纯水卸荷溢流阀的实验研究

　　0 前言

　　纯水液压技术以过滤后的自来水为工作介质实现动力传递,不含任何添加剂,具有来源广泛、环境友好、清洁安全的独特优势,是21世纪的新型绿色传动技术,也是国际上流体传动及控制领域最新的发展方向之一,在军用及民用工业部门有着广泛的应用前景[1]。

　　纯水卸荷溢流阀是纯水液压系统中最为关键的阀类元件之一,其研究已受到了广泛重视。由于水介质的腐蚀性强、粘度低、汽化压力高使得纯水液压溢流阀面临腐蚀、气蚀破坏以及高压下密封困难等诸多技术难题[3]。因此必须设计新的结构形式,选择新的工程材料,提高纯水卸荷溢流阀的性能和寿命。目前浙江大学流体传动及控制国家重点实验室研制了纯水卸荷溢流阀,该阀工作压力为14MPa,最大流量为120L/min。并对其进行实验研究,实验结果表明其性能基本能够达到同类油压卸荷溢流阀的性能。

　　1 纯水卸荷溢流阀结构原理

　　所研制的纯水卸荷溢流阀由两位两通电磁换向球阀和先导式纯水溢流阀组合而成。其中先导式纯水溢流阀中的主阀和先导阀均采用锥阀式结构,先导阀中设有阻尼活塞,主阀中采用两个孔径较大的液阻代替加工困难的细长节流孔,这些措施可用于提高先导式溢流阀的动态特性;所采用的电磁球阀由于其开口量比同规格的滑阀式电磁换向阀要小,且电磁球阀的换向频率也较高,这缩减了换向和复位时间,提高了反应速度。图1为自行研制的纯水卸荷溢流阀的实物照片。

　　为减小泄漏,先导式溢流阀中采用了带有衬套结构的锥阀和球阀形式,这可使得运动部件之间的配合公差较小,实现微小或零泄漏。在阀套和阀体之间采用密封件进行直接密封。为了减轻气蚀,先导式溢流阀中阀芯采用了多级节流和高压引流相结合的特殊结构形式。为防止纯水腐蚀,阀体一般采用奥氏体不锈钢,阀芯和阀座采用耐蚀合金材料。

　　2 纯水卸荷溢流阀试验研究

　　2.1 纯水卸荷溢流阀试验原理

　　纯水卸荷溢流阀试验系统原理图如图2所示,试验方法参考同类油压卸荷溢流阀试验的国家有关标准(GB8105-87),在实验室现有的纯水液压试验系统上进行了试验。

　　2.2 纯水卸荷溢流阀动态特性实验

　　首先开启换向阀6和11,调定溢流阀4压力为18MPa,调节节流阀5至最大开度。然后使换向阀11的电磁铁断电,调定被试阀的压力为试验压力。突然使电磁阀6电磁铁通电,由数据采集系统获得被试阀的压力阶跃响应曲线。

　　纯水卸荷溢流阀在试验压力为14MPa、泵的转速为1450r/min条件下进口压力对流量的阶跃响应曲线如图3所示。图3所对应的纯水卸荷溢流阀的动态响应参数如表1所示。由表1可以看出:在额定压力14MPa时,阀的压力上升时间$t1为01075s,压力超调量为14%远小于30%,说明阀的动态响应特性好。其主要原因是在先导式溢流阀中的先导阀中设置阻尼活塞,主阀中采用两个较大孔径的液阻代替加工困难的节流孔对抑制压力超调量有很好的作用,在阻尼较小的情况下阶跃响应稳态压力波动也很小。从被试阀的压力上升时间来看,该阀的响应快速性也很好,动态特性满足实际使用要求。另外影响纯水卸荷溢流阀动态特性的其它因素还有纯水换向阀6的响应时间、系统管道的刚度以及水介质中的含气量等。