一種高壓大流量氣動(dòng)定差壓力控制閥的研究

文章編號(hào)楊曙東機(jī)械科學(xué)與技術(shù)種高壓大流量氣動(dòng)定差壓力控制閥的研究楊曙東，李壯云華中理工大學(xué)，武漢構(gòu)特點(diǎn)。對(duì)其性能進(jìn)，了理論分祈和實(shí)驗(yàn)研究由于采用了直動(dòng)膜片式放大結(jié)構(gòu)和氣體靜壓支承原理，該閥具有響應(yīng)靈敏控制精復(fù)高自適應(yīng)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)目前，該閥已用于某發(fā)射裝1置氣動(dòng)系統(tǒng)具有無污響應(yīng)速度快介質(zhì)容易獲得等優(yōu)點(diǎn)，已在各工業(yè)部門廣泛應(yīng)用。然而，壓縮空氣的彈性大剛性小，特別是在高壓大流量場(chǎng)合，要獲得較高的壓力控制精度比較行攤，作者研制出種工作壓力；達(dá)3舊1自由空氣流量達(dá)200001化的定差壓力控制閥。由于采用了直動(dòng)膜片式放大結(jié)構(gòu)和氣體靜壓支承原理，該閥具有響應(yīng)靈控制精度高自適應(yīng)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，已在某發(fā)射裝置上實(shí)際使用。本文主要介紹其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并對(duì)其性能進(jìn)行了理論分析和試驗(yàn)研究1結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及膜片將其隔離開，該閥工作時(shí)，閥芯受到系統(tǒng)壓力；7，以上的作爪九遙擰1力0，和調(diào)彈簧向下的作用力等諸力的作用而上下運(yùn)動(dòng)，使閥口啟閉，通過閥口釋放系統(tǒng)中多余的氣體以摶制系統(tǒng)壓力從而實(shí)現(xiàn)定差旭力上尸尸內(nèi)控制的目的。實(shí)際上它是帶遙控的直動(dòng)式差壓溢流閥。該閥主要有以下結(jié)構(gòu)特點(diǎn)2數(shù)學(xué)模型設(shè)系統(tǒng)中的受控腔容積為廠根據(jù)氣體狀態(tài)方程能量方程連續(xù)性方程和動(dòng)力學(xué)方程1得到該閥的動(dòng)態(tài)分析數(shù)學(xué)模型為1采用單級(jí)直動(dòng)式結(jié)構(gòu)，閥芯直接作為力比較元件，響應(yīng)速度快；2采用膜片放大結(jié)構(gòu)，上下腔的微小差壓力，通過膜片放大后1接作用尸閥芯，可，效提高定差壓力控制精度；3閥芯與閥套間采用間隙配合，并讓微量的壓縮空氣通過環(huán)形間隙形成氣體靜壓支承，有效地減小了叫芯運(yùn)動(dòng)的附。提高芯動(dòng)作的，敏性4龍下實(shí)現(xiàn)較高的定差壓力40的控制精度，提高了閥的自適應(yīng)能力。

　　3仿真與實(shí)驗(yàn)3.1仿真分析以響應(yīng)速度，和定差壓力4的控制精度為目標(biāo)函數(shù)，分，以為自變鼾，對(duì)該叫進(jìn)行動(dòng)態(tài)性能仿分析。納汜明在，凡，只等參數(shù)定時(shí)，反。，反等矣數(shù)對(duì)1叫的響應(yīng)速度和定差玉乃么，的，制精度影響顯著12，3尤以膜片剛度的影響最大通過優(yōu)化設(shè)計(jì)，作者研制出種帶增強(qiáng)夾心的橡膠波紋膜片，其剛度幻在定橈度范圍內(nèi)小到以忽略+計(jì)2，2.大此，當(dāng)設(shè)計(jì)芯的敲1大位移不超過5時(shí)，理論上1系曲線內(nèi)的氣壓力內(nèi)從餌+0.32，3的定差壓力及控制精度，閥口的最大自由空氣溢流量超過山以改變彈簧的預(yù)壓縮可以得到不同應(yīng)速度和控制精度不變3.2實(shí)驗(yàn)研究為驗(yàn)證理論分析結(jié)果和考察樣機(jī)的性能，建立了3的動(dòng)態(tài)性能實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)氣源1供給的壓縮空氣經(jīng)過濾器21分成兩路，路經(jīng)減壓42節(jié)流閥5.2到達(dá)樣機(jī)的遙拉口，模擬吒力；另路經(jīng)減壓1叫4.1節(jié)流閥5.1給容積定的儲(chǔ)氣罐7充氣，儲(chǔ)氣罐作為系統(tǒng)受控腔。首先關(guān)閉球閥4.開1！球叫3.6，使仍，=0，1吒縮簾氣進(jìn)入樣機(jī)下腔，調(diào)節(jié)減壓閥4.1和被試定差壓力控制閥的調(diào)壓彈簧使其開啟壓力為0.2河即設(shè)定定差壓力=2，81然后，設(shè)定遙控壓力矣沐2.7，并給儲(chǔ)氣罐充入壓力為仍，+0.32，的壓縮空氣關(guān)閉球閥3.

　　3，開通快通閥8，讓儲(chǔ)氣罐中的壓縮空氣作用于被試定差壓力控制閥9，通過壓力傳感器動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀人，轉(zhuǎn)換長12計(jì)兌機(jī)13和打印機(jī)14檢測(cè)并記氽0隨時(shí)間的變化情況，用以分析研究樣機(jī)的性能1實(shí)駘結(jié)果明不同筆，27河調(diào)定32；1的吒縮空氣控制到，與仿作優(yōu)化的納果吻M合較好，調(diào)整彈簧的預(yù)壓1縮量可以使定藝玉力0.22隨只1.響應(yīng)速役和j控制精度不變，可以適應(yīng)較大定差壓力范圍的應(yīng)用需要。問4圮儲(chǔ)氣罐界枳廠=18.2初始?jí)毫?實(shí)際應(yīng)用水發(fā)射裝置瓶中的卡寧5發(fā)射裝置系統(tǒng)原理氣經(jīng)發(fā)射閥后降至進(jìn)入發(fā)肘管的發(fā)射腔推動(dòng)發(fā)肘活截向右運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)被發(fā)射物體發(fā)射。由于在水下發(fā)射，被發(fā)射物體浸沒入水中，活塞運(yùn)動(dòng)時(shí)必須兌服環(huán)境水深的吒力，的作甩為使被發(fā)射物體在出管時(shí)獲得所需要的出管速度，在發(fā)射行程定的條件下需要嚴(yán)格控制其運(yùn)動(dòng)的加速度，即要嚴(yán)格控制發(fā)射過程的差壓力，保證活塞的有效推動(dòng)力定在該系統(tǒng)中設(shè)置定差壓力控制閥3來控制發(fā)射壓力廣與水深壓力內(nèi)之差，效果良好。具體做法是在發(fā)射管同深投處設(shè)置氣囊，將環(huán)境水深的樂力轉(zhuǎn)換成同等的氣壓力，即內(nèi)；讓凡作用于定差壓力控制閥3的遙控口，并調(diào)定其調(diào)壓彈簧的須壓縮量使定差祝力么與發(fā)肘所心的有效壓力匹配這樣，在發(fā)射過程中定差壓力控制閥就可以巨動(dòng)擰制發(fā)射腔壓力與水深卡力之差。使之穩(wěn)定到1從而達(dá)到控制被發(fā)射物體出管速度的目的下轉(zhuǎn)第453頁未平衡加速度以得到比較滿意的效果，兩種濾波器的濾波效果沒有多大差別，從設(shè)計(jì)角度出發(fā)，巴特沃思濾波器的設(shè)計(jì)計(jì)算要容易些，但設(shè)計(jì)好后者的計(jì)算速度是樣的。階次數(shù)晝2，從實(shí)時(shí)分析角度出發(fā)，選取=3較為合適，它既有較快的運(yùn)算速度，又有較高的精度1用階數(shù)字低通濾波2；濾波由上述指設(shè)計(jì)而得階巴特沃思數(shù)字濾波器的差分方程如下0.9780309界2時(shí)域?yàn)V波結(jié)果43，參考信號(hào)與濾波信號(hào)者的均方差為0.1817358由上述技術(shù)指標(biāo)設(shè)1的階七了夫數(shù)字池。波器的節(jié)；1如下；=6.Ji54 10 +0.98290532時(shí)域?yàn)V波結(jié)果4者的均方差為0.1894875，其值略大于前者，這是由于切比雪夫?yàn)V波器頂部存在波動(dòng)的結(jié)果從4中可以看出，濾波曲線與參考曲線重疊情況不太理想，而且濾波曲線欠光滑。

　　3巴撲認(rèn)也池波器迪波結(jié)幻叻比方夫池波器濾波結(jié)，2用階數(shù)字低通濾波器濾波為提高濾波曲線的光滑性，將1訊數(shù)字濾波器的階次數(shù)提到3階，其差分方程有如下形式經(jīng)設(shè)計(jì)計(jì)算，得巴特沃思數(shù)字濾波器差分方程切比雪夫數(shù)字濾波器差分方程濾波曲線濾波線原始汕線，撲認(rèn)也濾波邶濾波結(jié)，吣切比弋人濾濁器濾波結(jié)果這兩種濾波器的結(jié)果是十分相近的，濾波曲線顯得光滑，重疊性比階好，無須再提高階次，以減少計(jì)算時(shí)間。

　　初始容積允氣的過程，后端約500，18的波動(dòng)并趨于水平部分是實(shí)際發(fā)時(shí)過程。假海36再海丈驗(yàn)曲線實(shí)驗(yàn)說叫該㈣對(duì)發(fā)射腔壓，的控制作明顯，能夠在3，1內(nèi)將發(fā)射腔壓力4水深壓力之差控制到所需的，28肘，3范圍之內(nèi)，保證了在不同深度條件下發(fā)射某裝置的出管速度，滿足設(shè)計(jì)要求總之，該定差壓力控制閥響應(yīng)速度快控制精度高自，應(yīng)能強(qiáng)，在遙控壓力從，變化到2.7切，1的條件5，該閥均能在30，1；內(nèi)獲得0差壓力，且最大工作壓力達(dá)3.0，最大自由空氣溢流量達(dá)20000，能夠適應(yīng)某些特定環(huán)境的應(yīng)用需要參考文獻(xiàn)1車建藩。氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)添。廣州華南理工大學(xué)出版余祖耀等康型氣動(dòng)溢流閥及其動(dòng)特忭的仿真分析機(jī)I31 1.仁等。種氣動(dòng)壓力控制閥1的。1驗(yàn)1.機(jī)床液5結(jié)論從上述分析可知，采用巴特沃思和切比雪夫函數(shù)設(shè)計(jì)