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液壓控制閥的理論研究與設(shè)計(jì)
目 錄
中文摘要 1
Abstract 2
第1章 緒論 3
1.1 液壓技術(shù)的發(fā)展歷史 3
1.2 我國液壓閥技術(shù)的發(fā)展概況 3
1.3 本課題的目的及研究范圍 4
第2章 壓力控制閥的分類與型號(hào) 5
2.1 壓力控制閥的分類： 5
2.2 我國常用的壓力控制閥型號(hào)及意義表示 6
第3章 溢流閥 9
3.1 溢流閥的結(jié)構(gòu)和工作原理 9
3.2 溢流閥的主要性能 12
3.3 溢流閥的基本應(yīng)用 15
第4章 減壓閥 18
4.1 減壓閥和結(jié)構(gòu)及工作原理 18
4.2 減壓閥的主要性能 22
4.3 減壓閥的基本應(yīng)用：減壓或穩(wěn)壓 22
第5章 順序閥 24
5.1 順序閥的結(jié)構(gòu)和工作原理 24
5.2 順序閥的基本應(yīng)用 26
第6章 實(shí)體設(shè)計(jì)與動(dòng)畫制作 28
6.1 軟件簡介 28
6.2 二維圖紙 28
6.3 三維實(shí)體 28
6.4 動(dòng)畫 30
6.5 課件的制作 31
總結(jié) 34
鳴謝 35
參考文獻(xiàn) 36
附件 37
中文摘要
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是液壓控制閥的理論研究與設(shè)計(jì)，重點(diǎn)對(duì)溢流閥、減壓閥及順序閥工作原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、型號(hào)說明、應(yīng)用情況進(jìn)行闡述，繪制三維實(shí)體動(dòng)畫及制作相關(guān)課件服務(wù)于教學(xué)。本設(shè)計(jì)繪制了溢流閥的二維圖紙，使用CAXA制作各閥三維實(shí)體用于形象演示壓力控制閥的結(jié)構(gòu)，制作 Flash動(dòng)畫用于生動(dòng)演示壓力控制閥的工作過程。
關(guān)鍵詞：溢流閥 ；減壓閥；順序閥
Abstract
The topic of this graduation project is the theoretical research and design of the hydraulic-control valve. The point is to expatiate on the operation principle and function and type and use situation of overflow valve and pressure-reducing valve as well as sequence valve. Make three-dimensional animation for teaching is the focal point too. In the graduation project ,the detailed drawing of overflow valve has been drawn by AutoCAD. Use CAXA to make the three-dimensional entity of every valve for demonstrate the structure of pressure control valve. Making Flash cartoon to demonstrating the operational principle of pressure control valve .
Key words：overflow valve；pressure-reducing valve；sequence valve
1
第1章 緒論
液壓技術(shù)作為一門新興應(yīng)用學(xué)科，雖然歷史較短，發(fā)展的速度卻非常驚人。液壓設(shè)備能傳遞很大的力或力矩，單位功率重量輕，結(jié)構(gòu)尺寸小，在同等功率下，其重量的尺寸僅為直流電機(jī)的10%~20%左右；反應(yīng)速度快、準(zhǔn)、穩(wěn)；又能在大范圍內(nèi)方便地實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速；易實(shí)現(xiàn)功率放大；易進(jìn)行過載保護(hù)；能自動(dòng)潤滑，壽命長，制造成本較低。因此，世界各國均已廣泛地應(yīng)用在鍛壓機(jī)械、工程機(jī)械、機(jī)床工業(yè)、汽車工業(yè)、冶金工業(yè)、農(nóng)業(yè)機(jī)械、船舶交通、鐵道車輛和飛機(jī)、坦克、導(dǎo)彈、火箭、雷達(dá)等國防工業(yè)中。
液壓傳動(dòng)設(shè)備一般由四大元件組成，即動(dòng)力元件——液壓泵；執(zhí)行元件——液壓缸和液壓馬達(dá)；控制元件——各種液壓閥；輔助元件——油箱、蓄能器等。
液壓閥的功用是控制液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的油流方向，壓力和流量；實(shí)現(xiàn)執(zhí)行元件的設(shè)計(jì)動(dòng)作以控制、實(shí)施整個(gè)液壓系統(tǒng)及設(shè)備的全部工作功能。
1.1 液壓技術(shù)的發(fā)展歷史
液壓傳動(dòng)理論和液壓技術(shù)發(fā)展的歷史可追溯17世紀(jì)，當(dāng)時(shí)的荷蘭人史蒂文斯（Strvinus）研究指出，液體靜壓力隨液體的深度變化，與容器的形狀無關(guān)。之后托里塞勒(Torricelli)也對(duì)流體的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行研究。17世紀(jì)末，牛頓對(duì)液體的粘度以及浸入運(yùn)動(dòng)流動(dòng)體中的物體所受的阻力進(jìn)行了研究。18世紀(jì)中葉，伯努利提出的流束傳遞能量理論及帕斯卡提出的靜壓傳遞原理，使液壓理論有了關(guān)鍵性的進(jìn)展。1795年英國倫敦的約瑟夫.布拉默(Joseph Bramah 1749~1814)創(chuàng)造了世界上第一臺(tái)水壓機(jī)——棉花、羊毛液壓打包機(jī)。1905年，詹尼（Janney）設(shè)計(jì)了一臺(tái)帶軸向柱塞泵的油壓傳動(dòng)與控制裝置，并于1906年成功地應(yīng)用在弗吉尼亞號(hào)戰(zhàn)艦的炮塔俯仰、轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)中。1936年，哈里.威克斯（Harry Vikers）提出了包括先導(dǎo)式溢流閥在內(nèi)的些液壓控制元件有力地推動(dòng)了液壓技術(shù)的進(jìn)步。1958年美國麻薩諸塞州理工學(xué)院的布萊克本（Blackburn）、李詩穎創(chuàng)造了電液伺服閥，并于1960年發(fā)表了對(duì)液壓技術(shù)有杰出貢獻(xiàn)的論著——《流體動(dòng)力控制》。
現(xiàn)在由于微型計(jì)算機(jī)與液壓技術(shù)日益密切的結(jié)合，對(duì)液壓控制閥提出了更高、更新的要求，液壓控制已開始形成了一個(gè)分支學(xué)科，繼續(xù)不斷不斷地向高、精、尖的方向發(fā)展。
1.2 我國液壓閥技術(shù)的發(fā)展概況
我國的液壓工業(yè)及液壓閥的制造，起始于第一個(gè)五年計(jì)劃（1953~1957年），期間，由于機(jī)床制造工業(yè)發(fā)展的迫切需求，50年代初期，上海機(jī)床廠、天津液壓件廠仿造了蘇聯(lián)的各類低壓泵、閥。
隨后，以廣州機(jī)床研究所為主，在引進(jìn)消化國外中低壓元件制造技術(shù)的基礎(chǔ)上，自行設(shè)計(jì)了公稱壓力為2.5MPa和6.3MPa的中低壓液壓閥系統(tǒng)（簡稱廣州型），并迅速投入大批量生產(chǎn)。
60年代初期，為適應(yīng)液壓工程機(jī)械從中低壓向高壓方向的發(fā)展，以山西榆次液壓件廠為主，引進(jìn)了日本油研公司的公稱壓力為21MPa的中高壓液壓閥系列，以及全部加工技術(shù)和制造、試驗(yàn)設(shè)備，并據(jù)此發(fā)展、設(shè)計(jì)成我國的中高壓液壓閃系統(tǒng)（簡稱榆次型）。
1968年，當(dāng)時(shí)的一機(jī)部組織有關(guān)單位，在公稱壓力21MPa液壓閥的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了我國一套公稱壓力為31.5MPa的高壓閥系列，并投入批量生產(chǎn)。
為使產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、系列化，我國于1973年再次組成“液壓閥聯(lián)合設(shè)計(jì)組”，
在總結(jié)國產(chǎn)高壓閥設(shè)計(jì)、生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，借鑒了國外同類產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，性能、工藝特點(diǎn)，又增補(bǔ)了多種規(guī)格和新品種，并使國產(chǎn)閥的安裝連接尺寸首次符合國際標(biāo)準(zhǔn)。并于1977年正式完成了公稱壓力為31.MPa的高壓閥新系列的設(shè)計(jì)。1978年起，通過全系列圖紙的審查、試制、鑒定等工作，并在全國推廣使用。1982年，通過了全系列的定型工作。故上述產(chǎn)品簡稱為“82年聯(lián)合設(shè)計(jì)型高壓液壓閥系列”。
為適應(yīng)高壓、大流量的液壓傳動(dòng)要求，濟(jì)南鑄鍛研究所、上海704研究所和北京冶金液壓機(jī)械廠等單位，自1976年開始，還引進(jìn)、消化和研制了二通插裝閥（簡稱CV閥），并在80年代初期，完成了自己的系列。二通插裝閥作為不同于常規(guī)閥的另一類液壓閥類，也正在開拓著它的使用范圍。
此外，隨著組合機(jī)床在機(jī)械制造行業(yè)中的廣泛應(yīng)用，1975年，大連組合機(jī)床研究引進(jìn)、消化、吸收和研制了疊加式液壓閥。
建國以來，我國液壓行業(yè)及液壓閥的制造生產(chǎn)，從無到有，發(fā)展很快，取得了巨大的成績。但與國外同類產(chǎn)品相比，品種和性能指標(biāo)還有較大差距。為了提高我國液壓行業(yè)的綜合素質(zhì)，國家機(jī)械部制定了以下調(diào)整原則：
A類重點(diǎn)發(fā)展產(chǎn)品（包括國產(chǎn)的電液伺服閥、比例閥和數(shù)字控制閥以及引進(jìn)、消化德國力士樂公司的壓力為21、35、63MPa，通徑為6~32mm的三大類液壓閥和我國自行開發(fā)的疊加閥、插裝閥及GE系列閥等）；
B類允許保留和過渡產(chǎn)品（包括目前應(yīng)用面廣、市場(chǎng)需求最大，一時(shí)尚無替代產(chǎn)品；國內(nèi)70年代、80年代開發(fā)的，現(xiàn)在已成為主導(dǎo)產(chǎn)品，雖然技術(shù)上達(dá)不到國際80年代水平，但需要保留一段時(shí)間的產(chǎn)品。）
C類限制發(fā)展和逐步淘汰產(chǎn)品。（指水平低，性能差，耗能耗材的產(chǎn)品，不符合標(biāo)準(zhǔn)的落后產(chǎn)品，不符合標(biāo)準(zhǔn)的老產(chǎn)品，具體指我國50、60年代設(shè)計(jì)的廣州型中低壓系列，及與之相仿的早期產(chǎn)品。）
1.3 本課題的目的及研究范圍
作為工科類院校，特別是機(jī)械專業(yè)，液壓技術(shù)是一門必不可少的課程，但由于學(xué)科本身內(nèi)容的復(fù)雜程度和教學(xué)條件的限制，不能輕易地使教師講得清楚，學(xué)生聽得明白。有監(jiān)于此，本課將重點(diǎn)對(duì)液壓控制閥部分進(jìn)行理論研究，主要研究對(duì)象為溢流閥、減壓閥和順序閥。在進(jìn)行理論研究的同時(shí)，使用CAXA實(shí)體設(shè)計(jì)分別制作溢流閥、減壓閥及順序閥的三維結(jié)構(gòu)圖及其裝配動(dòng)畫，并且將上述液壓控制閥的工作原理用FLASH動(dòng)畫的形式加以演示。最后，將使用EBOOK(電子書)制作軟件制作一份可供教學(xué)使用的電子教案，內(nèi)容包括溢流閥、減壓閥和順序閥的工作原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、型號(hào)說明、應(yīng)用情況以及各種閥的比較等，此電子教案內(nèi)容將采用大家熟悉的網(wǎng)頁形式，并且集成了本課題的幾乎所有成果，內(nèi)容既有傳統(tǒng)的文字?jǐn)⑹龊投S插圖又有直觀的三維立體及動(dòng)態(tài)工作過程FLASH。另外本課題使用電子書形式的電子教案最終格式是一個(gè)可以獨(dú)立運(yùn)行的EXE文件，具有體積小、功能齊全、運(yùn)行方便的特點(diǎn)。
第2章 壓力控制閥的分類與型號(hào)
液壓系統(tǒng)中，用來控制系統(tǒng)的壓力、流量和液流方向的元件均稱為液壓控制閥，簡稱液壓閥。液壓閥品種繁多，規(guī)格復(fù)雜，按工作原理可劃分為以下幾種：
通斷式控制元件（即開關(guān)或定值控制閥）：這是常用的一類液壓閥，又稱普通液壓閥。
伺服式控制元件：壓力伺服閥、流量伺服閥等。
比例式控制元件：比例壓力閥、比例流量閥和比例方向閥等。
本章及后續(xù)幾章將就常用壓力控制閥進(jìn)行詳細(xì)論述。
2.1 壓力控制閥的分類：
在液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中，液流的壓力是最基本的參數(shù)之一，執(zhí)行元件的輸出力或輸出扭矩的大小，主要由供給的液壓力所決定。為了對(duì)油液壓力進(jìn)行控制，并實(shí)現(xiàn)和提高系統(tǒng)的穩(wěn)壓、保壓、減壓、調(diào)壓等性能或利用壓力變化實(shí)現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的順序動(dòng)作等，根據(jù)油液壓力和控制機(jī)構(gòu)彈簧力相平衡的工作原理，人們?cè)O(shè)計(jì)制造了各種壓力控制閥。常見種類如下：
2.2 我國常用的壓力控制閥型號(hào)及意義表示
2.2.1 6.3MPa以下中低壓系列（廣州型）
2.2.2 中高壓系列（榆次型）
2.2.3 高壓系列（聯(lián)合設(shè)計(jì)組）
2.2.4 我國引進(jìn)的德國力士樂公司壓力閥系列:
（1）溢流閥
（2） 減壓閥
（3） 順序閥
第3章 溢流閥
3.1 溢流閥的結(jié)構(gòu)和工作原理
溢流閥的基本功用是：當(dāng)系統(tǒng)的壓力達(dá)到或超過溢流閥的調(diào)定壓力時(shí)，系統(tǒng)的油液通過閥口溢出一些，以維持系統(tǒng)壓力近于恒定，防止系統(tǒng)壓力過載，保障泵、閥和系統(tǒng)的安全，此時(shí)的溢流閥常稱為安全閥或限壓閥。
溢流閥的根據(jù)結(jié)構(gòu)可分為直動(dòng)型和先導(dǎo)型兩種。
3.1.1 直動(dòng)型溢流閥
圖3-1 直動(dòng)型溢流閥結(jié)構(gòu)簡圖
（a）錐閥式 (b)球閥式 (c)滑閥式 (d)溢流閥的基本符號(hào)
1-調(diào)壓螺栓 2-彈簧 3-閥芯 4-閥體（含閥座）
錐閥式和球閥式又叫座閥式溢流閥，特點(diǎn)是動(dòng)作靈敏，密封性能好，配合沒有泄漏間隙，但導(dǎo)向性差，沖擊性較強(qiáng)，閥座閥芯易損壞。滑閥式由于閥口有一段密封搭合量，穩(wěn)定性較好，不易產(chǎn)生自激振動(dòng)，但動(dòng)作反應(yīng)較慢。
下面以錐閥式DBD直動(dòng)型溢流閥為例說時(shí)其工作原理：
圖3-2 錐閥式DBD直動(dòng)型溢流閥（插裝式）
（a）結(jié)構(gòu)圖 （b）局部放大圖 （c）簡化符號(hào) （d）詳細(xì)符號(hào)
1-偏流盤 2-錐閥 3-阻尼活塞 4-調(diào)節(jié)桿 5-調(diào)壓彈簧 6-閥套 7-閥座
（1）工作原理: 設(shè)彈簧預(yù)緊力為Ft,活塞底部面積為A則：
當(dāng)PA < Ft時(shí),閥口關(guān)閉。
當(dāng)PA = Ft時(shí),閥口即將打開,此時(shí),PA = F = K X0,
P =PK(開啟壓力)=KX0/A
當(dāng)PA > Ft時(shí),閥口打開,P→T,穩(wěn)壓溢流或安全保護(hù)。
錐閥開啟后,由[1]得錐閥的力平衡方程為：
PA＝K(+)+G F+Fs –Fj
即： P= [K(+)+G F+Fs –Fj]/A (3-1)
式中 ： K、分別為彈簧剛度和預(yù)壓縮量（m）;G為閥芯自重（水平時(shí)不考慮）:F為閥芯與閥套間的摩擦力（N）；Fs為穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力（N）；Fj為射流力(N)。
此處 ∵Fs=0, Fj=KX(N)
∴P=( K+G F)/A (3-2)
（2） 調(diào)壓原理：調(diào)節(jié)調(diào)壓螺帽改變彈簧預(yù)壓縮量,便可調(diào)節(jié)溢流閥調(diào)整壓力。
（3） 特點(diǎn)：從式（3-2）可知這種閥的進(jìn)口壓力P不受流量變化的影響,被控力P變化很小,定壓精度高。但由于Ft直接與PA平衡,若 P較高,Q較大時(shí),K就相應(yīng)地較大,不但手調(diào)困難,且Ft略有變化,p變化較大,所以一般用于低壓小流量場(chǎng)合。
3.1.2 先導(dǎo)式溢流閥
先導(dǎo)閥 --直動(dòng)式錐閥，硬彈簧。
（1）組成 : 帶有導(dǎo)向圓錐面的錐閥（二級(jí)同心式）和軟彈簧
主閥 滑閥和軟彈簧。
帶有多節(jié)導(dǎo)向圓錐面的錐閥（三級(jí)同心式）和軟彈簧
圖3-3 YF型三節(jié)同心先導(dǎo)溢流閥（板式）
1、閥體 2、主閥座 3、主閥芯 4、閥蓋（先導(dǎo)閥體）5、先導(dǎo)閥座
6、先導(dǎo)閥錐式閥芯 7、調(diào)壓彈簧 8、調(diào)節(jié)桿 9、調(diào)壓螺栓 10、手輪
11、主閥彈簧
先導(dǎo)型溢流閥的先導(dǎo)閥是一個(gè)小規(guī)格的錐閥式直動(dòng)溢流閥，其彈簧用于調(diào)定主閥部分的溢流壓力。主閥的彈簧不起調(diào)壓作用，僅是為了克服摩擦力使主閥芯及時(shí)回位而設(shè)置。
(2) 工作原理：設(shè)Ac為先導(dǎo)閥閥座孔面積（m）,Fx、Kx為先導(dǎo)閥彈簧預(yù)緊力、剛度,Ft、G、Ff、Ky為主閥彈簧預(yù)緊力、自重、摩擦力。
當(dāng)P2Ac < Fx時(shí),導(dǎo)閥關(guān)閉,主閥也關(guān)閉。
當(dāng)P2A c> Fx時(shí),導(dǎo)閥打開,主閥兩端產(chǎn)生壓差:△p
當(dāng) △p < Ft+G+F時(shí),主閥關(guān)閉。
△p > Ft+G+F時(shí),主閥打開穩(wěn)壓溢流或安全 [1]得主閥芯和導(dǎo)閥的力平衡方程分別為：
由上兩式可得溢流閥進(jìn)口壓力為：
（Pa） (3-3)
調(diào)壓原理：調(diào)節(jié)調(diào)壓螺帽,改變硬彈簧力,即可改變壓力。
特點(diǎn): ∵ 溢流閥穩(wěn)定工作時(shí),主閥閥芯上部壓力小于下部壓力。
∴ 即使下部壓力較大,因有上部壓力,彈簧可做得較軟,流量變化引起閥心位置變化時(shí),彈簧力的變化量較小,壓力變化小。
又∵ 調(diào)壓彈簧調(diào)好后,上部壓力為常數(shù)。
∴ 壓力隨流量變化較小,克服了直動(dòng)式溢流閥的缺點(diǎn)。
還∵ 先導(dǎo)閥的溢流量僅為主閥額定流量的1%左右
∴ 先導(dǎo)閥閥座孔的面積AC、開口量x、調(diào)壓彈簧剛度KX都不必很大
∴ 先導(dǎo)型溢流閥廣泛用于高壓、大流量場(chǎng)合。
3.2 溢流閥的主要性能
3.2.1 靜態(tài)特性：
(1) 壓力調(diào)節(jié)范圍
定義：調(diào)壓彈簧在規(guī)定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)時(shí)，系統(tǒng)壓力平穩(wěn)（壓力無突跳及遲滯現(xiàn)象）上升或下降最大和最小調(diào)定壓力差值。
（2）啟閉特性
定義：溢流閥從開啟到閉合全過程的被控壓力p與通過溢流閥的溢流量q之間的關(guān)系。 一般用溢流閥處于額定流量、額定壓力Ps時(shí)，開始溢流的開啟壓力Pk和停止溢流的閉合壓力P分別與Ps的百分比來表示。
開啟壓力比： =(Pk/Ps)100%
閉合壓力比： =( P/Ps)100%
兩者越大及越接近,溢流閥的啟閉特性越好。一般規(guī)定：開啟壓力比應(yīng)不小于90%，閉合壓力比應(yīng)不小于85%，其靜態(tài)特性較好。
(3) 卸荷壓力：當(dāng)溢流閥作卸荷閥用時(shí)，額定流量下進(jìn)、出油口的壓力差稱為卸荷壓力。
(4) 最大允許流量和最小穩(wěn)定流量：溢流閥在最大允許流量（即額定流量）下工作時(shí)應(yīng)無噪聲。
3.2.2 動(dòng)態(tài)特性
（1）壓力超調(diào)量：最大峰值壓力與調(diào)定壓力的差值。
（2）響應(yīng)時(shí)間：指從起始穩(wěn)定壓力與最終穩(wěn)態(tài)壓力之差的10%上升到90%的時(shí)間。
（3）過渡過程時(shí)間：指從調(diào)定壓力到最終穩(wěn)態(tài)壓力的時(shí)間。
（4）升壓時(shí)間：指溢流閥自卸荷壓力上升至穩(wěn)定調(diào)定壓力所需時(shí)間。
（5）卸荷時(shí)間：指卸荷信號(hào)發(fā)出后由穩(wěn)態(tài)壓力狀態(tài)到卸荷壓力狀態(tài)所需的時(shí)間。
3.2.3 先導(dǎo)型溢流閥的靜態(tài)特性分析：
以本次設(shè)計(jì)中繪制ＹＦ型溢流閥為例：具體尺寸見相關(guān)裝配圖及零件圖。
（1）開啟過程：
設(shè)額定排放壓力pn=16MPa，開啟壓力pk=14MPa，先導(dǎo)閥彈簧剛度為Kx=４2Ｎ／mm、預(yù)壓縮量為X0=５mm，主閥彈簧剛度Ｋy＝20N/mm、預(yù)壓縮量y0=40mm額定流量qn=120L/min，主閥芯與閥孔間的摩擦力為Ff，上、下腔的液壓力分別為p2和p1，而其上下有效作用面積分別為A2和A1
A2==1055 mm2； A1==1016 mm2
=1.04 (符合在1.03~1.05 之間的條件)
主閥芯自重為：
G=mg=0.18×9.8=1.764N，
先導(dǎo)閥孔座面積為：
穩(wěn)態(tài)時(shí)的主閥開度y=0.4mm，則：
A. 當(dāng)液壓系統(tǒng)壓力p1低于先導(dǎo)閥的開啟壓力pk時(shí)，先導(dǎo)閥保持關(guān)閉。根據(jù)[1]此時(shí)主閥芯受力條件為
A1 p1< A2 p1+Kyy0+G+Ff (3-4)
式中KX、Ky分別為先導(dǎo)閥彈簧和主閥彈簧的剛度（N/m）；X0、y0分別為先導(dǎo)閥彈簧和主閥彈簧的預(yù)壓縮量（m）。
此時(shí)閥口仍關(guān)閉。
B. 當(dāng)系統(tǒng)壓力上升到先導(dǎo)閥的開啟壓力時(shí)，先導(dǎo)閥處于即將開啟但未開啟的狀態(tài)，主閥芯受力關(guān)系仍為式（3-4）
C. 當(dāng)系統(tǒng)壓力升高超過先導(dǎo)閥開啟壓力時(shí)，先導(dǎo)閥打開，液壓油經(jīng)由阻尼孔流向先導(dǎo)閥再流回油箱。此時(shí)主閥芯上下兩腔將產(chǎn)生壓力差，但尚未到達(dá)足以抬升主閥芯的程度，根據(jù)[1]主閥芯的受力方程為：
A1 p1q< A2 p2q+Kyy0+G+Ff （3-5）
D. 當(dāng)系統(tǒng)壓力上升到主閥開啟壓力時(shí)，通過阻尼孔的流量增大，產(chǎn)生的壓力差使主閥芯處于平衡狀態(tài)：根據(jù)[1]有力平衡方程：
A1 p1n = A2 p2n + Kyy0+G+Ff （3-6）
圖3-6 先導(dǎo)型溢流閥示意圖
E. 當(dāng)系統(tǒng)壓力高于主閥開啟壓力時(shí)，主閥開啟，根據(jù)[1]其受力為
= A2 p2+Ky（y0+y）+G+Ff （3-7）
式中，y 為主閥口的開度（m）；為液體入射角，近似等于維閥半維角=38.5（0）；D1=16為主閥座孔直徑（m）; 根據(jù)[7]主閥口流量系數(shù)C1=0.77～０.8(?。?8)為。
F. 當(dāng)系統(tǒng)壓力升到調(diào)定壓力時(shí)，閥內(nèi)通過額定流量，根據(jù)[1]此時(shí)主閥芯受力方程為：
= A2 p2n+Ky（y0+y）+G+Ff （3-8）
到此，溢流閥開啟完成。
(2) 閉合過程：
其過程與開啟過程相反，但各關(guān)鍵點(diǎn)相似，不同的是由于摩擦力方向改變，造成閥口的關(guān)閉壓力比相應(yīng)的開啟壓力要小。
(3) 靜態(tài)特性關(guān)系式
先導(dǎo)型溢流閥在穩(wěn)態(tài)溢流條件下，滿足下列關(guān)系式：
A. 根據(jù)[1]，主閥口出流方程式為
（m3/s） (3-9)
式中，p1為受控壓力（Ｐa），油液密度=900（kg/m3）,其他參數(shù)意義同前。
Ｂ. 主閥芯受力平衡方程式：
A2 p2＝Ky（y0+y）＋+GFf?。ǎ危?-10）
式中，F(xiàn)f開啟時(shí)取正號(hào)，閉合時(shí)取負(fù)號(hào)；其余參數(shù)意義同前。
C. 通過主閥芯阻尼孔的流量方程式：
阻尼孔結(jié)構(gòu)為細(xì)長孔，根據(jù)[3]其流量
q= (m3/s) (3-11)
式中阻尼孔截面積A0==0.785（m2）; 根據(jù)[3]阻尼孔的流量系數(shù)C’=0.82。
D. 先導(dǎo)閥口出流方程式根據(jù)[1]有：
q=(m3/s) (3-12)
式中，根據(jù)[3]先導(dǎo)閥流量系數(shù)C2=0.77，先導(dǎo)閥閥座孔直徑d=4 (mm);x為先導(dǎo)閥閥口的軸向開度（m）；先導(dǎo)閥芯的半錐角=20（0）。
E. 先導(dǎo)閥芯受力平衡方程式根據(jù)[1]有：
Ac p2＝Kx（x0+x）＋?。ǎ危? （3-13）
式中，各參數(shù)意義同前。
(4) 溢流閥內(nèi)泄漏量：
根據(jù)[10]按偏心環(huán)狀縫隙的流量公式來計(jì)算：
q= (cm3/s) (3-14)
式中，主閥芯直徑 D=4（cm）
主閥芯直徑Ｄ與閥體間的單邊配合間隙 △r=0.005（cm）
公稱壓力 Pg=16Mpa=16/0.09807≈163.15（kgf/cm2）
油液動(dòng)力粘度
（kgf.s/cm2）
主閥芯與閥體的配合長度 Ｌ=1.5（cm）
Ｌ處均壓槽數(shù) Z=7
均壓槽寬 B=0.05（cm）
則： q==1.76×10-3 (cm3/s)
3.3 溢流閥的基本應(yīng)用
（1） 穩(wěn)壓溢流回路：溢流閥和定量泵、節(jié)流閥并聯(lián)，閥口常開。（如圖3-7所示）
在采用定量泵的液壓系統(tǒng)中，溢流閥與節(jié)流元件及負(fù)載并聯(lián)，泵的供油量大于節(jié)流閥通道的需求量，此時(shí)，溢流閥作定壓閥使用，閥口常開，使多余的油液回油箱，以保持節(jié)流閥進(jìn)口的系統(tǒng)壓力基本為恒定值。
（2） 安全限壓回路：溢流閥和變量泵組合，正常工作時(shí)閥口關(guān)閉,過載時(shí)打開壓力油經(jīng)閥口回油箱，油壓不再升高,起安全保護(hù)作用,故又稱安全閥。（如圖3-8所示）
圖3-7穩(wěn)壓溢流回路 圖3-8 安全限壓回路
（3）遠(yuǎn)程調(diào)壓回路：將先導(dǎo)式溢流閥的遠(yuǎn)程控制口K接遠(yuǎn)程調(diào)壓閥進(jìn)油口，并 p遠(yuǎn)程 < p主調(diào)
（4）系統(tǒng)卸荷回路：溢流閥和二位二通閥組合（先導(dǎo)式）（如圖3-9所示）將先導(dǎo)式溢流閥的遙控口K通過二位二通電磁換向閥直接與油箱連接，當(dāng)換向閥的P、O口處于聯(lián)通狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)卸荷
（5）多級(jí)調(diào)壓回路（如圖3-10所示）
（6）形成背壓
圖3-9系統(tǒng)卸荷回路
圖3-10多級(jí)調(diào)壓回路
第4章 減壓閥
減壓閥是一種將出口壓力調(diào)節(jié)到低于進(jìn)口壓力的控制閥。用于減低系統(tǒng)中某一分支液壓油路的壓力，以滿足液壓設(shè)備執(zhí)行元件的需要，常見于各種液壓控制系統(tǒng)、夾緊系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)及潤滑系統(tǒng)中。根據(jù)減壓閥的工作特點(diǎn)，可分為：定壓輸出減壓閥、定差減壓閥、定值減壓閥。
4.1 減壓閥和結(jié)構(gòu)及工作原理
4.1.1 定壓輸出減壓閥
減壓原理：利用油液在某個(gè)地方的壓力損失，使出口壓力低于進(jìn)口壓力，并保持 恒定，故稱定值減壓閥。
(1) 出口壓力控制式先導(dǎo)型定壓輸出減壓閥
結(jié)構(gòu)如下：圖
4-1 定壓輸出減壓閥
(a)結(jié)構(gòu) ；（b）先導(dǎo)型定壓輸出減壓閥符號(hào)； （c）一般符號(hào)
1-調(diào)壓手輪；2-調(diào)節(jié)螺釘；3-錐閥；5-閥蓋；6-閥體；7-主閥；
8-端蓋9-阻尼孔； 10-主閥彈簧； 11-高壓彈簧
工作原理：
液壓油由進(jìn)口P1經(jīng)減壓口變?yōu)镻2，再經(jīng)通道進(jìn)入主閥7下腔，再經(jīng)阻尼孔9進(jìn)入主閥上腔和先導(dǎo)閥前腔，然后通過錐閥座4中的阻尼孔后作用在錐閥3上。
設(shè)A、Ac分別為主閥和先導(dǎo)閥有效作用面積（）；Kx、Ky分別為先導(dǎo)閥和主閥 彈簧剛度(N/m)；X0 、X分別為先導(dǎo)閥彈簧預(yù)壓縮量和開口量（m）；Y0、Y、Ymax分別為主閥彈簧預(yù)壓縮量、主閥開口量和最大開口量(m),則：
當(dāng)： P3Ac
Ft, 閥口打開，下一個(gè)執(zhí)行元件動(dòng)作。
調(diào)節(jié)調(diào)壓螺釘，改變彈簧力，即可改變開啟壓力。
特點(diǎn)： 閥出口通壓力油，外泄漏量很大，必須專門設(shè)置一泄漏油口以使其正常工作。
如圖5-2所示的是DZ型順序閥，此閥的特點(diǎn)是壓力油直接作用于滑閥式先導(dǎo)閥，并且泄漏油不流向泄油口L而是流向出油口P2，主閥上腔油壓與先導(dǎo)滑閥所調(diào)壓力無關(guān)，故出口壓力近似等于進(jìn)口壓力。所以DZ型順序閥的泄漏量和功率損失較小。
圖5-2 DZ型順序閥
1-阻尼孔； 2-主閥芯； 3-先導(dǎo)滑閥
表5-1 順序閥的職能符號(hào)
5.2 順序閥的基本應(yīng)用
5.2.1平衡回路
組成：如圖5-3所示
工作原理：系統(tǒng)中順序閥的壓力油進(jìn)口與液壓缸下腔相通，通過調(diào)壓彈簧的調(diào)定，使腔內(nèi)的油液形成一個(gè)正好與活塞活動(dòng)部分重量相平衡的背壓力，從而防止活塞組件因自重而下滑。
5.2.2 順序動(dòng)作回路
組成：如圖5-4所示
工作原理：
手動(dòng)換向閥左位 ------壓力油首先進(jìn)入缸I下腔，下腔回油，活塞上行---（缸I外負(fù)載使壓力升高，到達(dá)左邊順序閥調(diào)定壓力）------左邊順序閥動(dòng)作，壓力油通過順序閥進(jìn)入缸II下腔，缸II上腔回油經(jīng)右邊單向閥部分流回油箱，活塞上行。
手動(dòng)換向閥右位-----壓力油進(jìn)入缸I上腔，下腔回油，活塞下行，----（缸I外負(fù)載使壓力升高，到達(dá)右邊順序閥調(diào)定壓力）-----右邊順序閥動(dòng)作，壓力油經(jīng)右這順序閥進(jìn)入缸II上腔，下腔回油通過左邊單向閥部分流回油箱，活塞下行。這樣就完成了液壓缸I和液壓缸II的上下先后順序動(dòng)作的控制。
圖5-3用順序組成的平衡回路 圖5-4單向順序閥控制的順序動(dòng)作回路
5.2.3 卸荷回路
工作原理：若將外控式順序閥的出油口接通油箱，并將外泄改為內(nèi)泄，再調(diào)定到合適的壓力后即可成為溢流閥。在液壓系統(tǒng)中起卸荷閥或背壓閥的作用。
第6章 實(shí)體設(shè)計(jì)與動(dòng)畫制作
6.1 軟件簡介
（1）AutoCAD2004 中文版
AutoCAD2004中文版是Autodesk公司推出的CAD設(shè)計(jì)軟件，由于其符合人性的設(shè)計(jì)界面、操作方式，最大限度地滿足了用戶的需要，在各行各業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。
官方網(wǎng)站：http://www.autodesk.com.cn
（2）CAXA實(shí)體設(shè)計(jì)XP
CAXA實(shí)體設(shè)計(jì)XP是我國北航海爾公司開發(fā)的專注于產(chǎn)品創(chuàng)新工程的三維創(chuàng)新設(shè)計(jì)CAD平臺(tái)，支持各種概念設(shè)計(jì)、總體設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、工程設(shè)計(jì)、分析仿真、數(shù)控加工的應(yīng)用需求，已成為企業(yè)加快產(chǎn)品上市與更新速度、贏取國際化市場(chǎng)先機(jī)的核心生產(chǎn)工具。
官方網(wǎng)站：http://www.caxa.com
（3）Adobe Photoshop 8.0 CS中文版
Adobe Photoshop 8.0 CS是Adobe 公司推出的最新圖形圖像處理軟件，其功能強(qiáng)大，作為專業(yè)的圖像編輯標(biāo)準(zhǔn)，可幫助用戶提高工作效率，嘗試新的創(chuàng)作方式，以及制作適用于打印、Web?和其他任何用途的最佳品質(zhì)的圖像，一直為廣大從事圖形圖象處理工作的用戶所青睞。
官方網(wǎng)站：http://www.chinese-s.adobe.com
（4）Macromedia Flash MX 2004 中文版
Macromedia Flash MX 2004 是 Macromedia 公司開發(fā)的Macromedia Flash最新版本，是行業(yè)中成功制作具有豐富內(nèi)容及應(yīng)用程序的標(biāo)準(zhǔn)工具。它包含Macromedia Flash 的所有特點(diǎn)及功能，另外還有很多高端特點(diǎn)，比如數(shù)據(jù)源綜合功能、支持專業(yè)視頻、制作更神奇的應(yīng)用程序及互動(dòng)內(nèi)容。官方網(wǎng)站：http://www.macromedia.com/cn。
（5）eBook Pack Express 1.75
eBook Pack Express 是一個(gè)電子書 (eBook) 制作工具，可以將 HTML，JavaScript，VBScript，F(xiàn)lash 及 ActiveX 文件轉(zhuǎn)換成可執(zhí)行的電子書。無論在功能和界面上，該程序可以說是同類軟件中的佼佼者,其強(qiáng)大的新特性使電子書的制作和編輯輕而易舉。
官方網(wǎng)站：http://www.caislabs.com
6.2 二維圖紙
本次設(shè)計(jì)過程中溢流閥、減壓閥及順序閥的結(jié)構(gòu)圖、原理圖、表格等統(tǒng)一采用AutoCAD2004繪制。
6.3 三維實(shí)體
本設(shè)計(jì)的三維實(shí)體均采用CAXA實(shí)體設(shè)計(jì)XP繪制。其中溢流閥的詳細(xì)尺寸見相關(guān)裝配圖和零件圖，減壓閥、和順序閥的主要尺寸如下圖6-1、6-2所示：
圖6-1減壓閥
圖6-2 順序閥
6.4 動(dòng)畫
溢流閥、減壓閥和順序閥的三維實(shí)體裝配動(dòng)畫由CAXA實(shí)體設(shè)計(jì)XP制作完成后輸出（AVI格式），輸出參數(shù)為每英寸5000點(diǎn)，象素為968×581，渲染風(fēng)格為光滑渲染（顯示材質(zhì)），關(guān)鍵幀頻率為16，質(zhì)量為最高，壓縮類型為Cinepak,顏色為24位。因輸出文件較大，不利于傳播和存儲(chǔ),所以再將其導(dǎo)入到Flash MX2004，制作相關(guān)標(biāo)題按鈕及相關(guān)控制后以體積較小，功能較多的SWF格式輸出。
各閥工作原理演示動(dòng)畫的制作過程簡述如下：
（1）、采用AutoCAD2004繪制相關(guān)素材圖形并填充相應(yīng)顏色，之后復(fù)制到Microsoft Office Word 2003中保存為網(wǎng)頁格式。
（2）、從該網(wǎng)頁文件夾中提取gif格式的圖片作為素材，并將素材用Photoshop CS進(jìn)行描邊和調(diào)整處理后仍以gif格式保存。（如圖6-3所示）
圖6-3
（3）最后啟動(dòng)Flash MX2004，新建一個(gè)640×480象素的文檔，設(shè)置幀頻為12 fps(制作各閥裝配動(dòng)畫時(shí)為16 fps)并導(dǎo)入處理后的圖片到庫作為元件，接著根據(jù)各閥的工作原理特點(diǎn)創(chuàng)建各層及插入相應(yīng)元件，最后調(diào)整各元件在時(shí)間軸上關(guān)鍵幀的動(dòng)作及時(shí)間并調(diào)整各層的先后次序，反復(fù)調(diào)整到各項(xiàng)參數(shù)達(dá)到要求后點(diǎn)擊 [文件]——[導(dǎo)出]——[導(dǎo)出影片] 即可輸出SWF文件。制作過程中要注意保存.fla文件以備下次修改。本次設(shè)計(jì)過程中油壓力的變化采用顏色的深淺變化來表示。油的流動(dòng)采用箭頭元件的移動(dòng)和相關(guān)遮掩層來表示和實(shí)現(xiàn)。
6.5 課件的制作
本次設(shè)計(jì)的課件采用EBOOK形式的特點(diǎn)已在緒論中說明，在此不作重復(fù)。教案制作過程大致步驟如下：
（1）在 Microsoft Office Word 2003 中新建一個(gè)文檔，將視圖設(shè)置為Web版式，背景用信紙紋理進(jìn)行填充。
（2）在word中輸入各閥工作原理及其它敘述文字，從AutoCAD2004中插入各閥的結(jié)構(gòu)圖、原理圖及相關(guān)表格并調(diào)整相對(duì)位置。完成后點(diǎn)擊[文件]――［另存為網(wǎng)頁］在保存類型中選［網(wǎng)頁］，確定保存到設(shè)定文件夾（如C：\課件\*.html）。
（3）在文件夾下再建一個(gè)名為flash的子文件夾，并將制作完成的swf文件放置到此文件夾中。(如 C:\課件\flash )
（4）用world打開剛才的網(wǎng)頁，將光標(biāo)停留在要插入Ｆlash的位置，點(diǎn)擊工具欄里的 [其它控件] 工具條，選擇 [Shockwave Flash Object]，便可在光標(biāo)處便插入了一個(gè)Flash，選中此Flash，點(diǎn)擊右鍵——[屬性]，在彈出的對(duì)話框中點(diǎn)擊自定義就會(huì)彈出一個(gè)影片對(duì)話框，在影片URL[M] 中輸入動(dòng)畫的地址，如：flash\*.swf (此處一定要用相對(duì)路徑)，不選 [嵌入] 選項(xiàng)，確定后再退出設(shè)計(jì)模式就完成了Flash的插入。將文字“全屏演示”鏈接到文件夾flash中相應(yīng)的動(dòng)畫文件即可實(shí)現(xiàn)全屏演示功能。(如圖6-4所示)
圖6-4
（5）在制作完所有網(wǎng)頁之后，啟動(dòng)eBOOK Pack Express1.75 漢化版（電子書制作軟件），選擇e BOOk源文件夾（如C：\課件），調(diào)整目錄、eBOOK圖標(biāo)、閃屏、起始頁、輸出文件名稱等參數(shù)后保存設(shè)置，再點(diǎn)擊編譯就可輸出一個(gè)包含以上信息的可執(zhí)行文件，到此電子教案的制作完成。(如圖6-5)
圖6-5
總結(jié)
畢業(yè)設(shè)計(jì)作為對(duì)大學(xué)本科四年教育中所學(xué)知識(shí)的一次綜合檢驗(yàn)，其意義是不言而喻的。在為期兩個(gè)月的設(shè)計(jì)過程中，在指導(dǎo)劉金剛老師的引導(dǎo)下對(duì)各種壓力控制閥典型結(jié)構(gòu)和原理進(jìn)行了研究，成功應(yīng)用CAXA實(shí)體設(shè)計(jì)XP繪制了各壓力控制閥的三維實(shí)體，并制作出了各閥的裝配動(dòng)畫，同時(shí)應(yīng)用Flash MX制作了各閥的工作原理動(dòng)畫，最后應(yīng)用電子書制作軟件完成了綜合各項(xiàng)成果的教學(xué)課件。雖然本次設(shè)計(jì)已經(jīng)完成，但在本設(shè)仍存在不少缺點(diǎn)，首先是由CAXA制作的動(dòng)畫質(zhì)量不高，不能清晰地呈現(xiàn)三維圖形，其次是CAXA實(shí)體的文件無法在制作完成的電子課件中成功啟動(dòng)，由于時(shí)間和個(gè)人水平的限制，這此缺陷沒能完全解決，成為本次設(shè)計(jì)的一大遺憾。在兩個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中的有過面對(duì)難題時(shí)的惶恐不安，也有解決問題后的信心滿懷,在攻克了道道難關(guān)之后終于完成了所有的任務(wù)，等待著最后的答辯。人間自有公道，付出總有回報(bào)，在看著手上的最終成果，這種感覺更是強(qiáng)烈，雖然不確定自己所做的結(jié)果是否能通過老師的檢驗(yàn)，但此過程中我是真誠地付出過，我將問心無愧的面對(duì)任何的結(jié)果。畢業(yè)設(shè)計(jì)是大學(xué)生涯的一個(gè)句號(hào),誰都想將它畫得圓圓滿滿，但它也是漫漫人生路途中的一個(gè)豆號(hào)，我將以此次設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)作勉，繼續(xù)為理想而奮斗。
鳴謝
在此次設(shè)計(jì)過程中，得到劉金剛老師的悉心指導(dǎo)，他嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度和深厚的專業(yè)知識(shí)令我獲益良多，在此表示非常感謝。另外在此過程中也得到本宿舍室友與其他同學(xué)的支持與幫助，對(duì)此本人表示衷心感謝。
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附件
Valves Pressure-Control Valves
Pressure-control valves are used in hydraulic circuits to maintain desired pressure levels in various parts of the circuits. A pressure-control valve maintains the desired pressure levels by diverting higher-pressure fluid to a lower-pressure area. Thereby limiting the pressure in the higher-pressure area by restricting flow into another area. Valves that divert fluid can be safety, relief, counterbalance, sequence, and unloading types. Valves that restrict flow into another area can be of the reducing type. A pressure-control valve may also be defined as either a normally closed or normally open two-way valve. Relief, sequence, unloading and counterbalance valves are normally closed, two-way valves that are partially or fully open valve that restricts and finally blocks fluid flow a secondary. With either type of operation, the valve can be said to create automatically an orifice to provide the desired pressure control. An orifice is nit always created unloading valve. It is piloted from an external source. One valve of this type is the unloading valve. Relief, reducing, counterbalance, and sequence valves can be fully automatic in operation. With the operating signal taken from within the envelop. In this chapter, we shall study the different types of pressure-control valves and learn how they are used in various hydraulic circuits.
Types of Pressure-Control Valves
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