膜片式先导水压溢流阀的研制

　　1 前言

　　水压溢流阀是水液压系统中最为重要的元件之一，水压溢流阀包括直动型水压溢流阀和先导型水压溢流阀两种。直动型水压溢流阀与先导型水压溢流阀相比具有结构简单，成本低，可靠性好等优点，但其调压精度差，压力可调范围小，启闭特性较差。目前研制的直动型水压溢流阀主要有丹佛斯的 VRH 系列[1]。先导型水压溢流阀调压精度较高，启闭特性较好，但结构复杂，成本相对较高。由于先导型水压溢流阀相比直动型水压溢流阀更具有优势，国内对先导型水压溢流阀进行了大量的研究，主要有华中科技大学和浙江大学在进行先导型水压溢流阀方面的研究工作[2，3]。

　　本文介绍一种新型先导水压溢流阀，并制作样机对其性能进行试验。

　　2 技术难点

　　在水液压系统中用水作为工作介质，由于水的粘度较低，润滑性较差，腐蚀性较强，气化压力较高，先导型水压溢流阀在研制过程中主要面临以下技术难点。

　　2. 1 泄漏问题

　　由于水的粘度比液压油低许多，在同等加工精度条件下的先导型水压溢流阀的泄漏量是先导型油压溢流阀的30 ～ 50 倍。泄漏量的大小对先导型溢流阀的调压精度有很大的影响，所以在先导型水压溢流阀的研制中要解决阀芯与阀套、阀座和阀体之间的泄漏问题。

　　为了解决先导型水压溢流阀的泄漏问题，目前主要是通过提高加工精度或在阀芯上加密封元件来解决。前者对加工要求很高，不容易实现且加工费昂贵，使其推广受到限制; 后者可以很好地解决泄漏问题，但加了密封元件后，增大了阀芯运动的阻力，降低了溢流阀的动态响应速度。

　　2. 2 磨损问题

　　由于水的润滑性较差，先导型水压溢流阀的阀芯与阀套、阀座和阀体之间可能会出现边界摩擦甚至干摩擦的情况，造成阀芯、阀套、阀座和阀体的严重磨损，甚至造成阀芯卡阻，元件功能失效。

　　为了解决先导型水压溢流阀的磨损问题，目前主要是在设计时选择合理的摩擦副材料，尽量采用一些润滑性和耐磨性好的材料，如工程陶瓷、PEEK、铝青铜等。采用合理的热处理工艺也能提高元件的耐磨损能力。

　　2. 3 腐蚀问题

　　由于水的腐蚀性较强且具有很强的导电性，所以先导型水压溢流阀的各部件很容易由于电化学腐蚀而生锈，最终导致元件功能失效。为了解决先导型水压溢流阀的腐蚀问题，目前主要是在材料的选择上采用一些耐腐蚀材料，如304、321、316L、17 -4、255、铝青铜、工程陶瓷、PEEK、尼龙、聚四氟乙烯和丁晴橡胶。

　　2. 4 气蚀问题

　　由于水的汽化压力是液压油的 106 倍，先导型水压溢流阀汽化气蚀很严重，所以在先导型水压溢流阀的研制中需要较好地解决气蚀问题。为了解决水的气蚀问题，通常是选用一些强度和硬度较高的材料以及在设计时采用特殊的结构来降低气蚀，增加元件寿命。