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1、新型气动溢流阀及其动态特性的仿真分析华中理工大学机械学院电液所余祖耀杨曙东贺晓峰李壮云,,摘要本文在介绍一种新型气动溢流阀的基础上运用计算机仿真技术研究该阀的动态特性建立了气动溢流阀的基本动态微分方程,采用数值方法求解方程,并把仿真结果用于指导气动溢流阀的设计,得一到了满意的效果。关键词气动溢流阀仿真动态特性数学模型引言中常用的方法是根据经验确定有关参数,制在,,,传统的液压与气动元件设计过程中造样机然后通过试验来检验其特性并逐,步修正设计参数的方法∃当设计参数确定之后只有制造出样机才能川也有通过相似。而验证性能是否达到设计要求在现代设计理论设计模拟电子计算机来获
2、取近似过渡过方法中,运用计算机技术可以在制造样机之程曲线的方法%&∋∃在数字式电子计算机飞,,速发展的今天运用数值方法求解阀的动态前对样机的性能进行仿真分析确认本次设,,,因此可,特性不但经济可行而且可以达到相当高计的可行性以大大减少风险节省。经费,缩短设计周期,提高工作效率。的计算精度以此为基础的仿真技术在液压气动元件的设计中将起着越来越重要的作本文研究的气动溢流阀其结原理如图用。所示!是为了满足某种发射装置的特殊要,&气动溢流阀工作原理求而研制的与其它气动压力阀不同之处在,本文所述的新型气动溢流阀结构原理如于该阀压力控制精度高工作压力范围。,,,因此它图所示
3、其工作原理简述如下该气动溢大受控腔容积大响应速度快的流阀是为了控制下腔的气体压力与上腔气体动态特性是否能达到要求就成了重要的设计。指标,而运用动态仿真技术恰好是对症下压力之差小于某一调定值的压差溢流阀如,,。果压差超过该值在膜片的比较作用下阀药,芯向上开启溢流并在很短的时间内排出多洲,娜钉一余的气体,当压力下降到调定的范围之后,阀芯关闭,压力稳定下来。翻月‘(数学模型代节万,一节阔建立气动溢流阀的动态微分方程时可∀口∀口闷训∀辱豪,巴日口二以参考液压溢流阀的动态微分方程牛专龙芬川但鉴#一般气动系统中气体密度随压力变化非常才娜大,为避免换算复杂,都用质量流量。‘石州口)
4、!阀口出流公式阁韶协育璐团∀,,+)当∗,∗−./&0时流速达到声速按绝热流动进行分析图新型气动溢流阀结构原理图。1一2一3!要分析气动溢流阀的动态特性,必须求溉击!湍出阀在阶跃输入流量阶跃或压力阶跃!作∀,当4+,4)5./&0时气流为亚声速流用下,它所控制的系统压力随时间变化的函,6∃,·,一1,。,‘宁数由于数学上的复杂性目前仍无求解此击7瓮!会!!。概了特性的解析方法以前在液压溢流阀的设计&!889年第&期,对一般系统压力进行估计阀口都在声速区(!环缝泄漏流量公式,因此。,放气仿真模型取公式!环室与大气之间靠间隙密封存在环缝,,&!阀芯动力学方程
5、泄漏量由于环缝间隙非常小可以通过雷。,阀芯运动时的动力学平衡方程为诺数判断其流态为层流由于偏心的可能∃,“6)一4山一一:口4!21声;<=>殉为保险起见泄漏量取一’一一、十)6占(&,场?均:片!1祀沪,9!当阀芯只在气压力、弹簧力和重力作用ϑ!阀腔连续性方程,,、下处于平衡状态时△≅二Α加触有限气容绝热放气能量方程为42殉,,代入动力学方程得一ΚΛΜ)≅:“Κ4)≅ΝΑΝ≅4Ο。∀、夕,一一≅一,Π:启644,△∗!21产;<=>≅Ν≅4一ΚΛΜ,艺16一即左4)下兀十Θ二Φ二下‘·’一一一=ΦΓΗΧ一ΡΡΣΒΧΔΧ?Ε!Ι(!。所以阀腔连续性方程
6、1产;<=>项是阀口的稳态气动力式中∃3Μ)、一,·,)(∀,,祀4占≅,≅4Πς山ΩΩϑ%击!治Κ4Π2气“十Ν一一)!?摄9Π≅Ξ≅Ξ,、、,Τ)二(Τ)6ϑ!组成气动溢流阀动态微、,方程(!进新变量Υ+令ΧΤ+二,,’,(6),分方程组决定了阀的动态特性其中Χ,Χ了4最终得到气动溢流阀动态数。,∗,为变量是二元二阶非线性微分方程组学模型可将它化成三元一阶非线性微分方程组引Τ)6Υ+∀,Ζ二、、、,八八月八月。。了(ΠΨΕ’Τ+一、‘(一“一“∗‘一[[,Ρ任‘·减‘”,Η>丫龙找”“<=>瓦娜和万丁一·一ΒΤ一一?=ΦΓΗΤ+!一Ι价〕··((二(
7、.<‘∴‘Ι二·‘‘声占Κ2≅尸Ε+Τ(一初二祀?华7六9)Ν针对一个具体的溢流阀几何参数,当输入一,开始个阶跃信号如超调的初始压力!通过求解上述微分方程组,即可求得阀所控制压力随时间变化的过程,从而仿真该阀在实,际工况下能否在限定的时间内把超调的压保∀前一步什葬值玻初抬位名卜名卜名>。力降低并稳定在调定的范围之内召叫Α人ϑ仿真编程与初始条件··>利用四阶卜Τ公式求析位勺勺名!编程环境编写仿真软件可以使用Ι语言或其他,科学计算语言但如果使用Ι语言中的函数,指针将使数值计算的编程变得非常轻,,。因松并且程序短小执行迅速此在仿真姑束软件的
