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1、目录1 绪论11.1 液压技术发展历史21.2 我国液压技术发展概述31.3 溢流阀的过去和未来发展41.4 本设计的意义和目的72 溢流阀总体设计92.1 溢流阀的作用和分类92.1.1 作用92.1.2 分类92.2 溢流阀的工作原理102.3 溢流阀的工作过程112.3.1 开启过程112.3.2 闭合过程122.4 溢流阀的主要性能122.4.1 静态特性122.4.2 动态特性132.5 溢流阀的设计要求152.6 溢流阀的结构设计152.6.1 溢流阀的结构型式152.6.2 先导式溢流阀主要零件173 先导式溢流阀详细设计233.1 设计要求233.2 主要结构尺寸的确定233.
2、3静态特性计算263.3.1 基本方程式263.3.2 弹簧刚度和预压缩量计算303.3.3 其他相关特性354 技术经济性分析375 结 论38致 谢39参考文献401 绪论液压技术作为一门新兴应用学科，虽然历史较短，发展的速度却非常惊人。液压传动产品等在国民经济和国防建设中的地位和作用十分重要。它的发展决定了机电产品性能的提高。它不仅能最大限度满足机电产品实现功能多样化的必要条件，也是完成重大工程项目、重大技术装备的基本保证，更是机电产品和重大工程项目和装备可靠性的保证。所以说液压传动产品的发展是实现生产过程自动化、尤其是工业自动化不可缺少的重要手段。液压技术具有独特的优点，具有功率重量比
3、大，体积小，频响高，压力、流量可控性好，可柔性传送动力，易实现直线运动等优点，因此液压技术广泛用于国民经济各部门。液压设备能传递很大的力或力矩，单位功率重量轻，结构尺寸小，在同等功率下，其重量的尺寸仅为直流电机的左右；反应速度快、准、稳；又能在大范围内方便地实现无级变速；易实现功率放大；易进行过载保护；能自动润滑，寿命长，制造成本较低，世界各国均已广泛地应用在锻压机械、工程机械、机床工业、汽车工业、冶金工业、农业机械、船舶交通、铁道车辆和飞机、坦克、导弹、火箭、雷达等国防工业中。现在世界各国都重视发展基础产品。近年来，液压技术由于广泛应用了高新技术成果，使基础产品在水平、品种及扩展应用领域方面
4、都有很大提高和发展。一个完整的液压系统由五个部分组成，即动力元件、执行元件、控制元件、辅助无件和液压油。动力元件的作用是将原动机的机械能转换成液体的压力能，指液压系统中的油泵，它向整个液压系统提供动力。液压泵的结构形式一般有齿轮泵、叶片泵和柱塞泵。执行元件(如液压缸和液压马达)的作用是将液体的压力能转换为机械能，驱动负载作直线往复运动或回转运动。控制元件(即各种液压阀)在液压系统中控制和调节液体的压力、流量和方向。根据控制功能的不同，液压阀分为压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀。压力控制阀又分为溢流阀(安全阀)、减压阀、顺序阀、压力继电器等；流量控制阀包括节流阀、调整阀、分流集流阀等；方向控制
5、阀包括单向阀、液控单向阀、梭阀、换向阀等。根据控制方式不同，液压阀分为开关式控制阀、定值控制阀和比例控制阀。辅助元件包括油箱、滤油器、油管及管接头、密封圈、压力表、油位油温计等。液压油是液压系统中传递能量的工作介质，有各种矿物油、乳化液和合成型液压油等几大类。液压阀的功用是控制液压传动系统的油流方向，压力和流量；实现执行元件的设计动作以控制、实施整个液压系统及设备的全部工作功能。1.1 液压技术发展历史液压传动和气压传动称为流体传动，是根据17世纪帕斯卡提出的液体静压力传动原理而发展起来的一门新兴技术，是工农业生产中广为应用的一门技术。如今，流体传动技术水平的高低已成为一个国家工业发展水平的重
6、要标志。1795 年英国约瑟夫布拉曼 (Joseph Braman,1749 - 1814) ，在伦敦用水作为工作介质 , 以水压机的形式将其应用于工业上 , 诞生了世界上第一台水压机。 1905年将工作介质水改为油，又进一步得到改善。 第一次世界大战 (1914 - 1918) 后液压传动广泛应用, 特别是 1920 年以后, 发展更为迅速。液压元件大约在19世纪末20世纪初的 20 年间, 才开始进入正规的工业生产阶段。 1925 年维克斯 (F.Vikers) 发明了压力平衡式叶片泵, 为近代液压元件工业或液压传动的逐步建立奠定了基础。 20世纪初康斯坦丁尼斯克 (G Constanti
7、msco) 对能量波动传递所进行的理论及实际研究；1910 年对液力传动 ( 液力联轴节、液力变矩器等 ) 方面的贡献，使这两方面领域得到了发展。 第二次世界大战 (1941 - 1945) 期间, 在美国机床中有 30% 应用了液压传动。应该指出, 日本液压传动的发展较欧美等国家晚了近20 多年。在1955年前后, 日本迅速发展液压传动，1956年成立了 “ 液压工业会 ” 。近2030年间，日本液压传动发展之快，居世界领先地位。20世纪50年代，随着世界各国经济的恢复和发展，生产过程自动化的不断增长，使液压技术很快转入民用工业，在机械制造、起重运输机械及各类施工机械、船舶、航空等领域得到了
8、广泛的发展和应用。20世纪60年代以来，随着原子能、航空航天技术、微电子技术的发展，液压技术在更深、更广阔的领域得到了发展，60年代出现了板式、叠加式液压阀系列，发展了以比例电磁铁为电气-机械转换器的电液比例控制阀并被广泛用于工业控制中，提高了电液控制系统的抗污染能力和性能价格比。随着科学技术的进步和人类环保、能源危机意识的提高，近20年来，人们重新认识和研究历史上以纯水作为工作介质的纯水液压传动技术，并在理论上和应用研究上，都得到了持续稳定的复苏与发展，正在逐渐成为现代液压传动技术中的热点技术和新的发展方向之一。21世纪将是信息化、网络化、知识化和全球化的世纪，信息技术、生命科学、生物技术和
9、纳米技术等新科技的日益进展将对液压传动与控制技术的研究、设计研究及方法、对包括液压阀在内的各类液压产品的结构与工艺、对其以其应用领域以及企业的经营管理模式产生深刻的影响并带来革命性变化。在社会和工程需求的强力推动及机械与电气传动及控制的挑战下，液压传动与控制技术将依托科学，不断发挥自身优势，满足客观需求，变得更为绿色化、机械电子一体化、模块化、智能化和网络化，将自身推进到新的水平。1.2 我国液压技术发展概述我国的液压工业及液压阀的制造，起始于第一个五年计划（19531957年），期间，由于机床制造工业发展的迫切需求，50年代初期，上海机床厂、天津液压件厂仿造了苏联的各类低压泵、阀。随后，以广
10、州机床研究所为主，在引进消化国外中低压元件制造技术的基础上，自行设计了公称压力为2.5MPa和6.3MPa的中低压液压阀系统（简称广州型），并迅速投入大批量生产。60年代初期，为适应液压工程机械从中低压向高压方向的发展，以山西榆次液压件厂为主，引进了日本油研公司的公称压力为21MPa的中高压液压阀系列，以及全部加工技术和制造、试验设备，并据此发展、设计成我国的中高压液压闪系统（简称榆次型）。1968年，当时的一机部组织有关单位，在公称压力21MPa液压阀的基础上，设计了我国一套公称压力为31.5MPa的高压阀系列，并投入批量生产。为使产品实现标准化、通用化、系列化，我国于1973年再次组成“液
11、压阀联合设计组”，在总结国产高压阀设计、生产经验的基础上，借鉴了国外同类产品的结构，性能、工艺特点，又增补了多种规格和新品种，并使国产阀的安装连接尺寸首次符合国际标准。并于1977年正式完成了公称压力为31.MPa的高压阀新系列的设计。1978年起，通过全系列图纸的审查、试制、鉴定等工作，并在全国推广使用。1982年，通过了全系列的定型工作。故上述产品简称为“82年联合设计型高压液压阀系列”。为适应高压、大流量的液压传动要求，济南铸锻研究所、上海704研究所和北京冶金液压机械厂等单位，自1976年开始，还引进、消化和研制了二通插装阀（简称CV阀），并在80年代初期，完成了自己的系列。二通插装阀
12、作为不同于常规阀的另一类液压阀类，也正在开拓着它的使用范围。此外，随着组合机床在机械制造行业中的广泛应用，1975年，大连组合机床研究引进、消化、吸收和研制了叠加式液压阀。近年来，我国液压气动密封行业坚持技术进步，加快新产品开发，取得良好成效，涌现出一批各具特色的高新技术产品。北京机床所的直动式电液伺服阀、杭州精工液压机电公司的低噪声比例溢流阀(拥有专利)、宁波华液公司的电液比例压力流量阀(已申请专利)，均为机电一体化的高新技术产品，并已投入批量生产，取得了较好的经济效益。北京华德液压集团公司的恒功率变量柱塞泵，填补了国内大排量柱塞泵的空白，适用于冶金、锻压、矿山等大型成套设备的配套。天津特精
13、液压股份有限公司的三种齿轮泵，具有结构新颖、体积小、耐高压、噪声低、性能指标先进等特点。榆次液压件有限公司的高性能组合齿轮泵，可广泛用于工程、冶金、矿山机械等领域。另外，还有广东广液公司的高压高性能叶片泵、宁波永华公司的超高压软管总成、无锡气动技术研究所有限公司为各种自控设备配套的WPI新型气缸系列都是很有特色的新产品。为应对我国加入WTO后的新形势，我国液压行业各企业加速科技创新，不断提升产品市场竞争力，一批优质产品成功地为国家重点工程和重点主机配套，取得较好的经济效益和社会效益。我国液压产品具有一定生产能力和技术水平的生产科研体系。尤其是近十年来基础产品工业得到国家支持，装备水平有所提高，
14、目前已能生产品种规格齐全的产品，已能为汽车、工程机械、农业机械、机床、塑机、冶金矿山、发电设备、石油化工、铁路、船舶、港口、轻工、电子、医药以及国防工业提供品种基本齐全的产品。通过科研攻关和产学研结合，在液压伺服比例系统和元件等成果已用于生产。在产品CAD和CAT等方面已取得可喜的进展，并得到广泛应用。并且在国内建立了不少独资、合资企业，在提高我国行业技术水平的同时，为主机提供了急需的高性能和高水平产品，填补了国内空白。1.3 溢流阀的过去和未来发展1）结构形式特点直动式溢流阀的启闭是在系统压力直接作用下进行的。先导控制式溢流阀的主阀是由先导阀控制的先导阀作为调压级、起直动溢流阀的调压弹簧的作
15、用通过主、 导阀之间的阻尼器，控制主阀上腔的中间力。 直动式溢流阀，它不只适用于低压小流量系统，近来也出现了高压大流量直动溢流阀，西德力士乐公司生产的DSD型直动式溢流阀最高压力可达40MPa及63MPa。压力为3110MPa时流量可达332 Lmin。启闭特性好。其一种结构是在锥阀的端部及支承弹簧的圆盘上开有环形槽结构。环形槽改变了液流的方向，产生一个与弹簧力方向相反，大小随流量增加而增加可抵消部分弹簧力增量的射流力。第二种结构为锥阀带活塞，且将活塞铣扁，进口压力可以作用于活塞底部的结构。活塞扶持锥阀的运动中不致于倾倒，有效地控制径向振动。活塞与锥阀连接处做成对称锥面，使液动力互相抵消。弹簧
16、支承盘上也开有偏流环槽，产生抵消弹簧力增量的射流力。第三种结构为球阀式。活塞与球阀的连接主要是通过阻尼弹簧，阻尼弹簧的作用是使球阀上的主弹簧刚度增加，预压缩量减少，有利于提高静态特性。先导控制式溢流阀的结构有三级同心式，二级同心式和级同心式，其先导阀使用的弹簧有线性弹簧和非线行弹簧非线性弹簧用于液压阀有很大的优越性，但至今应用的却不多见。三级同心式先导溢流阀其主阀芯上有三处配合，表面的同轴度要求较高。日本改进了三级同心式溢流阀：拉长了尾碟，增设了尾流环，还将回油通道防振尾附近做成直角弯，消耗动能，降低噪声。另外，在主阀上腔和导阀前腔都设置了消振滑块，改变油液流动状态和减小振动容腔。二级同心式先导控制溢流阀的主阀芯上有两处配合，表面同
