压力直接检测型水压减压阀的研制

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1、华中科技大学机械学院毕业设计文献翻译提高0701姚叶明U200715463压力直接检测型水压减压阀的研制(Developmentofadirectpressure-sensingpressure-reducingvalveforwaterhydraulic)KSuzukiandEUrataDepartmentofMechanicalEngineering,KanagawaUniversity,Yokohama,Japan原稿收于2008年4月12日，并与2008年7月11日收到出版修订稿DOI:10.1243/0959

2、6518JSCE608摘要：本文展示了一种新型纯水先导式减压阀的设计方案。所开发的阀进口压力可达14MPa，出口压力最低可调节至3.5MPa，流量2.7—15L/min。设计中使用的主要技术有：主阀有两个节流口，以防止气蚀现象；先导阀直接检测二级压力，省去了进口至先导阀腔的油道；并使用粘性阻尼器使阀芯运动稳定。阀的尺寸经过动静态分析确定，并在试制出的样品阀上经行实验研究。实验中当进口压力升至14MPa时没有观察到气蚀噪声，实验阀的稳定性指标与仿真的吻合度很高。当阀进口压力为14MPa时，检测到的出口压力波动最大为0.2

3、MPa，当流量升至15L/min时为约0.5MPa。关键词：纯水液压，减压阀，气蚀现象，双节流口，液动力，迟滞1引言减压阀经常用于使用自来水作为液压介质系统中的压力控制，关于它的动静态性能已经做了很多的研究[1-3]。这些系统的工作压力等级一般为1MPa或者更低。油压系统中减压阀的工作压力一般为14MPa，并将减压后的油液输送至子系统。使用减压阀可以使用同一个高压泵给系统中压力不同的支路供油。本文展示了一种工作压力可达14MPa的新型纯水减压阀。图1展示了两种典型的减压阀结构。（a）直动型减压阀，（b）先导型减压阀。图

4、1减压阀的两种典型结构尽管可以使用比例电磁铁代替机械式弹簧，本文中的设计任然使用弹簧进行压力调节。直动型减压阀常用于低压系统而先导型减压阀多用于高压系统。直动型减压阀通过弹簧力和出口压力的平衡来调节阀口开度。这种阀结构简单反应快速，但高压时需要一个大尺寸的弹簧，同时也需要设计很好的阻尼来抑制阀芯的振动[8-10]。在先导式阀中，先导阀调节先导压力(pp)，因为出口的流体流进先导阀腔需要经过一个固定节流口，所以先导压力一般略低于出口压力。先导式阀具有比直动型阀更好的稳定特性，并且高压时阀的尺寸较小，因而多用于流体功率系统

5、中。在高压水压控制阀中，节流口处大的压力降易于产生气蚀现象。为了抑制气蚀现象，有些学者考虑通过复杂的流道使压力逐步降低[11,12]；另一种抑制气蚀的方法就是使用多个节流口分级减压[13-20]。本文中的主阀使用后一种方法，因为第一种方法将增大阀的尺寸。图1(b)展示了一种传统油压阀的典型结构，主阀周围的环形间隙是进口油液流进先导阀腔的泄漏通道，泄漏流量将进口压力(p1)的变化间接的影响先导压力(pp)和出口压力(p2)。p1至p2的1华中科技大学机械学院毕业设计文献翻译提高0701姚叶明U200715463影响由于水

6、粘度较低而得以加强。为了避免这种影响，图2所示的阀中包含了一个压力向导（连接主阀周围环形间隙和主阀芯中心孔的斜孔），其作用将在第二部分介绍。图2新型减压阀剖视图为了抑制出口压力波动，本设计将出口压力引至先导阀，并直接检测出口压力。这种设计原则同样在油压溢流阀[21,22]、减压阀[6]和水压溢流阀[17-19]中被使用。然而，使用这样的设计原则将导致水压阀和泵的流量脉动产生严重的共振。在本设计中，主阀芯上的粘性阻尼为阀提供了必要的阻尼特性。本水压阀设计的出口压力低至3.5MPa，进口压力最高可达14MPa。阀的尺寸根据

7、动静态性能的数值仿真确定，并对阀进行了进口压力14MPa，流量15L/min的静态性能实验，调查研究了该阀的压力—流量特性，了解了该阀的进出口压力关系，流量脉动与迟滞特性。2新型减压阀的结构图2是该阀的剖视图。其表面基本尺寸符合ISO5781-AG-06-2-A。阀体和阀内的大部分零件分别由铜合金和不锈钢制作。图3给出了该阀的功能定义和尺寸，相关的尺寸在表1中列出。这些尺寸是由第三部分说明的设计分析确定的。图3阀尺寸2华中科技大学机械学院毕业设计文献翻译提高0701姚叶明U200715463表1阀相关尺寸下面说明该阀的

8、技术特点。为了抑制气蚀现象，该阀在主阀芯上采用了两个连续的节流口，和先前其他文献用于其他水压阀的先前设计是一样的[17-20]。两个节流口的尺寸完全一样，比如d1=d2，D1=D2，h01=h02。因此，各个节流阀口的压降一致。两节流口中间容腔的压力由两节流口的开度决定。因此，当阀口开度较小时，由于机械误差对的两节流口中间容腔的压