新型高压水压数字溢流阀的静动态特性分析与研究

　　0 引言

　　自20世纪70年代以来,工业污染所导致的全球性环境和生态恶化达到了前所未有的程度,环境和资源问题越来越成为制约一个国家经济和社会可持续发展的主要因素,迫使人们不得不开始重视这种现实。自20世纪90年代以来,世界各国为加强环境保护,确保人类的生存质量和经济的持续健康发展,纷纷制定和出台了一系列环保政策和法规,全球性的产业结构开始呈现绿色战略的趋势,/防止污染,节约资源0的可持续发展理念已经形成广泛的共识。

　　因此,对环境友好和具有良好生态效益的水压传动技术开始重新引起人们的关注。由于水是自然界中最为安全和环保的清洁能源,用其取代矿物油作为液压传动系统工作介质时,能够解决因矿物油的使用和排放所带来的环境污染和能源枯竭等问题,成为目前水压传动技术发展最直接的动力。

　　新型高压水压数字溢流阀作为液压系统中最为关键的阀类元件之一,其研究已受到广泛的关注。由于水介质存在粘度低、润滑性差、导电性强、汽化压力高、易腐蚀等缺点,从而使得新型高压水压数字溢流阀的研究与开发存在诸多技术难题。因此必须设计新的结构形式,选择新的工程材料,提高数字溢流阀的性能和寿命。

　　1 数字溢流阀的结构原理

　　该数字溢流阀的结构原理见图1。数字溢流阀的工作原理:单片机根据采集的数字传感器的压力数据,与调定的压力信号进行比较;当系统压力高于设定的压力时,单片机通过PID控制算法计算得出数字溢流阀的阀芯开度的大小,并发出控制信号驱动步进电机转动,步进电机的转角位移通过滚珠丝杆转换为阀芯的直线位移,从而阀芯打开一定开度,水通过数字溢流阀溢流,系统压力下降到设定压力状态。采用数字式传感器对系统压力进行反馈,从而实现了系统压力的闭环控制,使得系统的压力不存在着象直动式和一般先导式溢流阀一样存在的调压偏差。因此该数字溢流阀可以用于对系统压力要求比较严格的场合控制系统压力的稳定。

　　其中由于水的粘度比油的低,所以阀套与主阀体、先导阀芯与先导阀体之间之间都增加了O型密封圈;同时主阀和先导阀都采用锥阀结构形式;这使得运动部件之间的配合间隙较小,实现了阀的微小或零泄漏量。又由于水对一般金属材料具有腐蚀性,特别是海水,具有极强的化学及电化学腐蚀能力,会引起材料的腐蚀疲劳、应力腐蚀开裂、材料转移、材料老化等严重的问题,因此阀体、阀芯和阀座采用合金球墨铸铁和奥氏体不锈钢。

　　2 数字溢流阀的物理模型及基本方程

　　2.1 物理模型