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液压先导式溢流阀的解析

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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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