【正文】 要求閥芯動作靈敏，即液面沒有達到 設定高度時，閥口必須開啟充液，液面達到設定高度時，閥口立即關閉，停止充液。當閥口開始起節(jié)流作用幾，管道 3 內的液體也隨即增多，直至充滿整個管道，此 時閥芯上方還將承受液體產生方向向下的壓力，這將力口速閥芯向下移動。閥口處有效通流面積為孔 2 截面積的十倍多，因此只起通流作用，不會產生節(jié)流作用。 圖 主要由主閥體、浮筒、浮桿、杠桿、閥芯等組成。 (4) 分析比較了幾種閥口形式，選擇了半球形閥芯、錐形閥座孔的線密封閥口形式，保證了注水閥處于關閉狀態(tài)時的良好密封性。本章的結構方案設計準確的建立全塑料注水閥的模型 ，并為具體的繪制全塑料注水閥的整套機械加工圖紙打下了基礎。 注水閥技術的運用領域多種多樣，不同材料、不同型號的注水閥也越來越多。設計了杠桿機構，通過液體對浮筒產生的浮力，驅動閥芯動作，實現了注水閥自動開啟 /關閉的功能。當注水閥處于工作狀態(tài)時，即浮筒 還未與液體充分接觸，浮筒和浮桿的自重將閥芯抬起，閥口開啟，液體從進口處進入，經管道、導流塞，進入閥芯管道，然后從出口處流出，進入被充液容器。 (3) 驅動閥芯動作的杠桿機構，是全塑料注水閥重要的部件。 圓管中的雷諾數由如下公式決定 ： Re vd?? 其中， v 為管內的平均流速，這里取閥達到額定流量時的平均速度 ； d 為管道內徑，孔 1 直徑為 3mm，孔 2 直徑為 2mm； ? 為液體的運動粘度，這里液體采用水，其粘度為 。液體通過孔 2 進入管道 3，其流動狀態(tài)會對閥芯造成影響，孔 2 的結構形式又決定了液體的流動狀態(tài)，因此有必要研究孔 2 結構設計的合理性，即分析比較孔 2 的兩種結構形式在注水閥注水過程中對閥芯動作造成的影響，以達到優(yōu)化設計注水閥結構的目湖南理工學院南湖學院畢業(yè)設計 26 的。 注水閥在整個注水過程中有三種工作狀態(tài)，分別如下 ： (1) 注水閥閥口完全打開，正常注水狀態(tài) 此時，注水閥閥口開啟量為最大值，閥口處 等效通流面積遠大于孔 1 和孔 2,注水閥中最小的等效通流面積為孔 2 的截面積，因此該工作狀態(tài)中，起主要節(jié)流作用的為孔 2，其次是孔 1,閥口處只起通流作用。 則式 (324)可化為 ； 239。2( ) sinD Xd dL?? ； 湖南理工學院南湖學院畢業(yè)設計 24 39。2 39。 湖南理工學院南湖學院畢業(yè)設計 23 圖 閥芯與閥座間液體的壓力分布曲線 閥芯的動態(tài)力學平衡方程 當注水閥閥口開始節(jié)流時，設閥芯上方壓力為 hl，閥芯與閥座間液體的壓力按圖 的曲線規(guī)律分布，各壓力區(qū)的等效直徑為 [37]。 閥口開始節(jié)流時的壓力分布 全塑料注水閥的閥座面 采用錐形結構，閥芯是半球形結構，這里為方便理論分析，將球形閥芯結構簡化為錐形結構。對于滑閥式結構，其閥的閥芯行程較截止式長，即啟閉所需時間長，適用于多位多通的小口徑閥，且滑閥結構對液壓系統(tǒng)的過濾、潤滑、維護要求較高。 (3) 平板閥口 ： 閥芯為平板，閥座為柱形孔臺階。通過閥口的開 /關及開度的大小來控制液流通斷、流量大小和壓力高低。 根據（ 31）得 1 1 1 2 2()G F l F l?? （ 34） 其中浮筒重 40g，浮桿重 20g。注水閥的主要功能是截斷或接通管道中的液流，其工作狀態(tài)為常開。閥芯和浮桿需要與 閥體配合，機械加工后，還需要進行一定打磨，以保證閥芯和浮桿在閥體內動作靈敏。對于塑料材料，采用模具成型，可以保證各個元件的加工精度 [29]。按聚合方式不同有均聚甲醛和共聚甲醛兩種，相對均聚甲醛而言，共聚甲醛耐熱、耐蝕性強。 C。尼龍的性能特點是 [28]： (1) 具有突出的耐磨性和自潤滑性。 (5) 優(yōu)異的電絕緣性能，是目前介電常數和介電損耗最小的固體絕緣材料 (小于)?？稍谝?1802600C 的范圍內長期使用，而且，在2500C 條件下經 240 小時，其力學性能也不降低，它是目前熱塑性塑料中使用溫度最寬的一種。 注水閥材料選擇 注水閥的工作環(huán)境為強酸性，工作溫度范圍為 200C900C，因此其材料應具有耐酸性、耐高溫性。操作員的勞動強度大，注水時間長，注性能。 鉛酸蓄電池在充、放電過程中，也需要電解液面維持在一定的高度。 (3) 全面剖析了全塑料注水閥的結構原理，描述了該閥的注水性能。這為新元件與系統(tǒng)的工程實際應用作出了一定的貢獻，因此本課題研究具有重要的理論意義及重大的工程實際意義。通過進一步計算得到閥內流體壓力 、速度分布的流體重要參數曲線，進而掌握閥口流動特性、液動力，分析對閥芯動作的影響，及優(yōu)化設計閥芯、閥口，得出最佳的設計參數。 該注水裝置還附帶一個電解液高度顯示器，因為當注水裝置裝到蓄電池上，蓄電池即封閉起來，如果不拆掉注水裝置，里面的液面高度就無從知曉，因此引入一個液面顯示器，可以隨時了解到液面的高度狀況。 湖南理工學院南湖學院畢業(yè)設計 9 圖 鉛酸蓄電池注水裝置 主轉換接頭連接了注水管 3 和注水閥 2，其內徑設為 A，次轉換接頭連接水箱 4 和注水管 3，其內徑設為 B，以滿足 AB 的應用 場合。 湖南理工學院南湖學院畢業(yè)設計 8 圖 利 用浮力進行關閉的注水閥 圖 中 15 為注水器蓋， 16 為注水孔， 20 為閥， 27 為推桿， 25 為浮筒，注水孔由閥控制其開和關，浮筒 25 與液面接觸時產生浮力 ，通過推桿 27，使閥 20 關閉注水孔16 停止注水。江蘇省計經委列為 1993 年新產品開發(fā)項目的氟塑料襯里球閥，采用殼體熔模精鑄，內襯為目前最為理想的防腐蝕材料聚全氟乙丙烯 (F46)，密封件采用中科院上海有機所的發(fā)明專利 — 氟塑料合金 [8]。 塑料閥元件及注水裝置的研究現狀 市場對塑料閥類產品的需求主要源于兩方面 ： 一是源于與塑料管材配套使用 ； 二是源于塑料閥門的耐蝕性、耐藥性、耐疲勞性、絕緣性、比重輕、加工效率高等獨特優(yōu)點。 海水液壓動力系統(tǒng)是直接采用海水作為工作介質，用海水壓力能來驅動水下工具作業(yè)。D)流體，而水乙二醇占其 40%左右。利用成組技術，找出零件的類似性，進行通用化、標準化。提高可靠性是一項系統(tǒng)工程，除靠科學的設計、先進的材料及完善的工藝外，還應注意應用和維護的可靠性。這要求開發(fā)低控功率閥，研制適應野外條件的電液比例 閥，遠控多路閥，適應各種工況的電液伺服閥，低成本比例閥以及不需要 A/D、 D/A 轉換，可以直接和計算機接口，易于數字控制的數字閥等。經過最近半個世 紀的進一步發(fā)展，液壓技術已成為包括傳動、控制、檢測在內的、對現代機械裝備的技術進步有重要影響的基礎技術，已廣泛應用于各工業(yè)部門，例如，國外生產的 95%的工程機械， 90%的數控加工中心， 95%的自動生產線都采用了液壓傳動。 由于水的潤滑性差，易產生銹蝕。且要求注水閥在充液達到一定量的情況下 ， 實現自動關閉以停止充液。本文介紹的全塑料注水閥即是為鉛酸蓄電池充液的特殊工作需要而研制的 ， 是一種響應靈敏、控制精度高及性能穩(wěn)定、可靠的自動控制元件。1795 年英國人布拉默 ()發(fā)明了世界上第一臺水壓機，是他首先利用水不僅進行能量傳遞，而且傳遞控制信號，標志現代液壓技術工程應用的開始。戰(zhàn)后 50 年代，液壓技術迅速轉入民用工業(yè)，在機床、工程機械、船舶機械、壓力機械、冶金機械、軋鋼機械、農業(yè)機械、汽車行業(yè)等部門得到廣泛應用。目前主要發(fā)展動向有如下幾方面 [l3]； (1) 提高效 率，降低能耗。包括水基難燃介質、無污染的純水液壓技術的研究、開發(fā)和應用，降低噪聲，提高密封性能，減小泄漏等。為了解決多樣化與專業(yè)化之間的矛盾，在設計中，應研究滿足多樣化要求的標準化設計方式，要充分利用最少要素，經過組合達到多品種。水壓技術具有抗燃、對環(huán)境無污染、成本低廉及功率大、運行平穩(wěn)、響應速度快等突出優(yōu)點，特別適用 于鋼鐵工業(yè)、礦山、食品加工業(yè)、海洋開發(fā)以及軍事工業(yè)，最湖南理工學院南湖學院畢業(yè)設計 6 符合環(huán)境保護、安全可靠作業(yè)、提高綠色意識和可持續(xù)發(fā)展的要求，具有十分廣闊的前景，是目前國際上流體傳動及控制前沿性的研究方向 [34]。德國 Hermann Hemscheidt 公司已經發(fā)展了最高壓力為 32MPa 的斜軸式定量和變量高水基泵和馬達，流量 ： 16230L/min，容積效率可達 90%。但是與國外先進水平相比差距很大，主要表現在 ： 產品水平低，品種規(guī)格少，自我開發(fā)能力薄弱，成套性差，特別是對重大技術裝備、重點工程的配套率嚴重不足 ；產品質量不穩(wěn)定，可靠性差，壽命短 ； 一些新的應用領域如航天航空，海洋工程，生物醫(yī)學工程，機器人，微型機械及高溫、明火環(huán)境下所急需的一些特殊元件，幾乎處于空白。澳大利亞高原控制有限公司已成功研制出高原塑料閥體電磁閥，為兩位兩通常閉閥，通常運用在餐具清洗、農業(yè)灌溉和自動售貨機上，其工作壓力為201000KPa，閥體材質采用 Nylon 尼龍、 Polysulphone 聚礬、 ABS 丙烯睛 [7]。該注水器利用浮筒和液面接觸產生的浮力，使得閥關閉，停止 注水 [9]。我國各大油田均實現了注水系統(tǒng)的自動化，并對注水系統(tǒng)不斷優(yōu)化，以適應各個不同的工作環(huán)境 [1114]。 (2) 合理的結構尺寸，以便能放入蓄電池內，補充電解液。計的注水閥參數指標如下 ： (1) 工作壓力范圍 ： ； (2) 壓力下流量 ： ； (3) 能利用浮力穩(wěn)定、可靠的關閉閥口 ； (4) 注水閥截止時零泄漏量 ； (5) 耐酸、耐高溫。學科的交叉會碰到很多問題，但同時也意味著更多的創(chuàng)新和發(fā) 現。最后，采用注水閥搭建自動注水系統(tǒng)，進行注水閥的注水性能測試?；傻淖罱K目的是要使電池在完成化成充電時，其密度在 27℃時為 ~，并且所有的單格電池都要達到所需的液面高度。因此需要對蓄電池進行注水，使電解液液面達到一定高度，當電解液液面降低時，還應及時補充溶液，使液面維持在一定的高度。 關鍵技術 在整個研究過程中，注水閥的材料選擇及結構設計最為關鍵。 1. 聚四氟乙烯 聚四氟乙烯 (polytetrafluoroethylene)，代號 PTFE，是氟塑料中應用最廣、產量最大的品種，享有“塑料王”之譽。無論強酸、濃堿以及強氧化物對它都不起作用，在侵蝕性極強的“王水”中煮沸也不起變化，化學穩(wěn)定性之高超過了陶瓷、不銹鋼和金、鉑等貴金屬。 (8) 導熱性差，熱膨脹系數大。它不溶于普通溶劑，可耐許多化學藥劑，抗霉、抗菌、無毒，不受弱酸、醇、礦物油等影響。 (6) 吸水性大 (其中以 PA6, PA66 吸水性最大 )， 24 小時可達 2%，尺寸變形化率達%。 湖南理工學院南湖學院畢業(yè)設計 15 (3) 吸水性很低，故聚甲醛制件的尺寸穩(wěn)定，比尼龍制品優(yōu)越很多。但是，聚四氟乙烯強度較低，剛性較差，加工時容易引起工件變形，不適合于機械加工方式。 全塑料注水閥是一種新型的水壓元件，采用該元件對容器進行充液，充液到設定高度時，注水閥自動關閉閥口，停止充液。此時 閥芯的向上位移△ 2 為最大，亦即注水閥的閥口開啟量為最大。 代入式 (35)得 vx 為 ，即當閥芯向下移動到閥口開啟量為 時，閥口開始節(jié)流。液流的通斷和流通截面的形成與球形閥口類似。當柱塞進入柱塞孔，液流被切斷 ； 當柱塞離開柱塞孔后，柱塞孔之間形成的柱形面即為湖南理工學院南湖學院畢業(yè)設計 19 流通截面 (圖 d) 。當閥芯中心線與閥座孔中心線不完全重合時，錐形閥芯與閥座孔就不能完全接觸，從而不能保證良好的密封性。 式 (320)中 p1，為注水閥閥芯上方平均壓力，這里分別取 , 和 三個不同的壓力，計算注水閥錐形閥口處液體的壓力分布情況。 39。1DD? 時， 122 sinX DDLL ????； 其中： 39。0 2( 2 s in ) s in 2 s inL XXX XL L DF D L p d LL D L? ? ? ???? ?? 39。所以，考慮到液流對閥芯作用力的影響，應盡可能降低此類影響，提高閥芯動作靈敏度。 (3) 注水閥閥口關閉，注水結束 此時，注水閥閥口完全關閉，截斷液流，注水結束，管道 3 中充滿了液體，閥芯上方壓強為注水閥的入口壓力，對閥芯產生的壓力使其緊緊關閉，達到密封的作用。 孔 1 的長度為 5mm，孔 2 的長度為 2mm，因此孔 1 的長徑比為 ，孔 2 的長徑比為 1。浮筒深入被注水容器中，隨著液面的上升，開始與液體接觸，液面達到一定高度時，產生的浮力足以克服浮桿和浮筒的自重，并能推動浮桿上移，通過杠桿驅動閥芯，使注水閥關閉。 (5) 注水閥內部流道采用迂回結構，有利于注水閥充液過程中，液體平穩(wěn)的進入閥芯所在管道，減小對閥芯的沖擊，保證閥芯動作的靈敏性，也有利于注水閥工作的可靠性、穩(wěn)定性。 湖南理工學院南湖學院畢業(yè)設計 30 第五章 全文總結 與 展望 本文通 過調研國內外塑料閥元件及鉛酸蓄電池注水系統(tǒng)的發(fā)展狀況，根據注水閥的工作環(huán)境和性能要求，設計出了全塑料注水閥。相信注水閥的運用將會更加廣泛?？偨Y如下 ： (1) 針對注水閥的工況，采用了全塑料材料結構，滿足了注水閥酸性、高溫的工作環(huán)境要求。 所設計的全塑料注水閥具有上述結構特征，保證了其穩(wěn)定性