水壓先導(dǎo)式電磁溢流閥的研制

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1、華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文水壓先導(dǎo)式電磁溢流閥的研制姓名：韓新苗申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：碩士專業(yè)：機(jī)械電子工程指導(dǎo)教師：聶松林20090519華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文2水壓先導(dǎo)電磁溢流閥的設(shè)計(jì)2.1純水液壓溢流閥技術(shù)難點(diǎn)純水液壓溢流閥是液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的重要元件之一，對(duì)液壓系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性有很大作用，由于水的性能，純水液壓溢流閥需要解決以下難點(diǎn)：（1）氣蝕問題氣蝕分為氣體氣蝕和汽化氣蝕兩種[36]。油壓閥的氣蝕主要是氣體氣蝕,水壓閥的氣 蝕主要是汽化氣蝕,這是因?yàn)橛偷钠瘔毫Φ?空氣在油中的溶解度也較高,而水的汽化壓

2、力(50℃時(shí)12kPa)比液壓油(50℃時(shí)110mPa)高100多倍，空氣在水中的溶解度約為液壓油 的20%[36]，所以水壓閥的氣蝕現(xiàn)象比油壓閥的嚴(yán)重。氣蝕現(xiàn)象中的氣泡破時(shí)形成的壓力 沖擊波對(duì)材料表面的有很強(qiáng)的破壞力，最高的壓力沖擊能達(dá)到1GPa。錐閥芯和閥座上有兩種氣蝕形式，一種是由單個(gè)氣泡的破裂造成的大尺寸的凹坑，另一種是由一些沖擊累 積作用而成的較小的凹坑[37]。（2）密封與潤(rùn)滑在油壓控制閥中滑閥結(jié)構(gòu)通常采用間隙配合，而在水壓中由于水的粘度比油低，在相同的壓差的條件下，用相同的間隙就會(huì)有很大的泄漏

3、量，大約是油壓控制閥的十倍。在水壓中，在泄漏量不變的前提下如果采用滑閥結(jié)構(gòu)，就必須減小閥芯與閥套的配合間隙。在其它條件不變的情況下，按照相同的泄漏量計(jì)算，純水控制閥的配合間隙量應(yīng)為油壓控制閥間隙的0.32倍[38]，較大壓力的油壓閥的閥芯與閥套之間的配合間隙有0.012～ 0.025mm，那么純水控制閥的配合間隙就只能是0.0038～0.008mm。根據(jù)現(xiàn)在的加工水平，小于0.01mm的尺寸就很難能加工出來，即使加工，精度也很小，有較大誤差，因此單純的減小配合間隙的方法在水壓控制閥中無法實(shí)現(xiàn)[39]。潤(rùn)滑性

4、主要是看介質(zhì)的液膜厚度，液膜厚其潤(rùn)滑性好。由于水的粘度比油低，使得水壓閥中的液膜厚度大大減小，水的潤(rùn)滑膜厚度是油介質(zhì)的百分之一。油壓閥的液膜厚度為0.5～2.5μm，則水壓控制閥的潤(rùn)滑膜厚度為0.005～0.025μm。這么薄的液膜使得水壓閥的閥芯與閥套之間很可能出現(xiàn)干摩擦，對(duì)配合的零件損傷很大，壽命降低，系統(tǒng)效率也會(huì)降低。閥芯經(jīng)常出現(xiàn)的失效現(xiàn)象是粘著滑移，這種失效不僅會(huì)造成摩擦面的磨損和拉傷，而且有時(shí)會(huì)使閥芯卡死，使得閥芯不能運(yùn)動(dòng)。在保證密封的同時(shí)，如何利用水 的有限潤(rùn)滑作用是純水液壓閥研發(fā)面臨的難題[4

5、0]。（3）腐蝕液壓元件在水介質(zhì)中主要發(fā)生磨損腐蝕和電偶腐蝕。磨損腐蝕即元件在高速流動(dòng)的腐蝕介質(zhì)中及摩擦副在腐蝕介質(zhì)中的腐蝕，電偶腐蝕即元件中異種金屬在腐蝕介質(zhì)中接 觸時(shí)電位較低金屬的加速腐蝕[41]。腐蝕使得材料表面破壞，一些金屬材料在水中經(jīng)常會(huì)5華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文發(fā)生氧化腐蝕。在設(shè)計(jì)過程中，需要選擇一些親水的材料，一些不銹鋼金屬材料、高分子復(fù)合材料、工程陶瓷由于具有良好的抗腐蝕性能越來越被人們重視，逐漸運(yùn)用在水介質(zhì)中。也可以選擇一些表面工藝，如表面噴涂、表面鍍層，以及其他一些特殊的電化學(xué)防腐措施。

6、(4)振動(dòng)和噪聲聲音在水中的傳播速度比在油中快10%，導(dǎo)致純水液壓系統(tǒng)的沖擊、振動(dòng)和噪聲嚴(yán)重[42]。合理設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，才能有效的減小振動(dòng)和噪聲。（5）材料油壓控制閥中采用的大部分材料在水中會(huì)發(fā)生腐蝕，使零件表面強(qiáng)度和質(zhì)量都大大降低，嚴(yán)重的會(huì)使閥卡死，使閥不能有效地工作，因此這些材料不適用于水介質(zhì)中。選擇與水介質(zhì)具有較好相容性的材料成為研制高性能純水控制閥的關(guān)鍵問題，所選擇的材料不僅要有較好的自潤(rùn)滑性能、較強(qiáng)的抗腐蝕性，而且應(yīng)當(dāng)具備水介質(zhì)中性能穩(wěn)定、良 好的抗疲勞性能等特點(diǎn)[41]。在水液壓系統(tǒng)中一些關(guān)鍵金屬材

7、料還要從摩擦學(xué)角度考慮，這些材料要求有較高的硬度，現(xiàn)在水壓閥中常選用17-4PH和1Cr18Ni9Ti，但這兩種材料的硬度不高，這就需要一些表面處理技術(shù)來提高其表面硬度，但這些技術(shù)相對(duì)降低其耐腐蝕性，所以現(xiàn)在選擇高性能的金屬材料仍然是一個(gè)難題?，F(xiàn)在水壓閥中也采用一些非金屬材料，如高分子復(fù)合材料，但非金屬材料需要考慮其吸水性、熱膨脹性和導(dǎo)熱性。2.1關(guān)鍵技術(shù)難題的解決措施針對(duì)水壓先導(dǎo)式溢流閥的上述關(guān)鍵技術(shù)難題，本課題在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中采取了如下技術(shù)措施:①主閥芯采用帶圓弧的平端錐閥結(jié)構(gòu)。閥芯的形狀對(duì)氣蝕有很大影響，

8、表1是不同 閥芯在不同開度下工作50h之后的重量損失情況。表2.1不同閥芯在不同開度的重量損失對(duì)比表[37]閥芯形狀開度（mm）硬鋁合金試件在油包水乳化液中實(shí)驗(yàn)50h的重量損失（g）閥芯閥座1.250.820.154錐閥芯0.1250.280.0651.250.360.045球閥芯0.1250.080.0091.250.210.174平板閥芯0.1250.090.108從表2.l中可以看出平板閥的抗氣蝕性能最好[