一种高压大流量气动定差压力控制阀的研究

　　文章编号杨曙东机械科学与技术种高压大流量气动定差压力控制阀的研究杨曙东，李壮云华中理工大学，武汉构特点。对其性能进，了理论分祈和实验研究由于采用了直动膜片式放大结构和气体静压支承原理，该阀具有响应灵敏控制精复高自适应能力强等优点目前，该阀已用于某发射装1置气动系统具有无污响应速度快介质容易获得等优点，已在各工业部门广泛应用。然而，压缩空气的弹性大刚性小，特别是在高压大流量场合，要获得较高的压力控制精度比较行摊，作者研制出种工作压力；达3旧1自由空气流量达200001化的定差压力控制阀。由于采用了直动膜片式放大结构和气体静压支承原理，该阀具有响应灵控制精度高自适应能力强等优点，已在某发射装置上实际使用。本文主要介绍其结构特点，并对其性能进行了理论分析和试验研究1结构特点及膜片将其隔离开，该阀工作时，阀芯受到系统压力；7，以上的作爪九遥拧1力0，和调弹簧向下的作用力等诸力的作用而上下运动，使阀口启闭，通过阀口释放系统中多余的气体以抟制系统压力从而实现定差旭力上尸尸内控制的目的。实际上它是带遥控的直动式差压溢流阀。该阀主要有以下结构特点2数学模型设系统中的受控腔容积为厂根据气体状态方程能量方程连续性方程和动力学方程1得到该阀的动态分析数学模型为1采用单级直动式结构，阀芯直接作为力比较元件，响应速度快；2采用膜片放大结构，上下腔的微小差压力，通过膜片放大后1接作用尸阀芯，可，效提高定差压力控制精度；3阀芯与阀套间采用间隙配合，并让微量的压缩空气通过环形间隙形成气体静压支承，有效地减小了叫芯运动的附。提高芯动作的，敏性4龙下实现较高的定差压力40的控制精度，提高了阀的自适应能力。

　　3仿真与实验3.1仿真分析以响应速度，和定差压力4的控制精度为目标函数，分，以为自变鼾，对该叫进行动态性能仿分析。纳汜明在，凡，只等参数定时，反。，反等矣数对1叫的响应速度和定差玉乃么，的，制精度影响显著12，3尤以膜片刚度的影响最大通过优化设计，作者研制出种带增强夹心的橡胶波纹膜片，其刚度幻在定桡度范围内小到以忽略+计2，2.大此，当设计芯的敲1大位移不超过5时，理论上1系曲线内的气压力内从饵+0.32，3的定差压力及控制精度，阀口的最大自由空气溢流量超过山以改变弹簧的预压缩可以得到不同应速度和控制精度不变3.2实验研究为验证理论分析结果和考察样机的性能，建立了3的动态性能实验系统气源1供给的压缩空气经过滤器21分成两路，路经减压42节流阀5.2到达样机的遥拉口，模拟吒力；另路经减压1叫4.1节流阀5.1给容积定的储气罐7充气，储气罐作为系统受控腔。首先关闭球阀4.开1！球叫3.6，使仍，=0，1吒缩帘气进入样机下腔，调节减压阀4.1和被试定差压力控制阀的调压弹簧使其开启压力为0.2河即设定定差压力=2，81然后，设定遥控压力矣沐2.7，并给储气罐充入压力为仍，+0.32，的压缩空气关闭球阀3.

　　3，开通快通阀8，让储气罐中的压缩空气作用于被试定差压力控制阀9，通过压力传感器动态电阻应变仪人，转换长12计兑机13和打印机14检测并记氽0随时间的变化情况，用以分析研究样机的性能1实骀结果明不同笔，27河调定32；1的吒缩空气控制到，与仿作优化的纳果吻M合较好，调整弹簧的预压1缩量可以使定艺玉力0.22随只1.响应速役和j控制精度不变，可以适应较大定差压力范围的应用需要。问4圮储气罐界枳厂=18.2初始压力4实际应用水发射装置瓶中的卡宁5发射装置系统原理气经发射阀后降至进入发肘管的发射腔推动发肘活截向右运动，驱动被发射物体发射。由于在水下发射，被发射物体浸没入水中，活塞运动时必须兑服环境水深的吒力，的作甩为使被发射物体在出管时获得所需要的出管速度，在发射行程定的条件下需要严格控制其运动的加速度，即要严格控制发射过程的差压力，保证活塞的有效推动力定在该系统中设置定差压力控制阀3来控制发射压力广与水深压力内之差，效果良好。具体做法是在发射管同深投处设置气囊，将环境水深的乐力转换成同等的气压力，即内；让凡作用于定差压力控制阀3的遥控口，并调定其调压弹簧的须压缩量使定差祝力么与发肘所心的有效压力匹配这样，在发射过程中定差压力控制阀就可以巨动拧制发射腔压力与水深卡力之差。使之稳定到1从而达到控制被发射物体出管速度的目的下转第453页未平衡加速度以得到比较满意的效果，两种滤波器的滤波效果没有多大差别，从设计角度出发，巴特沃思滤波器的设计计算要容易些，但设计好后者的计算速度是样的。阶次数昼2，从实时分析角度出发，选取=3较为合适，它既有较快的运算速度，又有较高的精度1用阶数字低通滤波2；滤波由上述指设计而得阶巴特沃思数字滤波器的差分方程如下0.9780309界2时域滤波结果43，参考信号与滤波信号者的均方差为0.1817358由上述技术指标设1的阶七了夫数字池。波器的节；1如下；=6.Ji54 10 +0.98290532时域滤波结果4者的均方差为0.1894875，其值略大于前者，这是由于切比雪夫滤波器顶部存在波动的结果从4中可以看出，滤波曲线与参考曲线重叠情况不太理想，而且滤波曲线欠光滑。

　　3巴扑认也池波器迪波结幻叻比方夫池波器滤波结，2用阶数字低通滤波器滤波为提高滤波曲线的光滑性，将1讯数字滤波器的阶次数提到3阶，其差分方程有如下形式经设计计算，得巴特沃思数字滤波器差分方程切比雪夫数字滤波器差分方程滤波曲线滤波线原始汕线，扑认也滤波邶滤波结，吣切比弋人滤浊器滤波结果这两种滤波器的结果是十分相近的，滤波曲线显得光滑，重叠性比阶好，无须再提高阶次，以减少计算时间。

　　初始容积允气的过程，后端约500，18的波动并趋于水平部分是实际发时过程。假海36再海丈验曲线实验说叫该㈣对发射腔压，的控制作明显，能够在3，1内将发射腔压力4水深压力之差控制到所需的，28肘，3范围之内，保证了在不同深度条件下发射某装置的出管速度，满足设计要求总之，该定差压力控制阀响应速度快控制精度高自，应能强，在遥控压力从，变化到2.7切，1的条件5，该阀均能在30，1；内获得0差压力，且最大工作压力达3.0，最大自由空气溢流量达20000，能够适应某些特定环境的应用需要参考文献1车建藩。气压传动系统动力学添。广州华南理工大学出版余祖耀等康型气动溢流阀及其动特忭的仿真分析机I31 1.仁等。种气动压力控制阀1的。1验1.机床液5结论从上述分析可知，采用巴特沃思和切比雪夫函数设计