溢流閥有多種用途,主要是採用溢流的方法使液壓泵的供油壓力得到調整,並保持基本恆定。溢流閥按其結構原理可分為直動式和先導式兩種。

對溢流閥的要求主要是:調壓範圍大,調壓偏差小,動作靈敏;過流能力強;工作時噪聲小等。

(1)直動式溢流閥

普通直動式溢流閥

圖1所示為錐閥式和滑閥式普通直動式溢流閥的結構原理及圖形符號。對於錐閥式溢流閥[圖1(a)，當進油口P的油液壓力不高時,閥芯2被彈簧壓緊在閥座上,閥口關閉。當進口P油壓升高到能克服彈簧預緊力時,便推開閥芯使閥口打開,油液就從回油口O流回油箱(溢流),進油壓力也就不會繼續升高。對於滑閥式溢流閥[圖1(b)],其工作原理與錐閥式類似,進口的壓力油通過閥體內的通道a引入閥芯下端,彈簧腔的洩漏油與出油口相連。當進口油壓升高到能克服彈簧預緊力時,便推動閥芯運動,油液就由進油口P流入,從回油口O流回油箱。當通過溢流閥的流量變化時,閥口開度變化,彈簧壓縮量也隨之改變。在彈簧壓縮量變化甚小的情況下,可以認為閥芯在液壓力和彈簧力作用下保持平衡,溢流閥進口處的壓力基本保持在彈簧調定值。擰動調壓手輪4改變彈簧的預壓縮量,便可調整溢流閥的溢流壓力。

這種溢流閥因為作用在其閥芯上的液壓力直接和調壓彈簧力抗衡,所以稱為直動式溢流閥。由於液壓力直接作用於彈簧的結構原因,需要的彈簧剛度很大,當溢流量較大時,閥口開度增大,彈簧的壓縮量增大,控制的油液壓力波動大,手輪調節所需力量也大,因此普通直動式溢流閥適用於低壓小流量系統。

新型直動式溢流閥直動式溢流閥在結構上採取適當措施也可以用在高壓大流量系統中。具有代表性的是德國 Rexroth公司開發的直動式溢流閥,其壓力最高達到63MPa,流量達到330L/min,其溢流壓力穩定性很好。圖2所示為其較為典型的插裝型錐閥式結構。在錐閥的下部有側面銑扁的阻尼活塞4,通過銑扁處將壓力油引到活塞的底部,該活塞除增加運動阻尼提髙閥的工作穩定性外,還可以為其錐閥芯導向,在開啟後不會發生偏斜。此外,在錐閥的上部還有一個偏流盤,盤的上面支撐著彈簧,下側表面開環形槽用來控制回油的射流方向。因為液流方向改變產生一個與彈簧方向相反的射流力,當閥的開口增大時,彈簧的壓縮量增大,這時射流力也增大,可以部分相互抵消,這樣閥的工作壓力就不會因為溢流量變化導致的彈簧壓縮量變化而產生較大的波動。

先導式溢流閥

由主閥和先導閥兩部分組成。按照閥芯配合形式的不同,主閥有一節同心、兩節同心和三節同心等形式。圖2所示為三節同心溢流閥的結構原理和圖形符號。主閥芯和閥體有三處同心配合要求。主閥由主閥體5、主閥芯7、彈簧6等組成;先導閥是普通直動錐閥式溢流閥

當先導式溢流閥的進油口P通入壓力油時,壓力油可通過主閥芯上的阻尼孔R進入上側油腔,並通過先導閥體上的孔道進入先導閥的右腔。

當溢流閥進油口P處的壓力較小,不足以頂開先導閥芯3時,先導閥在先導閥彈簧(即調壓彈簧2)作用下關閉,主閥芯上的阻尼孔中無油液流過,主閥芯7上、下兩腔的液壓力相等。在主閥彈簧6作用下,主閥芯處於下端極限位置,封閉P到O的溢流通道。當壓力增大到先導閥芯的開啟壓力時,先導閥芯打開,油液可以經過主閥芯上的洩油孔道b流回主閥的回油腔O,實行內洩。由於阻尼孔R的液阻很大,油液流過時產生壓力降,使主閥芯所受的液壓力不平衡,當入口處的液壓力達到溢流閥的調定壓力,這時溢流閥主閥芯下側作用的液壓力大於上側的液壓力與主閥彈簧的作用力之和,主閥芯開始向上運動,溢流閥進口壓力油經主閥口P溢流至回油口O流回油箱,實現溢流穩壓的目的。

調節先導閥的調壓手輪1,便能調整溢流壓力;更換不同剛度的調壓彈簧,便能得到不同的調壓範圍。

先導式溢流閥上開有一個遠程控制口K,經先導閥芯3和主閥芯7的上腔相通,圖3所示為控制口封閉狀態。當要實行遠程控制時,在此口連接一個調壓閥,相當於給溢流閥的調壓部分並聯一個先導調壓閥,溢流閥工作壓力就由溢流閥本身的先導調壓閥和遠程控制口上連接的調壓閥中較小的調壓值決定。調節遠程控制口上連接的調壓閥的彈簧力,即可調節溢流閥主閥芯上端的液壓力,從而對溢流閥的溢流壓力實行遠程調壓(調節壓力小於溢流閥本身先導閥的調定值)。如果通過電磁換向外接多個遠程調壓閥,便可實現多級調壓;如果通過電磁換向將遠程控制口K接通油箱時,主閥芯上端的壓力很低,系統的油液在低壓下通過溢流閥流回油箱,實現卸荷。如不使用其功能,如圖2所示堵上遠程控制口即可。

在先導式溢流閥中,先導閥的作用是控制和調節溢流壓力,其閥口直徑較小,即使在較高壓力的情況下,作用在閥芯上的液壓力也不大,因此調壓彈簧的剛度可以小些,調整壓力比較輕便。主閥芯的兩端均受油壓作用,主閥彈簧的剛度也只需很小,這樣,當溢流量變化而引起彈簧壓縮量變化時,進油口的壓力變化不大因此,先導式溢流閥的穩壓性能優於普通直動式溢流閥,但先導式溢流閥是二級閥,其靈敏度低於直動式溢流閥。

圖3所示為兩節同心先導式溢流閥。為使主閥關閉時有良好的密封性,要求主閥芯的圓柱導向面、圓錐面與閥套配合良好,同心配合有兩處。在這個閥上具有三個阻尼孔。其工作原理與三節同心先導式溢流閥類似。三個阻尼孔中起主要作用的是阻尼孔R,阻尼孔1主要對先導閥芯開啟起阻尼用,以降低振動等,阻尼孔2對主閥芯的啟閉產生阻尼,提高溢流閥工作的穩定性。

溢流閥的性能

包括靜態性能和動態性能。靜態性能是指溢流閥在穩定工況時的性能,動態性能是指溢流閥在瞬態工況時的性能。

靜態性能

a.壓力調節範圍是指調壓彈簧在規定的範圍內調節時,系統壓力能平穩地上升或下降,且壓力無突跳及遲滯現象時的最高和最低調定壓力。高壓溢流閥為改善調節性能,可通過更換4根自由高度、內徑相同而剛度不同的彈簧實現四級調壓。

溢流閥的最大允許流量為其額定流量,在額定流量下工作時溢流閥應無噪聲;溢流閥的最小穩定流量取決於它的壓力平穩性要求,一般規定為額定流量的15%。

b.啟閉特性是指溢流閥在穩態情況下從開啟到閉合的過程中,被控壓力與通過溢流閥的溢流量之間的關係。它是衡量溢流閥定壓精度的一個重要指標,一般用溢流閥處於額定流量、調定壓力p時,開始溢流的開啟壓力pk及停止溢流的閉合壓力Pb分別與p的百分比來衡量,前者稱為開啟比,後者稱為閉合比,顯然,上述兩個百分比越大,則兩者越接近,溢流閥的啟閉特性就越好。直動式和先導式溢流閥的啟閉特性曲線如圖4所示。

c.卸荷壓力當溢流閥的遠程控制口K與油箱相連時,額定流量下的壓力損失稱為卸荷壓力。

動態性能

當溢流閥在溢流量發生階躍變化時,它的進口壓力,也就是它所控制的系統壓力,將如圖5所示迅速升高並超過額定壓力的調定值,然後逐步衰減到最終穩定壓力,從而完成其動態過渡過程。

把最高瞬時壓力峰值與額定壓力調定值的差值△p稱為壓力超調量,它是衡量溢流閥動態定壓誤差的一個重要指標。

圖5中n為響應時間,t為過渡時間。t越小,溢流閥的響應越快;t2越小,動態響應過程時間越短。