带施密特压力特性的纯液压开关阀的设计研究

　　1 前言

　　在电路里面，施密特电路的一个重要特性是正向输入与反向输入的直流传输特性有着不同的检测阈值，两者的差叫回差，这种特性叫滞回特性。在液压里面，需要设计一种具有压力滞回特性的压力开关阀，应用在矿井液压设备自动保压等领域。设计目标是当检测压力低于20 MPa 时，本开关的进出口连通，增压机构进行增压，当压力大于35 MPa 时，本开关的进出口断开，停止增压，进行保压，直到压力低于20 MPa，开关再次自动打开进行增压，实现纯机械方式自动保压( 20 ～35 MPa) 的目标。

　　2 设计原理与结构

　　本压力开关阀由一个机动开关1 和一个带活塞和弹簧定位钢珠的阀体( 组件2 ～10) 组成( 图1) 。将测压口连接到需要保压的系统压力检测口，当被测压力低于20 MPa 时，由于大弹簧5 的作用，将活塞2 弹向右侧，机动开关1 打开，进行增压; 由于四组小弹簧7将四个钢球8 顶在活塞2 的锥形坑里，所以当测压口的压力慢慢上升时，活塞被大弹簧和钢珠固定在原来位置; 当系统压力到35 MPa 时，测压口压力产生足够的推力，可以克服大弹簧的弹力和钢珠产生的右向分力的合力，活塞顶开钢珠向左侧移动，将机动开关下压，截断增压机构的增压管路，进行保压。由于内外泄漏使得液压缸压力慢慢从35 MPa 下降，由于钢球8 和小弹簧7 的作用使得活塞2 不会马上向右移动，只有当测压口压力低于20 MPa 时，大弹簧5 的弹力可以克服测压口压力和钢珠产生的左向分力的合力，活塞顶开钢珠向右侧移动，将机动开关上弹，打开增压回路，完成一轮增压保压功能，以此往复循环( 图2 ～图3) 。

　　3 受力分析

　　( 1) 当测压口的压力p <20 MPa 时，压力开关阀的各元件相对位置如图4 所示，活塞在大弹簧的预压力F₁和测压口F₂的合力作用下被暂时固定在右位，机动开关上弹，进行增压。当20 MPa F₁，由小弹簧产生的预紧力F3 导致钢珠对活塞有一个右向分力F₅，当F₂- F₁< 4 × F₅时，活塞还是不能运动。当p >35 MPa 时，F₂- F₁> 4 × F₅，活塞被推向左边，机动开关下压，进行保压。

　　( 2) 当p >35 MPa 时进入保压阶段，压力开关阀的各元件相对位置如图5 所示。由于内外泄漏使得油缸压力从35 MPa 慢慢下降，回到35 MPa 以内，当20 MPaF₁，但是由小弹簧产生的预紧力F3导致钢珠对活塞有一个左向分力F7，当F₂- F₁<4 × F7时，活塞不能运动。当p <20 MPa 时，F₂- F₁>4 × F7，活塞被推向右边，机动开关上弹，进行增压。