精密减压阀振动现象的仿真分析.pdf

精密减压阀振动现象的仿真分析 王祖温,包 钢,王建宇 哈尔滨工业大学气动技术中心,哈尔滨150001 摘要本文通过建立精密减压阀的数学模型,利用仿真方法对影响阀振动的因素进行分析,得到了影响该阀振动现象的主 要因素并给出了改进措施。 关键词减压阀;振动;仿真;数学模型 中图分类号 TH138 文献标识码 A 文章编号 1001 - 3881 2001 2 - 1 气动减压阀研究的意义 减压阀是气动系统中的重要元件之一,其作用是 将从气源来的气体压力经减压阀稳定为气动系统所需 要的压力。一个气动系统性能的好坏,其减压阀的性 能起着关键作用,随着工业自动化的发展,对高精度 控制系统的要求越来越高,需要减压阀的精度不断提 高,以适应现代化生产的要求。本文研究的减压阀具 有十分优良的静态压力特性,但该阀在使用中某些工 况下存在发振现象。本文就以该减压阀为基础,在深 入研究阀结构的情况下,对其建模仿真,找出影响发 振的因素,以期为减压阀的开发、改进提供参考。 2 减压阀的数学模型 减压阀的原理图如图1所示。其中t代表调节反 馈腔, m代表中间腔, f代表反馈腔, a代表出口腔, s 代表进口腔,qmij代表从i腔到j腔的流量,x代表主 阀芯的位移。 图1 减压阀原理图 为了建立数学模型,特作如下假设 ① 本阀工作气体视为理想气体; ② 气体在流过阀口或其他限流孔时为等熵流动; ③ 各腔内气体的压力场和温度场均匀; ④ 不计密封比压及密封不良造成的空气泄漏流量 的影响,即当阀芯位移x 0时流量qm 0; ⑤ 气体粘度小,忽略控制截面处粘性阻力影响; ⑥ 不考虑引力场对气流的作用。 虽然气动元件的结构不同,但气动元件的动态特 性从本质上讲都可以抽象为是由一些基本环节组成的, 如气容充气环节、气容放气环节、惯性环节等。它们 之间通过压力、力、位移、容积等参数相互联系相互 影响。下面针对不同的环节建立数学模型。 1阀口流量方程 由假设条件,根据气流等熵通过收缩喷嘴的流量 公式可得 qm CdAp0B T0 φ p1 p0 p1 p0 Ct CdAp0B T0 p1 p0 Ct 1 式中φ p1 p0 p1 p0 2 k - p1 p0 k1 k ;2 B 2k R k -1 ;3 C 2 k 1 1 k-1 2k R k 1 ;4 A 节流口面积; p0 入口压力; p1 出口压力; Cd 流量系数; T0 入口处气体温度; Ct 临界压力比;对于空气,临界压力比Ct 01528。 k 114时,上式中亚临界流量公式可简化。因 为,当p1/ p0 01528 φ p1 p0 k k -1 p1 p0 2 k - p1 p0 k1 k ≈1- p1 p0 p1 p0 5 于是qm CdAp0 2 RT0 1- p1 p0 p1 p0 CdA 2 RT0 p1 p 0-p1 6 对于阀内节流口处气体的流动,可以近似认为是 等熵变化过程,其节流方程为 qm CdA RT0 2p0 p 0-p1 01528Va。但考虑到气动元件小型化的发展趋 势,用阻性参数来调整阀的动态性能更合适,工艺上 也更容易实现。本文推荐用调节阀进口腔到中间腔节 流面积的方法来调节阀的动态特性。 参考文献 【1】王祖温 日本气动技术的现状和发展 液压与气动, 1993 , 4 3～6 【2】朴旭奎 气动减压阀的动态分析 第三次全国减压阀学术 讨论会论文, 1984 【3】M. L.Tatnall and A.Redpatht , Dynamic modelling of a gas pressure regulator for low pressure service.MEASUREMENT AND CONTRLE, Vol 11 April 1978 【4】张詹彭 气动减压阀的静、动态特性分析 第三次全国减 压阀学术讨论会论文, 1984 收稿时间 2000 - 07 - 24 55机床与液压20011No12 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.