水压先导式电磁溢流阀的研制

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1、华中科技大学硕士学位论文水压先导式电磁溢流阀的研制姓名：韩新苗申请学位级别：硕士专业：机械电子工程指导教师：聂松林20090519华中科技大学硕士学位论文2水压先导电磁溢流阀的设计2.1纯水液压溢流阀技术难点纯水液压溢流阀是液压传动系统的重要元件之一，对液压系统的稳定性和可靠性有很大作用，由于水的性能，纯水液压溢流阀需要解决以下难点：（1）气蚀问题气蚀分为气体气蚀和汽化气蚀两种[36]。油压阀的气蚀主要是气体气蚀,水压阀的气 蚀主要是汽化气蚀,这是因为油的汽化压力低,空气在油中的溶解度也较高,而水的汽化压

2、力(50℃时12kPa)比液压油(50℃时110mPa)高100多倍，空气在水中的溶解度约为液压油 的20%[36]，所以水压阀的气蚀现象比油压阀的严重。气蚀现象中的气泡破时形成的压力 冲击波对材料表面的有很强的破坏力，最高的压力冲击能达到1GPa。锥阀芯和阀座上有两种气蚀形式，一种是由单个气泡的破裂造成的大尺寸的凹坑，另一种是由一些冲击累 积作用而成的较小的凹坑[37]。（2）密封与润滑在油压控制阀中滑阀结构通常采用间隙配合，而在水压中由于水的粘度比油低，在相同的压差的条件下，用相同的间隙就会有很大的泄漏

3、量，大约是油压控制阀的十倍。在水压中，在泄漏量不变的前提下如果采用滑阀结构，就必须减小阀芯与阀套的配合间隙。在其它条件不变的情况下，按照相同的泄漏量计算，纯水控制阀的配合间隙量应为油压控制阀间隙的0.32倍[38]，较大压力的油压阀的阀芯与阀套之间的配合间隙有0.012～ 0.025mm，那么纯水控制阀的配合间隙就只能是0.0038～0.008mm。根据现在的加工水平，小于0.01mm的尺寸就很难能加工出来，即使加工，精度也很小，有较大误差，因此单纯的减小配合间隙的方法在水压控制阀中无法实现[39]。润滑性

4、主要是看介质的液膜厚度，液膜厚其润滑性好。由于水的粘度比油低，使得水压阀中的液膜厚度大大减小，水的润滑膜厚度是油介质的百分之一。油压阀的液膜厚度为0.5～2.5µm，则水压控制阀的润滑膜厚度为0.005～0.025µm。这么薄的液膜使得水压阀的阀芯与阀套之间很可能出现干摩擦，对配合的零件损伤很大，寿命降低，系统效率也会降低。阀芯经常出现的失效现象是粘着滑移，这种失效不仅会造成摩擦面的磨损和拉伤，而且有时会使阀芯卡死，使得阀芯不能运动。在保证密封的同时，如何利用水 的有限润滑作用是纯水液压阀研发面临的难题[4

5、0]。（3）腐蚀液压元件在水介质中主要发生磨损腐蚀和电偶腐蚀。磨损腐蚀即元件在高速流动的腐蚀介质中及摩擦副在腐蚀介质中的腐蚀，电偶腐蚀即元件中异种金属在腐蚀介质中接 触时电位较低金属的加速腐蚀[41]。腐蚀使得材料表面破坏，一些金属材料在水中经常会5华中科技大学硕士学位论文发生氧化腐蚀。在设计过程中，需要选择一些亲水的材料，一些不锈钢金属材料、高分子复合材料、工程陶瓷由于具有良好的抗腐蚀性能越来越被人们重视，逐渐运用在水介质中。也可以选择一些表面工艺，如表面喷涂、表面镀层，以及其他一些特殊的电化学防腐措施。

6、(4)振动和噪声声音在水中的传播速度比在油中快10%，导致纯水液压系统的冲击、振动和噪声严重[42]。合理设计结构，才能有效的减小振动和噪声。（5）材料油压控制阀中采用的大部分材料在水中会发生腐蚀，使零件表面强度和质量都大大降低，严重的会使阀卡死，使阀不能有效地工作，因此这些材料不适用于水介质中。选择与水介质具有较好相容性的材料成为研制高性能纯水控制阀的关键问题，所选择的材料不仅要有较好的自润滑性能、较强的抗腐蚀性，而且应当具备水介质中性能稳定、良 好的抗疲劳性能等特点[41]。在水液压系统中一些关键金属材

7、料还要从摩擦学角度考虑，这些材料要求有较高的硬度，现在水压阀中常选用17-4PH和1Cr18Ni9Ti，但这两种材料的硬度不高，这就需要一些表面处理技术来提高其表面硬度，但这些技术相对降低其耐腐蚀性，所以现在选择高性能的金属材料仍然是一个难题。现在水压阀中也采用一些非金属材料，如高分子复合材料，但非金属材料需要考虑其吸水性、热膨胀性和导热性。2.1关键技术难题的解决措施针对水压先导式溢流阀的上述关键技术难题，本课题在结构设计中采取了如下技术措施:①主阀芯采用带圆弧的平端锥阀结构。阀芯的形状对气蚀有很大影响，

8、表1是不同 阀芯在不同开度下工作50h之后的重量损失情况。表2.1不同阀芯在不同开度的重量损失对比表[37]阀芯形状开度（mm）硬铝合金试件在油包水乳化液中实验50h的重量损失（g）阀芯阀座1.250.820.154锥阀芯0.1250.280.0651.250.360.045球阀芯0.1250.080.0091.250.210.174平板阀芯0.1250.090.108从表2.l中可以看出平板阀的抗气蚀性能最好[