液壓錐型節(jié)流閥的氣穴熱效應及噪聲的研究.pdf

1、液壓傳動相對于其它傳動方式具有功率密度大、結(jié)構(gòu)緊湊、易于控制、動態(tài)性能好等一系列優(yōu)點，因此被廣泛應用于工業(yè)領(lǐng)域及各類機械設(shè)備中。隨著科技的發(fā)展，液壓傳動向著高速、高壓和大功率方向發(fā)展，由此對于液壓傳動的元件性能提出了更高的要求。相對于其它傳動方式，液壓傳動有一個典型的缺陷，即氣穴問題。氣穴會給液壓傳動性能帶來一系列的問題，如流道阻塞、氣穴噪聲、氣蝕問題、氣穴使液壓油溫度升高，降低液壓油粘度，進而降低液壓系統(tǒng)的容積效率等?；跉庋▽σ簤簜?/p>

2、動性能有諸多不利的影響，研究氣穴產(chǎn)生機理，降低氣穴產(chǎn)生強度對于提高液壓系統(tǒng)性能有著十分重要的現(xiàn)實意義，同時由于氣穴產(chǎn)生后熱效應機理十分復雜，目前為止還沒有完全了解氣穴產(chǎn)生后熱效應機理，因此研究氣穴產(chǎn)生后熱效應機理有著十分重要的理論意義。
　　錐型節(jié)流閥在液壓系統(tǒng)中有著廣泛的應用，而其結(jié)構(gòu)特點決定了在其工作過程中不可避免的會產(chǎn)生氣穴，氣穴對錐型節(jié)流閥有很大的影響，因此研究錐型節(jié)流閥氣穴問題對于提高錐型節(jié)流閥的性能有很重要的現(xiàn)實意義。

3、氣穴現(xiàn)象伴隨著氣穴噪聲的產(chǎn)生。氣穴噪聲與液壓油流動噪聲共同組成了錐型節(jié)流閥的噪聲。錐型節(jié)流閥的噪聲問題對其性能的影響又是不可忽視的。本文以國家自然科學基金項目“高速高壓軸向柱塞泵的多場耦合理論研究”為背景，將氣穴問題所引起的多場耦合問題作為該自然科學基金的子課題，以錐型節(jié)流閥氣穴所涉及的熱效應問題和錐型節(jié)流閥噪聲問題為主要研究內(nèi)容，對錐型節(jié)流閥氣穴熱效應以及錐型節(jié)流閥噪聲問題進行了全面深入的研究。
　　本文為研究錐型節(jié)流閥氣穴問題

4、，搭建了錐型節(jié)流閥氣穴實驗臺，以具有較好透明性的有機玻璃為材料制造模型閥，以便于觀察氣穴現(xiàn)象。制造了45°、53°、60°三種三角形節(jié)流槽以及U形和矩形節(jié)流槽五種不同的閥芯。通過仿真與實驗研究分析了五種不同閥芯情況下錐型節(jié)流閥的壓力特性，得到了錐型節(jié)流閥氣穴氣泡的主要產(chǎn)生部位。同時通過實驗研究以及引入流束收縮系數(shù)對五種不同閥芯在氣穴影響下的流量特性進行了研究。分析了五種閥芯流量和壓力特性的優(yōu)劣情況，為錐型節(jié)流閥的閥芯優(yōu)化提供了理論和數(shù)據(jù)

5、支持。
　　以氣穴產(chǎn)生后氣泡膨脹及壓縮階段的熱力學過程對液壓油溫度的影響為研究內(nèi)容，將氣穴產(chǎn)生后分成氣泡膨脹期和氣泡壓縮期兩個階段進行研究。對于氣泡膨脹期，本文深入分析了氣泡膨脹階段的熱力學過程，在一些適當假設(shè)的基礎(chǔ)上建立了氣泡膨脹傳熱的數(shù)學模型，得到了氣穴氣泡內(nèi)溫度與氣泡運動過程的關(guān)系，預測了氣泡表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的取值范圍，指出氣泡膨脹過程不是等溫過程，預測了多變指數(shù)的取值；建立了氣泡膨脹與液壓油溫度之間的數(shù)學模型，在考慮液壓油粘度

6、變化及可壓縮性的情況下對Rayleigh-Plesset方程進行改進，得到了液壓油溫度與氣泡膨脹過程之間的關(guān)系。對于壓縮期，建立了氣泡壓縮過程氣泡運動與液壓油溫度之間關(guān)系的數(shù)學模型，并在考慮熱效應的條件下對 Rayleigh-Plesset方程進行改進。
　　氣穴噪聲是伴隨著氣穴的出現(xiàn)而產(chǎn)生的，通過仿真與實驗研究分析了氣穴噪聲與系統(tǒng)背壓的關(guān)系，同時分析了錐型節(jié)流閥五種不同閥芯情況下產(chǎn)生的噪聲頻譜，得出錐型節(jié)流閥噪聲的頻率在8kHz

7、以上，以此為基礎(chǔ)可以通過測量噪聲的頻譜來判斷錐型節(jié)流閥噪聲是否是液壓系統(tǒng)噪聲的主要來源，利于液壓系統(tǒng)故障診斷。
　　在實驗過程中發(fā)現(xiàn)并詳細地觀察了氣穴氣泡發(fā)光現(xiàn)象，指出在錐型節(jié)流閥中產(chǎn)生的發(fā)光現(xiàn)象與氣穴現(xiàn)象有直接關(guān)系，以32號抗磨液壓油為工作介質(zhì)的氣穴氣泡發(fā)出的是藍色光芒，氣穴強度對氣泡潰滅發(fā)出的藍光強度有直接的影響，氣穴強度越大發(fā)出的光強越高。同時指出藍光的出現(xiàn)說明氣穴會加快液壓油溫度的升高，可能會對液壓油的品質(zhì)造成影響，進而影