水壓節(jié)流閥的新型設(shè)計與計算.docVIP

畢 業(yè) 論 文 設(shè) 計水壓節(jié)流閥的新型設(shè)計與計算 姓 名: 專 業(yè): 班 級: 指導(dǎo)教師： 教 學(xué) 站:水壓節(jié)流閥的新型設(shè)計與計算摘 要: 本文介紹了水液壓節(jié)流閥的新型設(shè)計思想和計算過程。通過給定的參數(shù)，確定閥口形式及閥口結(jié)構(gòu)，計算進水口、出水口、閥芯、閥芯開口度等尺寸。關(guān)鍵詞:節(jié)流閥；錐閥；閥芯；水介質(zhì)NewDesignandCalcuIatoIlofWaterHydrauHcThrottleValveLiangcunfuAbstract: The New Design and calculation process of water hydraulic throttle valve are introduced in this paper. Some necessary date has been offered, we can decide the entrance style and the structure of the valve. Then calculate the appropriate size of infall and way-out, and the size of valve stem, still the size of displacement. Keywords: throttle valve; cone valve; valve stem; water2目錄第1章 前言1第2章 閥口形式的選擇22.1 參數(shù)設(shè)計22.2 閥口形式2第3章 結(jié)構(gòu)設(shè)計33.1 密封形式3 3.2 節(jié)流口形式的選擇33.3 節(jié)流口進出口壓力差A(yù)p的確定33.4 材料的選擇4第4章 設(shè)計計算5第5章 結(jié)論8參考文獻9致謝10附錄11i1畢業(yè)設(shè)計（論文） 第1章 前言 水壓節(jié)流閥是水液壓系統(tǒng)中重耍的控制元件之一，其在系統(tǒng)中可用作調(diào)節(jié)流量、給泵加載等。設(shè)計時著重注意兩個關(guān)鍵技術(shù):其一，是閥口湍流流功噪聲邪空化噪聲的控制。湍流流動噪聲通過采朋抑H;U空化產(chǎn)生的閥口及流道結(jié)構(gòu)，使流動速度不出現(xiàn)突變以及究化的程度降低。其二是最小穩(wěn)定流量酌問題。由于水的粘度很低，常溫下其運動粘度只有典型液壓油的 V40一1/30，因而在壓差和流量相同的條件下，冰壓節(jié)流閥的閥口開度耍比等型號和規(guī)格的油壓節(jié)流閥小很多，在小流量(小開度)時更容易導(dǎo)致阻塞。為避免發(fā)生阻塞現(xiàn)象，水壓節(jié)流閥應(yīng)依據(jù)工作條件設(shè)計合理的結(jié)構(gòu)形式、選擇合埋的閥芯與閥套組合材料。與礦物油相比，水介質(zhì)具有腐蝕性強、粘度低、汽化壓力高等特點，使得研制水壓控制閥面叫餓$決氣蝕、拉絲沖蝕、腐蝕作用的破壞以及高壓下密封困難等諸多技術(shù)難題。因此需要充分考慮水介質(zhì)特殊的理化性能，對水壓節(jié)流閥中的摩擦磨損機理、腐蝕氣蝕特性及密封技術(shù)等關(guān)鍵性問題進行有針對性的研究，從材料選擇、新型結(jié)構(gòu)設(shè)計、加T制造等萬面保證水壓控制閥具有優(yōu)良的性能，才能研制出性肯:優(yōu)良的水壓控制閥。第2章 閥形式的選擇2.1 設(shè)計參數(shù) 本文所研究的水壓節(jié)流閥按照以下參數(shù)要求進行設(shè)計: （1)公稱壓力 Pg=14MPa （2)最大工作壓力 Pm=21MPa (3)公稱流量 Qg=40L/Min (4)公稱壓力下的內(nèi)泄漏允許值 (qnx)=0.4L/Min2.2 閥口形式 傳統(tǒng)的油壓節(jié)流閥閥口的結(jié)構(gòu)型式很多，可按密封形式分為:錐閥式、滑閥式和盤閥式。錐閥式靠閥芯均閥座的錐面密封?；y式種類很多，如矩形、三角形、T形、圓形、斜糟、旋轉(zhuǎn)糟以及車專楔形等閥口型式，其共同特點是依靠閥芯與閥套圓柱配合面間的密封帶密封。如采用滑閥式結(jié)構(gòu)，由于水的粘度很低，在相同的流量條件下，為獲得較高的加載壓力，要求閥芯與閥座圓柱配合面的間隙很小。盤閥閥口面積梯度大，在相同流量下，閥口開度的微小變化將使壓力發(fā)生較大變化，從而導(dǎo)致壓力不穩(wěn)定。 相比之下，錐閥式結(jié)構(gòu)對水介質(zhì)適應(yīng)性好。閥口的密封性能好，易獲得較高的調(diào)節(jié)壓力，同時能自補償閥的磨損。本次設(shè)計的水壓節(jié)流閥在閥口結(jié)構(gòu)型式萬面采用錐閥式，依靠閥套與閥芯的錐面密封，減小運動部件之間的配合公差，實現(xiàn)零泄漏。 第3章 結(jié)構(gòu)設(shè)計3.1 密封形式 水介質(zhì)的粘度低導(dǎo)致泄漏損失會增大，在間隙和壓差相同時，同樣規(guī)格的水壓控制閥的泄漏損失為油壓控制閥的數(shù)十倍閉。如果仍然采用間隙配合，而且要保證內(nèi)泄漏不變，則必須減小配合間隙，這給加工工藝提出了相當(dāng)嚴格的要求，大大增加了加工難度。因此，簡單的減小配合間隙無法適應(yīng)水介質(zhì)的特殊要求。目前，在水壓控制閥的設(shè)計中更多的采用了帶有襯套結(jié)構(gòu)的錐閥和球閥形式，運動部件之間的配合公差較小，可實現(xiàn)微小或零泄漏。在閥套和閥體之間的密封，采用直接密封形式。實踐證明，橡膠類密封件非常適合于水壓控制閥中的密封，0型密封圈、U型密封圈、階梯型密封圈、方形密封圈等密封件都是理想的選擇。 本次設(shè)計的水壓節(jié)流閥中采朋了帶有襯套結(jié)構(gòu)的錐閥結(jié)構(gòu)形式，變傳統(tǒng)的間隙密封為直接密封，通過閥套與節(jié)流閥芯的錐面密封，這可使得運動部件之間得配合公差較小，實現(xiàn)零泄漏。法蘭與閥體之間采用0型密封圈加擋圈形式密封，閥體與閥套之間采用0型密封加擋圈形式密封，這種密封形式在高壓水介質(zhì)條件下密封性能可靠。3.2節(jié)流口形式的選擇 為實現(xiàn)節(jié)流閥可以流量微量調(diào)節(jié)，選用帶有閥座面的錐閥式節(jié)流閥口形式。錐閥能完全切斷液路，對液體中雜質(zhì)污染的敏感度小，結(jié)構(gòu)簡單，容易制造。為減小節(jié)流閥在高壓下工作時的調(diào)節(jié)力，在節(jié)流芯中部向內(nèi)開有斜向的泄孔，以使得壓力平衡，這不僅能夠保證閥芯在低壓下工作可靠，而且在高壓件下工作調(diào)節(jié)力小，調(diào)節(jié)容易。3.3節(jié)流口進出口壓力差A(yù)p的確定 在工作狀態(tài)，節(jié)流閥進出口壓力差的數(shù)值是隨著系統(tǒng)中執(zhí)行元件負載拘變化而在很大范圍內(nèi)變化。;設(shè)計閥時要確定一個Ap響值，以此作為計算節(jié)流開口大小以及通過的最小穩(wěn)定流量和最大流量的依據(jù)。液流流經(jīng)薄壁 (或銳邊)小孔的流量特性公式為:q=CqA式中 A一邊流面積:Ap一進出口壓差;Cq一閥口流量系數(shù)，由節(jié)流口形狀及流體性質(zhì)等因素決定; p一液體密度。 由上式知，對一定流量，Ap取值越大，閥的開口面積就越小，閥口就越容易堵塞。因此從獲得較小的穩(wěn)定流量和不易堵塞的角度考慮，Ap應(yīng)取小一些。但是為了使得節(jié)流閥取得較大的剛度，Ap應(yīng)取大一點。這兩個要求互相矛盾?？紤]到已有的設(shè)計要求，取Ap= 0.20.3MPa。 3.4 材料的選擇 由于水具有腐蝕性，其電導(dǎo)率約是液壓油的一千多倍，會使大多數(shù)油壓控制閥材料銹蝕，氏零件強度及表面質(zhì)量，導(dǎo)致運動件卡死、閥的壽命大大降低等嚴重后果。因此，選擇與水介質(zhì)具有較好相容性的材料成為研制高性能水壓控制閥的關(guān)鍵問題，所選擇的材料不僅要有較好的自潤滑性能、較強的抗腐蝕性，而且應(yīng)當(dāng)具備水介質(zhì)中性能隱定、良好的抗疲勞性能等特點。 在該水壓節(jié)流閥中，為防止水介質(zhì)腐蝕，閥體采用進行過表面鍍鉻、鎳等工藝處理的奧氏體不銹鋼，閥芯和閥座采用耐蝕合金材料，詳見表3.1。 表3.1閥零部件材質(zhì)選用零部件閥體閥芯閥套（閥座）螺栓材質(zhì)LD51Cr18Ni9TiQA19-41Cr18Ni9Ti零部件緊定螺母鎖緊螺母墊圈材質(zhì)LD51Cr18Ni9Ti1Cr18Ni9Ti第4章 設(shè)計計算 水壓節(jié)流閥的幾何尺寸確定時除應(yīng)滿足有關(guān)設(shè)計要求外，要盡量在保證強度的條件下，減小閥的外形尺寸。4.1 幾何尺寸的確定 (1) 進、出口直徑DlDl=0.463 （2）取Dl=14mm式中 Qg-公稱流量:4OL/min Vg-進、出口直徑處流體的流速: 5m/s(一般油壓閥Vg二6m/s。考慮到水壓元件更容易遭受氣蝕破壞，這里取值賂小于一般油閥的Vg值。) （2）閥套徑向孔直徑dj和孔數(shù)Z通常取徑向孔的孔數(shù)Z=4。閥套徑向孔處的流速應(yīng)小于許用流速，則有dj=0.463=0.655cm=6.55mm (3)取：dj=8mm(3) 閥芯節(jié)流口的錐角半角。取=150錐閥半錐角&一般取較小值（100200），見圖1所示。因為在流量一定時，較小的&角使得錐閥的開度較大，有利于提高抗污染能力；但是角度過小將導(dǎo)致閥口穩(wěn)態(tài)液動力增大，在數(shù)字節(jié)流閥設(shè)計中，以致需要更大的步進電機。(4) 閥芯大直徑D和小直徑d根據(jù)錐閥半錐角的取值確定D、d的值，見圖1所示：取D=18(mm)；d=4(mm) 圖1閥芯頂部(5) 節(jié)流口最大開口Xmax 先根據(jù)節(jié)流閥節(jié)流口流量壓力方程，求出在設(shè)定的節(jié)流口進出口壓力差及額定流量下，節(jié)流口的過流面積A， 再根據(jù)過流面積的形狀轉(zhuǎn)換出相應(yīng)的最大開口量。 首先，在最大流速已定的情況下，dl一定要大于進出口直徑 Dl流量才有可能達到要求值，設(shè)定d1=I5mm，閥座倒角為(2mm，2mm)，則:R1=7.5mm，R2=9.5mm。 根據(jù)公式 (1) 得到A=q（Cq）帶入數(shù)值算出：A=130mm2再根據(jù)錐閥閥口的過流面積公式計算閥芯位移（開口度）x的值：A=其中: dm=Rl+R2=17mm計算得到: x1=11.25mm; x2=57.75mm(舍去)最終取值: x=l2mm 當(dāng)dl域值越大時，閥口位移的值越小。例如，若取D1=18mm時，x只需要取x=4mm就足夠了。 (6) 閥套沉割槽寬度BJ、B2和截面處尺寸Hl、H2B和H可根據(jù)結(jié)構(gòu)布置確定，見圖2。在結(jié)構(gòu)允許的范圍內(nèi)，應(yīng)適當(dāng)加大B和H，使得液體在沉割槽中的流速小于許用流速。 BH (6) 則有:帶入數(shù)值得到: 同理: 最后確定: B1=17mm，H1=4mm，B2=17mm，H2=4mm (7) 壓力損失Aps 式中:Ap=0.2Mpa; 人y一根據(jù)水介質(zhì)在閥內(nèi)的流動情況而確定的沿程摩擦阻力系數(shù); y一水介質(zhì)重量 (kgf/cm3); ly一計算沿程壓力損失的流道長度 (cm); ds一計算沿程壓力損失的流道水力直徑 (cm)，對圓形流道即為直徑; Vy-一計算沿程壓力損失時流道內(nèi)水的平均流速 (cm/s)； g一重力加速度 (cm/s2); g一根據(jù)水介質(zhì)在閥內(nèi)的流動情況而確定的局部阻力系數(shù); Vy-計算局部沿程損失時水介質(zhì)的平均流速（cm/s）;即可知，滿足要求。根據(jù)以上的計算和分析結(jié)果，可以設(shè)計出在給定技術(shù)要求下的節(jié)流閥結(jié)構(gòu)圖。如圖3所示。圖3水壓節(jié)流閥結(jié)構(gòu)第5章 結(jié)論 錐閥閥口由于其過流能力強，密封性好，有效減輕拉絲侵蝕，從而成為水壓閥中最常用的結(jié)構(gòu)型式。設(shè)計時還應(yīng)該考慮到其它因素對閥口流量特性產(chǎn)生的影響。例如，閥芯圓錐頂角和閥座倒角對閥口流量特性的影響;閥芯頂端不同形狀對網(wǎng)口流量特性的影響;閥芯與閥座疊合與否對閥口流量特性的影響;若為帶球頭的錐閥，球頭閥口頸部長度L對閥口流量特性響影響;閥口開度、背壓對流量特性的影響等。根據(jù)實驗得知，在選擇閥芯錐度和閥座倒角時，應(yīng)使角度小一些，且兩者要相等。在相同壓差情況下，帶球頭響錐閥要比非球頭的錐閥流量系數(shù)大。閥座無倒角時的流量系數(shù)要比有倒角時的流量系數(shù)大。在設(shè)計球頭閥口時，球頭頸部的長度短一些比較好。本文中介紹了閥座帶倒角的錐閥，希望通過對其結(jié)構(gòu)尺寸的計算，能為研制水壓閥類元件提供有益的設(shè)計依據(jù)。參考文獻1 王春行.液壓伺服控制系統(tǒng)M.北京:機械工業(yè)出版社，1989.2 暢曙東，李壯云，朱玉泉.水壓傳動的主要課題與研究進展J.中國機械工程，第11卷第9期；3 雷天覺.液壓工程手冊M.機械工業(yè)出版社，9889954 王東.海水液壓柱塞泵關(guān)鍵技術(shù)及其樣機的訓(xùn)究D.華中科技大學(xué).20025 宋鴻堯，丁忠堯等.液壓閥設(shè)計與計算M.機械工業(yè)出版社，19826 楊友勝.新型水壓節(jié)流閥及水壓元件綜合性能試驗臺的研制J.華中科技大學(xué).2003.047 李壯云.液壓元件與系統(tǒng)M.機械工業(yè)出版社，第二版，2005.088 張鐵華，楊友勝等.二級圓錐式節(jié)流閥口的設(shè)計及試驗研究J.液壓與氣動，20019 Water Hydraulics.A technical databook M.BFPA:P8210 What is currently available in the field of water hydraul