雷黎明

(長江大學(xué) 434020)

純水壓控制閥的關(guān)鍵性技術(shù)研究

雷黎明

(長江大學(xué) 434020)

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展與進(jìn)步，水壓傳動(dòng)技術(shù)得到了廣闊的發(fā)展空間。純水壓控制閥作為控制系統(tǒng)與水壓動(dòng)力傳動(dòng)的重要部件，其性能的優(yōu)劣對水壓系統(tǒng)作用的充分發(fā)揮具有直接影響。但是目前純水壓控制閥還存在一些關(guān)鍵性技術(shù)問題，如氣蝕、泄漏和磨損等方面，不利于純水壓系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，因此需要積極研制新型的結(jié)構(gòu)與工藝，對材料進(jìn)行合理選擇，從而保證純水壓控制閥的正常工作。本文就對純水壓控制閥的關(guān)鍵性技術(shù)進(jìn)行深入分析和探討。

純水壓控制閥；關(guān)鍵性技術(shù)；研究

水壓傳動(dòng)技術(shù)作為一種綠色技術(shù)，其具有環(huán)境友好、低碳節(jié)能、價(jià)廉和來源廣等優(yōu)勢，被廣泛應(yīng)用在醫(yī)療衛(wèi)生、工程機(jī)械、礦山、食品加工和鋼鐵等領(lǐng)域。純水壓控制閥作為水壓傳動(dòng)的重要零件，在實(shí)際應(yīng)用過程中需要對其理化性質(zhì)加以考慮，并對其氣蝕特性和磨損摩擦機(jī)理進(jìn)行重點(diǎn)關(guān)注，有效運(yùn)用高分子復(fù)合材料與工程陶瓷等，保證其工作的效用。

一、我國純水壓控制閥的發(fā)展情況

由于我國在純水壓控制系統(tǒng)與動(dòng)力傳動(dòng)技術(shù)等方面的研制較晚，缺乏相應(yīng)的科研力量和設(shè)施，導(dǎo)致純水壓控制閥的關(guān)鍵性技術(shù)仍然處于初步研究階段。自1990年以來，國家投入大量資金來資助華中科技大學(xué)研究海淡水壓傳動(dòng)技術(shù)，并取得一定成效[1]。我國在純水壓系統(tǒng)與元件等方面取得成果如下：在1997年自主加工設(shè)計(jì)出完整的純水壓實(shí)驗(yàn)臺，并研發(fā)出純水壓節(jié)流閥和溢流閥，兩者流量分別為10L/Mmin與100L/Mmin，壓力為14MPa和7MPa；2000年研制出先導(dǎo)式溢流閥，其流量達(dá)40L/Mmin，額定壓力達(dá)14MPa；2002年研制出純水介質(zhì)水壓加載設(shè)備。此外，華中科技大學(xué)在研制與設(shè)計(jì)純水壓溢流閥的過程中，主要采用“油氣彈簧”的方法，有效促進(jìn)了水壓閥的動(dòng)態(tài)性能與穩(wěn)定性能；浙江大學(xué)研制出不同規(guī)格的壓力控制閥、純水壓流量和方向等系列。

二、純水壓控制閥的關(guān)鍵性技術(shù)

對于純水壓控制閥的關(guān)鍵性技術(shù)而言，其主要可以從以下三個(gè)方面加以分析：一是氣蝕侵蝕方面；二是潤滑與密封方面；三是材料抗磨損性與防腐蝕方面。

（一）氣蝕侵蝕

氣蝕侵蝕是純水壓控制閥的關(guān)鍵技術(shù)性難題，一旦出現(xiàn)氣蝕現(xiàn)象，破碎氣泡中心會(huì)產(chǎn)生高達(dá)2×108Pa的壓力，嚴(yán)重降低水壓系統(tǒng)的性能，導(dǎo)致管道通流能力減小，破壞流體的連續(xù)性，縮短水壓閥的使用期限[2]。要想對氣蝕的產(chǎn)生進(jìn)行有效抑制，可選擇具有較強(qiáng)抗氣蝕性能的材料，對氣蝕產(chǎn)生的主要參數(shù)加以優(yōu)化，并積極引入干擾流體束，從而破壞氣蝕主流束，有效避免臨界壓力差。

目前我國多采用新型高分子材料與新型結(jié)構(gòu)來解決氣蝕問題。首先在新型工程材料方面。新型高分子材料主要分為工程塑料、抗腐蝕合金與工程陶瓷等，其應(yīng)用能夠有效解決純水壓控制閥的腐蝕、氣蝕與磨損等問題。如工程塑料具有較強(qiáng)的吸振性能、自潤滑性能、耐腐蝕性和吸水能力，但是其熱穩(wěn)定性差；工程陶瓷具有耐磨損、耐腐蝕與耐高溫等優(yōu)勢，但是其具有較差的耐沖擊性與較大的脆性，因此在實(shí)際運(yùn)用中應(yīng)對其優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行綜合考慮，并有效增加工程陶瓷的韌性，使其能夠滿足工程的相關(guān)要求。

其次在新型結(jié)構(gòu)形式應(yīng)用方面。在對閥口新型結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，主要遵循分離、高壓與多級等原則，將閥芯加工成不同形狀的結(jié)構(gòu)，使閥芯受侵蝕部分與氣蝕發(fā)生部分相互分散，并運(yùn)用引流方式來促進(jìn)閥出口處壓力的提高，避免臨界壓差；同時(shí)多梯級節(jié)流口設(shè)計(jì)在節(jié)流部門，對其兩端壓力加以分擔(dān)，促使閥口免受氣蝕破壞。

（二）潤滑與密封

首先在潤滑與摩擦方面。純水介質(zhì)水具有較低的黏度，會(huì)減小液膜的厚度，當(dāng)泄漏、壓降和溫差等條件處于理想狀況時(shí)，液壓油的潤滑膜厚度（0.5～2.5μm）是純水的100倍，這樣會(huì)加大純水壓控制閥的磨損。因此必須要科學(xué)選擇新型材料，確保材料具有良好的自潤滑性能和耐磨性能，不斷提升零件加工質(zhì)量，加強(qiáng)控制純水介質(zhì)污染的力度，從而減少磨損。

其次在密封與泄漏方面。由于水具有較低的黏度，極易出現(xiàn)泄漏損失，如果壓降和通流截面相同，油壓控制閥與純水控制閥在規(guī)格相同的情況下具有數(shù)十倍泄漏量的差距[3]。一般泄漏對水壓元件的使用期限，工作效率以及性能等產(chǎn)生較大影響，如加大閥的加工制造難度；在流速高且壓差大的情況下，縫隙泄漏會(huì)導(dǎo)致拉絲侵蝕現(xiàn)象發(fā)生；當(dāng)系統(tǒng)容積效率降低時(shí)，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)總效率降低。目前，在設(shè)計(jì)純水壓控制閥的過程中，多選用襯套結(jié)構(gòu)的球閥、錐閥，盡量保證零泄漏。

（三）材料抗磨損性與防腐蝕

純水中含有一些氧化性雜質(zhì)，如溶氧量、膠狀物、溶解鹽和懸浮顆粒等，導(dǎo)致純水具有較高的電導(dǎo)率，易于金屬零件發(fā)生電化學(xué)、化學(xué)和物理等反應(yīng)，對油壓控制閥加以銹蝕與腐蝕，影響零件結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與質(zhì)量。因此在選擇材料的過程中，應(yīng)保證水壓元件的抗蝕性能和相容性能良好，從而研制高性能的水壓閥[4]。一般水壓元件應(yīng)具備以下條件：良好的加工工藝性、抗腐蝕性能、抗沖蝕磨損性能、自潤滑性能、機(jī)械性能、抗震動(dòng)與水擊性能，具有較低的吸水率、較小的膨脹系數(shù)以及較高的熱穩(wěn)定性，符合環(huán)境友好與經(jīng)濟(jì)適用原則?？傮w來說，在選擇純水壓控制閥及其相關(guān)零件時(shí)，可選用增強(qiáng)塑料、工程陶瓷、耐蝕合金與不銹鋼等，有效避免水介質(zhì)的腐蝕。

結(jié)束語：

純水壓控制閥作為水壓控制系統(tǒng)與傳動(dòng)系統(tǒng)中的重要組成部分，其性能的優(yōu)劣將會(huì)對水壓系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)及其整體性能產(chǎn)生較大的影響。目前在應(yīng)用純水壓控制閥的過程中，其還存在一些技術(shù)性問題，如氣蝕侵蝕、摩擦磨損和泄漏等問題，影響應(yīng)用效果。因此在設(shè)計(jì)純水壓控制閥時(shí)，應(yīng)有效融入節(jié)能減排、低碳環(huán)保等新理念，并積極引進(jìn)先進(jìn)的研發(fā)經(jīng)驗(yàn)和方法，對優(yōu)勢力量加以集中，設(shè)計(jì)出綠色高效的產(chǎn)品，促進(jìn)社會(huì)的進(jìn)步與發(fā)展。

[1]顏凌云,武鵬飛,包宗賢,趙恩剛. 淺談研發(fā)數(shù)字式純水液壓溢流閥面臨的技術(shù)問題及對策[J]. 液壓氣動(dòng)與密封,2011,12:68-70.

[2]田勇,辛培防. 純水壓控制閥的發(fā)展與關(guān)鍵技術(shù)研究綜述[J]. 液壓氣動(dòng)與密封,2014,11:1-5.

[3]林奎. 簡述水液壓技術(shù)近年來研究現(xiàn)狀[J]. 科技展望,2015,01:96+98.

[4]劉磊,趙繼云,張德生,丁海港. 純水低壓大流量先導(dǎo)式電磁控制閥組試驗(yàn)研究[J]. 液壓與氣動(dòng),2013,03:55-58.

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