液压先导式溢流阀的解析
发表时间：2013-7-2 14:36:32
溢流阀在装配或使用中，由于“O”形密封圈、组合密封圈的损坏，或者安装螺钉、管接头的松动，都可能造成不应有的外泄漏。 如果锥阀或主阀芯磨损过大，或者密封面接触不良，还将造成内泄漏过大，甚至影响正常工作。 电磁溢流阀常见的故障有先导电磁阀工作失灵、主阀调压失灵和卸荷时的冲击噪声等。后者可通过调节加置的缓冲器来减少或消除。如不带缓冲器，则可在主阀溢流口加一背压阀。（压力一般调至5kgf/cm2左右，即0.5MPa）液压阀中DB/DBW型先导溢流阀是用来控制液压系统的压力。下面我们就来详细的介绍一下其解工作原理及故障排除。
1． 结构和工作原理 DB型阀是先导控制式的溢流阀；DBW型阀是先导控制式的电磁溢阀。DB 型阀是用来控制液压系统的压力；DBW型阀也可以控制液压系统的压力，并且能在任意时刻使系统卸荷。 DB型阀主要是由先导阀和主阀组成。DBW型阀是由电磁换向阀、先导阀和主阀组成。
DB型溢流阀 DB型溢流阀： A腔的压力油作用在主阀芯（1）下端的同时，通过阻尼器（2）、（3）和通道（12）、（4）、（5）作用在主阀芯上端和先导阀（7）的锥阀（6）上。当系统压力超过弹簧（8）的调定值时，锥阀（6）被打开。同时主阀芯上端的压力油通过阻尼器（3）、通道（5）、弹簧腔（9）及通道（10）流回B腔（控制油内排型）或通过外排口（11）流回油箱（控制油外排型）。这样，当压力油通过阻尼器（2）、（3）时在主阀芯（1）上产生了一个压力差，主阀芯在这个压差的作用下打开，这样在调定的工作压力下压力油从A腔流到B腔（即卸荷）。 DBW型电磁溢流阀： 此阀工作原理与DB型阀相同，只是可通过安装在先导阀上的电磁换向阀（14）使系统在任意时刻卸荷。 DB/DBW型阀均设有控制油内部供油道（12）、（4）和内部排油道（10）；控制油外供口X和外排口Y。这样就可根据控制油供给和排出的不同形式的组合内供内排、外供内排、内供外排和外供外排4种型式。
2． 溢流阀常见故障及排除 溢流阀在使用中，常见的故障有噪声、振动、阀芯径向卡紧和调压失灵等。
（一） 噪声和振动 液压装置中容易产生噪声的元件一般认为是泵和阀，阀中又以溢流阀和电磁换向阀等为主。产生噪声的因素很多。溢流阀的噪声有流速声和机械声二种。流速声中主要由油液振动、空穴以及液压冲击等原因产生的噪声。机械声中主要由阀中零件的撞击和磨擦等原因产生的噪声。
（1） 压力不均匀引起的噪声 先导型溢流阀的导阀部分是一个易振部位如图3所示。在高压情况下溢流时，导阀的轴向开口很小，仅0.003～0.006厘米。过流面积很小，流速很高，可达200米/秒，易引起压力分布不均匀，使锥阀径向力不平衡而产生振动。另外锥阀和锥阀座加工时产生的椭圆度、导阀口的脏物粘住及调压弹簧变形等，也会引起锥阀的振动。所以一般认为导阀是发生噪声的振源部位。 由于有弹性元件（弹簧）和运动质量（锥阀）的存在，构成了一个产生振荡的条件，而导阀前腔又起了一个共振腔的作用，所以锥阀发生振动后易引起整个阀的共振而发出噪声，发生噪声时一般多伴随有剧烈的压力跳动。
（2） 空穴产生的噪声 当由于各种原因，空气被吸入油液中，或者在油液压力低于大气压时，溶解在油液中的部分空气就会析出形成气泡，这些气泡在低压区时体积较大，当随油液流到高压区时，受到压缩，体积突然变小或气泡消失；反之，如在高压区时体积本来较小，而当流到低压区时，体积突然增大，油中气泡体积这种急速改变的现象。气泡体积的突然改变会产生噪声，又由于这一过程发生在瞬间，将引起局部液压冲击而产生振动。先导型溢流阀的导阀口和主阀口，油液流速和压力的变化很大，很容易出现空穴现象，由此而产生噪声和振动。
（3） 液压冲击产生的噪声 先导型溢流阀在卸荷时，会因液压回路的压力急骤下降而发生压力冲击噪声。愈是高压大容量的工作条件，这种冲击噪声愈大，这是由于溢流阀的卸荷时间很短而产生液压冲击所致在卸荷时，由于油流速急剧变化，引起压力突变，造成压力波的冲击。压力波是一个小的冲击波，本身产生的噪声很小，但随油液传到系统中，如果同任何一个机械零件发生共振，就可能加大振动和增强噪声。所以在发生液压冲击噪声时，一般多伴有系统振动。
（4） 机械噪声 先导型溢流阀发出的机械噪声，一般来自零件的撞击和由于加工误差等产生的零件磨擦。 在先导型溢流阀发出的噪声中，有时会有机械性的高频振动声，一般称它为自激振动声。这是主阀和导阀因高频振动而发生的声音。它的发生率与回油管道的配置、流量、压力、油温（粘度）等因素有关。一般情况下，管道口径小、流量少、压力高、油液粘度低，自激振动发生率就高。 减小或消除先导型溢流阀噪声和振动的措施，一般是在导阀部分加置消振元件。 消振套一般固定在导阀前腔，即共振腔内，不能自由活动。在消振套上都设有各种阻尼孔，以增加阻尼来消除震动。另外，由于共振腔中增加了零件，使共振腔的容积减小，油液在负压时刚度增加，根据刚度大的元件不易发生共振的原理，就能减少发生共振的可能性。 消振垫一般与共振腔活动配合，能自由运动。消振垫正反面都有一条节流槽，油液在流动时能产生阻尼作用，以改变原来的流动情况。由于消振垫的加入，增加了一个振动元件，扰乱了原来的共振频率。共振腔增加了消振垫，同样减少了容积，增加了油液受压时的刚度，以减少发生共振的可能性。 在消振螺堵上设有蓄气小孔和节流边，蓄气小孔中因留有空气，空气在受压时压缩，压缩空气具有吸振作用，相当于一个微型吸振器。小孔中空气压缩时，油液充入，膨胀时，油液压出，这样就增加了一个附加流动，以改变原来的流动情况。故也能减小或消除噪声和振动。 另外，如果溢流阀本身的装配或使用权用不当，也都会造成振动，产生噪声。如三节同心式溢流阀，装配时三节同心配合不当，使用时流量过大或过小，锥阀的不正常磨损等。在这种情况下，应认真检查调整，或更换零件。
（二） 阀芯径向卡紧 因加工精度的影响，造成主阀芯径向卡紧，使主阀开启不上压或主阀关闭不卸压，另因污染造成径向卡紧。
（三） 调压失灵 溢流阀在使用中有时会出现调压失灵现象。先导型溢流阀调压失灵现象有二种情况：一种是调节调压手轮建立不起压力，或压力达不到额定数值；另一种调节手轮压力不下降，甚至不断升压。出现调压失灵，除阀芯因种种原因造成径向卡紧外，还有下列一些原因： 第一是主阀体（2）阻尼器堵塞，油压传递不到主阀上腔和导阀前腔，导阀就失去对主阀压力的调节作用。因主阀上腔无油压力，弹簧力又很小，所以主阀变成了一个弹簧力很小的直动型溢流阀，在进油腔压力很低的情况下，主阀就打开溢流，系统就建立不起压力。 压力达不到额定值的原因，是调压弹簧变形或选用错误，调压弹簧压缩行程不够，阀的内泄漏过大，或导阀部分锥阀过度磨损等。 第二是阻尼器（3）堵塞，油压传递不到锥阀上，导阀就失去了支主阀压力的调节作用。阻尼器（小孔）堵塞后，在任何压力下锥阀都不会打开溢流油液，阀内始终无油液流动，主阀上下腔压力一直相等，由于主阀芯上端环形承压面积大于下端环形承压面积，所以主阀也始终关闭，不会溢流，主阀压力随负载增加而上升。当执行机构停止工作时，系统压力就会无限升高。除这些原因以外，尚需检查外控口是否堵住，锥阀安装是否良好等。
先导型溢流阀 Pilot-operated Pressure Relief Valve
先导型溢流阀有多种结构。图6.9所示是一种典型的三节同心结构先导型溢流阀，它由先导阀(Pilot Valve)和主阀(Main Valve)两部分组成。该阀原理如图6.10所示。
图中，锥式先导阀1、主阀芯上的阻尼孔（固定节流孔）5及调压弹簧9一起构成先导级半桥分压式压力负反馈控制，负责向主阀芯6的上腔提供经过先导阀稳压后的主级指令压力P2。主阀芯是主控回路的比较器，上端面作用有主阀芯的指令力P2A2，下端面作为主回路的测压面，作用有反馈力P1A1，其合力可驱动阀芯，调节溢流口的大小，最后达到对进口压力P1进行调压和稳压的目的。
图6.9 YF型三节同心先导型溢流阀结构图(管式)
[1]
1—锥阀(Pilot Valve)(先导阀)；2—锥阀座(Poppet Seat)；3—阀盖(Valve Cap)；4—阀体(Valve Body)；5—阻尼孔(Orifice)；6—主阀芯(Main Spool)；7—主阀座(Main Valve Seat)；8—主阀弹簧(Main Spring)；9—调压(Adjustment Spring) (先导阀)弹簧；10—调节螺钉；11—调节手轮。
工作时，液压力同时作用于主阀芯及先导阀芯的测压面上。当先导阀1未打开时，阀腔中油液没有流动，作用在主阀芯6上下两个方向的压力相等，但因上端面的有效受压面积A2大于下端面的有效受压面积A1，主阀芯在合力的作用下处于最下端位置，阀口关闭。当进油压力增大到使先导阀打开时，液流通过主阀芯上的阻尼孔5、先导阀1流回油箱。由于阻尼孔的阻尼作用，使主阀芯6所受到的上下两个方向的液压力不相等，主阀芯在压差的作用下上移，打开阀口，实现溢流，并维持压力基本稳定。调节先导阀的调压弹簧9，便可调整溢流压力。
图6.10 三节同心先导型溢流阀原理图
从图（6.9）可以看出，导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，先导级的控制压力p2≈0；主阀芯在很小的液压力（基本为零）作用下便可向上移动，打开阀口，实现溢流，这时系统称为卸荷。若K口接另一个远离主阀的先导压力阀(此阀的调节压力应小于主阀中先导阀的调节压力)的入口连接，可实现远程调压。
图6.11 二节同心先导型溢流阀(板式)
1—主阀芯；2、3、4，阻尼孔；5—先导阀座；6—先导阀体；
7—先导阀芯；8—调压弹簧；9—主阀弹簧；10—阀体
图6.11所示为二节同心先导型溢流阀的结构图，其主阀芯为带有圆柱面的锥阀。为使主阀关闭时有良好的密封性，要求主阀芯1的圆柱导向面和圆锥面与阀套配合良好，两处的同心度要求较高，故称二节同心。主阀芯上没有阻尼孔，而将三个阻尼孔2、3、4分别设在阀体10和先导阀体6上。其工作原理与三节同心先导型溢流阀相同，只不过油液从主阀下腔到主阀上腔，需经过三个阻尼孔。阻尼孔2和4相串联，相当三节同芯阀主阀芯中的阻尼孔，是半桥回路中的进油节流口，作用是使主阀下腔与先导阀前腔产生压力差，再通过阻尼孔3作用于主阀上腔，从而控制主阀芯开启。阻尼孔3的主要作用是用以提高主阀芯的稳定性，它的设立与桥路无关。
先导型溢流阀的导阀部分结构尺寸较小，调压弹簧不必很强，因此压力调整比较轻便。但因先导型溢流阀要在先导阀和主阀都动作后才能起控制作用，因此反应不如直动型溢流阀灵敏。
与三节同心结构相比，二节同心结构的特点是：①主阀芯仅与阀套和主阀座有同心度要求，免去了与阀盖的配合，故结构简单，加工和装配方便。②过流面积大，在相同流量的情况下，主阀开启高度小；或者在相同开启高度的情况下，其通流能力大，因此，可做得体积小、重量轻。③主阀芯与阀套可以通用化，便于组织批量生产。
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