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高压气动比例减压阀设计与仿真

时间:2013-05-10来源:易品期刊网 点击:
引言 
  它作为高压气动体系的重要构成要素,在航天等行业中有着非常广泛的应用。现在的手动控制已经发展的非常优秀了。对于高压电气相关的减压内容,我们也知道很多,如贾光政等提出的开关容积减压系统,它可以带来非常高的能量的使用性特征,不过它的压力并不是非常大,而且精确性不好;陈奕泽等提出了一种电反馈式高压气动比例减压阀,输出压力在8-25 MPa可控,不过这个阀门在活动的时候一直具有先导气流,所以它不适合用到不具有流量使用的保压等的模式之中,同时持续活动会使得结冰等现象出现。皮阳军等提出了一种开关先导型高压气动减压阀,通过两种阀门来掌控腔体自身的压力,此时该压力可以高达35 MPa,不过由于阀门的反应速率存在问题,所以其速率较低。 
  对于高压气动行业来讲,它对于那些活动较为稳定,同时反应速率非常迅猛的阀有着非常大的需求量,文章在分析了之前的减压阀的前提下,论述了一种二位三通型滑阀式先导阀加活塞提升式主阀的高压气动比例减压阀,能够对压力高速的调节,而且调压腔和排气腔之间是不能够有效的连接到一起的,当活动稳定的时候,只有非常少的气体进入到空气之中。所以这个阀能够用到不仅具有流量的场所之中,还能够避免结冰问题出现,能够保证活动持续开展。 
  1 关于其构造和活动原理的论述 
  其构造如图1所示。由活塞提升式主阀以及二位三通型滑阀式先导阀组成。主阀由主阀体、主阀芯组件、主阀弹簧以及密封元件等组成,主阀芯组件上镶嵌的聚四氟乙烯环与主阀体上的凸台构成软硬配合实现密封;进气腔i与气源相连,排气腔o与负载相连,主阀阀芯上开有小孔连通o腔与平衡腔b,调压腔r与先导阀相通。 
  1、主阀体 2、主阀芯组件 3、先导阀体 
  4、先导阀套 5、先导阀芯 6、比例电磁铁 
  通过上图我们明确,先导阀的套重点三个口和空气以及主阀等相关位置对应存在,在其中有对称存在的节流孔隙。因为先导阀中的芯和间隙等共同的纯在,所以如果它处于一种闭合模式的话,会有从i腔泄漏进入先导阀中间腔P的进气泄漏Pc-ip和P腔泄漏进入大气的出气泄漏qc-pa。 
  减压阀输出压力p0的调节通过控制先导阀实现:如果它较之于设定的压力要小的话,控制器驱动比例电磁铁增大先导阀芯开度x0。此时先导阀开始朝右活动,先导气流从i腔经节流孔进入P腔 ,P腔与r腔压力升高,此时使得主阀芯的开度不断的增加,p0升高;当p0高于pi时,减小x0使先导阀芯向左移动,r腔气体从P腔经节流孔排入大气,r腔气体压力下降,x1减小,p0降低。当减压阀活动的时候,控制器通过比较Pi与p0的差值不断调整r腔的压力,因此阀芯等是一种动态的平衡稳定状态的。 
  通过分析构造以及活动的理念我们得知,这个阀门有着如下的一些具体的特征。第一,滑阀式先导阀的结构及闭环电反馈的控制方式能实现压力的快速自动调节,能够应对入口压力等对于稳定性的干扰。第二,该阀门只是在设定的压力存在变动的时候出现一些流量,如果是一种稳态模式的话,就是闭合的模式,此时该阀一般是不存在气流的,能够避免结冰现象的出现。第三,它具有一些释放到空气中的气体,不过因为其调压腔和排气腔之间是不联系到一起的,所以,其泄露活动不会干扰到主阀的活动。 
  2 减压阀的AMESim建模 
  采用Imagine Lab的AMESim进行建模分析,用这个平台仿真能够更加关注体系自身的设计,并非是非常复杂的建模。具体的模型如图3中的内容。 
  3 减压阀仿真分析 
  设定目标压力pi为15MPa,将三个受力气路一起运行,此时将相关的参数设定为P=0.03,,I=0.01,这时候就明确了这个时期的压力以及相关的流量曲线,如图4。经由此图我们得知,p0可以在零点五秒的时间中变得更加的稳定,不存在超调以及振荡等问题,稳态时p0偏差在±0.5MPa以内,这时候pi的降速非常慢,负载流量qi在300~900g/s内无规律波动,可知减压阀在pi和qi波动是实现稳定的压力输出。图4c和图4d为x0及x1曲线图,可以看出x0在p0上升阶段达到最大值3mm,在p0达到稳态后在1.5mm即先导阀口零位小幅振荡,而x1则在0~2mm间反复波动,对于主阀口地方的冲击来讲,非常的常见。 
  4 结束语 
  文章讲述的减压阀能够以非常快的塑料获取压力,同时还可以自行的调节。在使用耗气量的前提下,合理的应对了气体对于阀门应用区间的干扰。能够防止它由于结冰而无法运作的现象发生。它能够在压力不断的变小的时候,以及负载的流量出现非常高的变动的时候,对压力实行稳定的输出。当气源压力稳定在31.5 MPa时能实现l~30 MPa大范围压力输出,同时它的控制参数是不需要变化的。对正弦压力信号的跟踪仿真表明将减压阀用于压力跟踪时应综合稳态精度和信号频率来确定缓冲容腔的大小;提升先导阀的间隙高程可以切实的提升反应的速率,不过会使得其排气数量变多,在本人看来该高度可以设定在10μm左右。 

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