开关先导型超高压气动减压阀原理与特性研究(3)

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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

％＝盖ｌＲＴｇ上１２８（户２’户》

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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

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ｗｉｔｈｓｉｎｇｌｅｃｈｏｋｅ

２８

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皇１６

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氧８

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图３双倍气阻压力曲线

Ｆｉｇ．３

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２０．５２０４２０．３２０．２

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蒌２０．００１９．９

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１９７１９６１９．５

图４负载变化时输出压力的调节曲线

Ｆｉｇ．４

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