纯水液压阀气蚀试验系统研制

　　0　前言

　　纯水液压技术直接以过滤后的自然水为压力工作介质,不含任何添加剂,具有介质来源广泛、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,也是国际流体传动及控制领域的一个创新研究方向。纯水液压技术的应用展现出的技术优势有利于可持续性发展,实施绿色制造,特别是应用在有卫生、环保和消防要求的产业部门和技术领域。美国、日本、英国、芬兰、德国和丹麦对纯水液压元件及系统的研究和产品开发都投入了大量的精力,也取得了令人瞩目的应用成果。我国华中科技大学和浙江大学也对纯水液压技术开展了积极的研究。

　　气蚀现象一直是液压阀中经常发生的一个严重问题,随着液压系统向高速,高压及微型化发展,特别是纯水液压方向的迅速发展,气蚀问题显得更为突出。水的气化压力是油液的千万倍,且水中的溶解气体的提前析出又会诱发水在高于其气化压力时产生气穴现象,从而导致气蚀破坏。相对于油压元件而言,纯水液气穴特性与对材料的侵蚀程度产生了显著差异。因此设计纯水液压阀气蚀试验系统研究纯水液压阀的气蚀特性,分析气蚀的产生条件,确定流速、压力对纯水液压阀产生气蚀破坏的影响规律,提出以降低气蚀噪声和振动为目标的纯水液压元件结构优化设计理论与气蚀抑制方法,对于纯水液压阀的设计具有实际的指导作用。

　　1　国内外液压元件气蚀现象的研究状况

　　针对油压元件和系统的气蚀破坏,经过国内外研究学者不懈努力,已经从研究气穴的外部特性逐渐深入到了流场诱发气穴的微观机理认识。C Samuel Mar-tin[9]等研究了滑阀进出口压力对阀口气蚀现象的影响规律,装置原理图如图1所示。图中压电式压力传感器用于测量阀腔内压力pc和上下游压力p1、p2,线性位移传感器LVDT用于测量滑阀阀芯开口位移X,传感器采集的信号送入计算机进行分析。

　　Tsukiji[10]从提升阀内流场分布,研究了阀芯运动对气穴特性的影响,并研制出了低噪声提升阀;浙江大学流体传动及控制国家重点实验室从流场数值模拟和实验可视化角度研究了锥阀与球阀阀口的气穴流动,以及溢流阀中的气穴噪声[3~5]。其中高红等[3,5]研究锥阀与球阀阀口的气穴流动,实验装置如图2所示,阀体和阀芯的振动分别通过涡流式位移传感器和激光位移传感器来检测,进出口压力波动由压力传感器测量,被测信号通过数字应变仪传送给计算机进行处理,并通过高倍高速摄像机拍摄阀口附近的气穴流动状态。

　　在水压元件中的气蚀破坏方面,Berger J.的“使用HFA液压装置的气蚀破坏及其预防措施”研究[11]是第一篇针对水介质液压元件的系统基础性研究论文,其中某些重要结果一直被后来者引用,例如华中科技大学张铁华[2](2001)等人讨论了二级纯水液压节流阀结构;Paoluzzi·R[12](1999)从分析纯水液压溢流阀内部流场出发,试验研究了气穴与性能之间的关系,提出了可以用CFD方法为纯水液压元件的结构改进提供依据;浙江大学流体传动及控制国家重点实验室也初步研究了纯水液压泵气穴初生特性和纯水液压锥阀的气穴流动特性[6,7]。