面向汽車零部件生產(chǎn)企業(yè)水循環(huán)系統(tǒng)的水力排污閥設(shè)計(jì)研究

摘要：面向汽車零部件生產(chǎn)企業(yè)水循環(huán)系統(tǒng)，按照水力驅(qū)動(dòng)自清洗過濾器和水力控制閥的工作原理，確定了水力排污閥的設(shè)計(jì)目標(biāo)，以水流經(jīng)各種結(jié)構(gòu)產(chǎn)生壓差為依據(jù)，實(shí)施了水力排污閥壓差計(jì)算，利用設(shè)計(jì)軟件UG NX8.0進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，明確了閥體及零部件材料及參數(shù)的選用，研發(fā)了一種由水力控制閥控制的水力排污閥，滿足了全自動(dòng)自清洗過濾器的工作需求。

Abstract： Facing to the water cycle system of automobile parts manufacturing enterprises，combined with the working principle of the hydraulic driven self-cleaning filter and the hydraulic control valve， the design objective and the design principle of the hydraulic drain valve are determined. Based on the principle of pressure loss caused by the water flow， the design software UG is used NX8.0， a kind of hydraulic drain valve controlled by the hydraulic control valve is developed， and met the working requirements of the filter， with the advantages of reasonable structure and simple assembly.

關(guān)鍵詞：汽車零部件;全自動(dòng)自清洗過濾器;水力控制閥;水力排污閥

Key words： automobile parts;automatic self-cleaning filter;hydraulic control valve;hydraulic drain valve

0 ?引言

為了節(jié)約水資源，水循環(huán)系統(tǒng)是汽車零部件生產(chǎn)企業(yè)中的重要組成部分，自清洗過濾器是水循環(huán)系統(tǒng)保證水質(zhì)安全的重要設(shè)備[1-2]。自清洗過濾器在動(dòng)力源方向的設(shè)計(jì)研究重點(diǎn)主要包含電機(jī)驅(qū)動(dòng)和液壓驅(qū)動(dòng)兩種。電機(jī)驅(qū)動(dòng)的全自動(dòng)自清洗過濾器研究比較早，技術(shù)相對(duì)較成熟;液壓驅(qū)動(dòng)的全自動(dòng)自清洗過濾器研究時(shí)間不長(zhǎng)，關(guān)鍵技術(shù)處于發(fā)展階段。由于液壓驅(qū)動(dòng)全自動(dòng)自清洗過濾器的工作原理和方式不同，采用控制方式也不同，市面很難找到配套的控制閥，因此液壓驅(qū)動(dòng)全自動(dòng)自清洗過濾器的關(guān)鍵技術(shù)主要包含自清洗過濾器的工作原理、液壓驅(qū)動(dòng)控制閥和液壓驅(qū)動(dòng)排污閥等關(guān)鍵技術(shù)[3-6]。本文以水力驅(qū)動(dòng)為動(dòng)力源，結(jié)合水力驅(qū)動(dòng)自清洗過濾器和水力控制閥的工作原理，設(shè)計(jì)了一種與水力控制閥配套使用的水力排污閥。

1 ?水力排污閥的設(shè)計(jì)目標(biāo)

水力驅(qū)動(dòng)自清洗過濾器是一種吸污式利用濾網(wǎng)內(nèi)外壓差控制水力控制閥和水力排污閥接通和斷開的全自動(dòng)自清洗過濾器。水力驅(qū)動(dòng)自清洗過濾器和水力控制閥的工作原理：當(dāng)濾網(wǎng)內(nèi)外壓差小于設(shè)定值時(shí)，水力控制閥斷開，自清洗過濾器實(shí)施過濾功能;當(dāng)濾網(wǎng)內(nèi)外壓差大于設(shè)定值時(shí)，水力控制閥在壓差的作用下接通，水力排污閥接通空氣，自清洗過濾器實(shí)施過濾、吸污和排污功能[5-6]。本文設(shè)計(jì)的水力排污閥是利用水力壓差推動(dòng)閥芯移動(dòng)排污閥口打開將污水排出的水力閥。

2 ?水力排污閥壓差計(jì)算

水在流動(dòng)過程中會(huì)產(chǎn)生一定的壓差，壓差的大小主要與水的流速和粘度、管道的長(zhǎng)短和直徑、管道的變化結(jié)構(gòu)有關(guān)，主要包含等徑直管壓差、變化結(jié)構(gòu)壓差、閥進(jìn)出口壓差、小孔兩端壓差、平板間隙壓差和環(huán)形間隙壓差等[7-10]。結(jié)合結(jié)構(gòu)的不同，產(chǎn)生的系統(tǒng)總壓差為對(duì)應(yīng)各項(xiàng)結(jié)構(gòu)壓差之和，各項(xiàng)壓差和系統(tǒng)總壓差具體計(jì)算公式如下。

2.1 等徑直管壓差

等徑直管壓差是指當(dāng)流體流動(dòng)的過程中會(huì)在等徑直管中產(chǎn)生一定的壓力損失并形成壓差，產(chǎn)生的壓差與直管的總長(zhǎng)度、流體的密度與流速和管對(duì)流體產(chǎn)生的阻力系數(shù)有關(guān)。

其中a為等徑直管阻力系數(shù)，L為等徑直管的總長(zhǎng)度，ρ為水的密度，v為水的流速，D為直管內(nèi)徑。

2.2 變化結(jié)構(gòu)壓差

變化結(jié)構(gòu)壓差是指當(dāng)流體經(jīng)過變化結(jié)構(gòu)的導(dǎo)流管時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定的壓力損失并形成壓差，產(chǎn)生的壓差與變化結(jié)構(gòu)導(dǎo)流管的變化結(jié)構(gòu)阻力系數(shù)、流體的密度與流速有關(guān)。

其中b為變化結(jié)構(gòu)阻力系數(shù)，ρ為水密度，v為水的流速。

2.3 閥進(jìn)出口壓差

閥進(jìn)出口壓差是指當(dāng)流體經(jīng)過閥時(shí)在閥的進(jìn)水口和出水口之間產(chǎn)生一定的壓力損失并形成壓差，產(chǎn)生的壓差與額定流量產(chǎn)生的壓差、實(shí)際流量和額定流量有關(guān)。

其中ΔP閥為閥進(jìn)出口兩端的壓差，ΔP額流為閥在額定流量下產(chǎn)生的壓差，Q實(shí)為閥的實(shí)際流量，Q額為閥的額定流量。

2.4 小孔兩端壓差

小孔兩端壓差是指當(dāng)流體經(jīng)過小孔時(shí)在小孔兩端之間產(chǎn)生一定的壓力損失并形成壓差，產(chǎn)生的壓差與小孔長(zhǎng)徑比系數(shù)、實(shí)際流量、孔的面積形狀與尺寸有關(guān)。

其中ΔP小孔為小孔兩端壓差，c為與小孔長(zhǎng)徑比相關(guān)的系數(shù)，Q小孔為小孔的實(shí)際流量，H為與孔的形狀和尺寸相關(guān)的系數(shù)，S為小孔的面積。

2.5 平板間隙壓差

平板間隙壓差是指當(dāng)流體經(jīng)過平板間隙時(shí)在平板間隙兩端之間產(chǎn)生一定的壓力損失并形成壓差，產(chǎn)生的壓差與間隙流量，平板相對(duì)速度，間隙的寬度、高度和長(zhǎng)度等有關(guān)。

其中ΔP平為平板間隙兩端的壓力差，Q平為通過間隙的流量，v平為平板之間的相對(duì)速度，a為間隙的寬度，b為間隙的高度，c為間隙的長(zhǎng)度，μ為水的動(dòng)力粘度。

2.6 環(huán)形間隙壓差

環(huán)形間隙壓差是指當(dāng)流體經(jīng)過環(huán)形間隙時(shí)在環(huán)形間隙兩端之間產(chǎn)生一定的壓力損失并形成壓差，產(chǎn)生的壓差與環(huán)形間隙流量、孔的直徑、流體的動(dòng)力粘度等有關(guān)。

其中ΔP環(huán)為環(huán)狀間隙兩端的壓力差，Q環(huán)為通過環(huán)狀間隙的流量，υ環(huán)為軸孔之間的相對(duì)速度，D為孔的直徑，ΔR為軸孔同心時(shí)間隙的高度，χ為偏心率，μ為水的動(dòng)力粘度。

2.7 系統(tǒng)總壓差

系統(tǒng)的總壓差應(yīng)為上述6種壓差之和，其中當(dāng)沒有相關(guān)的結(jié)構(gòu)時(shí)，相對(duì)應(yīng)的壓差為0。

3 ?水力排污閥的設(shè)計(jì)

3.1 水力排污閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

水力排污閥主要利用UG NX8.0進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1所示，主要由調(diào)節(jié)螺栓、復(fù)位彈簧、閥芯、主閥體、污水進(jìn)水孔、污水出水孔、水力控制閥進(jìn)水孔和水力控制閥出水孔等零部件組成。

3.2 水力排污閥的工作原理

結(jié)合設(shè)計(jì)的水力排污閥，水力排污閥的工作原理：當(dāng)水力控制閥斷開時(shí)，水力控制閥進(jìn)水孔沒有高壓水流過，閥芯靜止，水力排污閥處于斷開狀態(tài);當(dāng)水力控制閥接通時(shí)，高壓水經(jīng)過水力控制閥進(jìn)水孔、閥芯上的小孔和水力控制閥出水孔等流入大氣，由于高壓水經(jīng)過水力控制閥、閥芯上的小孔和管道存在壓力損失產(chǎn)生壓差，閥芯在壓差的作用下沿閥芯軸線向右移動(dòng)，污水進(jìn)水孔和污水出水孔接通，將濾網(wǎng)內(nèi)的污水排出至污水池;當(dāng)水力控制閥斷開時(shí)，高壓水?dāng)嗔?，閥芯在復(fù)位彈簧的作用下復(fù)位，水力排污閥斷開，污水進(jìn)水孔和污水出水孔斷開，自清洗過濾器停止排污。

3.3 水力排污閥零部件與材料的選用

水力排污閥材料的選用主要包含閥體和閥內(nèi)件等零部件材料的選用。結(jié)合水力排污閥的工作環(huán)境和要求，常選用不銹鋼等鋼制材料，毛坯可選用鍛件或型材。水力排污閥的閥內(nèi)件主要由閥芯和復(fù)位彈簧等組成。閥芯可采用不銹鋼、鋁材或青銅等材料。復(fù)位彈簧可選用不銹鋼和彈簧鋼等材料制成的壓簧，具體尺寸根據(jù)壓差的需要選用。

4 ?結(jié)論

面向汽車零部件生產(chǎn)企業(yè)水循環(huán)系統(tǒng)，結(jié)合水力驅(qū)動(dòng)自清洗過濾器的工作原理，以水流動(dòng)過程中會(huì)產(chǎn)生壓差，設(shè)計(jì)了一種利用壓差為動(dòng)力源的水力排污閥。通過水力控制閥控制水力排污閥的接通和斷開，將全自動(dòng)自清洗過濾器內(nèi)的污水經(jīng)過水力排污閥的排入污水蓄水池，有效的實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)自清洗過濾器過濾、自動(dòng)吸污和排污功能，滿足了過濾器的工作需求，具有結(jié)構(gòu)合理和裝配簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，它可廣泛適用于鋼鐵生產(chǎn)、汽車零部件生產(chǎn)、化工和熱電廠等領(lǐng)域。

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