【原】溢流閥性能實驗實驗指導書

§1  實 驗 目 的

1．深入理解溢流閥的靜態特性。靜態特性中著重測試：①調壓范圍及壓力穩定性；②卸荷壓力及壓力損失；③啟閉特性。

2．了解溢流閥的動態特性，即溢流量突然變化時，溢流閥所控制的壓力隨時間變化的過渡過程品質。

3．學會溢流閥靜態和動態性能的實驗方法，學會使用本實驗所用的儀器和設備。

§2  實 驗 原 理

先導式溢流閥是液壓系統中最常用的壓力控制元件之一，其性能的優劣直接影響系統的品質。溢流閥常見用途為：1.在定量泵節流調速系統中，對液壓系統實行調壓并保持泵的工作壓力基本恒定；2.防止液壓系統過載，起安全保護作用；3.使系統卸荷，泵的全部流量可在極低的壓力下通過溢流閥流向油箱，以降低系統的功率損耗和發熱量。

一、靜態特性

1.調壓范圍及壓力穩定性

調壓范圍給定了溢流閥使用的壓力范圍。壓力振擺和壓力偏移的大小，是衡量壓力穩定性的主要指標。通常，希望溢流閥使用的壓力范圍大，而壓力振擺和壓力偏移越小越好。

2.卸荷壓力及壓力損失

卸荷壓力：當先導式溢流閥在遠程控制下卸荷（即遠程控制口K通油箱），通過額定流量時閥所引起的壓力損失。卸荷壓力越低越好。

壓力損失：先導式溢流閥調壓手柄完全放松時，通過額定流量所產生的壓力降，稱為壓力損失。先導式溢流閥的壓力損失往往略大于它的卸荷壓力，因為此時部分回油在閥內所經油路較長，阻力略大，另外有閥在調壓手柄完全放松時，調壓彈簧的預壓縮量不為零，也會引起壓力損失值的增加。

3.內泄漏量（關閉泄漏量）

內泄漏量是指調壓手柄至全閉位置，溢流閥進口壓力為額定壓力時，通過閥口的泄漏量。溢流閥作安全閥使用時，內泄漏量是一個重要指標。

4.啟閉特性

啟閉特性是溢流閥在調壓彈簧調整好之后，閥芯開啟和閉合過程中壓力和流量之間的關系，它是溢流閥靜態特性中的又一個主要指標。

使用中希望閥的溢流特性曲線如圖3-1中的A，即溢流閥在其進口處壓力P低于調定壓力（或稱為全流壓力）P調時不溢流，僅在P到達P調時才溢流，且不管溢出流量為多少，進口壓力始終保持在P調值上。但實際上是做不到這一點的，從溢流閥的工作原理可知，溢流過程中總是導閥先開，且導閥開到一定開口量后主閥口才開始溢流，直到全流量溢流。在溢流量變化過程中，主閥和導閥開口量的變化將影響彈簧壓緊力和穩態液動力，所以實際的壓力-流量特性曲線為B、C。P2開為導閥開啟壓力。由此可見，溢流閥在未達到調定壓力P調、主閥芯未動作前就開始有溢流量了（導閥的溢流量），開始溢流的壓力顯然小于通過額定流量時的調定壓力。

溢流閥在開啟過程中溢流量達到額定流量（或試驗流量）的1%時的進口壓力P開稱為開啟壓力。全流壓力P調與開啟壓力P開之差稱為靜態調壓偏差。開啟壓力P開與全流壓力P調之比稱為開啟比，靜態調壓偏差△與全流壓力P調之比稱為調壓偏差率。溢流閥調壓偏差越小，即開啟比越大，則開啟壓力越接近調定壓力，它所控制的系統壓力便越準確，限制靜態調壓偏差△值就成為一項重要性能指標。對中低壓溢流閥JB2135-77規定：在最高調定壓力P額時的開啟壓力P開不得低于P額的85%。溢流閥在最高調定壓力P額下，當溢流量從額定流量降低到它的1%時的進口壓力P閉（如圖3-1曲線C所示）稱為閉合壓力，溢流閥的閉合壓力P閉不得低于P額的80%。規定的閉合壓力值小于開啟壓力值，主要是由于溢流閥芯在開啟與閉合過程中受到的摩擦阻力的方向不同，引起了粘滯現象，如圖3-1中曲線B和C所示。開啟時主閥芯底端壓力與其摩擦阻力反向，而閉合時兩者同向，所以閉合壓力值應小于開啟壓力值。

額定壓力P額為6.3MPa級的溢流閥，規定開啟壓力P開不得小于5.3MPa，閉合壓力P閉不得小于5MPa。

二、動態特性

溢流量突然變化時，溢流閥所控制的壓力隨時間變化的過渡過程品質，一般是指壓力超調量、壓力穩定時間，卸荷時間及壓力回升時間（見圖3-2）

1.壓力超調量（△P）及壓力穩定時間（△t2）

壓力超調量是指瞬時升壓過程中最高壓力（峰值壓力）P3和調定壓力P2的差值。壓力超調量往往是由于執行元件的流量突然發生變化或者由于執行元件需要換向或停止運動，造成通過溢流閥的流量發生突變而引起的壓力升高和振蕩。如果溢流閥能跟上引起壓力突變的擾動信號及時將主閥開大，則系統壓力的超調量會小一些，否則就會很大。從使用角度來說，壓力超調量越小越好，否則將會使機械設備、系統管路、液壓元件及儀表發生故障甚至遭受破壞，這就要求溢流閥在系統壓力發生突變時迅速地作出反應。錐閥式和滑閥式的主閥芯（參看圖3-3和圖3-4）相比，前者為線接觸密封，不存在滑閥式封  

油長度，所以主閥反應較快，壓力超調量較小。

在上述發生壓力突變的過渡過程中，從溢流閥第一次到達調定壓力P2開始至調定壓力穩定時的時間△t2稱為壓力穩定時間。△t2越短越好，它說明振蕩次數少，衰減快，也就說明動態過程時間短暫，可以提高系統的快速性。

△t’1是從輸入電信號開始到調定壓力穩定的時間。

2.卸荷時間（△t3）及壓力回升時間（△t1）

當溢流閥作為卸荷閥使用時，對卸荷時間及壓力回升時間有所要求。卸荷時間是從調定壓力開始卸荷到卸荷壓力穩定的時間。壓力回升時間是從初始壓力（或卸荷壓力）開始升壓到調定壓力穩定的時間。△t3和△t1同樣是越短越好，否則會影響系統的工作性能。

△t’3是輸入電信號開始到卸荷壓力穩定的時間。

溢流閥的動態性能與閥的結構尺寸、彈簧、阻尼孔以及壓力、流量等參數有關，也同系統中的液體性質、流動狀態、管路特性、元件泄漏等有關。盡管國內外已有不少文獻談到這方面的問題，但是由于描述先導式溢流閥動態特性的是個高階非線性微分方程組，而且其中有許多參數難于確定，所以到目前為止，還未見到切實可行的解析求解方法。

三、說明

靜態特性和動態特性之間有時是相互矛盾的，要求靜態性能好些，往往動態性能就會差些，反之，要求動態性能好些，往往靜態性能就會差些。

§3  實 驗 裝 置

一、溢流閥結構

圖3-3和圖3-4示出Y₁和Y型先導式溢流閥的結構。它們分別由手柄1、調壓彈簧2、先導閥芯3、閥座4和閥蓋6等主要件組成導閥部分；由主閥彈簧8、主閥芯10和閥體13等主要件組成主閥部分。圖3-3中閥的進油口P與油腔15相通，回油口O與油腔14相通。圖3-4中P與14相通，O與15相通通。閥座4左邊的油腔（調壓彈簧腔）通過孔道16與回油腔相通。先導閥開啟后，油液就是通過這里到出油口的。壓力油進入溢流閥后，從進油腔作用于主閥芯10的環形面積上，通過孔12作用于主閥芯10的底端，同時又經阻尼孔11進入閥芯10的上腔，再經孔道7和5作用在導閥芯3上。

當進油口的壓力較低，導閥3上的液壓作用力不足以克服導閥閥芯左邊的彈簧力時，導閥處于關閉狀態，也沒有油液流過阻尼阻11，這時閥芯10兩端的油液壓力相等，主閥芯在彈簧8的作用下處在最下端位置，封閉了油腔14和15間的通道，沒有油從進油口流向回油口。

當進油壓力升高，作用在導閥3上的液壓力超過調定彈簧力時，閥芯左移導閥開啟，壓力油通過阻尼孔11、導閥閥口、孔道16通向回油口。油液流過阻尼孔11時產生壓降，使閥芯10上端油壓小于其下端油壓，當這個壓差作用在閥芯上的力超過彈簧力、摩擦阻力和閥芯自重時，主閥芯上升，油腔15和14接通，壓力油便從回油口排出，實現溢流作用。

遠程控制口K通過孔道9與主閥上端的油腔相連，從這里接出管道就可以對溢流閥實現遠程制控，通過遠處的導閥（此時該閥上的導閥全閉）可調節溢流閥進口處壓力的大小。如果遠程控制口K直接接通油箱時，主閥上端壓力基本為零，閥芯10抬起，進口處壓力油將在很低的卸荷壓力下通過溢流排回油箱。

先導式溢流閥的導閥部分結構尺寸較小，調壓彈簧2不必很強，因此調整壓力時比較輕便。

Y1型溢流閥主閥屬錐閥式，Y型的閥芯屬滑閥式。

二、實驗系統工作原理

溢流閥性能實驗液壓系統原理圖見圖3-5。

溢流閥靜、動態實驗通過溢流閥2和二位三通電磁換向閥6兩條油路行進，其它油路關閉。

實驗系統提供了測量通過被試閥4的流量和壓力的條件。較大的流量可通過橢圓齒輪流量計測量。由于橢圓齒輪流量計量程的限制，小流量改用量杯測量。閥的進口靜態壓力由壓力表P6示出。由于閥6和流量計7的阻力很小，可以忽略不計，閥4的出口壓力為零。測量卸荷壓力時，通過二位二通電磁換向閥5，控制閥的遠程控制口K來進行。

§4  實 驗 方 案

實驗測試對象為Y1--10B型溢流閥，加裝過渡板后也可用Y-10B型溢流閥作為被試閥，或采用Y1-10B型和Y-10B型進行對比的實驗方案。實驗參數評定標準，采用溢流閥出廠試驗技術指標，見表4-1

表  4-1

一、調壓范圍及壓力穩定性

調定參數：將溢流閥2調至安全閥壓力7MPa（應比被試閥4的最高調節壓力高10%左右），迅速調節閥4的調壓手柄至全開。此時節流閥3關閉。

特測參數：

1、調壓范圍

檢測被試閥4能否滿足標準中規定的調壓范圍0.5-6.3MPa。調節閥4的調壓手柄從全開至額定壓力值，再回至全開，通過壓力表P6觀察壓力升、降是否均勻，是否有突變或滯后等現象。反復實驗不少于三次。

2、壓力振擺（單位為MPa）

在閥4的調壓范圍內設定5個壓力值（其中包括6.3MPa），在壓力表上讀出壓力振擺值，并標記出最大值。

3、壓力偏移（單位為MPa）

閥4調至6.3MPa，測1或3min內的壓力偏移植。

二、卸荷壓力及壓力損失

調定參數同一。

待測參數：

1、卸荷壓力（單位為MPa）

將閥4的遠程控制口K直接接通油箱，通過額定流量時，測出閥前后壓差即為卸荷壓力。由于閥后阻力很小，可忽略不計，所以，此時壓力表P6的示值即為卸荷壓力。反復實驗不少于二次。

2、壓力損失（單位為MPa）

將閥4的調壓手柄調至全開位置，通過額定流量時，測出閥前后壓力差即為壓力損失。反復實驗不少于二次。

三、啟閉特性

啟閉特性曲線的獲得，目前可采用描點法和自動記錄法兩種，后者需將壓力和流量通過傳感器經二次義表輸給記錄儀直接繪出，實驗結果的可信性和真實性都比較高，而且實驗效率也是令人滿意的。

描點法方案如下

設定參數：

1、被試閥4工況的設定

被試閥4按三個或兩個不同工況設定其調定壓力值P調（單位為MPa）（其中應包括額定壓力工況），建議P調為2、4和6.3或2和6.3MPa。

2、閥4進出口壓力差的設定

前述已知△P=P6，其值可由溢流閥2調節，P6測試點的選取對描繪啟閉特性曲線的精度和實驗效率有直接的影響。建議閥4開啟的全過程中，P6測試點不少于12點，其中從導閥開啟至主閥開啟的過程，測試點不少于7點。閉合過程類同。

待測參數：

按被試閥設定的工況及其進口壓力測試點，分別測出在時間t（s）內過閥4的溢流容積△V（mL）。從導閥開啟到主閥開啟的過程中，流量較小，由于實驗臺上橢圓齒輪流量計量程的限制，△V采用量杯計量。閉合過程類同。

注意，實際測試中，溢流量小到從油管中排出的油液不呈線流是不計量的。

計算項目：

1、對應閥4各進口壓力測試點的溢流量：

2、閥4額定流量的1%值：0.01q額

注意事項：

1、調節被試閥4進口壓力時，從高到低（或從低到高）的整個過程中，只準向一個方向旋轉2的調壓手柄，如果調節中出現小于（或大于）設定值時，不要反調，就按小值（或大值）實驗，記錄時修改這一設定壓力值就是了。因為反調會改變閥芯的移動方向，摩擦阻力方向隨之改變，測試的數據將帶來誤差。

2、實驗中邊作邊計算閥4的溢流量，及時掌握變化規律。必要時也可臨時增、刪設定的壓力點。

四、動態特性

略

§5  成 果 及 計 算

一、靜態特性實驗

1、原始數據和計算結果

1）調壓范圍、壓力穩定、卸荷壓力和壓力損失，見表3-2。

 實驗條件：被試溢流閥型號：          型；油溫：      ℃；液壓油牌號：       ； 

 泵調定壓力P泵       Mpa；被試閥出口壓力P出=0。

2）啟閉特性。當采用描點法時，原始數據和計算結果見表3-3。

表3-2

表4-3

2、數據處理：描點繪制溢流閥的啟閉特性（參看圖3-1）。

3、結論：

1）溢流閥靜態主要性能指標中，壓力穩定性是十分重要的，其次是啟閉特性。它們對液壓系統性能的影響很大。

2）壓力穩定性指標是控制溢流閥在某調定壓力下長期工作時，它的壓力發生不規則變化的極限值。這種不規則變化與下列因素有關：閥芯結構、阻尼大小、加工精度、油液品質、油溫變化等等。

3）溢流閥在最大調定壓力（P調max=P額）時開啟比最大，隨著調定壓力的降低，開啟比不斷減小，啟開特性變差，但此時往往調壓穩定性比最大調定壓力時要好。

§6   進一步討論的問題

1、直動式溢流閥是使作用在閥芯上的進油壓力直接與調壓彈簧力相平衡。如進油壓力和通過流量較大時，閥芯直徑及滑閥底部的液壓作用力都將增大，則彈簧力就要很強，這樣不僅結構龐大，調整不夠輕便，而且當時溢流量變化時油壓的變化就較大，靜態特性劣于先導式溢流閥。因此，在中高壓、大流量的工況時，幾乎不采直動式的，而均采用先導式溢流閥。

2、對實驗的意見和建議。