海、淡水液壓閥的研究

研制中最難的課題之一，有必要在此進行討論。

蝕（vaporouscavitation）兩種。由于液壓油的汽化壓力很低，很難產(chǎn)生蒸汽氣蝕，所以油壓閥的氣蝕主要表現(xiàn)為氣體氣蝕，其根源在于液壓油中溶解的空氣含量較高。而相同條件下空氣在水中的溶解度僅為液壓油的20%水的汽化壓力又比液壓油高數(shù)千萬倍，因此海、淡水液壓閥中氣體氣蝕的影響很小，起主導作用的是蒸汽氣蝕。水壓閥與油壓閥氣蝕本質(zhì)的不同，決定了其危害性比油壓閥的氣蝕嚴重。當閥出口處的壓力降至水的汽化壓力時，就會發(fā)生蒸汽氣蝕。為避免氣蝕的破壞，必須從液壓閥的材料和結(jié)構(gòu)兩方面同時考慮，即除了采用耐氣蝕性能好的材料外，還要研究新型的結(jié)構(gòu)，使氣蝕的產(chǎn)生及其危害降至最低。

對于液壓閥的氣蝕，可用氣蝕指數(shù)K表示。K越大，氣蝕產(chǎn)生的可能性及危害也越大。K的表達式為：海、淡水液壓傳動是直接以天然海水或淡水代替礦物油作工作介質(zhì)的一種傳動技術(shù)，是流體傳動及控制領域國際學科前沿的研究方向。由于它具有無污染、不燃燒、系統(tǒng)簡單、使用維護方便等獨特優(yōu)越性，其實用意義十分巨大。

海、淡水液壓閥是構(gòu)成海、淡水液壓系統(tǒng)不可缺少的控制元件。由于水的理化性能不同于液壓油，原有油壓閥對水介質(zhì)完全不能適應，必須重新研制。

1海、淡水液壓閥的關(guān)鍵技術(shù)問題與礦物油相比，水具有粘度低、汽化壓力高、腐蝕性強（尤其是海水）等特點，要研制海、淡水液壓閥必須解決下列關(guān)鍵技術(shù)問題：腐蝕問題。由于水（特別是海水）有較強的腐蝕性，同時海水又是一種強電解質(zhì)，因此材料本身不僅要有較強的耐腐蝕性能，而且不同材料組合使用時要有較好的防電耦腐蝕能力。當腐蝕與磨損同時存在時，它們相互促進，使零件很快發(fā)生失效。

P廣其中：仍一閥入口壓力；戶2―閥出口背壓；一水的蒸汽壓力。

因此，為減小氣蝕的發(fā)生及其危害，應盡量使K小。由上式可知，要減小K，只有降低入口壓力仍或提高背壓2.這種方法的實際應用就是把單節(jié)流閥口設計成兩級節(jié)流閥口的形式，則每級閥口的氣蝕指數(shù)分別為：氣蝕問題。水的汽化壓力（50°C時0.12X105Pa）比液壓油（50°C時。lXKT7Pa）高107倍，易發(fā)生嚴重的氣蝕。必須選用耐氣蝕的材料，并在結(jié)構(gòu)設計上降低氣蝕的產(chǎn)生或危害性。

拉絲沖蝕問題。由于水的粘度低（僅為液壓油的1/40~1/50），意味著在同樣的壓力差作用下，水的流速遠高于液壓油，高速流體將對配合面產(chǎn)生很強的沖刷作用，久而久之會在零件表面形成一條條絲狀凹槽，破壞工作表面。當高速流體中攜帶污染顆粒時，其破壞作用大大加劇。為減小沖蝕磨損，可設法降低流速或全用高硬度的耐沖蝕材料或采取過濾措施，以降低介質(zhì)的污染度。

其中，m3為兩節(jié)流閥口間的壓力。

對每個閥口而言，K1、K2分別因背壓提高和入口壓力降低而減小。較典型的例子是日本設計的兩級平板式節(jié)流閥口的形必須能很好地密封，因此對加工精度要求較高。特別是對加工工藝性差的材料如陶瓷和高分子材料，要達到很高的精度，十分困難，必須研究特殊的成型及加工方法。

2海、淡水液壓閥的氣蝕及預防3海、淡水液壓閥的國內(nèi)外研究概況日本神奈川大學研制的淡水溢流閥，壓力14MPa，主閥采用雙節(jié)流口的平板閥，從而減小氣蝕和沖蝕。三菱重工研制的水壓伺服閥壓力為21MPa，流量100L/min頻率47Hz1.日本小松制作所于1991年成功地研制出用于水下作業(yè)機械手的海水伺服閥，其額定壓力21MPa、流量45L/min，響應頻率200Hz，流量精度±1%.萱場液壓公司于1993年研制出壓力21MPa、流量10L/min的純水液壓閥。

丹麥Danfoss公司研制的系列液壓閥壓力美國Elw（xxd和Hunt公司已研制出可用水、高水基等作工作介質(zhì)的液壓閥系列產(chǎn)品，其溢流閥最高工作壓力可達42MPa以上。

英國目前有16家公司，分別生產(chǎn)采用海水、淡水或高水基液體（含95%的水）作為工作介質(zhì)的各類水壓閥。

芬蘭Tampere科技大學已成功地研制出采用比例控制的純水液壓系統(tǒng)，比例閥最高工作壓力達40MPa，流量136L/min德國Hauhinco公司研制的先導控制式水壓比例閥壓力可達40MPa以上14.以上是檢索到的部分資料。美國、日本、德國、英國、丹麥、芬蘭等國家在純水液壓傳動技術(shù)的研究方面走在世界最前列，海、淡水液壓閥已形成系列產(chǎn)p品，其壓力已達14~40MPa以上，流量范圍從幾升/分到幾百升/分，并研制出高性能的比例閥和伺服閥。

目前國內(nèi)只有我校在從事海、淡水液壓傳動及其基礎理論的研究工作，在海、淡水液壓閥的研究方面已取得一些成果：淡水溢流閥和節(jié)流閥。

為研制高壓、大流量海、淡水液壓閥，正在進行不同類型閥口的流量一壓力特性、氣蝕特性等方面的基礎研究工作。

4閥的結(jié)構(gòu)型式及新材料的應用由于水的理化性能與礦物油差別很大，必須針對水介質(zhì)的特性選擇合理的結(jié)構(gòu)型式及材料。

從純水液壓閥的結(jié)構(gòu)看，座閥（包括球閥、錐閥、平板閥等）比滑閥對水介質(zhì)的適應性好，這是由于座閥泄漏小、動作可靠、結(jié)構(gòu)簡單、易于用工程陶瓷材料制造，而滑閥易泄漏、液動力大，氣蝕和沖蝕對滑閥尖銳邊的破壞很嚴重，為實現(xiàn)高壓、低泄漏、長壽命，滑閥副之間的間隙要求很小，給加工帶來很大困滑閥結(jié)構(gòu)對水介質(zhì)的適應性較差，但要實現(xiàn)執(zhí)行元件的換向以及比例控制或伺服控制，這種結(jié)構(gòu)型式又很難避免。

由于海水或淡水均有腐蝕性，油壓閥的材料對水介質(zhì)完全不適應。例如油壓溢流閥使用淡水，在工作2~3天后就會產(chǎn)生嚴重的銹蝕并失效。因此必須采用新型工程材料。海、淡水液壓閥的閥體一般采用奧氏體不銹鋼或鍛鋁表面進行陽極氧化處理（根據(jù)實際需要采用軟質(zhì)或硬質(zhì)陽極氧化）就能有效地防止海水或淡水的腐蝕。閥芯與閥座可采用耐蝕合金、增強塑料和工程陶瓷等材料。在金屬表面進行特殊處理的方法，如噴涂陶瓷、表面鍍鎳磷合金等，由于涂層與金屬基體間的結(jié)合力有限，經(jīng)試驗證明易受到?jīng)_蝕作用的破壞，其應用受到很大限制。由于工程陶瓷具有很高的硬度、很強的耐腐蝕、氣蝕和沖蝕磨損性能，可用于閥芯或閥座材料。耐蝕合金耐氣蝕和沖蝕磨損的能力較差，但由于氣蝕對閥座破壞性小于閥芯，通常只用于閥座，可使工藝性較差的閥座易得到較高的加工精度，并降低成本。增強塑料良好的耐腐蝕、耐磨性以及可吸收沖擊的能力，使其具有很大的應用潛力。

海、淡水液壓閥的眾多關(guān)鍵技術(shù)問題使其研制有很大難度。因此必須綜合利用液壓傳動、摩擦學、材料學、精密加工、測量技術(shù)等多門學科的最新研究成果，并在廣泛試驗研究的基礎上不斷完善和發(fā)展。