溢流阀的作用及应用场景

1）溢流阀的作用和性能要求

溢流阀的主要作用是对液压系统定压或进行安全保护。几乎在所有的液压系统中都需要用到它。其性能好坏对整个液压系统的正常工作有很大影响。

（1）溢流阀的作用

①维持定压。在液压系统中维持定压是溢流阀的主要用途。它常用于节流调速系统中，和流量控制阀配合使用，调节进入系统的流量，并保持系统的压力基本恒定。如图5.26（a）所示，溢流阀2并联于系统中，进入液压缸4的流量由节流阀3调节。由于定量泵1的流量大于液压缸4所需的流量，油压升高，将溢流阀2打开，多余的油液经溢流阀2流回油箱。因此，其溢流阀的作用就是在不断的溢流过程中保持系统压力基本不变。

图5.26　溢流阀的作用

1—定量泵；2—溢流阀；3—节流阀；4—液压缸；5—变量

②过载保护用于过载保护的溢流阀，一般称为安全阀。如图5.26（b）所示为变量泵调速系统。在正常工作时，溢流阀2关闭，不溢流，只有在系统发生故障，压力升至安全阀的调整值时，阀口才打开，使变量泵排出的油液经溢流阀2流回油箱，以保证液压系统的安全。

（2）液压系统对溢流阀的性能要求

①定压精度高。当流过溢流阀的流量发生变化时，系统中的压力变化要小，即静态压力超调要小。

②灵敏度要高。如图5.26（a）所示，当液压缸4突然停止运动时，溢流阀2要迅速开大；否则，定量泵1输出的油液将因不能及时排出而使系统压力突然升高，并超过溢流阀的调定压力，称为动态压力超调，使系统中各元件及辅助受力增加，影响其寿命。溢流阀的灵敏度越高，则动态压力超调越小。

③工作要平稳，且无振动和噪声。

④当阀关闭时，密封要好，泄漏要小。

对经常开启的溢流阀，主要要求前3项性能；对安全阀，则主要要求②和④两项性能。其实，溢流阀和安全阀都是同一结构的阀，只不过是在不同要求时有不同的作用而已。

2）直动式溢流阀

直动式溢流阀是依靠系统中的压力油直接作用在阀芯上与弹簧力等相平衡，以控制阀芯的启闭动作。如图5.27（a）所示为一种低压直动式溢流阀。P是进油口，T是回油口，进口压力油经阀芯3中间的阻尼孔1作用在阀芯的底部端面上，当进油压力较小时，阀芯在调压弹簧7的作用下处于下端位置，将P和T两油口隔开。当油压力升高，在阀芯下端所产生的作用力超过弹簧的压紧力F。此时，阀芯上升，阀口被打开，将多余的油液排回油箱，阀芯上的阻尼孔1用来对阀芯的动作产生阻尼，以提高阀的工作平衡性，调整螺钉5可改变弹簧的压紧力，这样也就调整了溢流阀进口处的油液压力p。

图5.27　滑阀式直动溢流阀工作原理

1—阻尼孔；2—阀体；3—阀芯；4—阀盖；5—调压螺钉；6—弹簧座；7—调压弹簧

直动式溢流阀

溢流阀是利用被控压力作为信号来改变弹簧的压缩量，从而改变阀口的通流面积和系统的溢流量来达到定压目的的。当系统压力升高时，阀芯上升，阀口通流面积增加，溢流量增大，进而使系统压力下降。溢流阀内部通过阀芯的平衡和运动构成的这种负反馈作用是其定压作用的基本原理，也是所有定压阀的基本工作原理。根据控制原理可知，弹簧力的大小与控制压力成正比。因此，如果提高被控压力，一方面可用减小阀芯的面积来达到，另一方面则需增大弹簧力，因受结构限制，需采用大刚度的弹簧。这样，在阀芯相同位移的情况下，弹簧力变化较大，因而该阀的定压精度就低。因此，这种低压直动式溢流阀一般用于压力小于2.5 MPa的小流量场合。如图5.27（b）所示为直动式溢流阀的图形符号。由图5.27（a）还可知，在常位状态下，溢流阀进、出油口之间是不相通的，而且作用在阀芯上的液压力是由进口油液压力产生的，经溢流阀芯的泄漏油液经内泄漏通道进入回油口T。

图5.28　直动式锥型溢流阀

1—偏流盘；2—锥阀；3—活塞

直动式溢流阀采取适当的措施也可用于高压大流量。例如，德国Rexroth公司开发的通径为6~20 mm的压力为40~63 MPa、通径为25~30 mm、压力为31.5 MPa的直动式溢流阀，最大流量可达到330 L/min。其中，较为典型的锥阀式结构如图5.28所示。图5.28为锥阀式结构的局部放大图，在锥阀的下部有一阻尼活塞3，活塞的侧面铣扁，以便将压力油引到活塞底部。该活塞除了能增加运动阻尼以提高阀的工作稳定性外，还可使锥阀导向而在开启后不会倾斜。此外，锥阀上部有一个偏流盘1，盘上的环形槽用来改变液流方向，一方面可补偿锥阀2的液动力；另一方面因液流方向的改变，产生一个与弹簧力相反方向的射流力，当通过溢流阀的流量增加时，虽然因锥阀阀口增大引起弹簧力增加，但与弹簧力方向相反的射流力同时增加，结果抵消了弹簧力的增量，有利于提高阀的通流流量和工作压力。

3）先导式溢流阀

如图5.29所示为先导式溢流阀的结构示意图。压力油从P口进入，通过阻尼孔3后作用在导阀阀芯4上，当进油口压力较低，导阀上的液压作用力不足以克服导阀弹簧5的作用力时，导阀关闭，没有油液流过阻尼孔，故主阀芯2两端压力相等，在较软的主阀弹簧1作用下主阀芯2处于最下端位置，溢流阀阀口P和T隔断，没有溢流。当进油口压力升高到作用在导阀上的液压力大于导阀弹簧作用力时，导阀打开，压力油就可通过阻尼孔、经导阀流回油箱，由于阻尼孔的作用，使主阀芯上端的液压力p2小于下端压力p1，当这个压力差作用在面积为AB的主阀芯上的力等于或超过主阀弹簧力Fs，轴向稳态液动力Fbs、摩擦力Ff和主阀芯自重G时，主阀芯开启，油液从P口流入，经主阀阀口由T流回油箱，实现溢流，即(www.xing528.com)

图5.29　先导式溢流阀

1—主阀弹簧；2—主阀芯；3—阻尼孔；4—导阀阀芯；5—导阀弹簧

先导式溢流阀

由式（5.6）可知，由于油液通过阻尼孔而产生的p1与p2之间的压差值不太大，因此，主阀芯只需一个小刚度的软弹簧即可；而作用在导阀4上的液压力p2与其导阀阀芯面积的乘积，即导阀弹簧5的调压弹簧力，由于导阀阀芯一般为锥阀，受压面积较小，因此，用一个刚度不太大的弹簧即可调整较高的开启压力p2，用螺钉调节导阀弹簧的预紧力，就可调节溢流阀的溢流压力。

先导式溢流阀有一个远程控制口K，如果将K口用油管接到另一个远程调压阀（远程调压阀的结构和溢流阀的先导控制部分一样），调节远程调压阀的弹簧力，即可调节溢流阀主阀芯上端的液压力，从而对溢流阀的溢流压力实现远程调压。但是，远程调压阀所能调节的最高压力不得超过溢流阀本身导阀的调整压力。当远程控制口K通过二位二通阀接通油箱时，主阀芯上端的压力接近于零，主阀芯上移到最高位置，阀口开得很大。由于主阀弹簧较软，这时溢流阀P口处压力很低，系统的油液在低压下通过溢流阀流回油箱，实现卸荷。

4）溢流阀的性能

溢流阀的性能包括溢流阀的静态性能和动态性能。在此作一简单的介绍。

（1）静态性能

①压力调节范围

压力调节范围是指调压弹簧在规定的范围内调节时，系统压力能平稳地上升或下降，且压力无突跳及迟滞现象时的最大和最小调定压力。溢流阀的最大允许流量为其额定流量，在额定流量下工作时，溢流阀应无噪声、溢流阀的最小稳定流量取决于它的压力平稳性要求，一般规定为额定流量的15%。

②启闭特性

启闭特性是指溢流阀在稳态情况下从开启到闭合的过程中，被控压力与通过溢流阀的溢流量之间的关系。它是衡量溢流阀定压精度的一个重要指标，一般用溢流阀处于额定流量、调定压力ps时，开始溢流的开启压力pk及停止溢流的闭合压力pB分别与p1的百分比来衡量，前者称为开启比，后者称为闭合比，即

式中，ps可以是溢流阀调压范围内的任何一个值。显然上述两个百分比越大，则两者越接近，溢流阀的启闭特性就越好。一般应使。直动式和先导式溢流阀的启闭特性曲线如图5.30所示。

图5.30　溢流阀的启闭特性曲线

图5.31　阶跃变化时溢流阀的响应曲线

③卸荷压力

当溢流阀的远程控制口K与油箱相连时，额定流量下的压力损失，称为卸荷压力。

（2）动态性能

当溢流阀在溢流量发生由零至额定流量的阶跃变化时，它的进口压力，也就是它所控制的系统压力，将迅速升高（见图5.31），并超过额定压力的调定值，然后逐步衰减到最终稳定压力，从而完成其动态过渡过程。

定义最高瞬时压力峰值与额定压力调定值ps的差值为压力超调量Δp，则压力超调率为

它是衡量溢流阀动态定压误差的一个性能指标。一个性能良好的溢流阀，其≤10%~30%。如图5.31所示，t1称为响应时间；t2称为过渡过程时间。显然，t1越小，溢流阀的响应越快；t2越小，溢流阀的动态过渡过程时间越短。