詳解液壓先導式溢流閥

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，都可能造成不應有的外泄漏。 如果錐閥或主閥芯磨損過大，或者密封面接觸不良，還將造成內泄漏過大，甚至影響正常工作。 電磁溢流閥常見的故障有先導電磁閥工作失靈、主閥調壓失靈和卸荷時的沖擊噪聲等。后者可通過調節加置的緩沖器來減少或消除。如不帶緩沖器，則可在主閥溢流口加一背壓閥。（壓力一般調至5kgf/cm2左右，即0.5MPa）液壓閥中DB/DBW型先導溢流閥是用來控制液壓系統的壓力。下面我們就來詳細的介紹一下其解工作原理及故障排除。

1． 結構和工作原理 DB型閥是先導控制式的溢流閥；DBW型閥是先導控制式的電磁溢閥。DB 型閥是用來控制液壓系統的壓力；DBW型閥也可以控制液壓系統的壓力，并且能在任意時刻使系統卸荷。 DB型閥主要是由先導閥和主閥組成。DBW型閥是由電磁換向閥、先導閥和主閥組成。
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，通過阻尼器（2）、（3）和通道（12）、（4）、（5）作用在主閥芯上端和先導閥（7）的錐閥（6）上。當系統壓力超過彈簧（8）的調定值時，錐閥（6）被打開。同時主閥芯上端的壓力油通過阻尼器（3）、通道（5）、彈簧腔（9）及通道（10）流回B腔（控制油內排型）或通過外排口（11）流回油箱（控制油外排型）。這樣，當壓力油通過阻尼器（2）、（3）時在主閥芯（1）上產生了一個壓力差，主閥芯在這個壓差的作用下打開，這樣在調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，只是可通過安裝在先導閥上的電磁換向閥（14）使系統在任意時刻卸荷。 DB/DBW型閥均設有控制油內部供油道（12）、（4）和內部排油道（10）；控制油外供口X和外排口Y。這樣就可根據控制油供給和排出的不同形式的組合內供內排、外供內排、內供外排和外供外排4種型式。
2． 溢流閥常見故障及排除 溢流閥在使用中，常見的故障有噪聲、振動、閥芯徑向卡緊和調壓失靈等。
（一） 噪聲和振動 液壓裝置中容易產生噪聲的元件一般認為是泵和閥，閥中又以溢流閥和電磁換向閥等為主。產生噪聲的因素很多。溢流閥的噪聲有流速聲和機械聲二種。流速聲中主要由油液振動、空穴以及液壓沖擊等原因產生的噪聲。機械聲中主要由閥中零件的撞擊和磨擦等原因產生的噪聲。
（1） 壓力不均勻引起的噪聲 先導型溢流閥的導閥部分是一個易振部位如圖3所示。在高壓情況下溢流時，導閥的軸向開口很小，僅0.003～0.006厘米。過流面積很小，流速很高，可達200米/秒，易引起壓力分布不均勻，使錐閥徑向力不平衡而產生振動。另外錐閥和錐閥座加工時產生的橢圓度、導閥口的臟物粘住及調壓彈簧變形等，也會引起錐閥的振動。所以一般認為導閥是發生噪聲的振源部位。 由于有彈性元件（彈簧）和運動質量（錐閥）的存在，構成了一個產生振蕩的條件，而導閥前腔又起了一個共振腔的作用，所以錐閥發生振動后易引起整個閥的共振而發出噪聲，發生噪聲時一般多伴隨有劇烈的壓力跳動。
（2） 空穴產生的噪聲 當由于各種原因，空氣被吸入油液中，或者在油液壓力低于大氣壓時，溶解在油液中的部分空氣就會析出形成氣泡，這些氣泡在低壓區時體積較大，當隨油液流到高壓區時，受到壓縮，體積突然變小或氣泡消失；反之，如在高壓區時體積本來較小，而當流到低壓區時，體積突然增大，油中氣泡體積這種急速改變的現象。氣泡體積的突然改變會產生噪聲，又由于這一過程發生在瞬間，將引起局部液壓沖擊而產生振動。先導型溢流閥的導閥口和主閥口，油液流速和壓力的變化很大，很容易出現空穴現象，由此而產生噪聲和振動。
（3） 液壓沖擊產生的噪聲 先導型溢流閥在卸荷時，會因液壓回路的壓力急驟下降而發生壓力沖擊噪聲。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間很短而產生液壓沖擊所致在卸荷時，由于油流速急劇變化，引起壓力突變，造成壓力波的沖擊。壓力波是一個小的沖擊波，本身產生的噪聲很小，但隨油液傳到系統中，如果同任何一個機械零件發生共振，就可能加大振動和增強噪聲。所以在發生液壓沖擊噪聲時，一般多伴有系統振動。
（4） 機械噪聲 先導型溢流閥發出的機械噪聲，一般來自零件的撞擊和由于加工誤差等產生的零件磨擦。 在先導型溢流閥發出的噪聲中，有時會有機械性的高頻振動聲，一般稱它為自激振動聲。這是主閥和導閥因高頻振動而發生的聲音。它的發生率與回油管道的配置、流量、壓力、油溫（粘度）等因素有關。一般情況下，管道口徑小、流量少、壓力高、油液粘度低，自激振動發生率就高。 減小或消除先導型溢流閥噪聲和振動的措施，一般是在導閥部分加置消振元件。 消振套一般固定在導閥前腔，即共振腔內，不能自由活動。在消振套上都設有各種阻尼孔，以增加阻尼來消除震動。另外，由于共振腔中增加了零件，使共振腔的容積減小，油液在負壓時剛度增加，根據剛度大的元件不易發生共振的原理，就能減少發生共振的可能性。 消振墊一般與共振腔活動配合，能自由運動。消振墊正反面都有一條節流槽，油液在流動時能產生阻尼作用，以改變原來的流動情況。由于消振墊的加入，增加了一個振動元件，擾亂了原來的共振頻率。共振腔增加了消振墊，同樣減少了容積，增加了油液受壓時的剛度，以減少發生共振的可能性。 在消振螺堵上設有蓄氣小孔和節流邊，蓄氣小孔中因留有空氣，空氣在受壓時壓縮，壓縮空氣具有吸振作用，相當于一個微型吸振器。小孔中空氣壓縮時，油液充入，膨脹時，油液壓出，這樣就增加了一個附加流動，以改變原來的流動情況。故也能減小或消除噪聲和振動。 另外，如果溢流閥本身的裝配或使用權用不當，也都會造成振動，產生噪聲。如三節同心式溢流閥，裝配時三節同心配合不當，使用時流量過大或過小，錐閥的不正常磨損等。在這種情況下，應認真檢查調整，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，使主閥開啟不上壓或主閥關閉不卸壓，另因污染造成徑向卡緊。
（三） 調壓失靈 溢流閥在使用中有時會出現調壓失靈現象。先導型溢流閥調壓失靈現象有二種情況：一種是調節調壓手輪建立不起壓力，或壓力達不到額定數值；另一種調節手輪壓力不下降，甚至不斷升壓。出現調壓失靈，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閥前腔，導閥就失去對主閥壓力的調節作用。因主閥上腔無油壓力，彈簧力又很小，所以主閥變成了一個彈簧力很小的直動型溢流閥，在進油腔壓力很低的情況下，主閥就打開溢流，系統就建立不起壓力。 壓力達不到額定值的原因，是調壓彈簧變形或選用錯誤，調壓彈簧壓縮行程不夠，閥的內泄漏過大，或導閥部分錐閥過度磨損等。 第二是阻尼器（3）堵塞，油壓傳遞不到錐閥上，導閥就失去了支主閥壓力的調節作用。阻尼器（小孔）堵塞后，在任何壓力下錐閥都不會打開溢流油液，閥內始終無油液流動，主閥上下腔壓力一直相等，由于主閥芯上端環形承壓面積大于下端環形承壓面積，所以主閥也始終關閉，不會溢流，主閥壓力隨負載增加而上升。當執行機構停止工作時，系統壓力就會無限升高。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。先導型溢流閥 Pilot-operated Pressure Relief Valve，先導型溢流閥有多種結構。圖6.9所示是一種典型的三節同心結構先導型溢流閥，它由先導閥(Pilot Valve)和主閥(Main Valve)兩部分組成。
錐式先導閥1、主閥芯上的阻尼孔（固定節流孔）5及調壓彈簧9一起構成先導級半橋分壓式壓力負反饋控制，負責向主閥芯6的上腔提供經過先導閥穩壓后的主級指令壓力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壓面，作用有反饋力P1A1，其合力可驅動閥芯，調節溢流口的大小，達到對進口壓力P1進行調壓和穩壓的目的。
圖6.9 YF型三節同心先導型溢流閥結構圖(管式)
1—錐閥(Pilot Valve)(先導閥)；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—調壓(Adjustment Spring) (先導閥)彈簧；10—調節螺釘；11—調節手輪。
工作時，液壓力同時作用于主閥芯及先導閥芯的測壓面上。當先導閥1未打開時，閥腔中油液沒有流動，作用在主閥芯6上下兩個方向的壓力相等，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下端位置，閥口關閉。當進油壓力增大到使先導閥打開時，液流通過主閥芯上的阻尼孔5、先導閥1流回油箱。由于阻尼孔的阻尼作用，使主閥芯6所受到的上下兩個方向的液壓力不相等，主閥芯在壓差的作用下上移，打開閥口，實現溢流，并維持壓力基本穩定。調節先導閥的調壓彈簧9，便可調整溢流壓力。
圖6.10 三節同心先導型溢流閥原理圖
從圖（6.9）可以看出，導閥體上有一個遠程控制口K，當K口通過二位二通閥接油箱時，先導級的控制壓力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，打開閥口，實現溢流，這時系統稱為卸荷。若K口接另一個遠離主閥的先導壓力閥(此閥的調節壓力應小于主閥中先導閥的調節壓力)的入口連接，可實現遠程調壓1—主閥芯；2、3、4，阻尼孔；5—先導閥座；6—先導閥體；7—先導閥芯；8—調壓彈簧；9—主閥彈簧；10—閥

先導型溢流閥的結構圖，其主閥芯為帶有圓柱面的錐閥。為使主閥關閉時有良好的密封性，要求主閥芯1的圓柱導向面和圓錐面與閥套配合良好，兩處的同心度要求較高，故稱二節同心。主閥芯上沒有阻尼孔，而將三個阻尼孔2、3、4分別設在閥體10和先導閥體6上。其工作原理與三節同心先導型溢流閥相同，只不過油液從主閥下腔到主閥上腔，需經過三個阻尼孔。阻尼孔2和4相串聯，相當三節同芯閥主閥芯中的阻尼孔，是半橋回路中的進油節流口，作用是使主閥下腔與先導閥前腔產生壓力差，再通過阻尼孔3作用于主閥上腔，從而控制主閥芯開啟。阻尼孔3的主要作用是用以提高主閥芯的穩定性，它的設立與橋路無關。

先導型溢流閥的導閥部分結構尺寸較小，調壓彈簧不必很強，因此壓力調整比較輕便。但因先導型溢流閥要在先導閥和主閥都動作后才能起控制作用，因此反應不如直動型溢流閥靈敏。與三節同心結構相比，二節同心結構的特點是：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，故結構簡單，加工和裝配方便。②過流面積大，在相同流量的情況下，主閥開啟高度小；或者在相同開啟高度的情況下，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。

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