一種高壓大流量氣動定差壓力控制閥的研究

文章編號楊曙東機械科學與技術種高壓大流量氣動定差壓力控制閥的研究楊曙東，李壯云華中理工大學，武漢構特點。對其性能進，了理論分祈和實驗研究由于采用了直動膜片式放大結構和氣體靜壓支承原理，該閥具有響應靈敏控制精復高自適應能力強等優點目前，該閥已用于某發射裝1置氣動系統具有無污響應速度快介質容易獲得等優點，已在各工業部門廣泛應用。然而，壓縮空氣的彈性大剛性小，特別是在高壓大流量場合，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3舊1自由空氣流量達200001化的定差壓力控制閥。由于采用了直動膜片式放大結構和氣體靜壓支承原理，該閥具有響應靈控制精度高自適應能力強等優點，已在某發射裝置上實際使用。本文主要介紹其結構特點，并對其性能進行了理論分析和試驗研究1結構特點及膜片將其隔離開，該閥工作時，閥芯受到系統壓力；7，以上的作爪九遙擰1力0，和調彈簧向下的作用力等諸力的作用而上下運動，使閥口啟閉，通過閥口釋放系統中多余的氣體以摶制系統壓力從而實現定差旭力上尸尸內控制的目的。實際上它是帶遙控的直動式差壓溢流閥。該閥主要有以下結構特點2數學模型設系統中的受控腔容積為廠根據氣體狀態方程能量方程連續性方程和動力學方程1得到該閥的動態分析數學模型為1采用單級直動式結構，閥芯直接作為力比較元件，響應速度快；2采用膜片放大結構，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形間隙形成氣體靜壓支承，有效地減小了叫芯運動的附。提高芯動作的，敏性4龍下實現較高的定差壓力40的控制精度，提高了閥的自適應能力。

　　3仿真與實驗3.1仿真分析以響應速度，和定差壓力4的控制精度為目標函數，分，以為自變鼾，對該叫進行動態性能仿分析。納汜明在，凡，只等參數定時，反。，反等矣數對1叫的響應速度和定差玉乃么，的，制精度影響顯著12，3尤以膜片剛度的影響最大通過優化設計，作者研制出種帶增強夾心的橡膠波紋膜片，其剛度幻在定橈度范圍內小到以忽略+計2，2.大此，當設計芯的敲1大位移不超過5時，理論上1系曲線內的氣壓力內從餌+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壓縮可以得到不同應速度和控制精度不變3.2實驗研究為驗證理論分析結果和考察樣機的性能，建立了3的動態性能實驗系統氣源1供給的壓縮空氣經過濾器21分成兩路，路經減壓42節流閥5.2到達樣機的遙拉口，模擬吒力；另路經減壓1叫4.1節流閥5.1給容積定的儲氣罐7充氣，儲氣罐作為系統受控腔。首先關閉球閥4.開1！球叫3.6，使仍，=0，1吒縮簾氣進入樣機下腔，調節減壓閥4.1和被試定差壓力控制閥的調壓彈簧使其開啟壓力為0.2河即設定定差壓力=2，81然后，設定遙控壓力矣沐2.7，并給儲氣罐充入壓力為仍，+0.32，的壓縮空氣關閉球閥3.

　　3，開通快通閥8，讓儲氣罐中的壓縮空氣作用于被試定差壓力控制閥9，通過壓力傳感器動態電阻應變儀人，轉換長12計兌機13和打印機14檢測并記氽0隨時間的變化情況，用以分析研究樣機的性能1實駘結果明不同筆，27河調定32；1的吒縮空氣控制到，與仿作優化的納果吻M合較好，調整彈簧的預壓1縮量可以使定藝玉力0.22隨只1.響應速役和j控制精度不變，可以適應較大定差壓力范圍的應用需要。問4圮儲氣罐界枳廠=18.2初始壓力4實際應用水發射裝置瓶中的卡寧5發射裝置系統原理氣經發射閥后降至進入發肘管的發射腔推動發肘活截向右運動，驅動被發射物體發射。由于在水下發射，被發射物體浸沒入水中，活塞運動時必須兌服環境水深的吒力，的作甩為使被發射物體在出管時獲得所需要的出管速度，在發射行程定的條件下需要嚴格控制其運動的加速度，即要嚴格控制發射過程的差壓力，保證活塞的有效推動力定在該系統中設置定差壓力控制閥3來控制發射壓力廣與水深壓力內之差，效果良好。具體做法是在發射管同深投處設置氣囊，將環境水深的樂力轉換成同等的氣壓力，即內；讓凡作用于定差壓力控制閥3的遙控口，并調定其調壓彈簧的須壓縮量使定差祝力么與發肘所心的有效壓力匹配這樣，在發射過程中定差壓力控制閥就可以巨動擰制發射腔壓力與水深卡力之差。使之穩定到1從而達到控制被發射物體出管速度的目的下轉第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，從設計角度出發，巴特沃思濾波器的設計計算要容易些，但設計好后者的計算速度是樣的。階次數晝2，從實時分析角度出發，選取=3較為合適，它既有較快的運算速度，又有較高的精度1用階數字低通濾波2；濾波由上述指設計而得階巴特沃思數字濾波器的差分方程如下0.9780309界2時域濾波結果43，參考信號與濾波信號者的均方差為0.1817358由上述技術指標設1的階七了夫數字池。波器的節；1如下；=6.Ji54 10 +0.98290532時域濾波結果4者的均方差為0.1894875，其值略大于前者，這是由于切比雪夫濾波器頂部存在波動的結果從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巴撲認也池波器迪波結幻叻比方夫池波器濾波結，2用階數字低通濾波器濾波為提高濾波曲線的光滑性，將1訊數字濾波器的階次數提到3階，其差分方程有如下形式經設計計算，得巴特沃思數字濾波器差分方程切比雪夫數字濾波器差分方程濾波曲線濾波線原始汕線，撲認也濾波邶濾波結，吣切比弋人濾濁器濾波結果這兩種濾波器的結果是十分相近的，濾波曲線顯得光滑，重疊性比階好，無須再提高階次，以減少計算時間。

　　初始容積允氣的過程，后端約500，18的波動并趨于水平部分是實際發時過程。假海36再海丈驗曲線實驗說叫該㈣對發射腔壓，的控制作明顯，能夠在3，1內將發射腔壓力4水深壓力之差控制到所需的，28肘，3范圍之內，保證了在不同深度條件下發射某裝置的出管速度，滿足設計要求總之，該定差壓力控制閥響應速度快控制精度高自，應能強，在遙控壓力從，變化到2.7切，1的條件5，該閥均能在30，1；內獲得0差壓力，且最大工作壓力達3.0，最大自由空氣溢流量達20000，能夠適應某些特定環境的應用需要參考文獻1車建藩。氣壓傳動系統動力學添。廣州華南理工大學出版余祖耀等康型氣動溢流閥及其動特忭的仿真分析機I31 1.仁等。種氣動壓力控制閥1的。1驗1.機床液5結論從上述分析可知，采用巴特沃思和切比雪夫函數設計