先导式溢流阀工作原理是什么

先导式溢流阀　　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—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  　　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。

常用的溢流阀按其结构形式和基本动作方式可归结为直动式和先导式两种。
(1)              直动式溢流阀
直动式溢流阀是依靠系统中的压力油直接作用在阀芯上与弹簧力等相平衡，以控制阀芯的启闭动作，图  (a)所示是一种低压直动式溢流阀，P是进油口，T是回油口，进口压力油经阀芯4中间的阻尼孔g作用在阀芯的底部端面上，当进油压力较小时，阀芯在弹簧2的作用下处于下端位置，将P和T两油口隔开。当油压力升高，在阀芯下端所产生的作用力超过弹簧的压紧力F。此时，阀芯上升，阀口被打开，将多余的油液排回油箱，阀芯上的阻尼孔g用来对阀芯的动作产生阻尼，以提高阀的工作平衡性，调整螺帽1可以改变弹簧的压紧力，这样也就调整了溢流阀进口处的油液压力p。
（a）
低压直动式溢流阀(a)结构图          (  b)职能符号图
1—螺帽2—调压弹簧3—上盖4—阀芯5—阀体
溢流阀是利用被控压力作为信号来改变弹簧的压缩量，从而改变阀口的通流面积和系统的溢流量来达到定压目的的。当系统压力升高时，阀芯上升，阀口通流面积增加，溢流量增大，进而使系统压力下降。溢流阀内部通过阀芯的平衡和运动构成的这种负反馈作用是其定压作用的基本原理，也是所有定压阀的基本工作原理。由式可知，弹簧力的大小与控制压力成正比，因此如果提高被控压力，一方面可用减小阀芯的面积来达到，另一方面则需增大弹簧力，因受结构限制，需采用大刚度的弹簧。这样，在阀芯相同位移的情况下，弹簧力变化较大，因而该阀的定压精度就低。所以，这种低压直动式溢流阀一般用于压力小于2.5MPa的小流量场合，图  (b)所示为直动式溢流阀的图形符号.由  (a)还可看出，在常位状态下，溢流阀进、出油口之间是不相通的，而且作用在阀芯上的液压力是由进口油液压力产生的，经溢流阀芯的泄漏油液经内泄漏通道进入回油口T。    溢流阀是利用被控压力作为信号来改变弹簧的压缩量，从而改变阀口的通流面积和系统的溢流量来达到定压目的的。当系统压力升高时，阀芯上升，阀口通流面积增加，溢流量增大，进而使系统压力下降。溢流阀内部通过阀芯的平衡和运动构成的这种负反馈作用是其定压作用的基本原理，也是所有定压阀的基本工作原理。

定压溢流作用：在定量泵节流调节系统中，定量泵提供的是恒定流量。当系统压力增大时，会使流量需求减小。此时溢流阀开启，使多余流量溢回油箱，保证溢流阀进口压力，即泵出口压力恒定（阀口常随压力波动开启）。
稳压作用：溢流阀串联在回油路上，溢流阀产生背压，运动部件平稳性增加。
系统卸荷作用：在溢流阀的遥控口串接溢小流量的电磁阀，当电磁铁通电时，溢流阀的遥控口通油箱，此时液压泵卸荷。溢流阀此时作为卸荷阀使用。
安全保护作用：系统正常工作时，阀门关闭。只有负载超过规定的极限（系统压力超过调定压力）时开启溢流，进行过载保护，使系统压力不再增加（通常使溢流阀的调定压力比系统最高工作压力高10%～20%）。
实际应用中一般有：作卸荷阀用，作远程调压阀，作高低压多级控制阀，作顺序阀，用于产生背压（串在回油路上）。
溢流阀一般有两种结构：1、直动型溢流阀  。2、先导式溢流阀。
对溢流阀的主要要求：调压范围大，调压偏差小，压力振摆小，动作灵敏，过载能力大，噪声小。

先导式溢流阀的工作原理，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。

溢流阀的工作原理及分类  
 
溢流阀的用途  
 
   定压溢流作用：在定量泵节流调节系统中，定量泵提供的是恒定流量。当系统压力增大时，会使流量需求减小。此时溢流阀开启，使多余流量溢回油箱，保证溢流阀进口压力，即泵出口压力恒定（阀口常随压力波动开启）。  
 
   安全保护作用：系统正常工作时，阀门关闭。只有负载超过规定的极限（系统压力超过调定压力）时开启溢流，进行过载保护，使系统压力不再增加（通常使溢流阀的调定压力比系统最高工作压力高10％～20％）。  
 
   作卸荷阀用  
 
   作远程调压阀  
 
   作高低压多级控制阀  
 
   作顺序阀  
 
   用于产生背压（串在回油路上）。  
 
1、直动型溢流阀  
 
   1）、锥阀式直动型溢流阀  
 
 
 
锥阀式直动型溢流阀  
 
   图示为锥阀式直动型溢流阀。锥阀2的左端设有偏流盘1托住弹压弹簧5，锥阀右端有一阻尼活塞3（阻尼活塞一方面在锥阀开启或闭合时起阻尼作用，用来提高锥阀工作的稳定性；另一方面用来保证锥阀开启后不会倾斜）。进口的压力油（压力为P）可以由此活塞的径向间隙进入活塞底部，形成一个向左的液压力F=P·A（A为活塞底部面积）。当作用在底部的液压力F大于弹簧力时，锥阀阀口打开，油液由锥阀口经回流口溢回油箱。只要阀口打开，有油液流经溢流阀，溢流阀入口的压力就基本保持恒定。通过调节杆4来改变调压弹簧5的预紧力Ft，即可调整溢流压力。  
 
　　锥阀开启后，（5－21）  
 
　　式中，K、X0分别为弹簧刚度和预压缩量（m）；G为阀芯自重（阀芯垂直安放时考虑自重，水平安放时不考虑自重）（N）；Ff为阀芯与阀套间的摩擦力（方向与阀芯运动的方向相反）（N）；F5为稳态液动力，由于阻尼活塞与锥阀连接处为锥面，且与锥阀对称，因此在锥阀开启时进油流与出油流的稳态液动力相互平衡，所以F5=0；Fj为射流力，在锥阀端部的偏流盘上开有一个环形槽，用以改变锥阀出流口的液流方向，产生一个与弹簧力方向相反的射流力，当通过溢流阀的流量增加时，虽然因为锥阀阀口增大引起弹簧力增加，但由于与弹簧力方向相反的射流力同时增加，结果抵消了弹簧力的增量，即。  
 
　　考虑到F5=0和Fj=Kx，则式（5－21）变成  
 
       （5－22）  
 
　　由式（5－22）可知，这种阀的进口压力P不受流量变化的影响，即P不受阀口开度x大小的影响。被控压力P变化很小，定压精度高。  
 
 2）、球阀式直动型溢流阀  
 
 
 
球阀式直动型溢流阀  
 
   图示为球阀式直动型溢流阀。它也有一个阻尼活塞3，但与锥阀式结构不同，活塞与球阀1之间不是刚性连接，而是通过阻尼弹簧4使活塞与球阀接触（活塞两端的液压力平衡）。由于活塞的阻尼作用，可使始终与活塞相连接的球阀运动平稳。  
 
   （Pa）  （5－23）  
 
   式中，A为球阀座孔面积（m2）；K1、K2分别为主弹簧2和阻尼弹簧4的刚度（N/m）；x10、x20分别为主弹簧2和阻尼弹簧4的预压缩量（m）；x为球阀开口量（m）。由式（5－23）可知，由于增加了阻尼弹簧，相当于主弹簧的刚度增大了K2、预压缩量减小了K2x20/K1，有利于提高阀的静特性。  
 
 2、先导型溢流阀  
 
   由主阀和先导阀两部分组成。先导阀类似于直动型溢流阀，但一般多为锥阀（或球阀）形阀座式结构。主阀可分为一节同心结构、二节同心结构和三节同心结构。  
 
 
 
图一、先导型溢流阀  
 
   图1为先导型溢流阀。由于主阀芯6与阀盖3、阀体4与主阀座7等三处有同心配合要求，故属于三节同心结构。压力油自阀体4中部的进油口P进入，并通过主阀芯6上的阻尼孔5进入主阀芯上腔，在油阀盖3上的通道a和锥阀座2上的小孔作用与锥阀1上。当进油口的压力p1小于先导阀调压弹簧9的调定值时，先导阀关闭，而且由于主阀芯上、下两侧有效面积比（A2/A1）为1.03～1.05，上侧稍大，作用与主阀芯上的压力差和主阀弹簧力均使主阀口闭紧，不溢流。当进油压力超过先导阀的调定压力时，先导阀被打开，造成资金油口P井主阀芯阻尼孔5、先导阀口、主阀芯中心孔至阀体4下部出油口（溢流口）O的流动。阻尼孔处的流动损失使主阀芯上、下腔中的油液产生一个随先导阀流量增加而增加的压力差，当它在主阀芯上、下作用面上产生的总压力差足以克服主阀弹簧力、主阀自重G和摩擦力Ff时，主阀芯开启。此时进油口P与出油口（溢流口）O直接相通，造成溢流以保持系统压力。  
 
 
 
图2、二节同心先导型溢流阀的结构图  
 
   图2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只主阀下腔与先导阀前腔产生压力差，在通过阻尼孔3作用于主阀上腔，从而控制主阀芯开启。阻尼孔3还用以提高主阀芯的稳定性。溢流阀进出口压力为  
 
   （Pa）  （5－24）  
 
   式中，Ac为先导阀座孔的面积（m2）；Ky、Kx分别为主阀和先导阀弹簧的刚度（N/m）；y0、x0分别为主阀和先导阀的预压缩量（m）；y、x分别为主阀和先导阀阀口的开度（m）；Ff为主阀与阀体间的摩擦力（N）；G为主阀芯自重（N）。

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  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。