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本研究通過對空間推進(jìn)系統(tǒng)閥門材料的表面改性技術(shù)需求分析、實物實施和試驗驗證,找到可以提高閥門材料耐磨性、提高閥門工作壽命的有效方法;該技術(shù)的發(fā)展將使閥門壽命和密封性能突破現(xiàn)有局限,也可為更多表面處理技術(shù)在閥門上的應(yīng)用提供參考。

材料經(jīng)過改性處理后，既能發(fā)揮材料基體的力學(xué)材料性能，又能使材料表面獲得各種特殊性能，如耐高溫、耐腐蝕、耐磨損、抗疲勞等。表面改性技術(shù)可以掩蓋基體材料表面的缺陷，延長材料和構(gòu)件的使用壽命等，表面改性技術(shù)的研究和應(yīng)用已有多年。7O年代中期以來，國際上出現(xiàn)了表面改性熱，表面改性技術(shù)越來越受到人們的重視，廣泛應(yīng)用于機(jī)械工業(yè)、國防工業(yè)、航天、航空、航海等領(lǐng)域，通過表面改性可以使材料性能提高、產(chǎn)品質(zhì)量提高、降低成本?？臻g推進(jìn)系統(tǒng)用電磁類閥門用于執(zhí)行流體通路的啟閉，需要承受嚴(yán)酷的力學(xué)環(huán)境的考核；需要高壽命、耐磨損、耐強(qiáng)腐蝕介質(zhì)等，閥門用材料需進(jìn)行特殊的處理。隨著我國航天器應(yīng)用需求的增長，對電磁類閥門的壽命要求也越來越高，如某些衛(wèi)星型號用發(fā)動機(jī)電磁閥以5O萬次、100萬次脈沖工作次數(shù)為設(shè)計目標(biāo)。傳統(tǒng)的電磁閥由于存在自身滑動摩擦，導(dǎo)致多余物產(chǎn)生，易發(fā)生卡滯或泄漏，動作壽命限于lO萬次以內(nèi)，不能滿足百萬次的使用目標(biāo)。

因此，需要探索合適的方法解決電磁閥滑動摩擦、提高零件的表面硬度和抗摩擦能力。1空間發(fā)動機(jī)用閥門設(shè)計技術(shù)要求某電磁閥的結(jié)構(gòu)簡圖如圖l所示，由殼體組件、罩殼、彈簧、線圈、銜鐵、閥座等組成，其工作原理是：當(dāng)電磁閥通電時，線圈組件與銜鐵組成磁路產(chǎn)生的吸力使銜鐵離開閥座，流道溝通，介質(zhì)從閥座口孔進(jìn)入下游，從而提供流量。斷電后，線圈組件與銜鐵組成磁路產(chǎn)生的吸力消失，銜鐵在彈簧力的作用下復(fù)位，流道關(guān)閉，無流量輸出。電磁閥共有吸合動作、通流、釋放動作和密封四個任務(wù)剖面，其主要性能要求情況見表1。圖1某電磁閥結(jié)構(gòu)簡圖表i某電磁閥性能要求序號檢驗項目要求值i工作介質(zhì)Nz、He2密封性能≤1×lOPa．m3／s(2．OMPa)s動作裕度4響應(yīng)特性負(fù)載2·01IIPt2s環(huán)境試驗振動試驗、驗、濕熱、6工作壽命i00，000次電磁閥工作過程中，銜鐵在殼體組件內(nèi)來回動作，存在自身滑動摩擦，在反復(fù)多次動作后，可能產(chǎn)生多余物而發(fā)生卡滯或泄漏問題。

滑動摩擦式電磁閥要滿足長壽命要求比較有效的途徑是將銜鐵、殼體組件內(nèi)腔進(jìn)行表面改性，提高銜鐵、殼體組件內(nèi)腔的表面硬度和抗腐蝕性，對改性后的零件進(jìn)行微量加工，從而達(dá)到零件滑動配合時所需要表面粗糙度。朱娟：閥門表面改性技術(shù)研究與應(yīng)用1552表面改性原理表面改性包括化學(xué)熱處理(滲氮、滲碳、滲金屬等)；表面涂層(低壓等離子噴涂、低壓電弧噴涂、激光重熔復(fù)合等薄膜鍍層、物理氣相沉積pVD、化學(xué)氣相沉積CVD等)和固體潤滑涂層技術(shù)等。

由于液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)元件密封性好，其可在高粉塵、高污染、易燃易爆或水下(采用特殊防護(hù))等環(huán)境中安全可靠工作。隨著科技的進(jìn)步，國內(nèi)外液動閥門需求量逐年增加。2結(jié)構(gòu)原理液動閥門一般由液動閥門本體，液壓控制系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)三部分組成，機(jī)電液一體化控制技術(shù)的水平，將決定液動閥門產(chǎn)品的技術(shù)水平。閥門常用的液壓驅(qū)動裝置有液壓缸直接推拉驅(qū)動式、齒輪齒條擺動油缸驅(qū)動式、螺線式擺動油缸驅(qū)動式和多回轉(zhuǎn)液壓馬達(dá)驅(qū)動式。1液壓缸直接推拉驅(qū)動式液壓缸直接推拉驅(qū)動式裝置常用于操縱閘閥和截止閥的開啟、停止和關(guān)閉或控制節(jié)流閥的開口位置及通過流量。液壓缸直接推拉驅(qū)動式是將油缸置于閥門上方(圖1)，通過連接支架將閥門與油缸固定，由套、銷子將閥桿及油缸活塞桿連接。當(dāng)油缸活塞運動時帶動閥桿運動完成閥門的開啟、關(guān)閉、停止及閥門開度的調(diào)節(jié)。

液壓油缸可根據(jù)管路系統(tǒng)對閥門的要求，采用雙作用油缸(包括單活塞桿和雙活塞桿油缸)用油壓完成對閥門的啟閉和開度調(diào)節(jié)。閥門。支架。套。銷。油缸圖1液壓缸直接驅(qū)動裝置采用單作用油缸時油缸一腔用油壓推動油缸活塞，油缸另一腔通大氣，腔內(nèi)設(shè)置彈簧或蝶簧，當(dāng)油壓進(jìn)入油缸一腔時油缸帶動閥桿運動，活塞運動同時壓縮另一腔中的彈簧，完成此次閥門開啟(或關(guān)閉)。當(dāng)油壓撤除時(油壓為0)，另一腔的壓縮彈簧釋放壓力，推動活塞回復(fù)到起始位置完成閥門的啟閉。彈簧油缸中彈簧設(shè)置在油缸活塞上腔或下腔是根據(jù)閥門的使用工況設(shè)定，即閥門原始通斷狀態(tài)常開或常閉決定。

液壓缸直接推拉驅(qū)動式常用油缸的符號見圖2。(a)單活塞桿油缸(油壓啟閉閥門)(b)雙活塞桿油缸(油壓啟閉閥門)(c)單活塞桿油缸(油壓關(guān)閉閥門，彈簧復(fù)位開啟閥門)(d)雙活塞桿油缸(油壓開啟閥門，彈簧復(fù)位關(guān)閉閥門)圖2常用油缸職能符號。2齒輪齒條擺動油缸驅(qū)動式齒輪齒條擺動油缸適用于驅(qū)動大中口徑蝶閥、球閥和旋塞閥的啟閉。齒輪齒條擺動油缸置于閥門上方，閥桿插入擺動缸齒輪軸孔中用平鍵連接，用螺栓將閥門與擺動油缸固定。帶有齒條的活塞桿在油缸的作用下作往復(fù)運動，齒條帶動齒輪及閥桿轉(zhuǎn)動，完成閥門的啟閉。由于齒輪的旋轉(zhuǎn)角度與齒條和油缸的行程長度成正比，因此一般用于閥門閥桿的旋轉(zhuǎn)角度可以預(yù)先設(shè)定為902。

輸出轉(zhuǎn)矩與油缸活塞面積和工作壓力值成正比。齒輪齒條擺動油缸有單齒條、雙齒條兩種結(jié)構(gòu)型式。輸出轉(zhuǎn)矩大時常用雙齒條結(jié)構(gòu)(圖3)。(a)單齒條擺動油缸(b)雙齒條擺動油缸圖3齒輪齒條擺動油缸。3螺線擺動油缸驅(qū)動式螺線擺動油缸驅(qū)動式裝置(圖4、圖5)適用于大中口徑蝶閥、球閥和旋塞閥的開啟、停止和關(guān)閉。螺線擺動油缸是一種新產(chǎn)品，具有結(jié)構(gòu)合理、體積小、質(zhì)量輕、輸出轉(zhuǎn)矩大、安全可靠、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點。目前進(jìn)入國內(nèi)提供驅(qū)動閥門專用的螺線擺動油缸驅(qū)動裝置的廠商有意大利MOVECO公司和德國HKS公司。在同等轉(zhuǎn)矩的情況下，螺線擺動油缸驅(qū)動裝置的體積和質(zhì)量參數(shù)是齒輪齒條式擺動油缸的50%左右。

閥門是管路流體輸送系統(tǒng)中控制部件，它是用來改變通路斷面和介質(zhì)流動方向，具有導(dǎo)流、截止、節(jié)流、止回、分流或溢流卸壓等功能。用于流體控制的閥門，從的截止閥到極為復(fù)雜的自控系統(tǒng)中所用的各種閥門，其品種和規(guī)格繁多，閥門可用于控制水、蒸汽、油品、氣體、泥漿、各種腐蝕性介質(zhì)、液態(tài)金屬和放射性流體等各種類型流體的流動，閥門的工作壓力可從0。0013MPa到1000MPa的超高壓，工作溫度從-269的超低溫到1430的高溫。在電廠使用的閥門種類很多，根據(jù)不同的分類方法可以分為許多不同的類別。如按照通過的介質(zhì)來分有蒸汽閥、水閥、氣閥、灰閥、油閥等；根據(jù)閥門的材質(zhì)又可分為鑄鐵閥、鑄鋼閥、鍛鋼閥、合金閥等；閥門的控制可采用多種傳動方式，如手動、電動、液動、氣動、渦輪、電磁動、電磁液動、電液動、氣液動、正齒輪、傘齒輪驅(qū)動等等。

閥門是一種管路附件。它是用來改變通路斷面和介質(zhì)流動方向，控制輸送介質(zhì)流動的一種裝置。具體來講，閥門有以下幾種用途:。接通或截斷管路中的介質(zhì)。如閘閥、截止閥、球閥、旋塞閥、隔膜閥、蝶閥等。調(diào)節(jié)、控制管路中介質(zhì)的流量和壓力。如節(jié)流閥、調(diào)節(jié)閥、減壓閥、安全閥等。目前，作者見、應(yīng)用也廣泛的是按照閥門的壓力、溫度和結(jié)構(gòu)特點來分類的方法。按照壓力等級分類有:真空閥門-工作時的公稱壓力低于大氣壓力的閥門；低壓閥門-工作時的公稱壓力為PN。6MPa的閥門；中壓閥門-工作時的公稱壓力為。5MPaPN6。4MPa的閥門；高壓閥門-工作時的公稱壓力為10MPaPN100MPa的閥門；超高壓閥門-工作時的公稱壓力PN>100MPa的閥門。