進(jìn)水閥開啟特性仿真研究

朱曉霞，張春宇（.哈爾濱電氣股份有限公司，黑龍江哈爾濱，50000；.燕山大學(xué)，河北秦皇島，066004）

?

進(jìn)水閥開啟特性仿真研究

朱曉霞1，張春宇2
（1.哈爾濱電氣股份有限公司，黑龍江哈爾濱，150000；2.燕山大學(xué)，河北秦皇島，066004）

摘 要：本文根據(jù)水壓機(jī)提升式進(jìn)水閥的工作原理，建立了數(shù)學(xué)模型并應(yīng)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行了仿真設(shè)計(jì)。通過仿真研究，獲得了提升式進(jìn)水閥開啟過程中控制腔壓力變化曲線及開啟力曲線；通過改變進(jìn)水閥結(jié)構(gòu)參數(shù)和壓機(jī)工作壓力，研究得出進(jìn)水閥開啟力變化趨勢與其結(jié)構(gòu)參數(shù)、外負(fù)載之間的關(guān)系。

關(guān)鍵詞：仿真；開啟壓力；進(jìn)水閥

引言

本文通過MATLAB/Simulink仿真軟件建立水壓機(jī)提升式進(jìn)水閥的數(shù)學(xué)模型并進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真。通過仿真研究獲得提升式進(jìn)水閥開啟過程中控制腔壓力變化曲線及開啟力曲線。通過改變進(jìn)水閥結(jié)構(gòu)參數(shù)和壓機(jī)工作壓力，研究進(jìn)水閥開啟力變化趨勢與其結(jié)構(gòu)參數(shù)和外負(fù)載之間的關(guān)系［1-3］。

1 提升式進(jìn)水閥結(jié)構(gòu)

水壓機(jī)進(jìn)水閥結(jié)構(gòu)其主閥為錐閥式結(jié)構(gòu)。上腔壓力控制閥為一小錐閥，與主閥芯同軸且其閥座在主閥芯上。閥杯上腔閥體上開有引水孔（f1），將進(jìn)水口壓力液體引入上腔。

進(jìn)水閥的工作原理是，當(dāng)卸壓閥沒有開啟時(shí)上腔壓力將主閥芯壓在閥座上。伴隨卸壓閥的開啟上腔壓力下降，當(dāng)卸壓閥完成開啟行程與限位螺塞接觸將主閥芯抬起，實(shí)現(xiàn)主閥芯的開啟。

卸壓閥芯開啟時(shí)通過下部頂桿頂起，關(guān)閉時(shí)通過上部彈簧將其壓下復(fù)位。卸壓閥芯壓下過程中，閥口面積減小上腔壓力升高將主閥芯壓在閥座上實(shí)現(xiàn)可靠關(guān)閉。

2 開啟過程仿真

通過MATLAB/Simulink仿真軟件建立提升式進(jìn)水閥的仿真模型，模擬進(jìn)水閥開啟過程中看至腔壓力變化。

通過改變引水孔（f1）直徑和卸壓閥開啟高度，得到的進(jìn)水閥開啟過程中上腔壓力變化曲線和主閥芯開啟力曲線，如圖1、圖2。

圖1 上腔壓力曲線

圖2 主閥芯開啟力曲線

圖1、圖2中，曲線1、2、3結(jié)構(gòu)參數(shù)分別為：

（1）引水孔直徑d=5mm

引水孔數(shù)量n=2

卸壓閥開口高度 =2mm

（2）引水孔直徑d=4.5mm

引水孔數(shù)量n=2

卸壓閥開口高度Δx=2mm

（3）引水孔直徑d=6.5mm

引水孔數(shù)量n=2

卸壓閥開口高度Δx=1.8mm

進(jìn)水閥主閥芯上的靜態(tài)作用力主要是控制腔壓力fbPb、閥芯凸肩浮力環(huán)壓力fsPa、下腔壓力fcPc和密封錐面滲入壓力［4］。為了使閥的工作可靠，希望卸壓閥開啟后主閥芯仍能被可靠地壓在閥座上，防止卸壓閥小開度打開時(shí)主閥芯發(fā)生振動(dòng)。將閥芯壓在閥座上的主要作用力即是上腔壓力，通過調(diào)整控制腔引水孔的數(shù)量、面積和卸壓閥開口面積，可以改變上腔控制壓力［5］。上面兩組曲線反映了不同引水孔數(shù)量、面積，和不同卸壓閥開口高度時(shí)的控制腔壓力和主閥芯上的合力。曲線2的開啟力較合理，能夠滿足主閥芯的可靠關(guān)閉且開啟力不至于過大。

由于主缸工作壓力對進(jìn)水閥下腔壓力有重要影響，下面對不同工作壓力下進(jìn)水閥開啟過程進(jìn)行仿真。

圖3 不同壓力下壓力曲線

圖3中曲線1、2、3、4對應(yīng)的工作缸壓力分別為：1×106MPa 、5×106Mpa、10×106Mpa、15×106Mpa。從圖上看，隨著工作壓力的升高控制腔壓力逐漸升高，但主閥芯上的作用力變化很小。這是由于下腔壓力Pc與上腔壓力平衡。隨著閥芯作用力下降，密封錐面會(huì)發(fā)生壓力滲透。其滲透壓力與壓力Pa及Pc相關(guān)存在一定的線性關(guān)系，因此可進(jìn)一步平衡掉上腔壓力。說明提升式進(jìn)水閥開啟力受系統(tǒng)工作壓力的影響較小，當(dāng)系統(tǒng)供液壓力一定時(shí)具有較為穩(wěn)定的開啟力性能。

3 結(jié)論

進(jìn)水閥結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)計(jì)對其開啟力特性有重要的影響，為確保合理的開啟力和穩(wěn)定的工作狀態(tài)，應(yīng)合理配置進(jìn)水閥結(jié)構(gòu)參數(shù)。

當(dāng)系統(tǒng)供油壓力一定時(shí)，進(jìn)水閥開啟力受閥出口壓力影響較小，具有較好的開啟力穩(wěn)定特性。其開啟力主要由系統(tǒng)供油壓力和閥的結(jié)構(gòu)參數(shù)共同決定。

參考文獻(xiàn)

［1］Yao Jing.Electro-hydraulic servo control system modeling and simulation of 50 MN water press for free forging.Xitong Fangzhen Xuebao / Journal of System Simulation，2007，19：3766-3769.

［2］ 趙周禮.非對稱缸系統(tǒng)精確建模方法研究.機(jī)床與液壓，2002，1：92-94.

［3］Li Hongren，Wang Dongliang， Li Chunping.Static property analysis of electro-hydraulic single rod cylinder servo systems.Chinese Journal of Mecha- nical Engineering， 2003，39（2）：18-22.

［4］Shen Hong， 120MN Water Forging Press， Machinery Industry Press， 1980， pp.84-102.

［5］T.M.Buster， Plane Hydraulic Drive and Accessory， Defense Industry Press， 1963.

The SImulation Research on The Opening Pressure Character of Water Press Inlet-valve

Xiaoxia Zhu1， Chunyu Zhang2
（1.Harbin Electric Company Limited， Haerbing， 150000， China；2.Yanshan University， Qinhuangdao， 066004， China）

Abstract：In this article ， base on the operating principle of water press pull-up inlet valve， we simulated the mathematical model of inlet-valve on computer.By the method of simulation， get the curve of control pressure（up cavity pressure） and opening force in process of pull-up inlet valve opening.And changing the structural parameter of inlet valve and working pressure of water press， receive the relationship between pull-up inlet valve opening force changing tendency and the structural parameter of inlet valve and working pressure.

Key words：Simulation； Opening Pressure； Inlet-valve

中圖分類號：TH16

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：2095-8412 （2016） 02-255-03

DOI：工業(yè)技術(shù)創(chuàng)新 URL： http//www.china-iti.com 10.14103/j.issn.2095-8412.2016.02.035

作者簡介：

朱曉霞（1982年-），女，工程師，碩士，哈爾濱電氣股份有限公司，主要從事壓力容器設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)制造、液壓技術(shù)方面的研究和應(yīng)用工作。

E-mail： 53753896@qq.com