先导式水压溢流阀的设计

　　0 引言

　　水压溢流阀是水液压系统在工程应用中不可缺少的一个关键元件。目前国外有关于直动式水压溢流阀产品或研究的报道[1~3],而对于先导式水压溢流阀的研究则较少。文献[4]对先导式水压溢流阀的动态性能进行了数字仿真,利用根轨迹法分析了系统的稳定性以及该阀的结构参数对系统稳定性的影响,其结构与油压溢流阀基本相同。当溢流阀工作压力高、流量大时,若采用直动式结构,则要求调压弹簧具有很大的弹簧力,不仅使调压性能变差,而且结构设计困难。因此,开展先导式水压溢流阀的研究对于水压系统的应用是十分必要的。

　　本文结合水介质的特性及典型先导式油压溢流阀的结构,分析了先导式水压溢流阀存在的关键技术难题。在此基础上设计了一种新型的先导式水压溢流阀,对这些关键技术难题提出了相应的解决措施。

　　1 先导式水压溢流阀的主要技术难题

　　图1是典型的二级同心先导式油压溢流阀结构原理图。当采用具有腐蚀性强、粘度低、汽化压力高等特点的水作介质时,将面临关键技术难题。

　　1.1 腐蚀和腐蚀磨损问题

　　由于水(特别是海水)有较强的腐蚀性,因此溢流阀所用材料应具有较强的耐腐蚀性能。对于图1中主阀口、先导阀口及主阀导向面处,腐蚀与磨损同时存在,两者相互促进,将使零件加速失效。显然,油压溢流阀的材料难以满足腐蚀及腐蚀磨损的要求。

　　1.2 气蚀问题

　　气蚀分为气体气蚀和汽化气蚀两种。由于液压油的汽化压力很低,同时空气在液压油中的溶解度较高,所以油压阀的气蚀主要表现为气体气蚀。相同条件下空气在水中的溶解度约为液压油的20%,而水的汽化压力(50e时12kPa)比液压油(50e时110mPa)高107倍,因此水压控制阀中起主导作用的是汽化气蚀。水压阀与油压阀气蚀本质的不同,决定了其危害性比油压阀的气蚀严重。

　　图1所示的结构中,当阀的工作压力较高时,主阀口和先导阀口将在较大的压差下工作,使阀口流速很高,极易发生汽化气蚀。

　　1.3 拉丝侵蚀和泄漏问题

　　由于水的粘度低(仅为液压油的1/50 ~1/40),因而在同样的压力差作用下,水的流速远高于液压油,高速流体将对配合面产生很强的冲刷作用,久而久之会在零件表面形成一条条丝状凹槽,这种现象称为拉丝侵蚀。当高速流体中携带污染颗粒时,其破坏作用大大加剧。水的粘度远低于液压油,也意味着在相同的缝隙和压力差条件下,水压阀的泄漏量远大于油压阀。

　　图1中的主阀口、先导阀口及主阀心导向面处都是易产生泄漏和拉丝侵蚀的部位。当采用水介质时,缝隙处的泄漏量增大,不仅加剧了拉丝侵蚀,而且使溢流阀的调压性能变差。