液壓先導(dǎo)式溢流閥的解析

  溢流閥在裝配或使用中，由于“O”形密封圈、組合密封圈的損壞，或者安裝螺釘、管接頭的松動(dòng)，都可能造成不應(yīng)有的外泄漏。 如果錐閥或主閥芯磨損過(guò)大，或者密封面接觸不良，還將造成內(nèi)泄漏過(guò)大，甚至影響正常工作。 電磁溢流閥常見(jiàn)的故障有先導(dǎo)電磁閥工作失靈、主閥調(diào)壓失靈和卸荷時(shí)的沖擊噪聲等。后者可通過(guò)調(diào)節(jié)加置的緩沖器來(lái)減少或消除。如不帶緩沖器，則可在主閥溢流口加一背壓閥。（壓力一般調(diào)至5kgf/cm2左右，即0.5MPa）液壓閥中DB/DBW型先導(dǎo)溢流閥是用來(lái)控制液壓系統(tǒng)的壓力。下面我們就來(lái)詳細(xì)的介紹一下其解工作原理及故障排除。

 1． 結(jié)構(gòu)和工作原理 DB型閥是先導(dǎo)控制式的溢流閥；DBW型閥是先導(dǎo)控制式的電磁溢閥。DB 型閥是用來(lái)控制液壓系統(tǒng)的壓力；DBW型閥也可以控制液壓系統(tǒng)的壓力，并且能在任意時(shí)刻使系統(tǒng)卸荷。 DB型閥主要是由先導(dǎo)閥和主閥組成。DBW型閥是由電磁換向閥、先導(dǎo)閥和主閥組成。

 DB型溢流閥 DB型溢流閥： A腔的壓力油作用在主閥芯（1）下端的同時(shí)，通過(guò)阻尼器（2）、（3）和通道（12）、（4）、（5）作用在主閥芯上端和先導(dǎo)閥（7）的錐閥（6）上。當(dāng)系統(tǒng)壓力超過(guò)彈簧（8）的調(diào)定值時(shí)，錐閥（6）被打開(kāi)。同時(shí)主閥芯上端的壓力油通過(guò)阻尼器（3）、通道（5）、彈簧腔（9）及通道（10）流回B腔（控制油內(nèi)排型）或通過(guò)外排口（11）流回油箱（控制油外排型）。這樣，當(dāng)壓力油通過(guò)阻尼器（2）、（3）時(shí)在主閥芯（1）上產(chǎn)生了一個(gè)壓力差，主閥芯在這個(gè)壓差的作用下打開(kāi)，這樣在調(diào)定的工作壓力下壓力油從A腔流到B腔（即卸荷）。 DBW型電磁溢流閥： 此閥工作原理與DB型閥相同，只是可通過(guò)安裝在先導(dǎo)閥上的電磁換向閥（14）使系統(tǒng)在任意時(shí)刻卸荷。 DB/DBW型閥均設(shè)有控制油內(nèi)部供油道（12）、（4）和內(nèi)部排油道（10）；控制油外供口X和外排口Y。這樣就可根據(jù)控制油供給和排出的不同形式的組合內(nèi)供內(nèi)排、外供內(nèi)排、內(nèi)供外排和外供外排4種型式。

 2． 溢流閥常見(jiàn)故障及排除 溢流閥在使用中，常見(jiàn)的故障有噪聲、振動(dòng)、閥芯徑向卡緊和調(diào)壓失靈等。

 （一） 噪聲和振動(dòng) 液壓裝置中容易產(chǎn)生噪聲的元件一般認(rèn)為是泵和閥，閥中又以溢流閥和電磁換向閥等為主。產(chǎn)生噪聲的因素很多。溢流閥的噪聲有流速聲和機(jī)械聲二種。流速聲中主要由油液振動(dòng)、空穴以及液壓沖擊等原因產(chǎn)生的噪聲。機(jī)械聲中主要由閥中零件的撞擊和磨擦等原因產(chǎn)生的噪聲。

 （1） 壓力不均勻引起的噪聲 先導(dǎo)型溢流閥的導(dǎo)閥部分是一個(gè)易振部位如圖3所示。在高壓情況下溢流時(shí)，導(dǎo)閥的軸向開(kāi)口很小，僅0.003～0.006厘米。過(guò)流面積很小，流速很高，可達(dá)200米/秒，易引起壓力分布不均勻，使錐閥徑向力不平衡而產(chǎn)生振動(dòng)。另外錐閥和錐閥座加工時(shí)產(chǎn)生的橢圓度、導(dǎo)閥口的臟物粘住及調(diào)壓彈簧變形等，也會(huì)引起錐閥的振動(dòng)。所以一般認(rèn)為導(dǎo)閥是發(fā)生噪聲的振源部位。 由于有彈性元件（彈簧）和運(yùn)動(dòng)質(zhì)量（錐閥）的存在，構(gòu)成了一個(gè)產(chǎn)生振蕩的條件，而導(dǎo)閥前腔又起了一個(gè)共振腔的作用，所以錐閥發(fā)生振動(dòng)后易引起整個(gè)閥的共振而發(fā)出噪聲，發(fā)生噪聲時(shí)一般多伴隨有劇烈的壓力跳動(dòng)。

 （2） 空穴產(chǎn)生的噪聲 當(dāng)由于各種原因，空氣被吸入油液中，或者在油液壓力低于大氣壓時(shí)，溶解在油液中的部分空氣就會(huì)析出形成氣泡，這些氣泡在低壓區(qū)時(shí)體積較大，當(dāng)隨油液流到高壓區(qū)時(shí)，受到壓縮，體積突然變小或氣泡消失；反之，如在高壓區(qū)時(shí)體積本來(lái)較小，而當(dāng)流到低壓區(qū)時(shí)，體積突然增大，油中氣泡體積這種急速改變的現(xiàn)象。氣泡體積的突然改變會(huì)產(chǎn)生噪聲，又由于這一過(guò)程發(fā)生在瞬間，將引起局部液壓沖擊而產(chǎn)生振動(dòng)。先導(dǎo)型溢流閥的導(dǎo)閥口和主閥口，油液流速和壓力的變化很大，很容易出現(xiàn)空穴現(xiàn)象，由此而產(chǎn)生噪聲和振動(dòng)。

 （3） 液壓沖擊產(chǎn)生的噪聲 先導(dǎo)型溢流閥在卸荷時(shí)，會(huì)因液壓回路的壓力急驟下降而發(fā)生壓力沖擊噪聲。愈是高壓大容量的工作條件，這種沖擊噪聲愈大，這是由于溢流閥的卸荷時(shí)間很短而產(chǎn)生液壓沖擊所致在卸荷時(shí)，由于油流速急劇變化，引起壓力突變，造成壓力波的沖擊。壓力波是一個(gè)小的沖擊波，本身產(chǎn)生的噪聲很小，但隨油液傳到系統(tǒng)中，如果同任何一個(gè)機(jī)械零件發(fā)生共振，就可能加大振動(dòng)和增強(qiáng)噪聲。所以在發(fā)生液壓沖擊噪聲時(shí)，一般多伴有系統(tǒng)振動(dòng)。

 （4） 機(jī)械噪聲 先導(dǎo)型溢流閥發(fā)出的機(jī)械噪聲，一般來(lái)自零件的撞擊和由于加工誤差等產(chǎn)生的零件磨擦。 在先導(dǎo)型溢流閥發(fā)出的噪聲中，有時(shí)會(huì)有機(jī)械性的高頻振動(dòng)聲，一般稱它為自激振動(dòng)聲。這是主閥和導(dǎo)閥因高頻振動(dòng)而發(fā)生的聲音。它的發(fā)生率與回油管道的配置、流量、壓力、油溫（粘度）等因素有關(guān)。一般情況下，管道口徑小、流量少、壓力高、油液粘度低，自激振動(dòng)發(fā)生率就高。 減小或消除先導(dǎo)型溢流閥噪聲和振動(dòng)的措施，一般是在導(dǎo)閥部分加置消振元件。 消振套一般固定在導(dǎo)閥前腔，即共振腔內(nèi)，不能自由活動(dòng)。在消振套上都設(shè)有各種阻尼孔，以增加阻尼來(lái)消除震動(dòng)。另外，由于共振腔中增加了零件，使共振腔的容積減小，油液在負(fù)壓時(shí)剛度增加，根據(jù)剛度大的元件不易發(fā)生共振的原理，就能減少發(fā)生共振的可能性。 消振墊一般與共振腔活動(dòng)配合，能自由運(yùn)動(dòng)。消振墊正反面都有一條節(jié)流槽，油液在流動(dòng)時(shí)能產(chǎn)生阻尼作用，以改變?cè)瓉?lái)的流動(dòng)情況。由于消振墊的加入，增加了一個(gè)振動(dòng)元件，擾亂了原來(lái)的共振頻率。共振腔增加了消振墊，同樣減少了容積，增加了油液受壓時(shí)的剛度，以減少發(fā)生共振的可能性。 在消振螺堵上設(shè)有蓄氣小孔和節(jié)流邊，蓄氣小孔中因留有空氣，空氣在受壓時(shí)壓縮，壓縮空氣具有吸振作用，相當(dāng)于一個(gè)微型吸振器。小孔中空氣壓縮時(shí)，油液充入，膨脹時(shí)，油液壓出，這樣就增加了一個(gè)附加流動(dòng)，以改變?cè)瓉?lái)的流動(dòng)情況。故也能減小或消除噪聲和振動(dòng)。 另外，如果溢流閥本身的裝配或使用權(quán)用不當(dāng)，也都會(huì)造成振動(dòng)，產(chǎn)生噪聲。如三節(jié)同心式溢流閥，裝配時(shí)三節(jié)同心配合不當(dāng)，使用時(shí)流量過(guò)大或過(guò)小，錐閥的不正常磨損等。在這種情況下，應(yīng)認(rèn)真檢查調(diào)整，或更換零件。

 （二） 閥芯徑向卡緊 因加工精度的影響，造成主閥芯徑向卡緊，使主閥開(kāi)啟不上壓或主閥關(guān)閉不卸壓，另因污染造成徑向卡緊。

 （三） 調(diào)壓失靈 溢流閥在使用中有時(shí)會(huì)出現(xiàn)調(diào)壓失靈現(xiàn)象。先導(dǎo)型溢流閥調(diào)壓失靈現(xiàn)象有二種情況：一種是調(diào)節(jié)調(diào)壓手輪建立不起壓力，或壓力達(dá)不到額定數(shù)值；另一種調(diào)節(jié)手輪壓力不下降，甚至不斷升壓。出現(xiàn)調(diào)壓失靈，除閥芯因種種原因造成徑向卡緊外，還有下列一些原因： *是主閥體（2）阻尼器堵塞，油壓傳遞不到主閥上腔和導(dǎo)閥前腔，導(dǎo)閥就失去對(duì)主閥壓力的調(diào)節(jié)作用。因主閥上腔無(wú)油壓力，彈簧力又很小，所以主閥變成了一個(gè)彈簧力很小的直動(dòng)型溢流閥，在進(jìn)油腔壓力很低的情況下，主閥就打開(kāi)溢流，系統(tǒng)就建立不起壓力。 壓力達(dá)不到額定值的原因，是調(diào)壓彈簧變形或選用錯(cuò)誤，調(diào)壓彈簧壓縮行程不夠，閥的內(nèi)泄漏過(guò)大，或?qū)чy部分錐閥過(guò)度磨損等。 第二是阻尼器（3）堵塞，油壓傳遞不到錐閥上，導(dǎo)閥就失去了支主閥壓力的調(diào)節(jié)作用。阻尼器（小孔）堵塞后，在任何壓力下錐閥都不會(huì)打開(kāi)溢流油液，閥內(nèi)始終無(wú)油液流動(dòng)，主閥上下腔壓力一直相等，由于主閥芯上端環(huán)形承壓面積大于下端環(huán)形承壓面積，所以主閥也始終關(guān)閉，不會(huì)溢流，主閥壓力隨負(fù)載增加而上升。當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)停止工作時(shí)，系統(tǒng)壓力就會(huì)無(wú)限升高。除這些原因以外，尚需檢查外控口是否堵住，錐閥安裝是否良好等。

 先導(dǎo)型溢流閥 Pilot-operated Pressure Relief Valve

先導(dǎo)型溢流閥有多種結(jié)構(gòu)。圖6.9所示是一種典型的三節(jié)同心結(jié)構(gòu)先導(dǎo)型溢流閥，它由先導(dǎo)閥(Pilot Valve)和主閥(Main Valve)兩部分組成。該閥原理如圖6.10所示。

圖中，錐式先導(dǎo)閥1、主閥芯上的阻尼孔（固定節(jié)流孔）5及調(diào)壓彈簧9一起構(gòu)成先導(dǎo)級(jí)半橋分壓式壓力負(fù)反饋控制，負(fù)責(zé)向主閥芯6的上腔提供經(jīng)過(guò)先導(dǎo)閥穩(wěn)壓后的主級(jí)指令壓力P2。主閥芯是主控回路的比較器，上端面作用有主閥芯的指令力P2A2，下端面作為主回路的測(cè)壓面，作用有反饋力P1A1，其合力可驅(qū)動(dòng)閥芯，調(diào)節(jié)溢流口的大小，zui后達(dá)到對(duì)進(jìn)口壓力P1進(jìn)行調(diào)壓和穩(wěn)壓的目的。

圖6.9 YF型三節(jié)同心先導(dǎo)型溢流閥結(jié)構(gòu)圖(管式)

  [1]

1—錐閥(Pilot Valve)(先導(dǎo)閥)；2—錐閥座(Poppet Seat)；3—閥蓋(Valve Cap)；4—閥體(Valve Body)；5—阻尼孔(Orifice)；6—主閥芯(Main Spool)；7—主閥座(Main Valve Seat)；8—主閥彈簧(Main Spring)；9—調(diào)壓(Adjustment Spring) (先導(dǎo)閥)彈簧；10—調(diào)節(jié)螺釘；11—調(diào)節(jié)手輪。

工作時(shí)，液壓力同時(shí)作用于主閥芯及先導(dǎo)閥芯的測(cè)壓面上。當(dāng)先導(dǎo)閥1未打開(kāi)時(shí)，閥腔中油液沒(méi)有流動(dòng)，作用在主閥芯6上下兩個(gè)方向的壓力相等，但因上端面的有效受壓面積A2大于下端面的有效受壓面積A1，主閥芯在合力的作用下處于zui下端位置，閥口關(guān)閉。當(dāng)進(jìn)油壓力增大到使先導(dǎo)閥打開(kāi)時(shí)，液流通過(guò)主閥芯上的阻尼孔5、先導(dǎo)閥1流回油箱。由于阻尼孔的阻尼作用，使主閥芯6所受到的上下兩個(gè)方向的液壓力不相等，主閥芯在壓差的作用下上移，打開(kāi)閥口，實(shí)現(xiàn)溢流，并維持壓力基本穩(wěn)定。調(diào)節(jié)先導(dǎo)閥的調(diào)壓彈簧9，便可調(diào)整溢流壓力。

圖6.10 三節(jié)同心先導(dǎo)型溢流閥原理圖

從圖（6.9）可以看出，導(dǎo)閥體上有一個(gè)遠(yuǎn)程控制口K，當(dāng)K口通過(guò)二位二通閥接油箱時(shí)，先導(dǎo)級(jí)的控制壓力p2≈0；主閥芯在很小的液壓力（基本為零）作用下便可向上移動(dòng)，打開(kāi)閥口，實(shí)現(xiàn)溢流，這時(shí)系統(tǒng)稱為卸荷。若K口接另一個(gè)遠(yuǎn)離主閥的先導(dǎo)壓力閥(此閥的調(diào)節(jié)壓力應(yīng)小于主閥中先導(dǎo)閥的調(diào)節(jié)壓力)的入口連接，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程調(diào)壓。

圖6.11 二節(jié)同心先導(dǎo)型溢流閥(板式)

1—主閥芯；2、3、4，阻尼孔；5—先導(dǎo)閥座；6—先導(dǎo)閥體；

7—先導(dǎo)閥芯；8—調(diào)壓彈簧；9—主閥彈簧；10—閥體

圖6.11所示為二節(jié)同心先導(dǎo)型溢流閥的結(jié)構(gòu)圖，其主閥芯為帶有圓柱面的錐閥。為使主閥關(guān)閉時(shí)有良好的密封性，要求主閥芯1的圓柱導(dǎo)向面和圓錐面與閥套配合良好，兩處的同心度要求較高，故稱二節(jié)同心。主閥芯上沒(méi)有阻尼孔，而將三個(gè)阻尼孔2、3、4分別設(shè)在閥體10和先導(dǎo)閥體6上。其工作原理與三節(jié)同心先導(dǎo)型溢流閥相同，只不過(guò)油液從主閥下腔到主閥上腔，需經(jīng)過(guò)三個(gè)阻尼孔。阻尼孔2和4相串聯(lián)，相當(dāng)三節(jié)同芯閥主閥芯中的阻尼孔，是半橋回路中的進(jìn)油節(jié)流口，作用是使主閥下腔與先導(dǎo)閥前腔產(chǎn)生壓力差，再通過(guò)阻尼孔3作用于主閥上腔，從而控制主閥芯開(kāi)啟。阻尼孔3的主要作用是用以提高主閥芯的穩(wěn)定性，它的設(shè)立與橋路無(wú)關(guān)。

先導(dǎo)型溢流閥的導(dǎo)閥部分結(jié)構(gòu)尺寸較小，調(diào)壓彈簧不必很強(qiáng)，因此壓力調(diào)整比較輕便。但因先導(dǎo)型溢流閥要在先導(dǎo)閥和主閥都動(dòng)作后才能起控制作用，因此反應(yīng)不如直動(dòng)型溢流閥靈敏。

與三節(jié)同心結(jié)構(gòu)相比，二節(jié)同心結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是：①主閥芯僅與閥套和主閥座有同心度要求，免去了與閥蓋的配合，故結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工和裝配方便。②過(guò)流面積大，在相同流量的情況下，主閥開(kāi)啟高度??；或者在相同開(kāi)啟高度的情況下，其通流能力大，因此，可做得體積小、重量輕。③主閥芯與閥套可以通用化，便于組織批量生產(chǎn)