孔、油道进入油箱，所以，油液流经阻尼孔时产生压差，主阀上腔压力小于下腔压力，主阀芯上移，阀口打开，实现溢流。调节7的预紧力，即可调节溢流压力。阀体上有一个远程控制口K，当K口通过二位二通阀接油箱时，主阀芯便可在很小的液压力作用下打开，实现溢流，此时泵卸荷。如果K口和调节压力较低的先导阀入口接通，就可实现远程调压。2.3 溢流阀的工作过程2.3.1 开启过程 如图2-3所示，在这种溢流阀中，作用于主阀阀芯上的力平衡方程为：油液作用在主阀芯下腔的力=油液作用在主阀芯上腔的力+主阀弹簧力+重力+摩擦

13、力+液动力图2-3中各符号代表的意思如下：A1主阀芯活塞下端面积；A2主阀芯活塞上端面积；p1主阀芯下腔压力；p2主阀芯上腔压力；Kx先导阀弹簧刚度（）； K1主阀弹簧刚度（）；x0先导阀弹簧的预压缩量（）； y0主阀弹簧的预压缩量（）； G主阀芯重力； Ff阀芯与阀套的摩擦力； Fy液动力 图2-3溢流阀示意图 当系统压力小于先导阀的开启压力时，先导阀是关闭状态，那么，主阀芯受力情况如下： AP AP+Ky+G+F+F (2-1)此时，阀口处于关闭状态。（1） 若系统压力达到先导阀的开启压力，导阀即将开启但未开启时，主阀芯的受力情况仍为式（2-1）。（2） 若系统压力超出先导阀的开启压力，导

14、阀开启，液压油由阻尼孔经先导阀后再流入油箱。此时，主阀芯上下两腔将产生压力差，但未达到抬起主阀芯的压力，主阀芯的受力关系如下： AP AP+Ky+G+F+F （2-2）（3） 若系统压力达到主阀开启压力，通过阻尼孔的流量增加，上、下腔的压差使主阀芯处于平衡状态，受力情况如下：AP = AP+Ky+G+F+F (2-3)(4)若系统压力高于主阀开启压力，主阀开启，受力关系如下：AP- CDyPsin2= AP+Ky+G+F+F (2-4)式中符号含义：y主阀口的开度（）；液体入射角，近似等于阀芯半锥角（º）；D主阀座孔直径（）；C1主阀口流量系数，C=0.77(取).(5)若系统压力达

15、到调定压力，阀内流过额定流量，此时，阀芯受力关系如下：AP- CDyPsin2= AP+K(y+y)+G+F+F (2-5)2.3.2 闭合过程 闭合过程与开启过程相反，然而各关键过程大抵一样，因为摩擦力方向的改变，所以，阀口的闭合压力比开启压力要小。2.4 溢流阀的主要性能2.4.1 静态特性 静态特性（启闭特性）是指溢流阀处于稳定工况时，控制压力与溢流量之间的变化关系。此外静态特性还包括：（1）调压范围是指调压弹簧在规定范围调节时，当系统压力平稳上升或者下降，调定压力的最大和最小的差值。（2）卸荷压力是指溢流阀作卸荷阀时，在额定流量的前提下，进、出油口的压力差。2.4.2 动态特性 溢流阀

16、的动态特性是指阀在开启过程中的特性。当溢流阀开启时，其溢流量从零开始迅速增加到额定流量，相当于给系统加一个阶跃信号，而随之响应的是进口压力也随之迅速变化，经过一个振荡过程后，逐步稳定在调定的压力上。图2-4所示为溢流阀的动态响应检测结果。根据控制工程理论，若令起始稳态压力为P，最终稳态压力为P，P= P- P。评价溢流阀的动态特性指标主要有：（1） 压力超调量P。峰值压力和最终稳态压力之间的差值。（2） 压力上升时间t。压力达到0.9P的时间与达到0.1P的时间差值，即图中 的A、B时间间隔，该时间也称为响应时间。（3） 过渡过程时间t 。当瞬时压力进入最终稳态压力上下0.05P的控制范围内的

17、时间与0.09P的时间差值，即图中B、C时间间隔。 这些指标可通过检测结果依据控制工程理论的计算得出。由于溢流阀的动态响应过程很快（一般在零点几秒就完成）。所以，目前靠人工检测是不可能的，现在的检测一般是应用传感元件，由计算机自动完成。计算机辅助检测包括数据采集、数据处理、结果分析、检测报告输出等，在较短的时间内便可给出阀的动态性能指标，其工作效率和检测精度都到达较高的标准。 图2-4 溢流阀启动时进口压力响应特性曲线2.5 溢流阀的设计要求溢流阀的一般设计要求：（1）公称压力pn (N/2) ；（2）公称流量 Qn(L/min)；（3）调压范围 p1minp1max (N/2) ；（4）主阀

18、开启压力p1Q (N/2) ；（5）主阀闭合压力p1Q (N/2) ；（6）p1Q、p1Q时的溢流量Q (L/min)；（7）卸荷压力p1x (N/2)。（8）内泄流量qnx（L/ min）2.6 溢流阀的结构设计2.6.1 溢流阀的结构型式溢流阀的结构形式通常有两种：（1） 直动型（图2-6） 图2-6 直动滑阀型溢流阀 这种溢流阀若压力较高、流量较大，对弹簧的结构尺寸的要求就较高，会给设计制造过程及使用中带来很多的麻烦，所以，不易于控制高压场合，也不能实现卸荷和远程调压。（2）先导式溢流阀（图2-7）这类阀由先导阀和主导阀组成，先导阀部分都是直动型溢流阀（多是锥阀结构）。如果按主阀部分的阀

19、芯配合形式不同来分类，先导型溢流阀分为三类：（1）三级同心结构，这类结构形式目前应用较广；（2）二级同心结构，这类结构形式又称为单向阀式结构，它除有管式和板式两种连接形式外，还适于插式连接；（3）滑阀式结构，这类结构结构的溢流阀，额定压力可达210bar。其中，滑阀式结构控制压力精度较低，工作压力也不高；三级同心结构成熟、工作压力较高、应用最广，YF型属于此类；与三级同心相比，二级同心是一种新的形式，具有如下特点：（1）三级同心比二级同心结构复杂，加工精度要求也较高，二级同心动作稳定比三级同心的可靠。（2）三级同心结构的溢流阀压力稳定性不如二级同心结构。（3）三级同心结构的工艺性不如二级同心结

20、构的好。（4）二级同心式具有良好的通用性 。（5）二级同心阀具有噪声小的优点。当然，三级同心式溢流阀也有它的优点，从动态特性方面来看，主阀口直径比较小，面积梯度也小，流量增益就低，所以对稳定性有利，主阀芯上的尾碟，使稳态液压力有助于阀口关闭，这也增加了稳定性。另外，主阀阀口作为一个振动环节，能尽量减弱主阀芯的振动，仍可获得低噪声的溢流阀。三级同心式溢流阀有很多方面可以改进。 图2-7 三节同心式先导型溢流阀2.6.2 先导式溢流阀主要零件 先导式溢流阀由先导阀和主阀组成。（1） 先导阀部分 先导阀由阀芯、阀座、调压弹簧等零件组成。在压力控制阀中通常都存在先导阀，所以在设计过程中必须保证先导阀的

21、通用性。先导阀结构可分为差动型和直动型。 1）阀芯 直动式阀芯通常有两种结构形式（如图2-8）。）为锥阀结构，）为球阀结构，其中球阀结构又可分为两种：一种是球和弹簧座是一体的，另一种是球和弹簧座分开的。比较这两种结构可知，当阀芯开口量一定时，阀芯与阀座分开一定距离，球阀相对于锥阀有较大的过流面积。因此，主阀迅速开启，以便在短时间内升压。但是，由于过流面积较大，阀芯动作时就会出现振动，使阀芯不稳定，这就加大了主阀稳定时间。差动式阀芯相对于直动式阀芯主要是在锥阀尾部有一段配合面，利用承压面积的差值减少阀芯上的液压力，因此，稳定性得到提高，调压弹簧设计业比较容易。但是其结构比直动式要复杂，加工精度也

22、较高。 图2-8阀芯类型2）阀座阀座的结构根据阀芯的结构设定。直动阀座设有二级孔如图2-9，小孔可以消除振动和尖叫，有阻尼的作用。还应尽量缩小先导阀前腔的容积，如果容积过大，可以添加消振垫片（图2-10 a），或者采用消振塞（2-10 b），利用微型吸振原理消除振动和尖叫。图2-9 图2-10消振垫片3）调压装置 调压装置是由调压机构和调压弹簧构成。阀芯上的液压力与弹簧力的平衡方程： AP=K(X+X) (2-6) 由式2-6可知，先导阀阀座孔面积A是由先导阀阀座孔流过的流量决定的，当调压弹簧的预压缩量X一定时，调压弹簧的刚度K的值取决于先导阀前腔油压P的值。直动式先导阀中，由低压到高压需要多

23、根弹簧。从式（2-6）可以看出：当最高调节压力时，该弹簧的位移越大，刚度K要求较高，对压力的变化越敏感。所以，低压调节的稳定性是非常困难的，这可以通过增加调压弹簧的预压缩量适当降低调压弹簧的刚度来实现。这样的话，在调压弹簧的设计中又会出现问题，有可能会超过弹簧的稳定性指标，所以根据调压范围可以分为几根弹簧来进行调压。在设计调压弹簧时，在结构和尺寸上必须注意以下几项：1） 自由高度尽量设计得一致；2） 弹簧内径必须一致；3） 外径均不得大于装弹簧的孔径。因为差压式先导阀阀芯有压面面积差，所以液压力与弹簧平衡方程：P（A- A）= K(X+X) (2-7)式2-7中A是阀芯尾部的配合面积，当减小面

24、积差时，K和X也随着减小，这样的话，调压弹簧设计起来就比较简单了，尤其是当K减小时，有利于低压调节的稳定性，如果要升高到高压调节，可以通过减少弹簧的根数来实现。在设计调压装置的过程中，要考虑到阀芯和调压弹簧的拆装方便，在装有密封圈的弹簧座和先导阀阀体孔的配合中，太紧会使最低调节压力降不下来，太松又容易出现外渗漏，所以配合要准确合适。（2） 主阀部分主要由阀体、阀芯、阀座等零件构成。1）阀体作为主要零件，当流体经过阀体通道时，为减轻流速场的激变并缩小涡流区，使压力损失减小，因此阀体内部孔道的结构更为复杂，铸造是最合适的。铸件厚度应该均匀适宜，铸件外形应以内孔的形状为准，保证其性能。在设计阀体的过

25、程中，应保证其刚度和强度使其能动作灵活可靠。 图2-11主阀体2）阀芯先导式溢流阀主阀芯上下侧面积的差值对阀的性能有很大影响，这需要通过计算来确定。图2-12中的主阀芯有三个配合面，所以对同轴度的要求很严格，这也对加工精度要求加大，装配起来也相对困难些。若加工或者装配时不注意，都有可能使阀芯被卡死。 图2-12 主阀芯3）阀座 阀座是用来支撑主阀芯，阀座与主阀芯接触时，必须保证线接触，从而保证阀口的密封性能。主阀芯受力大小和工作平稳性是根据阀芯与阀座在阀口处锥角的大小和形状决定的。因为油液的流动特性，所以要经过多次试验，以确定最佳的形状和锥角大小。 图2-13 主阀座3 先导式溢流阀详细设计先

26、导式溢流阀相对于直动式溢流阀工作原理要复杂，在使用范围和性能指标等方面要优于直动型溢流阀。 液压阀中的先导式溢流阀，市场中常见的产品，有两种结构形式，即三节同心以及两节同心。三节同心式先导溢流阀属于早期产品，目前在国产液压阀中仍占据一定市场比例。所谓三节同心先导型溢流阀，它的内部结构，位于主阀芯上方的小直径圆柱面，阀芯中部相对直径较大的圆柱面，以及溢流阀阀芯底部的锥面，这三个面必须要与先导式溢流阀的阀盖内孔，阀体内孔以及溢流阀阀座的锥面保证处于同心的状态。这种结构设计称为三节同心先导式溢流阀。由于需要保证三个部位同心，对产品组件的加工精度提出了较高要求，如果加工误差较大势必影响溢流阀

27、的工作性能。除此以外，这种结构设计也对装配精度提出了较高要求，对于装配不好的不良品，阀盖孔装配一旦产生误差就会卡住主阀芯，造成先导式溢流阀动作不灵敏等各种故障。三节同心溢流阀主阀口直径较小，面积梯度也不大，流量增益比较低，对阀的稳定性很有利；主阀阀口作为一个振动环节，尽量减弱主阀芯的振动，可获得低噪声的溢流阀。 综上所述，本设计将设计一个性能良好的先导式溢流阀。3.1设计要求 （1）额定压力 P=15MPa （2）额定流量 Q=60 L/ min 。 (3) 调压范围 p1min - p1max=15 MPa 。 (4) 调成最高调成压力p1min时，导阀的开启压力p2a0.9p1max 。

28、(5) 调成最高调成压p1max时，主阀的开启压力p1a0.95p1max；此时的溢流量 Qa0.01Qe。 (6) 调成最高调成压p1max时，主阀的闭合压力p1a0.9p1max；此时的溢流量 Qb0.01Qe。 (7) 卸荷压力px=0.4 MPa。 (8) 内泄流量q 0.0015 L/ min。3.2 主要结构尺寸的确定（1）进油口直径 D，由额定流量和允许流速来决定。D值取的小，液流不通畅，容易发热；D值取的大，阀的结构尺寸就大，不实惠。设计过程中，要保证阀的额定流量Q经过进油口的流速v不高于规定值，可得：D=0.463 （3-1）对额定压力为315bar的溢流阀，v=6-7m/s

29、;对额定压力p63bar的溢流阀，v=2-6m/s,所以v取6m/s。经过计算的得D=0.463 =0.4631.464cm=14.64mm取D=15.00mm。（2）主阀芯直径 D1 根据经验公式确定主阀芯直径D1=（0.5 - 0.8）D 经过计算求得7.32 mm D1 12.00 mm，取 D1 =11.00mm。（3）主阀芯活塞直径 D0 根据经验公式确定主阀芯活塞直径 D=（1.62.3）D1 经过计算求得11.71mmD 27.60 mm,取D0= 22.00mm。（4）主阀芯上段直径D2 根据经验公式确定主阀芯活塞下、上面积比为： (3-2)式3-2中：A活塞下边面积 A 活塞

30、上边面积D= (3-3) 式3-3中： D2主阀芯活塞直径 D1主阀芯直径 经过计算取D2=10mm（5）主阀芯与阀体的配合长度L由公式 L=（0.6 -1.5）D0 ，求出13.2L33 mm（6）节流孔直径d及长度l的确定设计时一般根据经验选取d=0.8-1.2mm, l=(7-19)d取d=1.00mm,l=15mm(可适当调整)（7）主阀芯半锥角、主阀座孔半锥角和扩散角 一般取 =46°- 47° = 43° =23°- 35°（8）先导阀芯的半锥角设计时一般根据经验选取=20°（9）先导阀阀座孔直径d及d的确定设计时一般根据

31、经验选取 d=（4-6）d=4mm，d=1.6mm,(10)主阀芯溢流孔直径d和长度l d3和l3可根据结构确定，为避免压差过大，不利于主阀的开启，d3不能太小，所 以在设计当中，取d3=3mm，l3 =35mm（11）主阀防振尾直径d4、长度l4以及过渡直径d5 增大d4有利于消除噪声，提高阀的稳定性，但d4不能太大，否则会影响溢流截 面积，防振尾的尺寸d4及l4一般参照现有的阀决定。在设计当中取 d4=8mm，l4=17mm，d5=6mm（12）主阀座的孔径d 设计时一般根据经验选取 d= D1-(1-2)mm, 取d=10mm（13）阀体沉割直径 d，沉割深度S1 在设计时一般根据经验选

32、取 d= D0+(1-15) mm, S1按结构确定，应保证进油口直径的要求, d= 26.00mm；S1=15 mm。（14）主阀芯与阀盖的间距 S2 保证主阀芯位移要求，S2 X max ,X max主阀的最大开度，（X max的数值参见静态特性计算部分）。(15) 主阀弹簧的装配长度 l1 l1= L1 - h1 L1主阀弹簧的自由长度，（参见静态特性计算的部分）； h1主阀弹簧的预压缩量，（参见静态特性计算的部分）。 l1的数值要在主阀弹簧设计后才能确定(16)导阀弹簧装配长度 l2 l2= L2+(1 - 2) mm L2导阀弹簧的自由长度。 l2的值要经导阀弹簧设计计算后确定，参见

33、静态特性计算的部分。3.3静态特性计算3.3.1 基本方程式 有许多因素影响溢流阀的静态特性，主阀打开时，溢流阀溢流，此时处于稳态，先导型溢流阀的压力、流量关系和它的各种工作状态，可以通过以下五个方程表示。（1） 主阀开启时，阀口的压力流量方程Q= Cdysin （3-4）式中：C主阀阀口流量系数，取 C=0.8 d主阀座孔直径 y主阀阀芯的升起高度 主阀阀芯下部半锥角 工作油液密度 P溢流阀进口压力，因回油口压力为零，因此P=P（2）主阀芯受力平衡方程作用在主阀芯上的力有弹簧力、液压力和液动力，即F=F-F （3-5）其中1） 作用在主阀芯上的弹簧力FF= K(y+y)式中 K 主阀弹簧刚度

34、 y主阀弹簧预压缩量 y主阀芯的升起高度2） 作用在主阀芯上的液压力FF=AP - AP 式中 A A分别为主阀芯上、腔受压面积 P P分别为主阀芯上、下腔压力3) 液体流经主阀阀口时对主阀芯产生的稳态液动力F其计算公式如下：F=式中主阀阀口的进油速度v的方向角，主阀芯在工作中处于浮动状态，所以取主阀半锥角为v的方向角，近似取=，于是简化为F= Cdysin2综上所述，可得主阀芯的受力平衡方程式为：K(y+y)= AP - AP- Cdysin2 （3-6）（3）当先导阀打开，阀口处的压力流量方程如下：Q=Cdysin （3-7）式中：C先导阀阀口流量系数，取 C=0.75 d先导阀座孔直径

35、y先导阀升起高度 先导阀锥部半锥角 工作油液密度 P先导阀阀前压力，先导阀阀前的压力即为主阀上腔压力。(4) 先导阀的受力平衡方程作用在先导阀芯上的弹簧力、液压力和液动力，即F=F-F （3-8）1） 先导阀弹簧（调压弹簧）的弹簧力FF= K(y+y)式中 K 先导阀弹簧刚度 y先导阀弹簧预压缩量 y先导阀的升起高度2）作用在先导阀阀芯上的液压力FF= AP =P 式中 A先导阀阀座孔的断面积 d先导阀阀座孔直径3) 液体流经先导阀阀口时对先导阀产生的稳态液动力FF= Cydsin2P综上所述，先导阀阀芯受力平衡方程式K(y+y)= AP- Cydsin2P （3-9）（5）油液流经主阀芯上阻

36、尼小孔的压力流量方程在不计主阀阀芯径向间隙泄漏的前提下，依据液体流动的连续性，流过阻尼孔的流量与流过先导阀的流量相同。因为流经阻尼孔的时更复杂的液流（层流和紊流之间），所以一般用经验公式Q=()A(P- P) （3-10）式中： P主阀芯活塞下腔作用力；P主阀芯活塞上腔作用力；Q通过节流孔的流量； A节流孔截面积； v油的运动粘度； 油的重度。进行静态特性计算，一方面是在设计过程中，求出主阀弹簧、先导阀弹簧的预压缩量和刚度；另一方面是校核关键结构的尺寸，看是否符合静态特性的规定，可以适当的调整，直到符合设计规定。3.3.2 弹簧刚度和预压缩量计算（1）主阀弹簧刚度K1和预压缩量y当主阀将要开启

37、，还未开启时，受力平衡方程为：AP = AP+Ky+G+F+F Ky=AP-AP-G-F-F =(P-P)A-G-F-F可求出K和 y，可通过以下方法：1） 主阀将要开启，还未开启时，主阀的开启压力为P，设P为最高调定压力P下 的开启压力，所以P0.95 P 即P=0.9515=14.25MPa此时流量：Q0.01Q=0.0160=0.6 L/ min2） 由阻尼小孔压力流量方程中可求P，设Q= Q，转化公式后得 P= P 其中运动粘度v=2010m/s;油液重度A=0.001=0.78510m整理得：P=14.25- =14.25 - 0.30 =13.95 MPa3） 主阀芯摩擦力F就是活

38、塞直径D0处和主阀芯上段直径D2处两部分摩擦力，即 F=fF+fF其中：f摩擦系数 FD0处的侧压力FD2D2处的侧压力侧压力与缝隙两端压差P、圆柱直径等是成正比的，可以用因数K表示，取摩擦系数f=0.1,则F可表示为：F0.1K D2 l2 (P-P)+ 0.1K D0 l0 (P-P)设压力P约等于零，K=0.15-0.3 ，则：F0.1K D2 l2 P+0.1K D0 l0 (P-P)即 F=0.10.210100.5101013.9510+0.10.222101510 0.3010 =1.395+1.98=3.375N4)求主阀芯溢流孔d压降引起的作用力F溢流孔d压降由进、出口处阻力

39、和沿程阻力组成，用公式表示：=()其中：进口处局部阻力系数出口处局部阻力系数沿程阻力系数通过主阀芯溢流孔的流量与通过先导阀的流量Q相等，设Q=0.01Q,因此溢流孔流体的速度可表示为：v=根据经验知， =0.04-0.05，=0.2，=2，所以压降引起的作用力F为：F=()整理后得：F=()代入数据得：F=5)在最高调定压力P下，主阀芯的开口量xx=x=因此，在最高调定压力下，主阀芯的开口量为4.5mm6)主阀芯的最大开度在卸荷状态下，主阀有最大开度，列出公式：x=其中：P卸荷压力Q额定流量 油液重度g重力加速度C1=0.8，=0.903103（N/ m 3），P=0.4MPa,g=9.8, Q=60 L/ min,代入数据，求得：x=按经验选取y=(1-5)X=26=12mm7)主阀芯重量G经过粗略估算主阀芯质量大约为M=0.074Kg所以其重量为：G=Mg=0.0749.8=0.73N综合以上已知条件代入主方程式可求得：Ky=AP-AP-G-F-F式中： A=2.85 10A=3.01 10所以 Ky=14.25102.8510-13.95103.0110-0.73-3.375-0.16=133.91N所