如何维持泵出口压力？谈溢流阀的流量-压力特性和持久性试验

（1）功能

限制进口压力。

（2）工作原理

从进口①到口②的通道平时关闭（见图5-7）。

图5-7 溢流阀

a）原理示意 b）图形符号 c）在系统中

1—阀芯 2--弹簧

如果进口①的压力超过了弹簧2的预紧压力与弹簧腔压力之和，就会推开阀芯1，让压力油从口②流出。

口①也称压力口；口②也称回油口，一般通油箱，没有压力。

因为弹簧腔一般都通口②，没有压力。因此，阀的开启压力就是弹簧的预紧压力，也称设定压力。

注意：溢流阀的功能只是限制阀进口处的压力不超过设定值而已。如果阀进口处的压力由于某种原因低于阀的设定压力，阀只会保持关闭，而不可能增高压力。所以，很多教科书中笼统地说“溢流阀可以维持压力恒定”，是不精准的。

（3）应用

溢流阀主要有两类应用。

1）作为安全阀：其作用有点像配电箱中的保险丝——^一旦电流过大，就熔断，以保护线路。

在这种应用中，阀平时是关闭的。

如果由于某种原因（如负载太高，或液压缸的活塞移动到终点，泵压出的液压油无处可走）压力过高，阀就会开启，让部分液压油流走，以保护系统中的元件及管道；也可避免原动机，如电动机、柴油机或汽油机，由于负载过大而停车。因此，是几乎每个液压系统中都要用的。

2）作为恒压阀：如图5-7c所示的回路中，如果泵排出的流量一直多于去液压缸的流量，一部分流量持续从溢流阀流走。只有在这样的前提条件下，溢流阀才可能维持泵出口压力p_P大致恒定。

（4）稳态特性

1）流量-压力特性：通过溢流阀的流量越多，通道开启就会越大，进口压力p超过溢流阀的设定压力p_S一般也就越多。所以，理论上，溢流阀的流量-压力特性如图5-8a所示。但由于溢流阀开启后高速液流对阀芯的冲击作用，在不同的设定压力时的流量-压力特性会有所不同（见图5-8b）。

图5-8 溢流阀的流量-压力特性(www.xing528.com)

a）理论曲线 b）不同设定压力时的特性曲线

2）关闭压力与滞回：溢流阀的阀芯与阀体之间不可避免有摩擦，加上其他因素，导致阀芯在工作中有粘滞现象（见图5-9）：关着不愿开，开着不愿关。

图5-9 某个溢流阀实测的流量-压力特性（伊顿）

A—开启压力 B—关闭压力 C—滞回

后果1：在通道已开启后，再逐渐降低流量，至流量基本消失时的压力，也就是关闭压力，总是小于开启压力。通常约为开启压力的75%～90%。

后果2：在流量增加时，开口不愿增大，压力就高。而在流量减少时，开口不愿关小，压力就低。所以，流量增加和流量减少时的压力-流量特性不重合，术语称有滞回。

一般情况下希望关闭压力高些，滞回小些。因为，这些导致了溢流阀对压力控制的不确定性：不能确定，阀开启后，在某一个压力时，到底会有多少流量通过；反过来，也难以准确确定，在某一个通过流量时，进口压力到底是多少。

（5）瞬态特性

理想化的是，溢流阀在进口压力达到设定压力时，立刻开启，如图5-10a所示。但实际上（见图5-10b），液压系统中的压力上升总是有一个过程，溢流阀的开启也需要一定的时间，至少有以下两个阶段。

阶段1：在进口压力达到设定压力之前，溢流阀保持关闭。因此，这段时间的长短，只取决于系统的容积与输入流量，与溢流阀的特性没有一点关系。好几本所谓大学液压教材居然连这点都没有搞清楚^[7]，汗颜！

阶段2：进口压力达到设定压力后，开始克服弹簧力，推动溢流阀的阀芯。但由于阀芯也有一定的质量，需要一段时间才能运动到需要的开启位置。因此，在这段时间内，压力会继续升高，造成瞬间压力尖峰（见图5-10c），术语称超调。

图5-10 溢流阀的瞬态特性

a）理想特性 b）实际特性 c）一个实测特性

1—压力上升阀未开启阶段 2—阀开启阶段

超调对负载运行的平稳性，系统元件的持久性都会带来不利的影响。但一般溢流阀开启时又都会有超调，只有个别特殊结构的才能避免，详见参考文献[18]。

（6）持久性

在液压系统工作时，溢流阀常需要反复开启-闭合，阀芯就会反复压缩弹簧，撞击阀座。在阀开口处，液压油在高压下高速冲出。压力10MPa的话，液流速度可达60m/s。滴水尚且穿石，更何况这高速液流中还可能含有污染颗粒呢。如果阀芯阀座硬些，就比较经得起侵蚀，但阀芯阀座密封性可能变差，所以，阀芯阀座的硬度需要综合考虑。

我国的行业标准（JB/T 10374—2013液压溢流阀）规定，新设计制造的溢流阀要进行至少25万～80万次的持久性试验。世界先进水平已可达1千万～2千万次。

溢流阀是一个非常重要的阀种。针对不同应用需求，研发出了很多变型，详见参考文献[1]第2章。