浅谈研发数字式纯水液压溢流阀面临的技术问题及对策.pdf

液 压 气 动 与 密 封 ／ 2 0 1 1年 第 l 2期 浅谈研发数字式纯水液压溢流阀 面临的技术问题及对策 颜凌云 武鹏 飞 包 宗贤 赵 恩刚 1 ． 四川建筑职业技术学院 ， 四川德阳6 1 8 0 0 0 2 ． 重庆大江信达车辆股份有限公 司工程机械厂 ， 重庆4 0 1 3 2 1 摘要本文从溢流阀本身结构及控制系统人手 ， 分析 了研发数字式纯水液压溢流阀所面临的技术 问题 ， 并提 出了相应的解决措施 。 关键词 水液压传 动； 溢流阀； 解决措施 中图分类号 T H1 3 7 ． 5 2 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 1 1 2 0 0 6 8 0 3 Di s c u s s t h e Te c h n i c a l Pr o b l e ms o f De s i g n t h e Di g i t a l W a t e r Hy d r a u l i c Re li e f Va l v e Y A N L i n g - y u n WU P e n g - f e i B A0 Z o n g - x i a n Z H A 0 E n - g a n f 1 ． S i c h u a n C o l l e g e o f Ar c h i t e c t u r a l T e c h n o l o g y ，De y a n g 6 1 8 0 0 0 ，C h i n a ； 2 ． Ma c h i n e r y F a c t o ry，C h o n g q i n g D a j i a n g X i n d a V e h i c l e S t o c k C o ． ， L t d ． ，C h o n g q i n g 4 0 1 3 2 1 ，C h i n a Ab s t r a c t I n t h i s p a p e r ， F r o m t h e s t r u c t u r e a n d c o n t r o l s y s t e m o f r e l i e f v a l v e ， h y d r a u l i c r e l i e f v a l v e ，T h e n t h e c o r r e s p o n d i n g s o l u t i o n s w e r e p r o v i d e d ． Ke y W o r d s wa t e r h y d r a u l i c； r e l i e f v a l v e； s o l u t i o n s U 刖 舌 水压驱动技术作为绿色制造和可持续发展的一项 环保 、 节能技术 ， 获得 了迅猛的发展 ， 溢流阀做为水压 控制系统不可或缺的元件 ，其性能对整个水压系统 的 性能有至关重要的影 响。由于水介质本身特有的理化 性 能 ． 如黏度低 、 汽化压力高和腐蚀性强 的特点 ， 使得 气蚀 、 拉丝侵蚀 、 腐蚀 、 泄漏等问题较油压更加严重 ， 本 文从水介质的理化性能特点 、制造工艺 以及控制程序 出发 ， 分析了数字式纯水溢流阀研发所面临的问题 ， 并 提出了毹决方案。 l 研发数字式纯水液压溢流 阀所 面临 的 技术 问题 1 ． 1 。 1 数字 式纯 水液 压 阀本 身 的技术 问题 1 润滑与密封。 水 的黏度低带来 了泄漏和拉丝腐蚀。拉丝腐蚀是 高速水流和水中夹带 的微小颗粒流过阀芯与阀套或 阀 芯与阀座之间的微小缝隙后 ，在相关零件表面产生 的 收稿 日期 2 0 1 1 0 9 0 1 作者简介 颜凌 1 9 6 1 一 ， 男 ， 江西人 ， 副教授 ， 研 究方向 流体传 动与控 制工程。 6 8 冲蚀磨损 。为了减小泄漏量 ， 水压阀的阀芯和阀套之间 的间隙比油压的要求要小 ，但是过小的问隙势必要提 高阀芯和阀套的加工精度 ， 给加工带来 了困难。同时水 的润滑性差使得阀芯与阀套之间很难实现液体润滑 ， 还有可能出现干摩擦 ，黏滞滑移是 阀芯常见的运动学 现象。黏滞滑移不仅带来摩擦面的黏着磨损和对偶面 拉伤， 更为严重的是导致阀芯的卡阻以至阀失效。在保 证密封 的同时，如何利用水的有限润滑作用是数字式 纯水液压 阀研发面临的难题。 2 阀芯和阀套的材料选择。 水压阀类元件 中阀芯和阀套的材料选择除考虑气 蚀和腐蚀外 ，还要从摩擦学的角度出发考虑摩擦副对 偶件之间相互的减阻耐磨性等 。如果选用非金属材料 还需考虑材料的导热性 、 热膨胀性和吸水性。从 目前国 内外水压元件的摩擦副选材来看 ，比较成功的摩擦 副 配对有 塑料一金属 、 金属一陶瓷、 陶瓷一 陶瓷 、 以及金 属石墨材料和改性的聚四氟乙烯塑料等都具有 良好的 应用前景。对于动态性能要求不太高的普通开关式液 压 阀，在当前技术条件下塑料对金属是较为合适的选 择 。塑料摩擦件在很大的范围内正在逐渐取代金属摩 擦件。例如经过填充改性的聚四氟乙烯塑料得到了广 泛的应用 。经过填充改性的聚四氟乙烯 ， 不但保留了原 有 的 自润滑 、 耐腐蚀等特性外 ， 而且其机械强度低 、 耐 Hv d r a u l i c s P n e u ma t i c s S e a l s ／ No ． 1 2 ． 2 01 1 磨性差 、 导热性差 、 工件结构尺寸不稳定 、 抗蠕变 能力 差等缺点也得到了大大改善 ，使其在水液压传动中的 应用范围更广。 3 阀芯和阀口的结构设计 。 阀芯和阀 口的结构设计对于纯水液压传动是非常 重要的。阀芯和阀口处是气穴的发生根源 ， 因此需要对 其结构进行改进 ， 从而降低气蚀的发生率。常用的结构 有 多级节流和高压引流的组合结构 、 阀的下游腔室采 用特殊结构 、 阀芯头部采用特殊结构 、 阀芯锥角适 当地 比阀座的锥角大等来控制气穴的发生。 ， 4 气蚀与气蚀磨损。 由于水 的汽化压力高 。 节流 口处的流速也很高 ， 所 以在水压阀中很容易产生气蚀 。气蚀对材料表面的破 坏作用主要是气泡崩溃后产生 的压力波对零件表面产 生很强的冲击作用 ， 由于水 的密度大 ， 可压缩性小 ， 同 矿物油相比， 水在气泡破裂时产生的压力冲击更大 ． 破 坏力更强 ，这种冲击压力最 高时甚至可 以超过 1 MP a 。 气蚀 的破坏速度与材料的机械性能密切相关 。此外水 中氧气的含量 、 水的温度 、 液流速度 、 阀芯 的形状 、 阀 口 开度 、 出 口背压等对气蚀都有影响。阀 口开度越大时 ． 气蚀侵蚀越严重 。这可能是由于开度增大而使流量增 加的缘故， 而阀芯 比阀座所受的气蚀侵蚀更严重。 5 拉丝侵蚀和冲蚀。 由于水 的黏度低 ，在相 同的条件下阀 口的流速 比 油压阀高。高的流速流过节流 口时 ， 会对阀芯与阀座产 生严重 的冲刷作用 ，久而久之会在其上面形成一道道 沟痕 。而冲蚀则是水流 以一定 的速度角度冲向零件表 面所造成的。拉丝侵蚀最严重的地方是在 阀芯的中心 ， 因为此处流速最高。当阀 口开度越小 ，拉丝侵蚀越严 重 ， 而阀的开度越大 ， 则气蚀侵蚀越严重 。材料的硬度 对拉丝侵蚀有很大的影响 ．一般来说 ，材料的硬度越 高 。 抗拉丝侵蚀和冲蚀的能力就越强。高速水流造成的 拉丝侵蚀与流体的能量密度有关 ，亦 即和单位体积所 携带 的能量有关。 6 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 。腐蚀 表现为材料 由于环境作用引起的破坏或变质 ，材料的 损失或转移 ， 其解决措施有 I 根据材料 的 自然抗腐蚀能力 ， 正确地选择 与水 介质环境相容的金属或非金属材料 。工程陶瓷 、 复合材 料 、 碳纤维增强塑料 、 不锈钢等材料均具有优异的抗腐 蚀 性 能 。 2 合理进行结构设计。选择合理的结构形式和表 面状态 ， 以防止磨损腐蚀和电偶腐蚀发生。 3 选择适用的表面工艺或电化学 防护措施。如表 面喷涂 、 表面化学镀 、 表面堆焊等。 7 泄漏与效率。 由于水的黏度大约只有油的 1 ／ 3 0 ～ 1 ／ 4 0，因而在相 同过流面积和压差作用下 比油的泄漏量大 。导致系统 的容积效率下降 ， 而为了减小配合间隙， 势必要提高加 工精度 ， 这将使加工难度和加工成本提高。 8 水击 、 振动与噪声。 水 的压缩性小 、 刚性大 ， 压力冲击波在水中传递速 度快而衰减慢 ，当系统 中液流速度及方 向突变时会产 生压力 冲击 ， 并形成压力 冲击波在系统中快速传递 ， 同 时产生剧烈的振动和噪声 ， 即水击现象。水击会降低元 件和系统的性能 ， 导致元件误动作 ， 引起接 口松动 ， 促 使零件的磨损加快。甚至引起突然灾难性事故。 当气蚀和水击现象发生时 ， 会产生较大的噪声。国 际标准化组织 I S O 已经提出了噪声标准 ， 液压传动中 的噪声级规定一般不得超过 7 0 ～ 8 0 d B 。 因此解决数字式 纯水液压阀噪声的问题也是及其关键的。 1 ． 1 ． 2控制系统及其它方面的技术问题 1 步进电动机的影响 由于步进电动机惯性引起 滞后 ， 在启动 、 停止时会产生失步现象 ； 存在零位死 区； 步进电机步距角相等 ， 分辨率受限制。 2 控制程序 的影响 数字式纯水液压阀其静动态 特性与控制程序有着直接关 系。如脉宽调制式数字阀 有死区和饱和区问题存在 ，而 只要在程序编制时把死 区和饱 和区消除，则控制系统就不会出现死区和饱和 区现象 。在气蚀多发 区设置动态检测 口， 通过程序的设 置进行适 当补偿 ， 如对 阀口的开度进行调节 ， 或采用压 力补偿等措施。 3 机械转换器的主要作用是将 步进 电动机的转 动步距角转换为阀芯或弹簧的直线位移。正确选用机 械转换器对于确定步进电动机 的步距角 、改变电动机 轴上的负载情况和改善阻尼等非常重要。 4 其他方面的影响 ①线圈结构参数 匝数越少， 线径越粗 ， 开启时间就越短 但是匝数越少 、 线径越大， 流过线圈的电流值也越高 ，而过高的最大电流值会使 整个驱动模块的可靠性降低。 ②动铁芯结构参数 质量 越小 ， 吸合作用面积越大 ， 电磁 阀的响应速度就越快 ； 但是关闭时间会 随着动铁芯的电磁力作用 面积的增大 而延长。③ 阀芯行程 数字开关阀的开启时间随阀芯行 程 的增大而加长 ； 但行程越小 ， 阀流量就会相应减小。 69 液 压 气 动 与 密 封 ／ 2 0 l 1年 第 1 2期 脂肪酸脂做介质的液压系统 的酸洗及冲洗 刘 成 大连华锐股份有限公司液压装备厂， 辽宁大连1 1 6 0 3 5 摘要 详细分析在现场有限的条件 下进行液压 系统管路 的酸洗及冲洗新方法及其可行性 ， 针对液压 系统 的高清洁度 、 高压力的特点 和脂肪酸脂独有特性 ， 介绍循环管路设计及在线循环酸洗的施工方 案， 并介绍 了一些简单可行 的检验方法。 关键词 液压 系统 ； 循 环酸洗 ； 脱脂 ； 钝化 ； 中和 中图分类号 V 3 1 7 ．2 ， T HI 3 7 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 1 1 2 0 0 7 0 0 2 Ac i d P i c k l i n g a n d F l u s h i n g f o r F a t t y Ac i d e s t e r Hy d r a u l i c S y s t e m Wo r k s ，D a l i a n 1 1 6 0 3 5 ， C h i n a Ab s t r a c t An a l y z e t h e a c i d p i c k l i n g a n d fl u s h i n g p r o g r a m f o r h y d r a u l i c s y s t e m p i p e s u s e d i n l o c a l e ， i n t r o d u c e t h e c i r c l e p i p e d e s i g n a n d t h e p r o j e c t for a c i d p i c k l i n g o n s i t e ，a n d s o me s i m p l e t e s t m e t h o d ． Ke y W o r d s h y d r a u l i c s y s t e m ； a c i d c i r c u l a t i o n； d e g r e a s e； p a s s i v a t i o n； n e u t r a l i z a t i o n O 前 言 液压传动设备在各行各业得到广泛 的应用。液压 传动技术有其不可 比拟的优点 ， 但是有其不利的一面 ， 其 中抗污染能力低是突出的弱点。液压系统 8 5 ％的故 障都是 由于系统污染度未达到要求引起的。 收稿 日期 2 0 1 1 - 0 9 0 1 作者简介 刘成 1 9 8 0 一 ， 男， 大学本科 ， 焦炉装卸设备液压系统设计。 ④弹簧预紧力 回位弹簧预紧力越大， 阀的关闭速度越 快 ， 而阀的开启响应越慢 。 2 结语 综上所述 ，有关数字式纯水液压阀研究 的关键技 术 问题 的解决需要从合理选用材料 、 合理设计结构 、 采 用正确设计理论和方法 、运用先进的加工手段和制造 工艺 ， 以及科学的控制程序 ， 有效克服水压传动面临的 严重腐蚀 、 泄漏 、 摩擦磨损 、 气蚀 、 水击和控制精度等问 题 ， 才能研制出高性能的数字式纯水液压元件和系统。 参 考 文 献 [ 1 ] 朱碧海 ， 李壮云 ， 贺小峰 ， 等． 水液压 阀关键技术的研究[ J J ． 润 7 n 如果在系统 的安装过程中污染度不能达到较高的 技术要求 ， 往往造成液压系统故障频发 ， 而且后期处理 也很 困难。这样如何快速有效地完成液压系统的酸洗 及冲洗 ． 就成为一个首要的问题。 我公司为太钢焦化厂提供的 7 ． 6 3 m焦炉液压系统 所使用 的工作介质为脂肪酸脂 。该套设备是国内最大 的焦炉设备 ， 这样液压系统 的管道长度就会增加 ． 还是 首次使 用脂肪酸脂 做为焦炉液压系统 的工作介质 ， 系 滑与密封， 2 0 0 4 3 ． 袁锐波 ， 赵恩刚 ， 张 自华 ， 等． 数字式纯水液压 阀的研究『 J 】 ． 液 压与气动． 2 0 0 7 1 2 ． 刘银水 ， 黄艳 ， 贺小峰， 等． 水液 压阀 的研究 与发展[ J 】 ． 液压与 气动， 2 0 0 1 5 ． 罗骥 ， 等． 水 液压 内啮合齿 轮泵 的设计与制造『 J 1 ． 南京 南京理 工大学学报 ． 2 0 0 6 ． 张利平 ． 魏泽 鼎． 增量式 电液数字控 制阀开发 中的若 干问题 【 J 】 ． 工程机械， 2 0 0 3 5 ． 赵 晓燕 ， 张胜 昌， 许仰 曾 ， 等． 数字阀 的优化设计研究【 J J ． 机床 与液压，2 0 0 4 1 0 ． 杨 和梅 ． 陈云富． 水压锥 阀阀口气 穴数值模拟与 可视化研究 【 J 1 ． 科学技术与工程，2 0 1 0 1 0 ． 盯 p 删 血 H d L C ● K S U H n 二 D