高壓液壓組合安全球閥關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化

梁譯文汪啟元?jiǎng)?帥吳若浦吳 怡馬 勰馬修水楊吉軍（.浙大寧波理工學(xué)院；.寧波財(cái)經(jīng)學(xué)院；.寧波天祥新華液壓有限公司）

高壓液壓組合安全球閥具有流體阻力系數(shù)小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠、維修方便、開關(guān)迅速、不容易使密封面侵蝕與磨損、閥門口徑可調(diào)范圍大等優(yōu)點(diǎn)，在國(guó)防、石油化工、醫(yī)藥等行業(yè)廣泛應(yīng)用。但是，隨著液壓機(jī)床、工程機(jī)械、冶金工程、海洋工程裝備等高端市場(chǎng)的需求，對(duì)高壓液壓組合球閥安全性提出了更高的要求。長(zhǎng)期以來，高端高壓液壓組合球閥生產(chǎn)技術(shù)受發(fā)達(dá)國(guó)家壟斷，成為制約我國(guó)液壓機(jī)床、工程機(jī)械、海洋工程裝備等發(fā)展的瓶頸，急需進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，解決“掐脖子”技術(shù)難題。

本文研究一種集球閥、截止閥、溢流閥功能于一體的高壓液壓組合安全球閥，對(duì)其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)工藝、檢測(cè)等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行攻關(guān)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

該產(chǎn)品由球閥、溢流閥、截止閥組成，通過理論與實(shí)驗(yàn)研究氣蝕與空化對(duì)球閥壽命的影響，對(duì)球閥、溢流閥、截止閥綜合集成優(yōu)化，提高了整機(jī)性能，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

2 關(guān)鍵技術(shù)和主要研究?jī)?nèi)容

為了實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)和產(chǎn)業(yè)化，需要解決產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)化、氣蝕與空化危害分析、工藝設(shè)計(jì)及精度分配等方面關(guān)鍵技術(shù)，其主要研究?jī)?nèi)容：

（1）應(yīng)用有限元軟件，模擬閥門在應(yīng)力場(chǎng)與溫度場(chǎng)耦合作用下的密封比壓分析與計(jì)算，運(yùn)用ANSYS軟件，進(jìn)行目標(biāo)驅(qū)動(dòng)優(yōu)化，分別對(duì)該組合安全球閥中的球閥、溢流閥、截止閥等閥體、閥座、閥芯、球體等結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)；運(yùn)用Fluent軟件，對(duì)不同閥芯開度下的磨損情況進(jìn)行分析，綜合分析結(jié)果，在MATLAB下繪制球體外鍍層厚度對(duì)其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度影響曲線，設(shè)計(jì)鍍層最佳厚度。

（2）球閥、溢流閥、截止閥綜合集成優(yōu)化，通過理論與實(shí)驗(yàn)研究氣蝕與空化對(duì)球閥壽命的影響，優(yōu)化整機(jī)性能。

（3）基于誤差溯源、合成、分解、補(bǔ)償和修正理論，合理地分配各部件、各工序加工誤差，優(yōu)化加工、裝配工藝，設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)化加工、裝配生產(chǎn)線，購(gòu)置關(guān)鍵加工、裝配設(shè)備，研制部分專用檢測(cè)設(shè)備和工裝夾具。

（4）研發(fā)產(chǎn)品行業(yè)、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，研制產(chǎn)品檢測(cè)工藝，設(shè)計(jì)部分專用檢測(cè)設(shè)備。

3 技術(shù)路線

3.1 總體技術(shù)路線

（1）理論分析仿真，對(duì)組合安全球閥中的球閥、溢流閥、截止閥等閥體、閥座、閥芯、球體等結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，鍍層最佳厚度分析設(shè)計(jì)。

（2）產(chǎn)品生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)。

（3）性能測(cè)試，改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)，改進(jìn)生產(chǎn)工藝。

（4）生產(chǎn)線設(shè)計(jì)，關(guān)鍵加工、裝配、檢測(cè)設(shè)備研制，生產(chǎn)線協(xié)調(diào)控制策略優(yōu)化，生產(chǎn)線調(diào)試，批量生產(chǎn)。

3.2 理論分析與仿真

（1）應(yīng)用有限元軟件，模擬閥門在應(yīng)力場(chǎng)與溫度場(chǎng)耦合作用下的密封比壓分析與計(jì)算，運(yùn)用ANSYS軟件，針對(duì)不同應(yīng)用場(chǎng)景，進(jìn)行目標(biāo)驅(qū)動(dòng)優(yōu)化，分別對(duì)該安全球閥中的球閥、溢流閥、截止閥等閥體、閥座、閥芯、球體等結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

（2）運(yùn)用Fluent軟件，對(duì)不同閥芯開度下的磨損情況進(jìn)行分析，結(jié)合分析結(jié)果，在MATLAB下繪制球體外鍍層厚度對(duì)其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度影響曲線，設(shè)計(jì)鍍層最佳厚度。

（3）通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證理論分析的合理性，改進(jìn)理論仿真分析，進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)。

3.3 工藝優(yōu)化和生產(chǎn)線設(shè)計(jì)

基于誤差溯源、合成、分解、補(bǔ)償和修正理論，合理地分配各部件、各工序加工誤差，優(yōu)化加工、裝配及檢測(cè)工藝，設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)化加工、裝配、檢測(cè)生產(chǎn)線，購(gòu)置關(guān)鍵加工、裝配設(shè)備，研制部分加工檢測(cè)設(shè)備、專用工裝夾具。圖2為生產(chǎn)工藝流程。

由圖2可見，高壓液壓組合安全球閥的制造主要分為兩個(gè)部分并行工作，一個(gè)是閥體，另一個(gè)是閥芯。閥體要經(jīng)過銑鋁加工中心機(jī)加工后表面鍍鋅，而閥芯則需要車銑加工中心機(jī)加工，還要再進(jìn)行熱處理和表面鍍鋅，除此之外還需要把手和轉(zhuǎn)動(dòng)手柄配套件，最后將他們裝配成完整的球閥并檢測(cè)包裝。

圖2 生產(chǎn)工藝流程

為了實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品研發(fā)及批量生產(chǎn)，需自制或購(gòu)置部分加工中心、閥體加工設(shè)備、研磨機(jī)、密封性能測(cè)試儀等研發(fā)設(shè)備和檢測(cè)設(shè)備。

3.4 產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)研制

結(jié)合企業(yè)主持制定國(guó)家高壓球閥行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)契機(jī)，把項(xiàng)目研發(fā)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝及檢測(cè)技術(shù)成果融入到行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定中，考慮行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的普適性，對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、原材料及備件、核心工藝、運(yùn)維服務(wù)等內(nèi)容不能融入行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的核心技術(shù)納入企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)研制中，增強(qiáng)企業(yè)的話語權(quán)和行業(yè)地位。

4 產(chǎn)品主要技術(shù)指標(biāo)

（1）P油口連接方式：直通螺紋式。

（2）公稱直徑：10、20、30mm。

（3）最大壓力調(diào)節(jié)范圍：63、100、210、330bar。

（4）安全閥結(jié)構(gòu)：直動(dòng)式溢流閥。

高壓液壓組合安全球閥研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)：（1）運(yùn)用仿真軟件仿真計(jì)算，對(duì)組合安全球閥中的球閥、溢流閥、截止閥等閥體、閥座、閥芯、球體等結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。（2）對(duì)不同閥芯開度下的磨損情況進(jìn)行分析，在MATLAB下繪制球體外鍍層厚度對(duì)其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度影響曲線，設(shè)計(jì)鍍層最佳厚度。（3）基于誤差理論，優(yōu)化加工、裝配工藝，設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)化加工、裝配、檢測(cè)生產(chǎn)線，部分關(guān)鍵檢測(cè)設(shè)備研發(fā)。（4）產(chǎn)品行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)研發(fā)。