溢流閥是液壓系統(tǒng)中的重要元件,主要起著調(diào)節(jié)壓力和安全保護的作用。在溢流閥的常見故障中,振動和噪聲是一個比較突出的問題,尤其是出現(xiàn)嘯叫聲,嚴(yán)重影響到液壓系統(tǒng)的穩(wěn)定性、精確度、安全可靠性及壽命。
同一液壓系統(tǒng)中兩個或多個溢流閥相互干擾。出現(xiàn)這種情況的主要原因是液壓系統(tǒng)中有多個地方需要溢流閥調(diào)節(jié)壓力。圖一顯示的是一種雙泵合流的情況。這類設(shè)計的初衷是用兩個小泵達到一個大流量的輸出,但是兩個溢流閥的設(shè)定值往往非常接近,非常容易產(chǎn)生共振,產(chǎn)生嘯叫。
像這樣的情況還有很多,也比較容易被忽視。工程師在設(shè)計液壓系統(tǒng)時需要注意檢查各個溢流閥的壓力設(shè)定值。同一油路上的不同溢流壓力盡量錯開30bar。這樣可以避免溢流閥的共振,消除此類噪聲。
溢流閥閥口處的突變結(jié)構(gòu)使油液出現(xiàn)高速流動、氣穴現(xiàn)象,由此產(chǎn)生振動和噪聲。當(dāng)溢流閥的主閥被打開后,主閥芯與閥座之間形成很小的環(huán)形節(jié)流口。液流在節(jié)流口兩端壓力差的作用下以很高的流速溢出,在閥口附近造成高速噴流,壓力快速下降。當(dāng)壓力低于該種油液的空氣分離壓時,溶解或混于油液中的空氣就會分離出來,產(chǎn)生大量氣泡。當(dāng)這些氣泡隨油液到達回油腔時,由于壓力升高而破滅,發(fā)生氣蝕,并伴隨高頻噪聲。同時,由于閥口附近過流斷面的急劇變化,在高速噴流狀態(tài)下還會引起流速的不均勻性,從而產(chǎn)生漩渦脫離聲。
我們只需優(yōu)化閥口的設(shè)計即可消除這類的噪聲。閥體回油腔形狀和主閥口結(jié)構(gòu)是引起氣蝕噪聲和漩渦脫離聲的主要因素。如圖二所示,流道結(jié)構(gòu)B比流道結(jié)構(gòu)A多了一個環(huán)形槽,使閥口下游壓力恢復(fù)區(qū)與閥出口連通,提高了閥出口的靜壓抑制了閥口氣穴的產(chǎn)生。由于流道B使閥口高速流動區(qū)的靜態(tài)壓力升高,抑制了氣穴的發(fā)生。同時,旋渦使閥口分離出的小氣泡在破滅之前,聚集成為較難破滅的大氣泡。
溢流閥的閥座和閥芯的錐角設(shè)計過大,降低了閥芯與閥座間的密封性能,同時增大閥口處溢流量的變化量,使閥芯的運動無法收斂反而產(chǎn)生。溢流閥的閥芯是支承在彈簧上的, 當(dāng)彈簧的(包括油液的彈性)質(zhì)量和溢流閥阻尼孔以及與負(fù)載相匹配的有關(guān)參數(shù)超過穩(wěn)定臨界值時, 閥芯就會因為其他部分的擾動而產(chǎn)生持續(xù)的自激振動和異常噪聲。這種振動和溢流閥閥芯的形狀及尺寸有關(guān)。
選擇溢流閥時盡量選用先導(dǎo)式溢流閥或者帶阻尼的直動式溢流閥。如果必須選用普通的直動式溢流閥,那么進油流量不能小于3L/min,否則高壓油直接作用在閥芯上,極易使溢流閥產(chǎn)生噪聲。