李忠山，張玉峰，范久臣

(北華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，吉林吉林132021)

在進(jìn)口和出口節(jié)流調(diào)速回路中，由于溢流閥始終處于溢流的狀態(tài)，使系統(tǒng)壓力基本恒定，故進(jìn)口和出口節(jié)流調(diào)速回路又稱作定壓式節(jié)流調(diào)速回路。在使用QCS003 實(shí)驗(yàn)臺進(jìn)行進(jìn)口和出口節(jié)流調(diào)速回路的教學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)，雖然節(jié)流閥起到了調(diào)速的作用(溢流閥溢流)，但是系統(tǒng)壓力隨液壓缸的運(yùn)動(dòng)速度的變化有很明顯的改變，只有節(jié)流閥開度很小(液壓缸運(yùn)動(dòng)速度很低)時(shí)，系統(tǒng)壓力才接近溢流閥調(diào)定的壓力，使實(shí)驗(yàn)操作困難，并影響學(xué)生對知識的正確理解。由于溢流閥的壓力是在泵輸出全部流量下調(diào)定的，當(dāng)液壓缸運(yùn)動(dòng)時(shí)溢流閥的流量會減小，液壓缸運(yùn)動(dòng)速度越大，溢流閥的流量越小，系統(tǒng)壓力就變得越低，如果壓力的變化較大，說明溢流閥的壓力受其流量變化的影響較大，即溢流閥的定壓精度低。

1 解決方案

定壓精度是溢流閥靜態(tài)性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)，其啟閉特性曲線可以反映出溢流閥的定壓精度情況。已經(jīng)有多篇論文對先導(dǎo)式溢流閥的靜態(tài)性能進(jìn)行了論述和分析［1－5］，但是無論是結(jié)構(gòu)上還是理論上的分析，都是在先導(dǎo)閥的回油直接接回油箱(外泄式)的情況下進(jìn)行的，而實(shí)際使用的先導(dǎo)式溢流閥是內(nèi)泄式的。QCS003 實(shí)驗(yàn)臺上使用的溢流閥是Y1-10B 型先導(dǎo)式溢流閥，其結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 Y1-10B 先導(dǎo)式溢流閥結(jié)構(gòu)簡圖

Y1-10B 型先導(dǎo)式溢流閥的先導(dǎo)閥的回油流經(jīng)主閥口的下腔，由于主閥口的直徑大于下節(jié)軸孔的直徑，使先導(dǎo)閥的回油對主閥閥芯可能產(chǎn)生使主閥開啟的力，加上先導(dǎo)閥回油流動(dòng)狀態(tài)的突然改變，會對主閥閥芯產(chǎn)生一定沖擊和擾動(dòng)。雖然回油的壓力和流量都很小，但是由于主閥閥芯的彈簧很軟，先導(dǎo)閥的回油很有可能對主閥閥芯的工作狀態(tài)產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響溢流閥的定壓精度。所以決定把溢流閥改為外泄式來消除先導(dǎo)閥回油對主閥芯的影響，提高溢流閥的定壓精度。

2 內(nèi)泄式與外泄式兩種情況下的啟閉特性試驗(yàn)

為了驗(yàn)證方案的可行性，利用QCS003 實(shí)驗(yàn)臺對溢流閥進(jìn)行內(nèi)泄式和外泄式兩種情況下的啟閉特性試驗(yàn)(油溫為(40 ±2)℃)。試驗(yàn)回路見圖2 (QCS003實(shí)驗(yàn)臺的部分回路)。

圖2 試驗(yàn)回路

2.1 內(nèi)泄式時(shí)的啟閉特性試驗(yàn)［6］

旋松溢流閥3 的調(diào)壓手柄，啟動(dòng)液壓泵1，調(diào)節(jié)溢流閥3 使壓力表2 的示數(shù)為7 MPa，打開換向閥4，調(diào)節(jié)被試溢流閥6 的調(diào)壓手柄，使壓力調(diào)到溢流閥6的額定壓力6.3 MPa，并鎖緊調(diào)壓手柄。關(guān)閉溢流閥3，測出流過溢流閥6 的試驗(yàn)流量，然后，調(diào)節(jié)溢流閥3，改變被試閥6 的進(jìn)口處壓力，開始時(shí)每降低0.05 MPa 測量一次流量，到6.1 MPa 以后每降低0.1 MPa 測量一次流量，到溢流閥斷流時(shí)為止。根據(jù)數(shù)據(jù)描點(diǎn)畫出溢流閥6 的閉合曲線。把壓力調(diào)低一些，然后再升壓，當(dāng)溢流閥6 的出口剛出現(xiàn)線流時(shí)開始記錄數(shù)據(jù)，盡量取與測量閉合過程中相同的壓力點(diǎn)測出流量。

2.2 外泄式時(shí)啟閉特性試驗(yàn)

把溢流閥6 改為外泄式，重復(fù)內(nèi)泄式時(shí)的試驗(yàn)過程，并取和內(nèi)泄式試驗(yàn)時(shí)一樣的壓力點(diǎn)，每個(gè)壓力點(diǎn)下都分別測出主閥的流量和先導(dǎo)閥的流量。

3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)整理和分析

外泄式的主閥流量與相同壓力下先導(dǎo)閥的流量之和為外泄式溢流閥在該壓力下的總流量，將試驗(yàn)數(shù)據(jù)整理成表1。

表1 啟閉特性試驗(yàn)數(shù)據(jù)

3.1 外泄式時(shí)溢流閥的啟閉過程分析

先導(dǎo)式溢流閥的工作原理是［7］:由于先導(dǎo)閥的開啟，使主閥芯上的阻尼孔有油液流動(dòng)，從而使主閥芯上產(chǎn)生壓差，當(dāng)阻尼孔的流量增加到一定值時(shí)，壓差產(chǎn)生的力大于主閥芯的彈簧力和摩擦力，使主閥芯開啟。結(jié)合表1 來看，溢流閥主閥的開啟和關(guān)閉過程:在溢流閥進(jìn)口的壓力逐漸升高過程中，當(dāng)壓力為6.13 MPa 時(shí)，先導(dǎo)閥的流量為515 mL/min，主閥閥芯剛開啟，這時(shí)阻尼孔的壓降對主閥閥芯產(chǎn)生的力剛能克服主閥受到的彈簧力和主閥芯受到的摩擦力，使主閥芯動(dòng)作，隨著壓力升高，先導(dǎo)閥開口面積增大，使阻尼孔的流量增大，對主閥閥芯的力增加，使主閥開口面積增大，進(jìn)而使主閥芯的流量增大;在溢流閥進(jìn)口壓力降低的過程中，與開啟的過程相反，當(dāng)壓力降到6.1 MPa 時(shí)，先導(dǎo)閥的流量為500 mL/min，主閥閥芯受到的彈簧力大于阻尼孔的壓降對主閥閥芯所產(chǎn)生的力與閥芯受到的摩擦力的和，使主閥閥芯關(guān)閉。

3.2 對溢流閥的開啟壓力和閉合壓力的影響

溢流閥的流量為實(shí)驗(yàn)流量 (此次試驗(yàn)6.48 L/min)的1% (即0.065 L/min)時(shí)所對應(yīng)的壓力，為溢流閥的開啟壓力或閉合壓力［6］。表1 中的數(shù)據(jù)顯示:采用內(nèi)泄式時(shí)溢流閥的開啟壓力和閉合壓力小于采用外泄式時(shí)溢流閥的開啟壓力和閉合壓力(采用外泄時(shí)溢流閥的開啟壓力為5.75 MPa 左右，閉合壓力也高于5.7 MPa;采用內(nèi)泄時(shí)溢流閥的開啟壓力為5.65 MPa，閉合壓力為5.6 MPa 左右)。這是先導(dǎo)閥受到溢流閥出口背壓影響的結(jié)果。由溢流閥的結(jié)構(gòu)可知，在不計(jì)摩擦力和液動(dòng)力的情況下，采用內(nèi)泄式時(shí)溢流閥調(diào)定的壓力是由先導(dǎo)閥的彈簧力與溢流閥出口背壓對先導(dǎo)閥閥芯產(chǎn)生的力的合力來決定的，而出口背壓對先導(dǎo)閥閥芯的作用力是隨著溢流閥流量的增大而增大的;采用外泄式時(shí)，溢流閥的調(diào)定壓力只由先導(dǎo)閥的彈簧力決定。在調(diào)定壓力相同的情況下，采用外泄式時(shí)先導(dǎo)閥彈簧的壓縮量大于采用內(nèi)泄式時(shí)先導(dǎo)閥彈簧的壓縮量，從而影響溢流閥的開啟壓力和閉合壓力。

3.3 外泄式和內(nèi)泄式兩種情況啟閉特性對比分析

為了便于比較，把兩種情況下測得的數(shù)據(jù)生成曲線，并轉(zhuǎn)化成百分比的形式，如圖3 所示。

從圖3 可以看出以下信息:

圖3 外泄式與內(nèi)泄式特性曲線

(1)在相同的壓力下，采用內(nèi)泄式溢流閥的流量明顯大于采用外泄式溢流閥的流量。也就是在相同壓力下，采用內(nèi)泄式時(shí)主閥的開口面積大于采用外泄式時(shí)主閥的開口面積，這說明了先導(dǎo)閥的回油對主閥的工作狀態(tài)有影響，尤其是在壓力高于額定壓力的96% (即6.05 MPa)時(shí)，主閥口的流量明顯加大。以上現(xiàn)象表明先導(dǎo)閥的回油對主閥閥芯有影響，影響的結(jié)果是使主閥閥芯趨于開啟。

(2)采用內(nèi)泄式時(shí)的開啟曲線和閉合曲線分開的距離較大，即不靈敏區(qū)大［8］，采用外泄式時(shí)不靈敏區(qū)很小。這說明采用外泄式可以減小溢流閥的黏滯性，提高溢流閥的靈敏度。

(3)流量壓力特性得到改善。采用外泄式的情況下，溢流閥的流量變化試驗(yàn)流量的83%時(shí)，壓力變化了額定壓力的0.8%，流量變化88%時(shí)，壓力變化了2%;而采用內(nèi)泄式的情況下，流量變化20%時(shí)，壓力降低了1%，流量變化50%時(shí)，壓力降低了2%，流量變化83%時(shí)，壓力降低了3.5%。由此可以看出，對于相同的流量變化量，引起溢流閥進(jìn)口壓力的變化量，采用外泄式的比采用內(nèi)泄式的要小，即先導(dǎo)式溢流閥采用外泄式的定壓精度比采用內(nèi)泄式的定壓精度高。

4 方案實(shí)施

把節(jié)流調(diào)速回路中的溢流閥改成外泄式，其定壓精度有很大提高，液壓缸速度變化時(shí)，系統(tǒng)壓力波動(dòng)明顯減小。

5 結(jié)論

先導(dǎo)式溢流閥采用外泄式可以消除先導(dǎo)閥回油對主閥閥芯的影響，消除溢流閥出口背壓對先導(dǎo)閥的影響，改善溢流閥的性能，提高先導(dǎo)式溢流閥的定壓精度。

［1］彭秀英．水泥混凝土攤鋪機(jī)溢流閥定壓精度的分析與提高［J］．現(xiàn)代機(jī)械，2003(4):78－79，90．

［2］唐全波，倪兆銘，李壯云．先導(dǎo)式溢流閥定壓精度的分析［J］．機(jī)床與液壓，1989(6):21－23．

［3］徐文琴，劉健，孫英達(dá)．先導(dǎo)式溢流閥特性分析及檢測方法研究［J］．機(jī)床與液壓，2008，36(5):62－64．

［4］張雙娟．先導(dǎo)式溢流閥靜態(tài)特性理論分析［J］．機(jī)械研究與應(yīng)用，2010(1):14－16．

［5］胡燕平，彭佑多，康煜華．先導(dǎo)式溢流閥穩(wěn)態(tài)特性研究［J］．中國機(jī)械工程，2003，14(8):652－655．

［6］蘇杭，劉延?。簤号c氣壓傳動(dòng)學(xué)習(xí)及實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)［M］．北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2006．

［7］林建亞，何存興．液壓元件［M］．北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1988．

［8］王積偉，章宏甲，黃誼．液壓傳動(dòng)［M］．北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2010．