比例调节气动阀结构与静力分析.pdf

文章编号 100225855 2007 0420022202 作者简介吴健1976 - ,河南省鹿邑县人,讲师,主要从事过程装备与控制技术的教学与研究工作。 比例调节气动阀结构与静力分析 吴健,肖俊建 浙江工业大学 浙西分校,浙江 衢州324006 摘要 分析了新型比例调节气动阀的结构以及工作原理,并对该阀进行了静力分析,通过给 定的参数,计算并绘制出了该阀的调节特性曲线,指出了该阀的应用场合以及现实意义。 关键词 比例阀;静力分析;调节特性曲线 中图分类号 TH134 文献标识码 A Structure and static force analysis of new type proportionalregulated pneumatic valve WU Jian , XIAO Jun2jian West Branch of Zhejiang University of Technology , Quzhou 324006 , China Abstract Analyzed the structure and operational principle of the new type proportional regulated pneumatic valve , and analyzed its static force.Under given conditions , calculated and draw an ad2 justment curve of the the valve.Pointed out application and operation significance of the valve. Key words proportional valve ; static force analysis; adjustment curve 1 概述 常规比例压力控制阀溢流阀或减压阀的输 出压力均随输入压力的增大而升高。本文所介绍的 新型比例调节气动阀同时具有正比例调节和反比例 调节输出压力随着输入压力的增大而降低两种 功能。常规减压阀无论是直动式、先导式或二通 型、三通型,在输入弹簧力或电磁力为零时,连接 一次进口压力与二次出口压力之间的可变节流口通 流面积均为最小,即为“常闭”状态,因而此时输 出压力最低。而新型比例调节气动阀在输入压力为 零时,连接一、二次压力的可变节流口通流面积最 大,即为“常开”状态,因而此时输出压力最高。 当进口压力增加到一定值时,可变节流口通流面积 则变成最小为零。目前该阀最具前景的应用场合是 空气压缩机行业,通过反比例阀的控制作用使得压 缩机的外部用气量与压缩机的进气量保持一致。 2 工作原理 比例调节气动阀图 1 的进口压力P1比较 小时,垫片将不会顶起,小锥形阀瓣处于全开状 态,此时,出气口压力P2随进气口P1增大而增 大,起到正比例调节的作用。 当进气口压力P1增加到一定值时,垫片在进气 口压力P1、 大弹簧的作用力W1、 复位小弹簧的作用 力W2以及出气口压力P2的作用下而左移,同时, 小锥形阀瓣也将左移,致使节流孔的通流面积减小, 从而使出气口压力P2随进气口压力P1的增大而减 小,起到反比例调节的作用。 11 阀体 21 带阻尼孔螺钉 31 螺塞 41 可调旋钮 51 上弹簧座 61 大弹簧 71 下弹簧座 81 活塞 91 垫片 101 小阀瓣锥形 111 复位小弹簧 121 微调旋钮 图1 比例调节气动阀 当进气口压力P1达到设定最大值时,垫片和 复位小弹簧左移到最大值,小锥形阀瓣将出气口完 全堵塞,即节流孔通流面积为零,气体只能从旁边的 22 阀 门 2007年第4期 阻尼孔出去,此时P2为0。 通过调节微调旋钮可以 调节大小弹簧的预紧力,从而可以调节工作压力的 范围。 3 静力分析 比例调节气动阀的力学模型如图2所示。 图2 比例调节气动阀力学模型 1当各力满足式1的条件时,即 W1 P1 π D 22- d2 4 ≥P1 πD12 4 P2 πD22 4 W2 1 式中 W1 大弹簧预紧力, N W2 复位小弹簧预紧力, N P1、P2 进、出气口压力, Pa D1 垫片直径, mm D2 节流孔直径, mm d 小锥形阀瓣前端圆柱直径, mm 此时,比例调节气动阀处于正比例调节阶段, 出气口压力P2与进气口压力P1相等。 给定 参 数D1 30mm ,D2 10mm ,d 4mm ,W1 180N ,W2 10N。则P2与P1之间 的变化曲线如图3所示。 图3 比例调节气动阀的正比例调节曲线 2当进气口压力P1增加到式2的值时,即 W10.785P1 D 22- d20.785P1D12 01785P2D22 W22 此时,出气口压力P2与进气口压力P1之间存 在静力平衡关系。 W1 k1δx 0.785P1 D 22- d23 01785P1D12 01785P2D22W2-K2δx 式中 k1 大弹簧弹性系数, N/ mm k2 复位小弹簧弹性系数, N/ mm δx 弹簧位移量, mm P2 - D12 d2 D22 -1 P 1 4 W 1- W2 πD22 4 k 1 k2 πD22 δx4 由式4可知,P2将随着P1的增大而减小, 起到反比例调节的作用。 给定参数k1 20N/ mm ,k2 4N/ mm ,则P2 与P1的变化曲线如图4所示。 图4 比例调节气动阀的反比例调节曲线 4 调节特性曲线 对阀门进行仿真分析,可得到阀的控制特性曲 线即出气口压力-进气口压力特性曲线图 5 。 图5 比例调节气动阀的调节特性曲线 通过计算与模拟分析表明,该阀的结构原理可 以实现输出压力随输入压力的增大而降低的反比例 控制功能。如果合理设计出该阀的结构参数,将得 到更为理想的试验曲线以及更宽的调节范围。 下转第33页 322007年第4期 阀 门 在利用tran函数对网络进行训练执行以上代 码后,在MATLAB命令行中将实时地显示出网络 的训练状态。 4网络输出 输出的目标值为to。 to sim net ,p 训练结果满意后,将网络函数net保存到 K1net1mat文件中。应用时,调入K1net1mat文 件,输入D、d和h,程序自动计算D/ d和D/ 2h。 K1 sim net , [D/ d; D/ 2/ h] 5 数据处理结果与分析 用于神经网络学习的部分样本计算系数K1 的曲线数据与训练后的数据比较结果如表1所 示。 通过对原有数据和训练后的数据比较结果可以 看出,将神经网络用于解决阀门设计中非线性数据 处理是有效的。训练结果与原始数据的误差可以通 过改变隐层结点的数目或通过增加训练样本集的数 据等方法来减小。 6 结语 通过实际计算结果表明,该基于BP神经网络 的阀门楔式弹性闸板设计参数计算方法具有较强的 学习能力和适应能力,提供的训练样本越多,则计 算的准确性越高,相对于原有的查表法,该系统具 有精度高,运算速度快等优点。这种模型和算法也 适用于其他多参数非线性数据处理的工程设计中, 因而具有一定的实用价值和推广价值。 参考文献 〔1〕 美 Martin T1Hangan , Howard Bdemuth , MarKH1Beale著 1 戴葵等译 1Neural Networ KDesign〔M〕1 北京机械工业 出版社, 20021 〔2〕 飞思科技产品研发中心编著 1MATLAB615辅助神经网络分 析与设计 〔M〕1 北京电子工业出版社, 20031 〔3〕 王素芬,杨广明,陈健,等 1 模糊BP神经网络用于目标台 测向定位的设计与实现 〔J〕1 小型微型计算机系统, 2004 23 , 81 〔4〕 王孝天,杨源泉,贺友宗 1 不锈钢阀门的设计与制造 〔M〕 1 北京原子能出版社, 19871 收稿日期 20071041 25 上接第23页 5 结语 1适当调节弹簧的预紧力,可使该阀具 有在中低压范围内实现输出出口压力随输入压 力的增加而降低的反比例控制功能。 2该阀构思新颖,结构独特,控制精 确,工作可靠,且体积小,质量轻,具有良好 的市场前景。 3该阀可应用于反比例和失效保险功能 的气动控制场合。如应用到空气压缩机系统中 可用于控制压缩机机组的负荷与外部消耗的一 致。当外界用气量增大使压缩机储气罐压力下 降时,反比例气压阀的进气口压力也同时减 小,而出气口压力反而增大,从而控制压缩机 的进气阀门开度加大,进气量增多,最终达到 压缩机储气罐压力的稳定。 参考文献 〔1〕 郁凯元1具有反比例控制功能的新型比例压力阀 〔J〕1 液压与气动, 2001 , 61 〔2〕 路甬祥 1 液压气动技术手册 〔M〕1 北京机械工业 出版社, 2003 , 61 〔3〕 阮健 1 电液气直接数字控制技术 〔M〕1 杭州 浙江大学出版社, 2000 , 11 〔4〕 徐秀芬1PWM控制的气液联控伺服系统的实现与试验 研究 〔J〕1 液压与气动, 2004 , 11 收稿日期 20071031 02 书讯 112005年机电产品报价手册阀门分 册 本书由机械工业出版社于2005年出版 发行。该报价手册是中国机电产品价格信息数 据库2005年版的书本式出版物,是了解阀门产 品价格信息的参考工具书,其内容包括产品 名称、型号规格、主要技术参数、参考价格、 生产厂家、备注、邮政编码、电话和地址等。 书号ISBN711113399 - 4 ,定价136元/册。 21阀门选用手册 本书由机械工业 出版社2002年出版发行,由陆培文、孙晓霞、 杨炯良编著。书中介绍了选用阀门所需的基础 知识,选用阀门基本原则,以及各类阀门的具 体选择方法和有关数据资料,力求使用户通过 本书能够选到性能可靠,经济耐用的阀门产 品。全书1200余千字, 16开本,书号IS2 BN7111087429 ,定价76100元/册。 每册加收书价10 的邮寄包装费。需要 者,请与沈阳经济技术开发区开发大路15号 沈阳阀门研究所科技开发信息中心的尹玉杰联 系。 邮编 110142 电话 13840373900 E2mail web chinavalveinfo1net http / / www1chinavalveinfo1net 332007年第4期 阀 门