液壓錐型節(jié)流閥的氣穴熱效應(yīng)及噪聲的研究.pdf

1、液壓傳動(dòng)相對(duì)于其它傳動(dòng)方式具有功率密度大、結(jié)構(gòu)緊湊、易于控制、動(dòng)態(tài)性能好等一系列優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域及各類(lèi)機(jī)械設(shè)備中。隨著科技的發(fā)展，液壓傳動(dòng)向著高速、高壓和大功率方向發(fā)展，由此對(duì)于液壓傳動(dòng)的元件性能提出了更高的要求。相對(duì)于其它傳動(dòng)方式，液壓傳動(dòng)有一個(gè)典型的缺陷，即氣穴問(wèn)題。氣穴會(huì)給液壓傳動(dòng)性能帶來(lái)一系列的問(wèn)題，如流道阻塞、氣穴噪聲、氣蝕問(wèn)題、氣穴使液壓油溫度升高，降低液壓油粘度，進(jìn)而降低液壓系統(tǒng)的容積效率等?；跉庋▽?duì)液壓傳

2、動(dòng)性能有諸多不利的影響，研究氣穴產(chǎn)生機(jī)理，降低氣穴產(chǎn)生強(qiáng)度對(duì)于提高液壓系統(tǒng)性能有著十分重要的現(xiàn)實(shí)意義，同時(shí)由于氣穴產(chǎn)生后熱效應(yīng)機(jī)理十分復(fù)雜，目前為止還沒(méi)有完全了解氣穴產(chǎn)生后熱效應(yīng)機(jī)理，因此研究氣穴產(chǎn)生后熱效應(yīng)機(jī)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(yīng)用，而其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了在其工作過(guò)程中不可避免的會(huì)產(chǎn)生氣穴，氣穴對(duì)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(wèn)題對(duì)于提高錐型節(jié)流閥的性能有很重要的現(xiàn)實(shí)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(dòng)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(wèn)題對(duì)其性能的影響又是不可忽視的。本文以國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“高速高壓軸向柱塞泵的多場(chǎng)耦合理論研究”為背景，將氣穴問(wèn)題所引起的多場(chǎng)耦合問(wèn)題作為該自然科學(xué)基金的子課題，以錐型節(jié)流閥氣穴所涉及的熱效應(yīng)問(wèn)題和錐型節(jié)流閥噪聲問(wèn)題為主要研究?jī)?nèi)容，對(duì)錐型節(jié)流閥氣穴熱效應(yīng)以及錐型節(jié)流閥噪聲問(wèn)題進(jìn)行了全面深入的研究。
　　本文為研究錐型節(jié)流閥氣穴問(wèn)題

4、，搭建了錐型節(jié)流閥氣穴實(shí)驗(yàn)臺(tái)，以具有較好透明性的有機(jī)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(guò)仿真與實(shí)驗(yàn)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(shí)通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究以及引入流束收縮系數(shù)對(duì)五種不同閥芯在氣穴影響下的流量特性進(jìn)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(xué)過(guò)程對(duì)液壓油溫度的影響為研究?jī)?nèi)容，將氣穴產(chǎn)生后分成氣泡膨脹期和氣泡壓縮期兩個(gè)階段進(jìn)行研究。對(duì)于氣泡膨脹期，本文深入分析了氣泡膨脹階段的熱力學(xué)過(guò)程，在一些適當(dāng)假設(shè)的基礎(chǔ)上建立了氣泡膨脹傳熱的數(shù)學(xué)模型，得到了氣穴氣泡內(nèi)溫度與氣泡運(yùn)動(dòng)過(guò)程的關(guān)系，預(yù)測(cè)了氣泡表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的取值范圍，指出氣泡膨脹過(guò)程不是等溫過(guò)程，預(yù)測(cè)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(xué)模型，在考慮液壓油粘度

6、變化及可壓縮性的情況下對(duì)Rayleigh-Plesset方程進(jìn)行改進(jìn)，得到了液壓油溫度與氣泡膨脹過(guò)程之間的關(guān)系。對(duì)于壓縮期，建立了氣泡壓縮過(guò)程氣泡運(yùn)動(dòng)與液壓油溫度之間關(guān)系的數(shù)學(xué)模型，并在考慮熱效應(yīng)的條件下對(duì) Rayleigh-Plesset方程進(jìn)行改進(jìn)。
　　氣穴噪聲是伴隨著氣穴的出現(xiàn)而產(chǎn)生的，通過(guò)仿真與實(shí)驗(yàn)研究分析了氣穴噪聲與系統(tǒng)背壓的關(guān)系，同時(shí)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(guò)測(cè)量噪聲的頻譜來(lái)判斷錐型節(jié)流閥噪聲是否是液壓系統(tǒng)噪聲的主要來(lái)源，利于液壓系統(tǒng)故障診斷。
　　在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)并詳細(xì)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(hào)抗磨液壓油為工作介質(zhì)的氣穴氣泡發(fā)出的是藍(lán)色光芒，氣穴強(qiáng)度對(duì)氣泡潰滅發(fā)出的藍(lán)光強(qiáng)度有直接的影響，氣穴強(qiáng)度越大發(fā)出的光強(qiáng)越高。同時(shí)指出藍(lán)光的出現(xiàn)說(shuō)明氣穴會(huì)加快液壓油溫度的升高，可能會(huì)對(duì)液壓油的品質(zhì)造成影響，進(jìn)而影