水壓控制閥的關(guān)鍵技術(shù)難題

  隨著一些生產(chǎn)領(lǐng)域?qū)Π踩a(chǎn)、環(huán)境保護(hù)、無(wú)污染等要求越來(lái)越高，以天然淡水或海水(不含任何客加劑)為工作介質(zhì)的水液壓傳動(dòng)技術(shù)重新引起人們的關(guān)注，并成為本學(xué)科領(lǐng)域十分重要的發(fā)展方向。水壓控制閥是構(gòu)成水液壓系統(tǒng)不可缺少的控制元件。與礦物油相比，水具有粘度低、汽化壓力高、腐蝕性強(qiáng)等特點(diǎn)、水壓控制閥的研究將面臨下列關(guān)鍵技術(shù)難題∶

  1. 腐蝕問(wèn)題

  由于水(特別是海水)有較強(qiáng)的腐蝕性，同時(shí)海水又是一種強(qiáng)電解質(zhì)，因此材料本身不僅要有較強(qiáng)的耐腐蝕性能，而且不同材料組合使用時(shí)要有較好的防電偶腐蝕能力。當(dāng)腐蝕與磨損同時(shí)存在時(shí)，它們相互促進(jìn)，使零件加速失效。

  2. 氣蝕問(wèn)題

  氣蝕分為氣體氣蝕和汽化氣蝕兩種。由于液壓油的汽化壓力很低，同時(shí)空氣在液壓油中的溶解度較高，所以油壓閥的氣蝕主要表現(xiàn)為氣體氣蝕。相同條件下空氣在水中的溶解度約為在液壓油中的20%，而水的汽化壓力(50℃時(shí)為0.012MPa)比液壓油(50℃時(shí)為1.0×10～3MPa)高10°倍，因此，水壓控制閥中起主導(dǎo)作用的是汽化氣蝕。水壓閥與油壓閥氣蝕本質(zhì)的不同決定了其危害性比油壓閥的氣蝕嚴(yán)重。當(dāng)閥出口處的壓力降至水的汽化壓力時(shí)，就會(huì)發(fā)生汽化氣蝕。為避免氣蝕的破壞，必須從液壓閥的材料和結(jié)構(gòu)兩方面同時(shí)考慮，即除了采用耐氣蝕性能好的材料及其表面處理工藝外，還要研究新型的結(jié)構(gòu)，避免氣蝕的發(fā)生及減小其危害。

  3.拉絲侵蝕與泄漏問(wèn)題

  由于水的粘度低(僅為液壓油的1/50~1/40)，因而在同樣的壓力差作用下，水的流速遠(yuǎn)高于液壓油，高速流體將對(duì)配合面產(chǎn)生很強(qiáng)的沖刷作用，久而久之會(huì)在零件表面形成一條條絲狀凹槽，破壞工作表面。當(dāng)高速流體中攜帶污染顆粒時(shí)，其破壞作用大大加劇。材料的硬度對(duì)拉絲侵蝕有很大影響，一般來(lái)說(shuō)，材料的硬度越高，抗拉絲侵蝕的能力越強(qiáng)。

  水的粘度遠(yuǎn)低于液壓油，也意味著水介質(zhì)在縫隙中更容易發(fā)生泄漏。較大的泄漏量不僅降低系統(tǒng)的容積效率，所消耗的功率損失會(huì)使介質(zhì)溫度升高以及對(duì)密封面產(chǎn)生流體侵蝕，還會(huì)引起水壓閥控制性能的降低。因此，密封結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和間隙的合理控制也是水壓閥設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮的問(wèn)題。

  4.壓力沖擊、振動(dòng)和噪聲

  水的密度比油大10%，彈性模量比油大50%，使得水的壓力沖擊比礦物油大，易產(chǎn)生水錘現(xiàn)象。加上水的粘度低，粘性阻尼小以及氣蝕的作用，使得水壓控制閥(尤其是高壓、大流量水壓閥)中振動(dòng)、噪聲問(wèn)題十分突出，必須在結(jié)構(gòu)上進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，使流體在流場(chǎng)中形成合適的壓力和流速變化規(guī)律，以減小壓力沖擊，并增加閥芯的運(yùn)動(dòng)阻尼，使水壓閥有良好的工作穩(wěn)定性。

  5. 設(shè)計(jì)理論和設(shè)計(jì)方法

  由于水介質(zhì)的理化特性與礦物油有很大差別，因而水壓控制閥節(jié)流口處的流量系數(shù)、流量-壓力特性、氣蝕特性等與油壓閥完全不同。因此，必須在大量的理論分析和試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，建立適合水介質(zhì)特點(diǎn)的設(shè)計(jì)理論和方法，以指導(dǎo)水壓控制閥的設(shè)計(jì)。

  6. 水介質(zhì)的污染控制問(wèn)題

  這里的污染控制包含兩層含義，一是對(duì)水介質(zhì)中細(xì)菌和微生物含量的控制，二是對(duì)固體污染物的控制，水介質(zhì)中細(xì)菌和微生物含量過(guò)高，則可能會(huì)因?yàn)橥庑孤┒廴经h(huán)境或產(chǎn)品(如食品、藥品等)另外，細(xì)菌和微生物附著在元件表面形成一層生物膜，會(huì)加劇腐蝕。固體污染物的侵入會(huì)使水壓閥內(nèi)的阻尼孔、閥口等發(fā)生堵塞，閥芯運(yùn)動(dòng)受阻，同時(shí)會(huì)加劇配合面、密封面的磨損。固體污染物主要來(lái)源于外部環(huán)境的侵人以及水壓系統(tǒng)中元件、管路等發(fā)生磨損、銹蝕的產(chǎn)物。污染物的含量過(guò)高會(huì)影響水壓元件和系統(tǒng)的壽命及工作可靠性。