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先导式主溢流阀功能特性的优化改造方案《资讯》

发布时间:2020-08-17 14:08:15 阅读: 来源:木盒厂家

2019-01-22 15:40:29来源:《金属加工(冷加工)》杂志

溢流阀是一种液压压力控制阀。在液压设备中主要起定压溢流作用、稳压、系统卸荷和安全保护作用,是液压系统中核心零部件。主要有3种作用:①定压溢流、稳压作用。在液压系统中,泵提供恒定流量,当系统压力增大时,会使流量需求减小,此时溢流阀开启,使多余流量溢回油箱,保证溢流阀进口压力。当溢流阀串联在回油路上时,溢流阀产生背压,运动部件平稳性增加。②系统卸荷作用。先导式主溢流阀,在溢流阀的遥控口串接溢小流量的电磁阀,当电磁铁通电时,溢流阀的遥控口通油箱,此时液压泵卸荷。溢流阀此时作为卸荷阀使用。③安全保护作用。系统正常工作时,阀门关闭。只有负载超过规定的极限(系统压力超过调定压力)时开启溢流,进行过载保护,使系统压力不再增加。

1、问题描述

我公司生产的一种先导式主溢流阀,主要应用于30T挖掘机液压系统中,当作卸荷阀、远程调压阀用。

对原有先导式主溢流阀的功能特性进行试验检测,曲线如图1所示(绿色曲线为功能曲线),开启点为30.4MPa,随压力增大逐渐开启,在36.5MPa压力点时完全开启,从开启点至完全开启,整个压力跨域6.1MPa。压力在30.4~33.6MPa时,开启缓慢,当压力达到33.6MPa时,流量较先前突然变大,说明阀芯开启提前,动作不灵敏,且在开启过程中存在缓冲状态,并且有明显的流量冲击。

图1改善前功能曲线

该先导式主溢流阀安装在挖掘机液压系统上,反映出挖掘机动作不灵敏、定压精度低等问题。当挖掘机动作时,遇到外力,压力瞬时升高,不能迅速打开阀芯进行泄压,对系统管路产生很大的影响。由于开启点提前,阀芯开启缓慢,会导致挖掘机挖掘无力、油温升温快和效率低等问题。

低效率的挖掘机已不适合现代挖掘机追求高效节能的要求,该先导式主溢流阀不再适用挖掘机液压系统,急需改善其功能特性,使之在系统中反应灵敏,定压准确,操作舒适、灵敏。

2、工作原理

先导式主溢流阀安装在整体阀上,主要有4种状态,其工作原理如下所述。

(1)初始状态。如图2所示,当P口压力小于主溢流阀的压力值时,在弹簧力的作用下,所有零件均处于初始状态,阀口关闭。压力油流过阀芯的小孔B并被注入内部的A腔,使阀芯紧紧的压靠在单向阀上。

(2)先导油路导通状态。如图3所示,当P口压力高于主溢流阀的设定压力时,P口压力作用于锥阀上,克服弹簧的弹力,推动锥阀,油液流过节流孔B,通过锥阀孔D,最终流入R口。

(3)溢流状态。如图4所示,锥阀的开启使A腔内的压力迅速下降,在P口压力的作用下,阀芯克服弹簧的弹力,向右运动,联通P口和R口,实现溢流。

(4)先导增压状态。如图5所示,当行走阀芯发生动作时,先导压力通过PZ口进入,作用于调整座,使调整座向左运动,压缩弹簧,增加弹簧预紧力,从而增加主溢流阀的设定压力。

3、解决方案

先导式主溢流阀的结构如图6所示。通过以上4种状态进行大量的分析研究和试验,发现影响功能曲线的状态应为溢流状态,即阀芯由密封到完全开启的整个过程,其主要的影响因素应为阀芯、弹簧、单向阀和挡圈17、18构成的一组滑动移动。

图6先导式主溢流阀结构

1.密封座2、5.螺母3.螺钉4.阀座5.螺母

6.螺栓阀座7、9、20、22.O型圈8、13.弹簧

10.调整垫11.滤油网垫12.单向阀14.阀芯

15、17、18.挡圈16.滤网19.锥阀21.调整座

液压系统节流孔计算公式分析所述。

(1)细长孔流量公式:Q=π·d4·Δp/(128μ·l)。其中μ为油液粘度,l为细长孔长度,d为细长孔直径,Δp为流入部与流出部压力差。

由细长孔流量公式可知,影响小孔流量的主要为细长孔φ0.5mm、长度尺寸20.5mm,因为细长孔长度尺寸与流量成反比关系,若想提高流量,只有通过减小细长孔长度来实现。

(2)圆环形间隙流量:Q=π·R·δ3·Δp(1+15ε2)/(6μ·L)。其中μ为油液粘度,L为间隙长度,Δp为流入部与流出部压力差,e为偏心量,δ为(R-r)(R为外圆半径,r为内圆半径),?为偏心率(?=e/δ)。

图8单向阀

由先导式主溢流阀结构可知,阀芯与单向阀配合为圆环形间隙,流量通过圆环形间隙导通R口。根据圆环形间隙流量公式可知,两件配合后配合长度与流量成反比,配合长度越长流量就越小。由此指明了改善方向,应改善上图所示尺寸。综合考虑,应对阀芯和单向阀进行改善,经过理论计算和试验验证,最终将阀芯和单向阀部分数据进行优化改善,优化后尺寸对比如附表所示。

阀芯和单向阀尺寸优化对比表

阀芯、单向阀更改前后实物外形对比如图9所示。

按照改善后的尺寸进行多次试验验证,对先导式主溢流阀进行功能特性试验,所得曲线如图10所示。

图10改善后功能曲线

从上图可知,开启点为32MPa,在压力点34MPa达到最大流量140L/min,从开启点到达到最大流量,压力跨域2MPa,开启迅速且定压准确,使先导式主溢流阀功能特性得到很大的改善。

将改善后的先导式溢流阀装配至挖掘机上,进行上机试验,试验反馈为挖掘机效率有了较大的提高,挖掘有力,手柄操作更加舒适、灵敏,油液升温较慢。通过该改善,使挖掘机性能得到进一步的提升,提高了作业效率。

4、结语

以上试验说明对先导式主溢流阀的改善是非常成功的,目前我司已对先导式主溢流阀优化完毕,并且已批量生产,投入市场应用。该先导式主溢流阀的改善,为其他形式的插装阀提供了一种技术参考和改善思路,供其他类型插装阀借鉴。

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