沖洗溢流閥閥芯配合間隙對(duì)保壓特性影響研究

黃忠華

摘 要：沖洗溢流閥是閉式液壓系統(tǒng)的重要組成部分，SDVB50沖洗溢流閥通流量大，工作壓力高，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)尺寸大，設(shè)計(jì)難度大。本文介紹了SDVB50沖洗溢流閥中溢流閥部件的組成與功能，對(duì)閥內(nèi)四節(jié)同心部件的配合間隙導(dǎo)致的溢流保壓過(guò)程中掉壓現(xiàn)象進(jìn)行了分析。通過(guò)AMESIM仿真和試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)四節(jié)同心閥芯閥套配合間隙調(diào)整為0.02 mm左右，溢流閥保壓階段壓力會(huì)出現(xiàn)掉壓現(xiàn)象，但測(cè)試3 min后，壓降出現(xiàn)止跌回升。本文的研究對(duì)多節(jié)同心的液壓元件配合間隙的設(shè)計(jì)具有顯著的指導(dǎo)意義，指導(dǎo)間隙的給定平衡了產(chǎn)品性能和零件加工的成本重要性。

關(guān)鍵詞：沖洗溢流閥;SDVB50閥;閉式系統(tǒng);AMESim;保壓特性

1 前言

液壓傳動(dòng)系統(tǒng)按照工作介質(zhì)循環(huán)方式，分為開式系統(tǒng)和閉式系統(tǒng)。閉式系統(tǒng)中，液壓泵輸出工作介質(zhì)直接驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件，因此整體結(jié)構(gòu)緊湊，與空氣接觸機(jī)會(huì)少，油液彈性模量較穩(wěn)定，傳動(dòng)平穩(wěn)。閉式系統(tǒng)通常采用雙向變量液壓泵，通過(guò)泵變量改變主油路中液壓油的輸出流量大小和輸出方向，實(shí)現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)變速和換向，避免了閥控系統(tǒng)的節(jié)流損失，具有更高的傳動(dòng)效率[1-3]。

閉式系統(tǒng)工作中液壓泵與液壓馬達(dá)處存在不同程度的油液泄漏，為了保證系統(tǒng)工作穩(wěn)定，需要對(duì)系統(tǒng)中的油液進(jìn)行少量沖洗更換。為了補(bǔ)充正常元件泄漏和沖洗排出油液，閉式系統(tǒng)需要時(shí)補(bǔ)充油液，還需要沖洗溢流閥保證系統(tǒng)安全工作[4]。

2 沖洗溢流閥工作原理圖

沖洗溢流閥工作原理如圖1所示[5，6]，A、B分別為液壓泵高壓口和低壓口（或B高壓口、A低壓口），E為閉式液壓系統(tǒng)補(bǔ)油口，R為沖洗置換的熱油液排油口。

當(dāng)沖洗溢流閥處于工作狀態(tài)時(shí)，假設(shè)A口為高壓輸入口，B口為低壓輸出口。主閥在液控力作用下處于圖示右側(cè)，B口低壓口通過(guò)主閥、沖洗閥與E口、R口連通，保證E口油液補(bǔ)充進(jìn)來(lái)液壓系統(tǒng)，多余油液建壓（一般為1.5～2.5MPa）打開沖洗閥通過(guò)R口排出。當(dāng)A口為高壓輸入口，B口為低壓輸出口，如果A口的工作壓力達(dá)到溢流閥3.1的設(shè)定值，溢流閥開啟使得系統(tǒng)中的油液部分溢流，從而保證此處的油液壓力處于較低狀態(tài);同理，B口高壓時(shí)，溢流閥3.2具有與上述溢流閥3.1同樣的作用。

3結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及難點(diǎn)分析

圖2為沖洗溢流閥結(jié)構(gòu)，圖中A、B、R油口分別與圖1中的油口對(duì)應(yīng)。該閥采用了閥芯與閥套相配合的結(jié)構(gòu)形式，通過(guò)雙側(cè)對(duì)稱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，滿足了閉式系統(tǒng)雙向油路的油液沖洗工況。沖洗工作動(dòng)作如下：當(dāng)A口為高壓輸入口，B口為低壓輸出口。圖2中的左側(cè)主閥2.2在A側(cè)的高壓油作用下打開，使得沖洗油液通過(guò)E口打開沖洗閥到R口。同理，B口高壓時(shí)，右側(cè)主閥2.1打開。

沖洗工況下，沖洗系統(tǒng)油液壓力可能過(guò)高，因此在沖洗閥一側(cè)設(shè)置溢流閥來(lái)保證沖洗系統(tǒng)穩(wěn)定工作。溢流閥動(dòng)作如下：如果A口為高壓輸入口，B口為低壓輸出口，當(dāng)A口高壓油液壓力達(dá)到先導(dǎo)溢流3.1的設(shè)定壓力時(shí)開啟，油液流經(jīng)阻尼孔Φ1.4mm后產(chǎn)生壓降。右側(cè)主閥2.1在壓差的作用下打開，A口高壓油液卸壓并保壓工作，為了防止主閥啟閉速度過(guò)快引起的系統(tǒng)壓力波動(dòng)，阻尼孔設(shè)計(jì)為Φ1.2mm，以控制閥芯的啟閉速度。同理，B口高壓時(shí)，左側(cè)主閥2.2打開。

SDVB50沖洗溢流閥的最高工作壓力為400 bar，最大流量為1200 L/min，結(jié)構(gòu)上采用了先導(dǎo)級(jí)加主閥的設(shè)計(jì)方案，先導(dǎo)閥是控制主閥開關(guān)的核心部件，其結(jié)構(gòu)及工作性能曲線如圖3所示。為保證主閥工作穩(wěn)定，阻尼孔的匹配至關(guān)重要，阻尼孔Φ1.4mm的作用是保證先導(dǎo)溢流閥啟閉的快速性和壓力的穩(wěn)定性。

主閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖4所示，主閥采用了閥芯與閥套配合的結(jié)構(gòu)形式，采用了四節(jié)同心方案，方案簡(jiǎn)單可靠。但工作過(guò)程中，為了保證閥芯的良好滑動(dòng)及可靠密封，其運(yùn)動(dòng)部件的結(jié)構(gòu)參數(shù)很重要。運(yùn)動(dòng)配合的間隙有Φ36、Φ49、Φ51，其中Φ36的間隙與先導(dǎo)溢流閥工作曲線關(guān)系很大。在加工過(guò)程中，此處配合直接影響著閥芯的正常工作，該位置的四節(jié)同心結(jié)構(gòu)是沖洗溢流閥的關(guān)鍵[7]。

綜上所述，SDVB50沖洗溢流閥在Φ36、Φ49、Φ51三處的配合間隙十分關(guān)鍵，必須避免間隙過(guò)小導(dǎo)致閥芯運(yùn)動(dòng)不暢，但也不可間隙過(guò)大無(wú)法保證性能。為獲得合理的配合間隙數(shù)值，通過(guò)仿真分析及試驗(yàn)驗(yàn)證的手段確定其最大的允許配合間隙。

4 AMESim仿真分析

依據(jù)沖洗溢流閥的工作原理，采用AMESim仿真分析軟件建立如圖5所示的仿真模型[8-10]。

本模型主要分析閥芯運(yùn)動(dòng)的配合間隙對(duì)系統(tǒng)保壓的影響。采用了HCD庫(kù)搭建主閥芯模型，利用Clearance模塊模擬配合間隙，先導(dǎo)閥部分利用HYD庫(kù)中的理想溢流閥模型，在仿真過(guò)程中，考慮閥芯質(zhì)量、主閥芯腔彈簧力、閥芯重力等因素對(duì)閥芯運(yùn)動(dòng)的影響，根據(jù)圖2和圖4結(jié)構(gòu)參數(shù)，對(duì)仿真模型的設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)，如表1所示。

設(shè)定Clearance模塊具有多組間隙參數(shù)，分別為0.015 mm、0.02 mm、0.03 mm、0.04 mm。仿真結(jié)果如圖6所示。

由圖6可見，隨著配合間隙的增大，沖洗溢流閥的保壓能力呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，該變化趨勢(shì)主要是因?yàn)橄葘?dǎo)控制油路的通流油液量引起。

5 試驗(yàn)驗(yàn)證

根據(jù)仿真結(jié)果，設(shè)計(jì)了Φ36閥套閥芯配合具有3組不同的間隙值，如表2所示。根據(jù)設(shè)計(jì)尺寸加工閥芯，如圖7（a）所示。對(duì)裝有不同閥芯的閉式泵進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)裝置如圖7（b）所示。試驗(yàn)中的保壓時(shí)間和壓降數(shù)據(jù)如表2所示，可見，配合間隙大于或等于0.03 mm時(shí)，SDVB沖洗溢流閥在溢流保壓階段，隨時(shí)間出現(xiàn)掉壓現(xiàn)象，測(cè)試10 min后仍未出現(xiàn)止跌。不滿足液壓系統(tǒng)過(guò)載后的保壓使用要求。

當(dāng)閥芯的配合間隙控制在0.02 mm，沖洗溢流閥保壓階段壓力同樣出現(xiàn)掉壓現(xiàn)象，但測(cè)試3 min左右（掉壓1.2 MPa）時(shí)，出現(xiàn)止跌回升并來(lái)回震蕩的現(xiàn)象，因此該閥芯的配合間隙宜控制在0.02 mm左右。BC5C263B-A43C-4C39-A78C-F88473867808

6總結(jié)

綜上所述，SDVB50沖洗溢流閥的閥芯與閥套配合十分關(guān)鍵，通過(guò)理論、仿真、試驗(yàn)研究表明，當(dāng)配合間隙調(diào)整為0.02 mm左右，溢流閥保壓階段壓力下降幅度小于1.5 MPa且保壓穩(wěn)定，滿足SDVB50沖洗溢流閥的功能要求。

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Research on The Influence of Fit Clearance of Flushing Relief Valve Core in Pressure Maintaining Characteristics

HUANG Zhong-hua

（Guangdong Keda Hydraulic Technology Co.， Ltd.， Foshan 528313， China）

Abstract：? The flushing relief valve is an important part of the closed hydraulic system. The SDVB50 flushing relief valve has large flow， large structure size and high working pressure， which makes the design difficult. This paper introduces the composition and function of the overflow valve components in SDVB50 flushing relief valve， and analyzes the pressure drop phenomenon caused by the fit clearance of four concentric components in the valve. The AMESim simulation and experimental results show that when the fit clearance of the four concentric spool valve is about 0.02 mm， the pressure drop phenomenon will appear in the pressure maintaining stage of relief valve， but the pressure drop will stop and rise after 3 minutes of test. The research in this paper has significant guiding significance for the design of the multi-section concentric hydraulic component fitting clearance. The given guidance clearance balances the importance of product performance and the cost of parts processing.

Keywords：? Flushing relief valve; SDVB50 Valve; Closed circuit system; AMESim; Pressure maintaining characteristicsBC5C263B-A43C-4C39-A78C-F88473867808