纯水液压控制阀关键技术分析.docx

浙江大学博士学位论文摘 浙江大学博士学位论文 摘 要 本论文针对三类典型的纯水液压控制阀，从理论分析、样机研制及实验研究等多方面对 其上作性能进行了全面而系统的研究。研制出了国内首套高压大流量纯水液压控制阀气蚀特 性实验台架，并针对纯水液压控制阀中最典型的节流阀口，研究了不同结构对阀口的流量一 压差特性、山口压力及流量系数的影响；同时系统地研究了气蚀特性、密封技术及材料选择 等关键技术，并集成地应用这些关键技术，完成了系列高压大流量纯水液压控制阀的结构设 计、样机制造及性能优化等方面的研究，取得了一些具有创新性的结果。 研制出了一种基于多级分压、高压引流补偿和分离原则的气蚀抑制新结构和一种能够实 现微量调节的轴向三角通槽式节流阀口结构、提出了一种基于敏感腔设置、阻尼器优化以及 特殊力放大机构的灵敏控制方法；从流场控制的角度提出了纯水液压控制阀的参数优化设计 方法；第一，利用弧形阀芯过渡面，改善节流槽内的压力分布，即：在紧靠阀芯与阀套形成 的喷口处的微小区域内形成高于背压的压力峰值，从而抑制气蚀的发生。第二，增大阎套出 口直径及锥度，减小出口位置偏差可H有效抑制出口漩涡形成，从而降低了气蚀现象的发生。 在以水为工作介质的多级节流阀1：3、异形结构阀口的气蚀特性试验中，发现刚发生气穴现象 时的气穴系数在o．35～0．5之间，与油压系统的气穴系数相近，这一现象在公开文献中未见 报道，可为纯水液压控制阀节流阀口的设计提供依据。 本博士论文的主要内容可分为7章，现分述如下： 第一章为纯水液压传动的发展历程及研究现状。能源结构的变化趋势和人类可持续发展 的时代要求，是纯水液压技术发展的外在要求：而纯水液压技术本身所具有的介质来源广泛、 环境友好、清洁安全的独特优势，则是纯水液压技术崛起的内在动力。本章首先介绍了水液 压技术的定义及基本特征；其次归纳了水液压技术的发展历程及其研究内容和难点，并就纯 水液压传动在行走机械、食品、医药、娱乐、造纸等场合的应用进行举例说明：最后给出了 目前国内外纯水液压控制阀的研究现状、典型代表、关键问题及应用前景；并说明了舀前纯 水液压控制阀存在的问题及开展纯水液压控制阀关键技术研究的目的、意义及对策。 第二章为纯水液压控制阀气蚀实验系统的搭建。本章首先介绍了纯水液压控制阀气蚀试 验系统的设计思想、气蚀实验装置的设计要求。以及气蚀特性实验的测量原理及方法：然后 针对测量中可能的误差来源进行分析。 第三章为纯水液压控制阀防气蚀阀1：3特性研究。水的汽化压力高，可压缩性小，密度大， 这使得纯水液压阀中存在严重的气蚀腐蚀和拉丝侵蚀现象，从而导致阀很快失效。要减小或 浙江大学博上学位论立消除这种现象，除了从材料的选择上进行考虑之外，阀的结构设计也是一个重要的方面。本 浙江大学博上学位论立 消除这种现象，除了从材料的选择上进行考虑之外，阀的结构设计也是一个重要的方面。本 章首先介绍了流体特性对气蚀损坏的影响；其次对解决减轻和防止气蚀损坏的措施原则进行 了探讨；最后对不同形式的阀口结构气蚀特性进行试验研究，弄清阀口结构参数对气蚀特性 的影响规律，从而来指导纯水液压控制阀的设计。 第四章为纯水液压控制阀原理与样机研制。纯水液压控制阀是纯水液压技术的关键基础 件。研制纯水液压控制阀将面临一系列关键技术难题，如腐蚀、泄漏、气蚀、冲蚀及水击等， 必须依据水介质的特性和控制阀的功能要求米设计元件结构、选用材料，并采用合理的加工 手段和工艺保证必要的制造质量．才能研制出性能优越的纯水液压控制阀。采用新结构、新 材料是纯水液压控制阀最突出的特征。本章首先从设计难点、结构等方面介绍了笔者研制山 的几种纯水液压控制阀，包括纯水液压溢流阀、纯水液压换向阀及纯水液压节流闽等；其次 对纯水液压控制阎样机在制造中的加工工艺和材料选择进行了归纳总结。 第五章为纯水液压控制阀优化设计分析。在进行纯水液压控制阀结构设计时，有些参数 的确定主要取决于设计者的经验和水平，因此就带有一定的试凑-隆和任意性。优化设计是提 高纯水液压控制阀性能的主要措施之一。本章将在前三章的基础上对纯水液压控制阀开展优 化设计分析。在优化结构参数时，为增强设计可靠性和科学性，提高设计效率，引入 Matlab／Simulink、Amesim和Fluent为仿真优化设计]二具，根据所设计的纯水液压控制阀样 机的实际结构参数，分别进行系统仿真和流场仿真，对仿真结果进行对比，并优化阀的结构 参数，从而达到改善纯水液压控制阀静动态性能的目的。 第六章为纯水液压控制阀性能实验研究。纯水液压控制阀加工完成后需要对其性能进行 实验研究，以验证其零部件之间的性能匹配。本章首先介绍了纯水液压控制阀性能测试台架、 主要测试仪表及标定、实验项目及实验原理；其次对笔者研制出的几种纯水液压控制阀，包 括纯水