純水卸荷溢流閥的實(shí)驗(yàn)研究

1、58機(jī)床與液壓20051No19純水卸荷溢流閥的實(shí)驗(yàn)研究弓永軍,謝偉,周華,楊華勇3(浙江大學(xué)流體傳動(dòng)及控制國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,杭州310027)摘要:介紹了自行研制的純水卸荷溢流閥的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工作原理,并對(duì)其進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究,測(cè)試了其靜動(dòng)態(tài)性能,分析了影響純水卸荷溢流閥動(dòng)態(tài)特性的因素。試驗(yàn)研究結(jié)果表明該閥在額定壓力下,其靜動(dòng)態(tài)性能可滿足使用要求。關(guān)鍵詞:純水溢流閥;卸荷;靜動(dòng)態(tài)特性中圖分類(lèi)號(hào):TH137152文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1001-3881(2005)9-058-2ExperimentalStudyontheWaterHydraulicUnloadingReliefValveGONGYo

2、ng2jun,XIEWei,ZHOUHua,YANGHua2yong(TheStateKeyLaboratoryofFluidPowerandControl,ZhejiangUniversity,Hangzhou310027,China)Abstract:Awaterhydraulicunloadingreliefvalvewasdeveloped,itsoperationalprincipleandstructurewereintroduced,anditsdynamicandstaticperformancesweretested1Thefactorsaffectedtheperforma

3、nceofthevalvewereanalyzed1Theresultsshowthatthevalvecansatisfytherequirementsofindustrywithratedpressureof1410MPa1Keywords:Waterhydraulicreliefvalve;Unloading;Staticanddynamiccharacteristics0前言純水液壓技術(shù)以過(guò)濾后的自來(lái)水為工作介質(zhì)實(shí)現(xiàn)動(dòng)力傳遞,不含任何添加劑,具有來(lái)源廣泛、環(huán)境友好、清潔安全的獨(dú)特優(yōu)勢(shì),是21世紀(jì)的新型綠色傳動(dòng)技術(shù),方向之一,1景。類(lèi)元件之一,。由于水介質(zhì)的腐蝕性強(qiáng)、粘度低、汽化壓力高使

4、得純水液壓溢流閥面臨腐蝕、氣蝕破壞以及高壓下密封困難等諸多技3術(shù)難題。因此必須設(shè)計(jì)新的結(jié)構(gòu)形式,選擇新的工程材料,提高純水卸荷溢流閥的性能和壽命。目前浙江大學(xué)流體傳動(dòng)及控制國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研制了純水卸荷溢流閥,該閥工作壓力為14MPa,最大流量為120L/min。并對(duì)其進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明其性能基本能夠達(dá)到同類(lèi)油壓卸荷溢流閥的性能。1純水卸荷溢流閥結(jié)構(gòu)原理所研制的純水卸荷溢流閥由兩位兩通電磁換向球閥和先導(dǎo)式純水溢流閥組合而成。其中先導(dǎo)式純水溢流閥中的主閥和先導(dǎo)閥均采用錐閥式結(jié)構(gòu),先導(dǎo)閥中設(shè)有阻尼活塞,主閥中采用兩個(gè)孔徑較大的液阻代替加工困難的細(xì)長(zhǎng)節(jié)流孔,這些措施可用于提高先導(dǎo)式溢流閥的動(dòng)態(tài)

5、特性;所采用的電磁球閥由于其開(kāi)口量比同規(guī)格的滑閥式電磁換向閥要小,且電磁球閥的換向頻率也較高,這縮減了換圖1純水卸荷溢流閥向和復(fù)位時(shí)間,提高了反應(yīng)速度。圖1。,。為了減輕氣蝕,先導(dǎo)式溢流構(gòu)形式。為防止純水腐蝕,閥體一般采用奧氏體不銹鋼,閥芯和閥座采用耐蝕合金材料。2純水卸荷溢流閥試驗(yàn)研究211純水卸荷溢流閥試驗(yàn)原理純水卸荷溢流閥試驗(yàn)系統(tǒng)原理圖如圖2所示,試驗(yàn)方法參考同類(lèi)油壓卸荷溢流閥試驗(yàn)的國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)(GB8105-87),在實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的純水液壓試驗(yàn)系統(tǒng)上進(jìn)行了試驗(yàn)。11純水液壓泵21變頻電機(jī)31變頻器41純水溢流閥51純水節(jié)流閥61純水換向閥71過(guò)濾器81溫度計(jì)91壓力表101被試閥111純

6、水換向閥121流量計(jì)圖2純水液壓卸荷溢流閥試驗(yàn)原理圖212純水卸荷溢流閥動(dòng)態(tài)特性實(shí)驗(yàn)首先開(kāi)啟換向閥6和11,調(diào)定溢流閥4壓力為18MPa,調(diào)節(jié)節(jié)流閥5至最大開(kāi)度。然后使換向閥11的電磁鐵斷電,調(diào)定被試閥的壓力為試驗(yàn)壓力。突然3基金項(xiàng)目:國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(NO150005019);國(guó)家“十五”科技攻關(guān)計(jì)劃資助項(xiàng)目(2002BA208B04機(jī)床與液壓20051No1959題,受液流力的影響也較小,加上采取了液壓平衡措施,使電磁球閥換向和復(fù)位所需的力很小。213純水卸荷溢流閥穩(wěn)態(tài)壓力-流量特性實(shí)驗(yàn)調(diào)定溢流閥4壓力為18MPa,開(kāi)啟電磁換向閥6,調(diào)節(jié)被試溢流閥壓力分別為8MPa、10MPa、1

7、2MPa、14MPa,然后使閥6的電磁鐵斷電,調(diào)節(jié)節(jié)流閥5緩慢關(guān)閉,測(cè)試通過(guò)被試閥的流量分別為10L/min、20L/min、30L/min、40L/min、50L/min、60L/min、70L/min、80L/min、90L/min時(shí)被試溢流閥的入口壓力,得出溢流閥逐漸開(kāi)啟時(shí)的壓力-流量曲線。流量由流量計(jì)12讀出,壓力由壓力傳感器的二次顯示儀表讀出。純水卸荷溢流閥的穩(wěn)態(tài)壓力-流量特性試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。由圖5可以看出:流純水卸荷溢流閥壓圖5力-流量特性曲線控壓力升高的特點(diǎn)。在不同等級(jí)的調(diào)定壓力下,閥的定壓精度隨壓力的升高而降低。在額定壓力14MPa時(shí),閥的定壓精度大于88%,說(shuō)明閥的靜態(tài)性

8、能優(yōu)良。214純水卸荷溢流閥壽命實(shí)驗(yàn)使被試閥進(jìn)口壓力為公稱(chēng)壓力14MPa,出口壓力為規(guī)定背壓,并使得通過(guò)被試閥的流量為試驗(yàn)流量120L/min,連續(xù)通斷達(dá)萬(wàn)次后,檢查被試閥主要零件,無(wú)損壞和異常磨損圖6純水卸荷溢流現(xiàn)象,說(shuō)明所研制的純水閥壽命曲線卸荷溢流閥可基本達(dá)到了現(xiàn)有同類(lèi)油壓卸荷溢流閥的水平。圖6為純水卸荷溢流閥萬(wàn)次壽命試驗(yàn)中10s內(nèi)連續(xù)通斷的響應(yīng)曲線,閥的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性基本一致,且閥動(dòng)作靈敏可靠。3結(jié)論(1)該純水卸荷溢流閥試驗(yàn)曲線重復(fù)精度好,整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中,純水液壓卸荷溢流閥工作穩(wěn)定,并且沒(méi)有不正常的噪聲和振動(dòng)現(xiàn)象。(2)從純水卸荷溢流閥的壓力超調(diào)量和調(diào)節(jié)時(shí)間來(lái)看,該閥的結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)合理

9、,動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性能夠滿足要求。(3)純水卸荷溢流閥中電磁換向閥采用電磁球(下轉(zhuǎn)第116頁(yè))使電磁閥6電磁鐵通電,由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)獲得被試閥的壓力階躍響應(yīng)曲線。純水卸荷溢流閥在試驗(yàn)壓力為14MPa、泵的轉(zhuǎn)速為1450r/min條件下進(jìn)口壓力對(duì)流量的階躍響應(yīng)曲線如圖3所示。圖3所對(duì)應(yīng)的純水卸荷溢流閥的動(dòng)態(tài)響應(yīng)參數(shù)如表1所示。由表圖3純水卸荷溢流閥壓1可以看出:在額定壓力階躍響應(yīng)曲線力14MPa時(shí),閥的壓力上升時(shí)間t1為01075s,壓力超調(diào)量p為14%遠(yuǎn)小于30%,說(shuō)明閥的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性好。其主要原因是在先導(dǎo)式溢流閥中的先導(dǎo)閥中設(shè)置阻尼活塞,主閥中采用兩個(gè)較大孔徑的液阻代替加工困難的節(jié)流孔對(duì)抑制壓力超調(diào)

10、量有很好的作用,在阻尼較小的情況下階躍響應(yīng)穩(wěn)態(tài)壓力波動(dòng)也很小。從被試閥的壓力上升時(shí)間來(lái)看,該閥的響應(yīng)快速性也很好,際使用要求。表1參數(shù)壓力上升時(shí)間/ms壓力調(diào)節(jié)時(shí)間/ms超調(diào)量/%實(shí)驗(yàn)結(jié)果7515014純水卸荷溢流閥在試驗(yàn)壓力為14MPa、泵的轉(zhuǎn)速為1450r/min條件下的卸荷建壓曲線如圖4所示。圖4所對(duì)應(yīng)的純水卸荷溢流閥的建壓、卸荷以及瞬態(tài)恢復(fù)時(shí)間參數(shù)如表圖4純水卸荷溢流閥2所示。卸荷建壓曲線由表2純水卸荷溢流閥的建壓時(shí)間、卸荷時(shí)間以及瞬態(tài)恢復(fù)時(shí)間可以看表2純水卸荷溢流閥時(shí)間參數(shù)參數(shù)調(diào)定壓力/MPa建壓時(shí)間/ms卸荷時(shí)間/ms瞬態(tài)恢復(fù)時(shí)間/ms實(shí)驗(yàn)結(jié)果14508080出,該閥的性能完全滿足

11、使用要求。由于所采用的電磁球閥的開(kāi)口量比同規(guī)格的滑閥式電磁閥要小,其換向頻率也較高,這縮減了換向和復(fù)位時(shí)間,提高了反應(yīng)速度。且由于采用電磁球閥不存在液壓卡緊的問(wèn)116重復(fù)再造的特性,進(jìn)行多周期檢測(cè)。由于采樣數(shù)據(jù)具有較大范圍的冗余,經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)濾波和數(shù)據(jù)融合處理?？梢源蟠筇岣呦到y(tǒng)的抗干擾能力和端面?zhèn)葦[檢測(cè)的準(zhǔn)確性。具體處理方法為:在滾子旋轉(zhuǎn)過(guò)程中定點(diǎn)采樣,每旋轉(zhuǎn)一周采樣N點(diǎn)數(shù)據(jù),轉(zhuǎn)動(dòng)M圈(M周期檢測(cè))得到NM點(diǎn)采樣數(shù)據(jù),并采取以下步驟進(jìn)行數(shù)據(jù)濾波和融合處理:(1)根據(jù)端面?zhèn)葦[信號(hào)緩變的特征,對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行限幅濾波處理。先計(jì)算相鄰數(shù)據(jù)之差,并與設(shè)定的相對(duì)限幅值比較,給超出此限幅值的數(shù)據(jù)標(biāo)記異常;然后求

12、所有非異常采樣數(shù)據(jù)的平均值并作為端面基準(zhǔn)值,再求出每個(gè)非異常采樣數(shù)據(jù)與端面基準(zhǔn)值之差,并與設(shè)定的側(cè)擺信號(hào)最大限幅值比較,對(duì)超出此限定值的數(shù)據(jù)同樣給予異常標(biāo)記;D1、D1、D1、D1、123ND2、1DM、1D2、2DM、2D2、3DM、3機(jī)床與液壓20051No193應(yīng)用效果及結(jié)論由于使用現(xiàn)場(chǎng)存在較為嚴(yán)重的外界干擾,加之系統(tǒng)自身的機(jī)械震動(dòng),僅依據(jù)單周等分采樣數(shù)據(jù)計(jì)算端面?zhèn)葦[值,往往不能真實(shí)反映圓錐滾子端面位置的變化,自動(dòng)分揀準(zhǔn)確率難以保證。采用單傳感器條件下多周期檢測(cè)和數(shù)據(jù)融合處理方法,能夠有效濾除采樣中的干擾信號(hào)、提高端面?zhèn)葦[檢測(cè)的準(zhǔn)確性。實(shí)驗(yàn)中僅采用3周期檢測(cè)即可大大提高檢測(cè)準(zhǔn)確率,檢測(cè)效

13、率達(dá)到12粒/min,可以滿足實(shí)際使用要求。該系統(tǒng)在西北軸承股份公司已經(jīng)過(guò)上千個(gè)滾子的反復(fù)檢測(cè)/分揀試驗(yàn),端面?zhèn)葦[檢測(cè)和分揀結(jié)果與手動(dòng)檢測(cè)結(jié)果完全吻合。該系統(tǒng)要求對(duì)磨削后的被測(cè)滾子預(yù)先進(jìn)行清洗和烘干處理,以防止其在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中發(fā)生打滑現(xiàn)象。參考文獻(xiàn)【1】郁有文,常健1M1西:,1【2新宇程能器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)重慶:,20031【3】,童調(diào)生1智能檢測(cè)系統(tǒng)與數(shù)據(jù)融合1北京:機(jī)械工業(yè)出版社,20001D2、NDM(D1、N、(2)對(duì)(D1、至1、D2、1、DM、1)D2、DM、N、N)N個(gè)M理,求取每個(gè)M平均值,理想,表決法”進(jìn)一步確定每個(gè)M元數(shù)據(jù)組內(nèi)的異常采樣數(shù)據(jù),再求取平均值。(上接第59頁(yè))閥能夠縮

14、減了換向和復(fù)位時(shí)間,提高了反應(yīng)速度,卸荷和建壓時(shí)間滿足使用要求。收稿時(shí)間:2004-05-18大學(xué)出版社,1997121【6】王占林1液壓伺服控制1北京:北京航空學(xué)院出版社,19871101【7】宋鴻堯,丁鴻堯等1液壓閥設(shè)計(jì)與計(jì)算1機(jī)械工業(yè)出版社,19821101【8】林建亞,何存興1液壓元件1北京:機(jī)械工業(yè)出版社,19881111【9】劉銀水,黃艷,賀小峰,李壯云1水壓閥的研究與發(fā)展1液壓與氣動(dòng),2001(5)1【10】楊曙東等1中低壓水壓元件的研制1液壓與氣動(dòng),2002(4)1作者簡(jiǎn)介:弓永軍,男,1976年生,浙江大學(xué)流體傳動(dòng)及控制國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在讀博士生。主要研究方向:純水液壓控制閥的

15、研究。參考文獻(xiàn)【1】楊華勇,周華,路甬祥1水液壓技術(shù)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)1中國(guó)機(jī)械工程,2000,11(12)1【2】焦素娟,周華,楊華勇1直動(dòng)式純水溢流閥實(shí)驗(yàn)研究1ICFDM2002,大連,200217:5125141【3】UrataE1TechnologicalAspectsoftheNewWaterHydrau2lic1TheSixthScandinavianInternationalConferenceonFluidPower,Tampere,Finland,May26-28,1999:21341【4】H1E1梅里特著,陳燕慶譯1液壓控制系統(tǒng)1北京:科學(xué)出版社,1976131【5】譚尹耕1液壓