精密减压阀振动现象的仿真分析

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1、·34·《机床与液压》20011No12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(1)阀口流量方程减压阀是气动系统中的重要元件之一,其作用是由假设条件,根据气流等熵通过收缩喷嘴的流量将从气源来的气体压力经减压阀稳定为气动系统所需公式可得:要的压力。一个气动系

2、统性能的好坏,其减压阀的性CdAp0Bp1p1φ>Ct能起着关键作用,随着工业自动化的发展,对高精度T0p0p0qm=(1)控制系统的要求越来越高,需要减压阀的精度不断提CdAp0Bp1>Ct高,以适应现代化生产的要求。本文研究的减压阀具T0p02k+1有十分优良的静态压力特性,但该阀在使用中某些工p1p1kp1k式中:φ=-;(2)况下存在发振现象。本文就以该减压阀为基础,在深p0p0p0入研究阀结构的情况下,对其建模仿真,找出影响发2kB=;(3)振的因素,以期为减压阀的开发、改进提供参考。R(k-1)2　减压阀的数学模型212kC=()k-1;(4)k+1R(k+1)减压阀的原理图如

3、图1所示。其中t代表调节反A—节流口面积;馈腔,m代表中间腔,f代表反馈腔,a代表出口腔,sp0—入口压力;代表进口腔,qmij代表从i腔到j腔的流量,x代表主p1—出口压力;阀芯的位移。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>015282k+1p1kp1kp1kp1p1φ=-≈1-(5)p0k-1p0p0p0p02p1p1于是qm=CdAp01-R·T0p0p02=CdAp1(p0-p1)(6)RT0图1　减压阀原理图对于阀内节流口处气体的流动,可以近似认为是为了建立数

4、学模型,特作如下假设:等熵变化过程,其节流方程为:①本阀工作气体视为理想气体;CdAp12p0(p0-p1)01528

5、理想气体状态方程为:p=ρRT(8)性从本质上讲都可以抽象为是由一些基本环节组成的,即:p=mRT/V(9)如气容充气环节、气容放气环节、惯性环节等。它们对上式两边同时对时间求导,可得之间通过压力、力、位移、容积等参数相互联系相互dpRTdmmRdTmRTdV=+-2(10)影响。下面针对不同的环节建立数学模型。dtVdtVdtVdt©1994-2007ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net《机床与液压》20011No12·35·整理后可得调节弹簧压缩量L0=01

6、0005m,这是最易起振工况。dpRT1dV1dT图2给出了一组仿真结果示例。=G-(-)p(11)dtVVdTTdt(3)连续性方程根据质量守恒定律,在任何瞬时,流出控制体的质量流量应等于这个控制体内质量对时间的减小量。即有,d(ρV)=Δqm(12)dtΔqm=流入控制体的质量流量-流出控制体的质量流量。上式整理后可得:dmVdppdVVk-1dp图2　仿真曲线示例=+-(13)dtRTdtRTdtRTkdt通过对仿真结果的分析,得到图3-图8所示减合并理想气体状态方程的微分形式(11)和连续性压阀结构参数对该阀稳定性影响的仿真曲线。该曲线方程的微分形式(13)可得压力变化的一阶微分方

7、程:都是在如前所示的入口条件下用如下方法仿真得到的:dpkRT(dmpdV)(14)保持阀的其他结构参数不变,外部条件不变,通过改=-dtVdtRTdt变所要观察的参数数值,从而得到一系列阀稳定性受(4)等熵方程该参数影响的趋势曲线。图中,x轴表示时间(单位:在等熵过程中,s),y轴表示压力振动幅度(单位:Pa)。Tk-1=C(15)通过仿真分析,得到图3所示阀出口腔容积与出pk口腔压力振动幅度之间的关系曲线图4所示阀中