三 種 壓 力 閥 的 異 同 之 辨 析

□張庭祥

( 山西工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 太原 030009)

液壓控制閥是液壓傳動系統(tǒng)中的控制元件，用來控制系統(tǒng)中油液的流動方向、壓力高低和流量大小。液壓閥按大類劃分，一般分為壓力控制閥、流量控制閥和方向控制閥。由于流量控制閥和方向控制閥的工作原理、性能特點(diǎn)、外形結(jié)構(gòu)有各自的特點(diǎn)，學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)容易掌握，容易辨別。而作為三種壓力閥的溢流閥、減壓閥和順序閥，由于它們的工作原理相近、外形相似、職能符號相近，所以較難區(qū)別。

一、三種壓力閥的工作原理

在液壓系統(tǒng)中，液壓泵排出的壓力油，使執(zhí)行元件動作，但執(zhí)行元件在動作結(jié)束后，如果壓力油沒有回路，則因使用的是容積式泵，壓力將無限上升，使管路系統(tǒng)或動力系統(tǒng)遭到破壞。為了防止這種問題出現(xiàn)，需要對壓力進(jìn)行控制，使壓力一超過設(shè)定值，閥就打開。因此在液壓回路中要設(shè)置壓力控制閥，以防止發(fā)生異常壓力和壓力沖擊，使液壓回路保持一定壓力，或使液壓回路不超過預(yù)定壓力。

(一)溢流閥的工作原理

根據(jù)工作場合的不同，溢流閥有直動式和先導(dǎo)式溢流閥兩大類。先導(dǎo)式溢流閥由先導(dǎo)閥和主閥兩部分組成。先導(dǎo)閥采用提動閥，主閥采用滑閥結(jié)構(gòu)。這種閥的特點(diǎn)是主閥依靠兩端面的壓力差移動。

圖1所示為先導(dǎo)型溢流閥。由圖可見先導(dǎo)型溢流閥由先導(dǎo)閥和主閥兩部分組成。先導(dǎo)閥就是一個小規(guī)格的直動型溢流閥，而主閥閥芯是一個具有錐形端部、上面開有阻尼小孔的圓柱筒。

工作原理：油液從進(jìn)油口P進(jìn)入，經(jīng)阻尼孔到達(dá)主閥彈簧腔，并作用在先導(dǎo)閥錐閥芯上(一般情況下，外控口X是堵塞的)。當(dāng)進(jìn)油壓力不高時(shí)，液壓力不能克服先導(dǎo)閥的彈簧阻力，先導(dǎo)閥口關(guān)閉，閥內(nèi)無油液流動。這時(shí)，主閥芯因前后腔油壓相同，故被主閥彈簧壓在閥座上，主閥口亦關(guān)閉。當(dāng)進(jìn)油壓力升高到先導(dǎo)閥彈簧的預(yù)調(diào)壓力時(shí)，先導(dǎo)閥口打開，主閥彈簧腔的油液流過先導(dǎo)閥口并經(jīng)閥體上的通道和回油口流回油箱。這時(shí)，油液流過阻尼小孔b，產(chǎn)生壓力損失，使主閥芯兩端形成了壓力差。主閥芯在此壓差作用下克服彈簧阻力向上移動，使進(jìn)、回油口連通，達(dá)到溢流穩(wěn)壓的目的。調(diào)節(jié)先導(dǎo)閥的調(diào)壓螺釘，便能調(diào)整溢流壓力。更換不同剛度的調(diào)壓彈簧，便能得到不同的調(diào)壓范圍。

圖1 先導(dǎo)式溢流閥

流經(jīng)阻尼孔的流量即為流出先導(dǎo)閥的流量。這一部分流量通常稱為泄油量。阻尼孔很細(xì)，泄油量只占全溢流量的極小一部分，絕大部分油液均經(jīng)主閥口溢回油箱。在先導(dǎo)型溢流閥中，先導(dǎo)閥的作用是控制和調(diào)節(jié)溢流壓力，主閥的功能則在于溢流。先導(dǎo)閥因?yàn)橹煌ㄟ^泄油，其閥口直徑較小，即使在較高壓力的情況下，作用在錐閥芯上的液壓推力也不很大，因此調(diào)壓彈簧的剛度不必很大，壓力調(diào)整也就比較輕便。主閥芯因兩端均受油壓作用，主閥彈簧只需很小的剛度，當(dāng)溢流量變化引起彈簧壓縮量變化時(shí)，進(jìn)油口的壓力變化不大，故先導(dǎo)型溢流閥的穩(wěn)壓性能優(yōu)于直動型溢流閥。但先導(dǎo)型溢流閥是二級閥，其靈敏度低于直動型閥。

(二) 先導(dǎo)型減壓閥的工作原理

圖2 先導(dǎo)式減壓閥

如圖2所示，先導(dǎo)式減壓閥由先導(dǎo)閥和主閥兩部分組成。其具體動作如下:進(jìn)油口d的一次壓力為高壓(系統(tǒng)壓力)，經(jīng)節(jié)流縫隙h產(chǎn)生壓力降后由出口f輸出。出口的二次壓力油經(jīng)閥芯中間小孔g和e分別通人閥體的下腔和上腔，上腔與先導(dǎo)閥相通。當(dāng)二次壓力低于調(diào)定壓力時(shí)，閥芯在彈簧力作用下壓至下端，閥口全部打開。當(dāng)二次壓力超過調(diào)定壓力值時(shí)，上腔的壓力油將先導(dǎo)閥打開，自泄油口流回油箱，此時(shí)由于小孔e的阻尼作用，上下腔產(chǎn)生壓力差，即下腔壓力大于上 腔壓力，并克服彈簧力，推動閥芯上移，使節(jié)流口h變小，降低輸出的二次壓力。具有先導(dǎo)閥的減壓閥上腔有遙控口，接遠(yuǎn)程調(diào)壓閥，可以調(diào)整二次壓力。但是遠(yuǎn)程調(diào)壓閥的調(diào)定壓力只能在減壓閥調(diào)定壓力的范圍之內(nèi)。

(三)順序閥的工作原理

圖3 先導(dǎo)型順序閥

先導(dǎo)型順序閥的工作原理和先導(dǎo)型滑閥式溢流閥基本相同。當(dāng)進(jìn)油腔壓力等于或大于調(diào)壓彈簧預(yù)調(diào)壓力時(shí)，錐閥和主閥均打開，油液自進(jìn)油腔流向出油腔，先導(dǎo)流量自外泄口流回油箱。進(jìn)油腔和出油腔所連接的執(zhí)行機(jī)構(gòu)便實(shí)現(xiàn)順序動作。當(dāng)進(jìn)油腔壓力繼續(xù)升高，流經(jīng)主閥阻尼孔的流量增大，使主閥芯兩端產(chǎn)生較大的壓差，于是主閥芯克服復(fù)位彈簧力，是閥口開口度為最大，出油腔壓力就近似等于進(jìn)油腔壓力。先導(dǎo)型順序閥因采用了先導(dǎo)閥，所以啟閉特性較好。同時(shí)由于調(diào)壓彈簧和主閥復(fù)位彈簧分開，擴(kuò)大了順序壓力范圍。

圖3中 a為先導(dǎo)型順序閥結(jié)構(gòu)圖，b為導(dǎo)型順序閥職能符號圖。

二、從工作原理分析其異同點(diǎn)

從上面的分析可以看出，溢流閥、減壓閥和順序閥都是利用作用在閥芯上的油壓作用力與彈簧力相平衡的原理工作的，它們都有直動式和先導(dǎo)式兩種，結(jié)構(gòu)上都有閥體、閥芯、彈簧和手輪，都能進(jìn)行直接調(diào)壓、遠(yuǎn)程調(diào)壓和穩(wěn)壓。但實(shí)際上，它們在工作原理和性能上還是存在著較大的個體差異。

首先，從閥口的變化情況來比較，溢流閥和順序閥都是在油壓作用力超過彈簧力后閥口才打開，大量的油液從閥口通過。而減壓閥在同樣工況下閥口卻會變小，且只有少量的油液通過外泄漏管流走。其次，從作用在閥芯上的油液來源渠道來比較，溢流閥的作用油液來自進(jìn)口，減壓閥來自出口，而順序閥既可能來自進(jìn)口，也可能來自外部某一壓力油路，故順序閥有內(nèi)控式和外控式之別。再則，從功能上來比較，通過調(diào)節(jié)手輪，溢流閥能對閥前進(jìn)行調(diào)壓、限壓、穩(wěn)壓和卸載，減壓閥卻是對閥后進(jìn)行減壓、調(diào)壓和穩(wěn)壓，而順序閥則是一個典型的開關(guān)元件，其功用主要是獲得“通”和“斷”兩種開關(guān)功能。

布氏桿菌病合并重癥Guillain-Barré綜合征1例報(bào)告 ………………………… 吳迎春，馮麗娜，王哲，等 45

最后，從正常通油時(shí)調(diào)節(jié)手輪的作用效果來比較，若將手輪旋緊，溢流閥和順序閥均使閥前壓力和閥的前后壓差增大，而減壓閥則使閥后壓力增高、閥的前后壓差減小。

三、三種壓力閥的主要用途

(一) 溢流閥：1.定壓溢流。它常用于節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)中，和流量控制閥配合使用，調(diào)節(jié)進(jìn)入系統(tǒng)的流量，并保持系統(tǒng)的壓力基本恒定。2.用于系統(tǒng)過載保護(hù)起安全閥作用。在容積調(diào)速速回路中，正常工作時(shí)，溢流閥(安全閥)關(guān)閉，不溢流，只有在系統(tǒng)發(fā)生故障，壓力升至安全閥的調(diào)整值時(shí)，安全閥才打開，使變量泵排出的油液經(jīng)安全閥流回油箱，以保證液壓系統(tǒng)的安全。3.溢流閥在回油路上用作背壓閥。由變量泵、溢流閥和液壓缸組成的容積調(diào)速回路，它是通過改變變量液壓泵的排量來實(shí)現(xiàn)調(diào)速的?；芈分校簤焊谆钊倪\(yùn)動速度由單向變量泵調(diào)節(jié)，溢流閥此時(shí)在回油路上起背壓閥的作用。4.遠(yuǎn)程調(diào)壓。直動式溢流閥由先導(dǎo)式溢流閥的遠(yuǎn)程控制口接出，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程調(diào)壓。 5.多級調(diào)壓。在多級調(diào)壓回路中，通過控制電磁換向閥的兩個電磁鐵通斷電，可以使系統(tǒng)獲得三種不同的調(diào)定壓力。6.使液壓泵卸荷。在卸荷回路中，用先導(dǎo)式溢流閥調(diào)壓，同時(shí)配合電磁換向閥可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)卸荷。

(二)減壓閥：1.降低主油路的壓力，供給低壓回路使用。如控制回路，潤滑系統(tǒng)，夾緊、定位和分度裝置等回路。2.穩(wěn)定壓力。減壓閥輸出的二次壓力比較穩(wěn)定，使執(zhí)行元件工作可以避免一次壓力油波動對它的影響。3.根據(jù)不同需要，將液壓系統(tǒng)分成若干不同壓力的油路，以滿足控制油路、輔助油路或各種執(zhí)行元件需要的不同工作壓力。4.與單向閥并聯(lián)實(shí)現(xiàn)單向減壓。5.與節(jié)流閥串聯(lián)，可以保證節(jié)流前、后壓力差為恒定，從而保證流過節(jié)流閥的流量不隨負(fù)載的變化而變化。

(三)順序閥：1.使執(zhí)行元件順序動作。在液壓順序回路中用順序閥使兩個以上的液壓缸實(shí)現(xiàn)有序動作。2.用來產(chǎn)生平衡力。在立式液壓缸使用順序閥的回路中，順序閥將液壓缸的下腔油路封住，使腔內(nèi)的油液自然形成一個與活塞等活動部分重量相平衡的背壓力，防止活塞因自重而下滑。3.用于壓力油卸荷。在雙泵供油回路中，當(dāng)執(zhí)行元件快速運(yùn)動時(shí)，兩泵同時(shí)供油。當(dāng)執(zhí)行元件慢速運(yùn)動時(shí)，系統(tǒng)壓力升高，通入順序閥的壓力油將順序閥打開，使低壓大流量泵卸荷。4.起背壓作用。順序閥同前述的單向閥、溢流閥一樣，在系統(tǒng)中也可以當(dāng)備壓閥使用。

四、從閥的用途方面分析三種閥的異同點(diǎn)

溢流閥起過載保護(hù)作用時(shí)，習(xí)慣上叫安全閥。兩者在結(jié)構(gòu)完全相同，只是在不同的系統(tǒng)中作用不同。溢流閥的排油孔是常開的，而安全閥則是常閉的。溢流閥工作時(shí)是把一部分油液從排油孔“溢”出去。并且根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)壓力升高或降低，自動地將排油孔開大些或關(guān)小些，以保持系統(tǒng)內(nèi)油液的壓力恒定。而安全閥工作時(shí)是為了保護(hù)液壓系統(tǒng)的“安全”，當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)壓力超過規(guī)定數(shù)值時(shí)，閥才打開，使系統(tǒng)內(nèi)壓力不超過安全閥開啟壓力的限度。

將順序閥和溢流閥進(jìn)行比較，它們之間有以下不同之處: (1)溢流閥的進(jìn)口壓力在通流狀態(tài)下基本不變。而順序閥在通流狀態(tài)下其進(jìn)口壓力由出口壓力而定，如果出口壓力p2比進(jìn)口壓力p1低得多時(shí)，p1基本不變，而當(dāng)p2增大到一定程度，p1也隨之增加，則p1= p2+Δp， Δp為順序閥上的損失壓力。(2)溢流閥為內(nèi)泄漏，而順序閥需單獨(dú)引出泄漏通道，為外泄漏。(3)溢流閥的出口必須回油箱，順序閥出口可接負(fù)載。

五、選用壓力閥時(shí)有關(guān)參數(shù)的差異

選擇壓力閥的主要依據(jù)是它們在系統(tǒng)中的作用、額定壓力、最大流量、壓力損失數(shù)值、工作性能參數(shù)和使用壽命等。通常按照液壓系統(tǒng)的最大壓力和通過閥的流量，從產(chǎn)品樣本上選擇壓力閥的規(guī)格〈壓力等級和通徑〉。

溢流閥的調(diào)定壓力就是液壓泵的供油壓力，也就是說溢流閥的調(diào)定壓力必須大于執(zhí)行元件的工作壓力和系統(tǒng)壓力損失之和。如果溢流閥在系統(tǒng)中起安全作用，則溢流閥的調(diào)定壓力應(yīng)按下式計(jì)算: PB≥(1.05～1.1) p+ΣΔp溢流閥的流量按液壓泵的額定流量選取，做溢流閥和卸荷閥用時(shí)不能小于泵的額定流量，做安全閥用時(shí)可小于泵的額定流量。

減壓閥的調(diào)定壓力根據(jù)其工作情況而決定。減壓閥不能控制輸出油液流量的大小，當(dāng)減壓后的需要控制時(shí)，應(yīng)另設(shè)流量控制閥。減壓閥的流量規(guī)格應(yīng)由實(shí)際通過該閥的最大流量選取，在使用中不宜超過推薦的額定流量。

順序閥的規(guī)格主要根據(jù)通過該閥的最高壓力和最大流量來選取。在順序動作中，順序閥的調(diào)定壓力應(yīng)比先動作的執(zhí)行元件的工作壓力至少高0.5M Pa,以免壓力波動產(chǎn)生誤動作。

此外，可根據(jù)系統(tǒng)性能要求選擇閥的結(jié)構(gòu)形式，如低壓系統(tǒng)可選用直動型壓力閥，而中高壓系統(tǒng)應(yīng)選用先導(dǎo)型壓力閥。根據(jù)空間位置、管路布置等情況選用板式、管式或疊加式連接的壓力閥。壓力閥的各項(xiàng)性能指標(biāo)對液壓系統(tǒng)都有影響，可根據(jù)系統(tǒng)的要求按樣本上的性能曲線選用壓力閥。如溢流閥的啟閉特性、靈敏度、壓力超調(diào)、外泄漏量等關(guān)系到系統(tǒng)的靜、動態(tài)特性，因此在定量泵調(diào)速系統(tǒng)中應(yīng)選擇壓力超調(diào)小、啟閉特性高的閥作為溢流閥或安全閥。

六、從外形結(jié)構(gòu)上分析三種閥的異同之處

溢流閥、減壓閥和順序閥的外形十分相似。一般地，各種液壓元件都裝有標(biāo)牌，正確辨認(rèn)和使用是沒有問題的。但是，如果在生產(chǎn)實(shí)際過程中，把損毀或丟掉標(biāo)牌的三種液壓閥混放在一起，一般人要能正確地將其辨認(rèn)出就是比較困難的。其實(shí)，工作原理和性能的不同決定了它們的外形不可能完全相同，可從以下幾個方面對它們加以區(qū)別：

(一) 根據(jù)進(jìn)、出油口和外控油口旁的字母來比較。元件出廠時(shí)，廠家為了方便用戶使用，一般都要在油口的位置打上鋼印。通常，連接壓力油路的油口旁打上字母“P”，連接油箱的油口旁打上字母“T”。因此，根據(jù)元件不同的性能和油路連接方式可知，溢流閥進(jìn)、出油口旁的字母一定是P和T，減壓閥一定是P1 和P2 。對于順序閥來講，由于有出口接油箱和出口接負(fù)載兩種連接方式，控制閥芯動作的油液又有來自進(jìn)口和外部油路兩種渠道，故順序閥就有內(nèi)控外泄漏式、外控內(nèi)泄漏式和外控外泄漏式三種之分。由于廠家在用外部油路控制閥芯動作的外控油口旁通常要打上字母“X”，故上面所提的三種順序閥油口旁的字母就應(yīng)依次為P1 和 P2、P和T加上X 以及P1 和P2 加上X。

(二) 根據(jù)有無外泄漏油口來比較。溢流閥的出口一定接油箱，因此其先導(dǎo)閥芯打開后的泄漏油液無需用專門的油管放油，而是通過內(nèi)部油道流經(jīng)出口到達(dá)油箱，在其先導(dǎo)閥芯旁就沒有外泄漏油管；減壓閥與之相反，出口與負(fù)載液壓缸相連，壓力較高，如果流經(jīng)先導(dǎo)閥芯的油液也與閥的出口相接，則會事與愿違，使該路油液倒流，造成先導(dǎo)閥芯閉合，故減壓閥只得用一根專門的泄漏油管放油。由于減壓閥主閥芯阻尼小孔的直徑只有1mm左右，由阻尼小孔流向先導(dǎo)閥的流量很小，故所接泄漏油管很細(xì)，一般直徑只有5mm左右，有時(shí)甚至不用耐壓的紫銅管，而用一般的塑料管代替。因此，與溢流閥相比，減壓閥在外形上多一個外接細(xì)油口，在此油口旁廠家通常會用字母“L”作標(biāo)記；對于順序閥而言，根據(jù)上面的原理可以推斷，外控內(nèi)泄漏式順序閥無外泄漏口，其余兩種有外泄漏口。

(三) 根據(jù)進(jìn)、出油口的位置來比較。減壓閥由于是利用閥后壓力與彈簧力相抗衡的原理工作的，且彈簧位于主閥芯的上方，故其閥后油液只能處于主閥芯的下方位置。因此，減壓閥的出口在下，進(jìn)口在上。而溢流閥、順序閥的作用油液來自進(jìn)口或外部，故其出口在上，進(jìn)口在下，與減壓閥正好相反。

七、從三種壓力閥在液壓系統(tǒng)中的應(yīng)用來分析其異同之處

在圖4所示雙泵供油系統(tǒng)中，閥1、閥2、閥3分別為溢流閥、減壓閥、順序閥。從符號可以看出，順序閥是外控內(nèi)泄漏式。很明顯，三閥的符號非常相似，但在許多方面有著明顯區(qū)別。

溢流閥在此油路中起安全作用，在液壓缸正常運(yùn)動時(shí)關(guān)閉，只有在超載、行程終了、制動時(shí)才打開通油；減壓閥在此起減壓作用，閥后可獲得比閥前低的穩(wěn)定壓力，使缸B處于“頂住”狀態(tài)時(shí)產(chǎn)生的作用力保持較低的恒定狀態(tài)；外控內(nèi)泄漏式順序閥在此起到的則是卸載作用，當(dāng)系統(tǒng)負(fù)載較小時(shí)，順序閥

圖4 三種壓力閥在系統(tǒng)中的應(yīng)用

由于外控油路壓力較低而關(guān)閉，泵4和泵5同時(shí)向液壓缸供油。反之，當(dāng)系統(tǒng)負(fù)載較大時(shí)，順序閥打開，泵4油液通過順序閥向油箱卸載，只有泵5向液壓缸供油。由此也可看出，借助順序閥，液壓缸還實(shí)現(xiàn)了由輕載高速向重載低速的轉(zhuǎn)換。

在此油路中，溢流閥由于起安全作用，因此必須是三閥中手輪最緊的，它只有在壓力較高，超過安全限制的情況下才可打開通油。如果溢流閥相對較松，缸B將無法獲得穩(wěn)定的低壓，閥3將無法打開，重載低速的運(yùn)動狀態(tài),也將無法得到。至于溢流閥要緊到什么程度，其開啟壓力要多高，則要視系統(tǒng)油路的安全要求及元件的額定壓力高低等因素綜合考慮。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，溢流閥開啟壓力一般取元件額定壓力的80% ～ 90% 較為合適;減壓閥手輪的松緊完全取決于缸B處于“頂住”狀態(tài)時(shí)對外所要產(chǎn)生作用力大小的要求，其開啟壓力一般較低，且可通過壓力計(jì)算公式很方便地算出；順序閥手輪的松緊則取決于系統(tǒng)對高、低速運(yùn)動的切換要求，其開啟壓力應(yīng)等于切換時(shí)的臨界壓力。

在此油路中，溢流閥必須是三閥中規(guī)格最大的閥:因?yàn)樗绻蜷_，通過的是兩個液壓泵的流量；減壓閥所連接的液壓缸一般用于夾緊作用，液壓缸的規(guī)格通常較小，因此與之匹配的減壓閥也是取較小規(guī)格；而順序閥打開時(shí)通過的流量僅為泵4一個液壓泵的流量，因而順序閥的規(guī)格可比溢流閥縮小一倍。但是有時(shí)考慮到讓泵能徹底卸載，其規(guī)格也不一定非要小不可。

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