本论文针对三类典型的纯水液压控制阀,从理论分析、样机研制及实验研究等多方面对其工作性能进行了全面而系统的研究。研制出了国内首套高压大流量纯水液压控制阀气蚀特性实验台架,并针对纯水液压控制阀中最典型的节流阀口,研究了不同结构对阀口的流量一压差特性、出口压力及流量系数的影响;同时系统地研究了气蚀特性、密封技术及材料选择等关键技术,并集成地应用这些关键技术,完成了系列高压大流量纯水液压控制阀的结构设计、样机制造及性能优化等方面的研究,取得了一些具有创新性的结果。 研制出了一种基于多级分压、高压引流补偿和分离原则的气蚀抑制新结构和一种能够实现微量调节的轴向三角通槽式节流阀口结构、提出了一种基于敏感腔设置、阻尼器优化以及特殊力放大机构的灵敏控制方法;从流场控制的角度提出了纯水液压控制阀的参数优化设计方法:第一,利用弧形阀芯过渡面,改善节流槽内的压力分布,即:在紧靠阀芯与阀套形成的喷口处的微小区域内形成高于背压的压力峰值,从而抑制气蚀的发生。第二,增大阀套出口直径及锥度,减小出口位置偏差可以有效抑制出口漩涡形成,从而降低了气蚀现象的发生。在以水为工作介质的多级节流阀口、异形结构阀口的气蚀特性试验中,发现刚发生气穴现象时的气穴系数在0.35～0.5之问,与油压系统的气穴系数相近,这一现象在公开文献中未见报道,可为纯水液压控制阀节流阀口的设计提供依据。 本博士论文的主要内容可分为7章,现分述如下: 第一章为纯水液压传动的发展历程及研究现状。能源结构的变化趋势和人类可持续发展的时代要求,是纯水液压技术发展的外在要求;而纯水液压技术本身所具有的介质来源广泛、环境友好、清洁安全的独特优势,则是纯水液压技术崛起的内在动力。本章首先介绍了水液压技术的定义及基本特征;其次归纳了水液压技术的发展历程及其研究内容和难点,并就纯水液压传动在行走机械、食品、医药、娱乐、造纸等场合的应用进行举例说明;最后给出了目前国内外纯水液压控制阀的研究现状、典型代表、关键问题及应用前景;并说明了目前纯水液压控制阀存在的问题及开展纯水液压控制阀关键技术研究的目的、意义及对策。 第二章为纯水液压控制阀气蚀实验系统的搭建。本章首先介绍了纯水液压控制阀气蚀试验系统的设计思想、气蚀实验装置的设计要求,以及气蚀特性实验的测量原理及方法;然后针对测量中可能的误差来源进行分析。 第三章为纯水液压控制阀防气蚀阀口特性研究。水的汽化压力高,可压缩性小,密度大,这使得纯水液压阀中存在严重的气蚀腐蚀和拉丝侵蚀现象,从而导致阀很快失效。要减小或