冲洗溢流阀阀芯配合间隙对保压特性影响研究

黄忠华

摘 要：冲洗溢流阀是闭式液压系统的重要组成部分，SDVB50冲洗溢流阀通流量大，工作压力高，导致结构尺寸大，设计难度大。本文介绍了SDVB50冲洗溢流阀中溢流阀部件的组成与功能，对阀内四节同心部件的配合间隙导致的溢流保压过程中掉压现象进行了分析。通过AMESIM仿真和试验结果表明，当四节同心阀芯阀套配合间隙调整為0.02 mm左右，溢流阀保压阶段压力会出现掉压现象，但测试3 min后，压降出现止跌回升。本文的研究对多节同心的液压元件配合间隙的设计具有显著的指导意义，指导间隙的给定平衡了产品性能和零件加工的成本重要性。

关键词：冲洗溢流阀;SDVB50阀;闭式系统;AMESim;保压特性

1 前言

液压传动系统按照工作介质循环方式，分为开式系统和闭式系统。闭式系统中，液压泵输出工作介质直接驱动执行元件，因此整体结构紧凑，与空气接触机会少，油液弹性模量较稳定，传动平稳。闭式系统通常采用双向变量液压泵，通过泵变量改变主油路中液压油的输出流量大小和输出方向，实现执行机构变速和换向，避免了阀控系统的节流损失，具有更高的传动效率[1-3]。

闭式系统工作中液压泵与液压马达处存在不同程度的油液泄漏，为了保证系统工作稳定，需要对系统中的油液进行少量冲洗更换。为了补充正常元件泄漏和冲洗排出油液，闭式系统需要时补充油液，还需要冲洗溢流阀保证系统安全工作[4]。

2 冲洗溢流阀工作原理图

冲洗溢流阀工作原理如图1所示[5，6]，A、B分别为液压泵高压口和低压口（或B高压口、A低压口），E为闭式液压系统补油口，R为冲洗置换的热油液排油口。

当冲洗溢流阀处于工作状态时，假设A口为高压输入口，B口为低压输出口。主阀在液控力作用下处于图示右侧，B口低压口通过主阀、冲洗阀与E口、R口连通，保证E口油液补充进来液压系统，多余油液建压（一般为1.5～2.5MPa）打开冲洗阀通过R口排出。当A口为高压输入口，B口为低压输出口，如果A口的工作压力达到溢流阀3.1的设定值，溢流阀开启使得系统中的油液部分溢流，从而保证此处的油液压力处于较低状态;同理，B口高压时，溢流阀3.2具有与上述溢流阀3.1同样的作用。

3结构设计及难点分析

图2为冲洗溢流阀结构，图中A、B、R油口分别与图1中的油口对应。该阀采用了阀芯与阀套相配合的结构形式，通过双侧对称的结构设计，满足了闭式系统双向油路的油液冲洗工况。冲洗工作动作如下：当A口为高压输入口，B口为低压输出口。图2中的左侧主阀2.2在A侧的高压油作用下打开，使得冲洗油液通过E口打开冲洗阀到R口。同理，B口高压时，右侧主阀2.1打开。

冲洗工况下，冲洗系统油液压力可能过高，因此在冲洗阀一侧设置溢流阀来保证冲洗系统稳定工作。溢流阀动作如下：如果A口为高压输入口，B口为低压输出口，当A口高压油液压力达到先导溢流3.1的设定压力时开启，油液流经阻尼孔Φ1.4mm后产生压降。右侧主阀2.1在压差的作用下打开，A口高压油液卸压并保压工作，为了防止主阀启闭速度过快引起的系统压力波动，阻尼孔设计为Φ1.2mm，以控制阀芯的启闭速度。同理，B口高压时，左侧主阀2.2打开。

SDVB50冲洗溢流阀的最高工作压力为400 bar，最大流量为1200 L/min，结构上采用了先导级加主阀的设计方案，先导阀是控制主阀开关的核心部件，其结构及工作性能曲线如图3所示。为保证主阀工作稳定，阻尼孔的匹配至关重要，阻尼孔Φ1.4mm的作用是保证先导溢流阀启闭的快速性和压力的稳定性。

主阀的结构设计如图4所示，主阀采用了阀芯与阀套配合的结构形式，采用了四节同心方案，方案简单可靠。但工作过程中，为了保证阀芯的良好滑动及可靠密封，其运动部件的结构参数很重要。运动配合的间隙有Φ36、Φ49、Φ51，其中Φ36的间隙与先导溢流阀工作曲线关系很大。在加工过程中，此处配合直接影响着阀芯的正常工作，该位置的四节同心结构是冲洗溢流阀的关键[7]。

综上所述，SDVB50冲洗溢流阀在Φ36、Φ49、Φ51三处的配合间隙十分关键，必须避免间隙过小导致阀芯运动不畅，但也不可间隙过大无法保证性能。为获得合理的配合间隙数值，通过仿真分析及试验验证的手段确定其最大的允许配合间隙。

4 AMESim仿真分析

依据冲洗溢流阀的工作原理，采用AMESim仿真分析软件建立如图5所示的仿真模型[8-10]。

本模型主要分析阀芯运动的配合间隙对系统保压的影响。采用了HCD库搭建主阀芯模型，利用Clearance模块模拟配合间隙，先导阀部分利用HYD库中的理想溢流阀模型，在仿真过程中，考虑阀芯质量、主阀芯腔弹簧力、阀芯重力等因素对阀芯运动的影响，根据图2和图4结构参数，对仿真模型的设置相应的参数，如表1所示。

设定Clearance模块具有多组间隙参数，分别为0.015 mm、0.02 mm、0.03 mm、0.04 mm。仿真结果如图6所示。

由图6可见，随着配合间隙的增大，冲洗溢流阀的保压能力呈现下降趋势，该变化趋势主要是因为先导控制油路的通流油液量引起。

5 试验验证

根据仿真结果，设计了Φ36阀套阀芯配合具有3组不同的间隙值，如表2所示。根据设计尺寸加工阀芯，如图7（a）所示。对装有不同阀芯的闭式泵进行试验，试验装置如图7（b）所示。试验中的保压时间和压降数据如表2所示，可见，配合间隙大于或等于0.03 mm时，SDVB冲洗溢流阀在溢流保压阶段，随时间出现掉压现象，测试10 min后仍未出现止跌。不满足液压系统过载后的保压使用要求。

当阀芯的配合间隙控制在0.02 mm，冲洗溢流阀保压阶段压力同样出现掉压现象，但测试3 min左右（掉压1.2 MPa）时，出现止跌回升并来回震荡的现象，因此该阀芯的配合间隙宜控制在0.02 mm左右。BC5C263B-A43C-4C39-A78C-F88473867808

6總结

综上所述，SDVB50冲洗溢流阀的阀芯与阀套配合十分关键，通过理论、仿真、试验研究表明，当配合间隙调整为0.02 mm左右，溢流阀保压阶段压力下降幅度小于1.5 MPa且保压稳定，满足SDVB50冲洗溢流阀的功能要求。

参考文献

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Research on The Influence of Fit Clearance of Flushing Relief Valve Core in Pressure Maintaining Characteristics

HUANG Zhong-hua

（Guangdong Keda Hydraulic Technology Co.， Ltd.， Foshan 528313， China）

Abstract：  The flushing relief valve is an important part of the closed hydraulic system. The SDVB50 flushing relief valve has large flow， large structure size and high working pressure， which makes the design difficult. This paper introduces the composition and function of the overflow valve components in SDVB50 flushing relief valve， and analyzes the pressure drop phenomenon caused by the fit clearance of four concentric components in the valve. The AMESim simulation and experimental results show that when the fit clearance of the four concentric spool valve is about 0.02 mm， the pressure drop phenomenon will appear in the pressure maintaining stage of relief valve， but the pressure drop will stop and rise after 3 minutes of test. The research in this paper has significant guiding significance for the design of the multi-section concentric hydraulic component fitting clearance. The given guidance clearance balances the importance of product performance and the cost of parts processing.

Keywords：  Flushing relief valve; SDVB50 Valve; Closed circuit system; AMESim; Pressure maintaining characteristicsBC5C263B-A43C-4C39-A78C-F88473867808