开关先导型超高压气动减压阀原理与特性研究(3)

2020-12-24 18:33

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第6期王宣银,等:开关先导型超高压气动减压阀原理与特性研究

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(2)

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式中:R为气体常数,T为热力学温度,g为重力加速度,口为气体的黏度,z为管路的长度,d为管路的直径.

2.3各腔体的压力微分方程

根据理想气体状态方程,气体在反馈腔、调压腔

以及出口腔处的压力变化微分方程可用下式表示:

一dp:R—T—dtoRT—dV

rd£

y

d£’y

m+—m—R~d£

dT

V2

df’

…

3、

2.4主阀心的力平衡方程

‘‘

在工作状态中主阀芯推杆和气动活塞保持紧密接触,将主阀芯组件和气动活塞组件看作一个整体,做受力分析,对应的微分方程如下:

一m甜=P。S。+pfSf+pbSb-p。S。+Ky+

J2..

{、蒙t+Co.

(4)

式中:Y为以开启方向为正方向的主阀芯位移,P,为

i腔气体压力,^为阻尼系数,K为弹簧的刚度,Si

为P;作用面积,m为主阀芯组件和气动活塞组件的质量和,C。为弹簧的预紧力.2.5先导开关阀的数学模型

开关阀的数学模型是由开、关的延迟时间和阀芯相对移动时间来描述的.这些参数很容易通过实验获得.阀芯的位移分段函数为

X(£)=Y(£)z。。。,

其中

0,

O≤£<£d。;

-t--=t_a.,tdn≤£<£。。;

I.on

/'dn

Y(£)=

1,to.≤f<£。+£df;

(5)

譬竿“帆f≤£<£,帆“;

‘off

‘dn

0,t。+名ff≤£.

式中:z。;为开关阀的最大位移;t。为输入脉冲宽度;t。。为开启时间,包括阀打开的滞后时间t。。和阀芯从刚开启到完全开启的时间;£。“为关闭时间,包括阀关闭滞后时间t甜和阀芯从全开到全闭的运动时间.式(5)描述了给定开关阀一个脉冲输入的响应函数.式(1)~(5)构成了整个减压阀的数学模型.

3仿真研究

利用Matlab的simulink子模块进行了减压阀系统仿真.仿真的参数设置如下,输入压力P;。为35

MPa,与排气腔通过管路连接的容腔视为减压阀的

万 

方数据负载,环境温度设为20℃.图2为负载腔压力为大气压力时的压力曲线.图3为负载压力为大气压力、进气阻和出气阻增大1倍的压力曲线.可以看出,气

阻增大后,响应时间变长,但是压力波动变小.并且

可以看出,该阀在中压区域表现最好,无超调,压力波动小;低压有一定的超凋;高压时压力波动较大.

图4是在目标压力为20MPa、负载压力在第3

和第4S分别有+18和一13MPa时的压力阶跃变化,即负载有阶跃变化.可以看出,当减压阀在

3.0127和4.0034

S时出现两个压力尖峰.但是这

两个压力尖峰较小,小于0.3MPa.并且减压阀迅速

将压力调定到目标范围内,具有良好的负载特性.

减压阀的调压腔体积对系统影响巨大,图5为不同调压腔体积的调压曲线,为了便于区分,本文对调定压力略作区别.调压腔体积分别为35、70和

180

mL,调定压力分别为19、20和21MPa.可以看

日

山

芝

、

乱

图2单倍气阻压力曲线

Fig.2

Output

pressure

response

curve

withsinglechoke

28

2420

皇16

、12

氧8

4

O

图3双倍气阻压力曲线

Fig.3

Output

pressure

response

curve

withdoublechoke

20.520420.320.2

芒20.1

蒌20.0019.9

、198

19719619.5

图4负载变化时输出压力的调节曲线

Fig.4

Outputpressure

response

curve

underdisturbed

load


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