先导式溢流阀静态特性理论分析

　　1　概　述

　　溢流阀是液压系统中的重要设备。其主要作用是通过事先调定的压力(溢流压力)来限定系统的最大压力,使系统的压力不超过溢流阀的调定值,从而对系统起过载保护作用。先导式溢流阀的结构如图1所示。该阀由主阀和先导阀两部分组成[1]。

　　溢流阀的静态特性指当溢流阀稳定工作时控制压力同溢流量间的变化关系,也称启闭特性。此外,静态特性还包括调压范围、卸荷压力、泄漏量,这些要求都能在加工和装配中保证。主要研究启闭特性。

　　2　静态方程式

　　当溢流阀主阀开启并处于稳定状态后,溢流阀内压力-流量关系及工作状态由五个方程式描述[2]。

　　2.1　主阀开启时阀口的流量压力方程

　　式中:C1为主阀阀口流量系数;d0为主阀座孔直径;y为主阀阀芯升起高度;α1为主阀阀芯下部半锥角;ρ为工作液压密度;P为溢流阀进口压力;kqz=C1π·称主阀阀口特征系数。回油背压力P0≈0,因此主阀阀口前后压力差ΔP=P。

　　2.2　主阀芯受力平衡方程式

　　作用与主阀芯上的力有弹簧力、液压力、液动力、重力,当忽略重力之后有:

　　式中:k1为主阀弹簧刚度;y0为主阀弹簧预压缩量;P1为主阀上腔压力;A1、A为主阀芯上下腔作用面积,A1=1.04A;a4=C1π·d0sin2α1称主阀液动力刚度。

　　2.3　先导阀开启时流经阀口的压力流量方程

　　式中:C2为先导阀阀口流量系数;d2为先导阀阀座孔直径;x为先导阀阀芯升起高度;为先导阀阀芯半锥角;ρ为工作液压密度;P2先导阀前腔压力;kqc=称主阀阀口特征系数。

　　2.4　流经先导阀阀座阻尼孔的流量方程

　　阀座孔中的流动状态比较复杂(介于层流和紊流之间)利用经验公式计算:

　　式中:d3为先导阀阀座阻尼孔直径;l3为先导阀阀座阻尼孔长度;υ为工作油液的运动粘度;a3=为先导阀座阻尼孔流量系数。

　　2.5　流经主阀阀芯上阻尼孔的流量方程

　　式中:d1为主阀阀芯阻尼孔直径;l1为主阀阀芯阻尼孔长度;主阀芯阻尼孔流量系数。当不计主阀径向间隙泄漏量的情况下QC″=QC′=QC,因此:

　　2.6　先导阀阀芯受力平衡方程

　　作用于先导阀阀芯上的有弹簧力、液压力、液动力、重力,当忽略重力以后,平衡方程式为:

　　式中:k2为先导阀弹簧刚度;x0为先导阀弹簧预压缩量;a2为先导阀推力系数,a2=1-(4C2sin/d2); ke=C2π·d2sin2称先导阀液动力刚度。