先导式水压溢流阀内泄漏量的研究

　　0　前言

　　先导式水压溢流阀在纯水液压传动中应用广泛,可以作为安全阀和卸荷阀防止系统过载损坏,也可以作为调压阀和稳压阀调定系统压力。内泄漏量是先导式水压溢流阀的一个重要性能参数。对安全阀和卸荷阀而言,泄漏量的大小影响其动作响应时间和压力超调量;对调压阀和稳压阀而言,泄漏量的大小决定其调压范围,泄漏量太大甚至会导致系统不能建立起压力。

　　相对于传统矿物油而言,海淡水的粘度低,约为液压油的1/40,在相同阻尼缝隙情况下的泄漏量比液压油大得多。同时,海淡水的更易产生腐蚀、气蚀、拉蚀侵蚀等问题都使内泄漏量成为研制先导式水压溢流阀面临的关键技术问题。

　　1　先导式水压溢流阀的结构

　　所研制先导式水压溢流阀结构如图1所示。考虑溢流阀的工作稳定性和阀芯的加工工艺性,主阀芯采用二级同心结构;主阀芯和阀套之间设置格来圈减少泄漏和拉丝侵蚀;主阀芯和主阀座采用耐蚀合金17-4PH和工程塑料TX配合。

　　2　内泄漏量数学模型

　　图2所示为先导式水压溢流阀模型原理图。不考虑阀芯和阀座加工造成的同轴度误差和表面粗糙度,先导式水压溢流阀在没有完全卸荷和溢流时,主阀芯有一定的开启量,先导阀芯也微量开启。作用于先导阀芯的压力是经过先导阻尼和先导阀芯节流后的压降,在研究泄漏量时将此处视为一个节流口。

　　2. 1　受力平衡方程

　　溢流阀进入稳定工作状态时,阀芯所受库伦摩擦力可以忽略不计。该阀主阀芯和先导阀芯都采用锥阀结构,受到的稳态液动力均为使其关闭方向。

　　主阀芯的受力平衡方程如下:

　　pA-p₁A₁-C1πd₁xsin(2α)p-K₁(x0+x) =0 　　(1)

　　式中　p——主阀芯下腔压力

　　p₁——主阀芯上腔压力

　　A——主阀芯下腔作用面积

　　A₁——主阀芯上腔作用面积

　　C₁——主阀阀口流量系数

　　d1——主阀阀口等效直径

　　x——主阀芯位移

　　α——主阀芯半锥角

　　K₁——主阀弹簧刚度

　　x₀——主阀弹簧预压缩量

　　先导阀芯受力平衡方程如下:

　　p₂A₂-C₂πd₂ysin(2φ)p₂-K₂(y₀+y) =0 　　(2)

　　式中　p2——先导阀芯前腔压力

　　A₂——先导阀口作用面积

　　C₂——先导阀口流量系数