溢流阀是液压系统的“压力卫士”,是保障系统安全、稳定运行的核心控制元件。溢流阀的功能围绕“压力控制”展开,主要包括以下三类:
- 安全保护:这是溢流阀最基础的功能。当液压系统压力因负载增加或回路堵塞升至溢流阀设定值时,阀芯开启将多余液压油排回油箱,以维持系统压力基本稳定,防止元件过载损坏。
- 速度调节:在定量泵液压系统中,执行元件流量需求变化时,溢流阀作为旁通调速回路将泵输出的多余流量溢流回油箱,确保节流时系统压力稳定,执行元件动作平稳。
- 其他功能:根据回路设计需求,溢流阀还可实现特定功能,如通过远程控制口实现“远程调压阀”、与单向阀活电磁阀组合成“卸荷溢流阀”,带补偿功能的节能阀等。
溢流阀的常见种类如下:
1、 直动式溢流阀
常态下①流向②封闭,直到①处有足够压力使阀芯从阀座上提起,这个压力就被称作开启压力。当阀在开启状态,直到压力降低到能使弹簧关闭阀口,这个压力叫做关闭压力,通常是开启压力的80%。直动式溢流阀结构简单,弹簧力直接作用于阀芯,响应快,但压力稳定性较差(有些品牌在阀芯上增加缓冲结构以获得更好的稳定性),容易出现颤振,多用于低压、小流量的液压系统,或作为高压溢流阀的“先导阀”,或是作为油缸的次级压力阀过滤峰值压力。
2、差动式溢流阀
差动式溢流阀与直动式溢流阀的原理和特性都相同,但是它的高压口是②口:常态下②流向①封闭,当②处压力足够液压力克服弹簧力时阀芯离开阀座使②向①溢流。这种结构稍作改进可以作为双向溢流阀使用。
3、双向溢流阀(交叉溢流阀)
双向溢流阀在阀芯内采用双重交叉保护。当①处的压力超过设定值时,底部提升阀芯打开,从①向②溢流,此时它是直动式溢流阀。当②处的压力超过设定值时,顶部提升阀芯打开使油液从②向①溢流,此时它是差动式溢流阀,阀的压力设定值在②口标定,但是两个方向的开启压力差值不超过1MPa。任一油口的背压将1:1地叠加在另一个油口的设定压力值。
4、带泄压的双向溢流阀
功能与上面的不带泄压的交叉溢流阀相同,③口的背压将1:1地叠加在另一个油口的设定压力值。
5、 先导式溢流阀
由先导阀和主阀组成,主阀芯在弹簧力、先导阀设定压力、进油压力三者作用下达到受力平衡,主阀芯弹簧很软,所以他它的压力超调量比自动式溢流阀小(压力稳定性好),但是响应更慢,适合高压大流量用途。先导式溢流阀可以带遥控口X实现远程调压功能,在一些国外样本中通常将先导式溢流阀翻译成“平衡活塞溢流阀”。
6、电磁溢流阀
将先导式溢流阀的X口外接电磁阀,可以实现溢流阀通电(或断电)卸荷功能。
7、卸荷溢流阀
通常在双泵系统或蓄能器系统中使用,当A口压力升高到溢流阀设定值时,溢流阀主阀芯开启使泵工作于低压卸荷状态。
卸荷溢流阀用于双泵系统中可以有效降低系统的装机功率,适用于系统存在高压小流量、低压大流量的工况,以避开“高压大流量”的恶劣工况,大幅降低系统能耗。
8、节能阀
也称为三通流量阀,用于定量泵系统中,由一个溢流阀和一个节流阀组成,它可以使泵仅输出负载所需压力加上补偿器弹簧设定值(一般为6bar-9bar),从而避免系统在节流调速工况下泵始终工作于系统最高压力,以降低系统的能耗。
9、减压溢流阀
在常态下②和③双向流通,弹簧腔通过③泄压。当①处压力达到减压阀设定值的时候,阀芯移动减少②处进油量以保持①处压力不再继续升高。当①处压力超过设定值时将通过③口溢流。③的背压值会直接叠加在设定值上。
10、带补油功能的溢流阀(防气蚀阀)
在多路阀上经常看到这种在溢流阀阀芯上集成一个单向阀,可以实现②到①口补油功能,以防止油缸在外力作用下活塞运动而产生气蚀。
两个阀与执行机构并联使用可以做成制动阀,制动阀用于有巨大惯性负载的执行元件的制动回路,当制动阀被关闭时,由于执行元件的惯性而产生的压力冲击被制动阀吸收,以保证运动和停机的平稳性。此外还可以作为闭式泵的高压溢流补油阀等。
11、比例溢流阀
传统形式的液压控制阀只能对系统压力进行定值控制,如果需要多个工作压力就需要多个溢流阀,比例控制阀可以电信号为输入量,使被控制的压力与输入的电信号成正比,从而实现多点压力控制,减少了液压元件数量。比例溢流阀可以通过设置斜坡信号实现压力的平缓切换避免普通溢流阀压力切换时的阶跃性突变,消除压力冲击。
比例溢流阀也分直动式和先导式(电液比例溢流阀)。当P口或者A口压力超过电磁铁输入电流设定值时,阀芯开启接通T口的泄压通道,使P口和A口压力稳定在设定值。
下图是一个比例溢流阀的输入电流跟压力的关系曲线,当电压/电流低于20%时是死区,当电流/电压处于40%~100%时是线性关系。
12、用二通逻辑阀组合成溢流阀
在二通逻辑阀的控制腔设置溢流阀,可以组成多种溢流功能的单元:与普通直动式溢流阀组成普通溢流阀功能,与比例溢流阀组合成比例溢流阀。二通逻辑阀通流能力大,压力损失小,特别适用于高压、大流量系统。其阀芯结构和密封设计能承受高压力和大流量冲击,相比传统溢流阀,更适合大型液压设备的溢流需求。
由于主阀芯采用锥阀结构,二通逻辑阀响应迅速、无死区,开启和关闭速度快,能有效保护系统免受压力突变影响。锥阀结构泄漏量极小,可确保系统压力稳定,减少能量损失和油液污染。尤其在高压环境下,其密封性能优势更明显。集成化与模块化设计实现系统高度集成化,简化系统结构,提高可靠性,二通逻辑阀具有通用化、标准化的零件设计,便于选型和更换,不同品牌和型号的兼容性较好,降低了设计和维护难度。另外,二通逻辑阀抗污染能力强,可降低维护成本。
所以,二通逻辑阀作为溢流阀,结合了大流量、高响应、低泄漏等优点,是高压大流量液压系统中溢流功能的理想选择。
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