气动往复专用阀设计开题报告(2)
3．方案论证
3.1总体方案及技术要求
本课题设计的方案为先设计出按流量信号控制的气动往复回路，并且作出射流元件实物，确定射流元件具体参数。然后将回路中的各个元件功能用结构集成一个整体，而这个整体就是本课题设计内容---气动往复专用阀。大致步骤：作出射流元件图纸并加工出实物——设计气动往复原理图——做实验确定射流元件相关参数——将往复回路中的各功能元件整合、集成——气动往复专用阀具体几何参数。以下将详述射流元件和往复回路的设计计算过程。
3.2射流元件的设计
在本设计中，采用了对流量信号很敏感的射流元件，由于一直以来人们对射流元件的压力特性研究还不足，故本设计中将制作一套射流元件用于实验之用，通过实验研究其效果，并经调试试验掌握合理的应用参数。
射流元件按工作介质分为气动射流元件和液压射流元件两类。根据流体的流动机理，射流元件又分为湍流式、附壁式和动量交换式三类。①湍流式射流元件：利用层流状态的主射流在干扰气流作用下由层流流动变为湍流流动的原理所制成，它实质上是一种多输入的“或非”射流元件。②附壁式射流元件：利用主射流在特定形状的腔室内由于流体的卷吸作用而产生的附壁效应所制成，常见的有双稳元件、或非元件、计数触发元件等。③动量式射流元件：利用两股射流在作用腔室内进行动量交换的原理所制成，常见的有与门元件、半价元件、比例元件等。本设计课题采用附壁式射流元件（以下简称射流元件）。
3.2.1 射流元件基本结构
射流元件由盖板、中板和底板组成，中板上设有流体的主流道，形成主射流进行切换动作的工作腔；盖板上开设排空孔；底板上只有定位孔与连接孔。射流元件中板的主要结构包括喷嘴、控制道、位差、输出道的尺寸、方位等。其主流道结构如图3-1所示：
W-主喷嘴宽度 b1-控制道宽度 D-位差 b2-输出道宽度 α-输出道侧壁倾角
图3-1射流元件中板结构图
射流元件装配图如图3-2（从左到右依次为盖板，中板，底板）
图3-2 射流元件装配示意图
3.2.2 中板主要结构参数设计
（1）主喷嘴：
主喷嘴结构对射流元件性能有着至关重要的影响。主喷嘴是元件的入口，主要起两方面作用：一是输送流体，形成二文射流并尽可能减少能量损失；二是保持射流的稳定。根据附壁射流基础理论，喷嘴做成方形截面，且深度和宽度符合一定比例。这样喷嘴形成的射流切面比较狭窄，从而增大了射流元件同侧壁的作用面积。一般认为，射流与侧壁之间的粘性作用可以加强射流附壁的牢固性，因此，射流元件深宽比一般比较大；另一方面，过大的深宽比会形成更为狭窄的射流，这会相对增加射流的自由表面，从而导致较大的能量损失，使输出压力减小。综合多方面因素，考虑将喷嘴深宽比定为 3.0～4.0。接下来需要确定喷嘴宽度 W。对射流元件而言，这是一个基准参数。其他的各个结构参数几乎都与此相关。通常，W 越大，则元件整体越大；W 越小，则元件整体越小。
确定喷嘴截面积后，还需要使喷嘴具有一定的平行长度来保证射流由喷嘴射出时的正确方位。这段长度L 称为喷嘴的导流段，导流段过长，将增加摩擦阻力；过短，将干扰射流的出口方向，经验选取L＝2～3W。由于喷嘴整体位于一块方形板上，而来流是一股管流，为了尽可能减少水力能量的损失，导流段之前设置类似喇叭口的收缩段，收缩段与喷嘴连接处尽量做成流线型。还需要注意的是主喷嘴两侧壁必须平行，为达到这一效果，本次实验采用的元件均是线切割加工。此外，本文所设计的元件为单稳元件，故在结构上并不对称。
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