直动式海水液压溢流阀的设计与仿真

　　目前在淡水液压溢流阀方面,丹麦Danfoss公司、德国Hauhinco公司、日本Kayaba公司、芬兰HYTAR OY公司等均有产品供应市场[1].国内华中科技大学、浙江大学等也研制出了水压溢流阀[].在海水液压溢流阀方面,国内还没有成熟的产品供应市场.与先 导式溢流阀相比,直动式溢流阀结构简单、工作稳定可靠、密封控制容易、泄漏量小,这些特点使得其在以海水为工作介质时具有突出的优势[3,4].本文对直 动式海水液压溢流阀应于海水液压中所面临的关键技术问题进行了简要分析,设计了一种直动式海水液压溢流阀,对该阀的动态性能进行了仿真分析,优化后的阀在 海水液压水下作业工具系统中取得了成功的应用.

　　1　关键技术

　　与油压传动相比,以海水作为工作介质的海水液压传动具有价格低廉、资源丰富、阻燃性好、安全性高、压缩系数小、泄漏时不会产生污染等优点,但海水的强腐蚀 性、低粘度和高汽化压力等也给海水液压元件的研制带来了一系列的挑战,就海水液压直动式溢流阀而言,其关键技术问题主要有以下几个方面.

　　a.强腐蚀性.海水是一种腐蚀性非常强的介质,会引起化学腐蚀和腐蚀磨损,使材料强度降低,这给海水液压溢流阀零件的材料选配提出了很高的要求[5,6].

　　b.气蚀与拉丝.海水的汽化压力高,加之溢流阀口压差大,水流速度高,水压阀很容易产生气蚀.另外,高速水流流过节流口时,会对阀芯与阀座产生严重的冲刷作用,长期冲刷会在其上面造成一道道沟痕,即形成拉丝侵蚀[7].

　　c.调压精度.由于调节压力与弹簧刚度、开口大小有关,而弹簧刚度一般设计得较大,因此阀的调压精度对阀口开度的变化比较敏感,亦即阀的调整压力受阀的开度变化影响较大,需要从结构上采取措施提高其调压精度.

　　d.振动与冲击.液压系统一般都是欠阻尼的,而海水的密度比油大,压缩性和粘度比油小,因此其振动和冲击问题更突出,除了从系统的角度来减小之外,还需要从元件的结构设计等方面采取措施.

　　2　结构设计

　　针对上述关键技术问题,设计了一种如图1所示的适用于海水介质的直动式溢流阀,其额定压力为14 MPa,额定流量为25 L/min.该阀在结构上具有以下特点.

　　a.采用平板阀口形式.在相同通径、开度和阀口压差条件下,平板阀的通流能力大于锥阀,即在相同阀口压差条件下通过相同流量时,平板阀开度比锥阀小,从而提高了阀的调压精度.

　　b.增设阻尼器减小阀的冲击振动.图1中阻尼杆和阻尼套之间形成阻尼腔,通过调节阻尼杆和阻尼套的配合间隙和配合长度调整阻尼的大小.为了便于加工制造和装配,阻尼杆在中部截断,分为前端和后端2部分.