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13651783167SMC比例閥電子技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)
SMC比例閥也有稱低壓閥,是相對(duì)中壓閥而言的,標(biāo)準(zhǔn)名稱是家用瓶裝液化石油氣調(diào)壓器,它應(yīng)用于千家萬(wàn)戶,且對(duì)我們的生命安全息息相關(guān)。
SMC比例閥是通過(guò)調(diào)節(jié),將進(jìn)口壓力減至某一需要的出口壓力,并依靠介質(zhì)本身的能量,使出口壓力自動(dòng)保持穩(wěn)定的閥門(mén)。
從流體力學(xué)的觀點(diǎn)看,SMC比例閥是一個(gè)局部阻力可以變化的節(jié)流元件,即通過(guò)改變節(jié)流面積,使流速及流體的動(dòng)能改變,造成不同的壓力損失,從而達(dá)到減壓的目的。
SMC比例閥根據(jù)輸出壓力和流量分為低壓閥、中壓閥和高壓閥。
低壓閥—公稱壓力PN 小于1.6MPa的閥門(mén)(JYT-0.6表示每小時(shí)氣流量≤0.6立方)。
中壓閥—公稱壓力PN 2.5~6.4MPa的閥門(mén)(額定流量≥0.8立方)。
高壓閥—公稱壓力PN10.0~80.0MPa的閥門(mén)。
SMC比例閥廣泛應(yīng)用在各種液壓系統(tǒng)中,它性能的好壞對(duì)整個(gè)液壓系統(tǒng)的性能指標(biāo)影響較大。因此該文在分析直動(dòng)式和先導(dǎo)式SMC比例閥工作原理的基礎(chǔ)上,運(yùn)用液壓主流仿真軟件AMESim建立SMC比例閥仿真模型。所建立的模型可以用于SMC比例閥的靜動(dòng)態(tài)特性分析,為SMC比例閥的設(shè)計(jì)與優(yōu)化提供參考。在液壓系統(tǒng)中經(jīng)常有單泵多執(zhí)行器回路,當(dāng)某個(gè)執(zhí)行器需要一個(gè)比較低的工作壓力(該壓力低于泵的供油壓力)就要用到SMC比例閥[1]。SMC比例閥在這些系統(tǒng)中往往起著關(guān)鍵的作用,其性能的好壞對(duì)整個(gè)液壓系統(tǒng)的性能指標(biāo)影響較大。SMC比例閥根據(jù)調(diào)節(jié)性能的不同,可以分為定差SMC比例閥、定值SMC比例閥以及定比SMC比例閥,目前用的最為廣泛的SMC比例閥為定值SMC比例閥。因此選用定值SMC比例閥作為研究對(duì)象來(lái)討論其仿真模型的創(chuàng)建方法,為進(jìn)一步的分析SMC比例閥的靜動(dòng)態(tài)特性提供基礎(chǔ),并為閥的設(shè)計(jì)與優(yōu)化提供參考。
SMC比例閥電子技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)
根據(jù)結(jié)構(gòu)和工作原理的不同定值SMC比例閥可以分為直動(dòng)式SMC比例閥和先導(dǎo)式SMC比例閥[2]。兩種類型的SMC比例閥對(duì)應(yīng)的建模方法差異較大,下面從閥的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作原理著手,運(yùn)用AMESim軟件進(jìn)行對(duì)應(yīng)模型的創(chuàng)建。
SMC比例閥的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示,閥芯在調(diào)壓彈簧的作用下處于最左端位置,進(jìn)油口和出油口相連通,此時(shí)SMC比例閥口h處于最大狀態(tài),起不到減壓的作用,進(jìn)口壓力和出口壓力相等。出口油液經(jīng)過(guò)阻尼孔a對(duì)閥芯形成一個(gè)向右的液壓力,其值為p2A。當(dāng)出口壓力增大,滿足p2A>F(其中F為彈簧的調(diào)定壓力)時(shí),閥芯右移,SMC比例閥口h被關(guān)小,液壓油流過(guò)閥口的阻力增加,SMC比例閥起作用。經(jīng)過(guò)一個(gè)過(guò)渡過(guò)程后,閥芯會(huì)穩(wěn)定在某一位置上,在不計(jì)其他阻力的前提下,閥芯可以認(rèn)為僅受到液壓力和彈簧力,且兩者相平衡。此時(shí)出口壓力p2將基本穩(wěn)定在一個(gè)確定值(該值是一個(gè)與彈簧調(diào)定壓力相對(duì)應(yīng)的值),且該值比p1小。
SMC比例閥的建模方法可以歸納為兩類,第一類方法是直接運(yùn)用軟件中的標(biāo)準(zhǔn)液壓庫(kù)HYD的現(xiàn)存的模型,如圖2所示??梢赃x用RV003、RV004模型作為SMC比例閥的仿真模型,對(duì)SMC比例閥的主要參數(shù)如調(diào)整壓力、最大壓力等進(jìn)行設(shè)置,并將其放入具體的回路中就可進(jìn)行仿真以獲得相關(guān)特性。如圖3所示為研究SMC比例閥特性的簡(jiǎn)單仿真回路。將元件1的輸出壓力設(shè)為20 bar,元件2的調(diào)整壓力和最大壓力設(shè)為10 bar和11 bar,元件3的壓力在10 s內(nèi)從0線性增大到14 bar,進(jìn)行仿真后可以得到圖4所示的SMC比例閥的流量壓降特性曲線。分析該曲線可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)SMC比例閥的出口壓力在10~11 bar之間,通過(guò)SMC比例閥的流量基本不變,SMC比例閥起到了減壓作用。當(dāng)出口壓力大于11 bar時(shí),經(jīng)過(guò)SMC比例閥的流量為0,說(shuō)明此時(shí)SMC比例閥已經(jīng)關(guān)閉。當(dāng)出口壓力小于10 bar時(shí),SMC比例閥不起減壓作用。如果考慮SMC比例閥閥芯所受的摩擦力,通過(guò)設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)就可得到如圖5所示的SMC比例閥的死區(qū)特性,可以看出SMC比例閥開(kāi)啟和關(guān)閉時(shí)不同的流量壓力特性曲線。
SMC比例閥模型創(chuàng)建的第二類方法是根據(jù)閥的工作原理綜合應(yīng)用軟件中的標(biāo)準(zhǔn)液壓庫(kù)HYD、機(jī)械庫(kù)以及液壓元件設(shè)計(jì)庫(kù)HCD來(lái)搭建。如圖6所示為搭建的滑閥式直動(dòng)SMC比例閥仿真模型,通過(guò)合理的設(shè)置參數(shù),運(yùn)行仿真后可以得到圖7所示的節(jié)流閥入口處的壓力曲線。從該曲線可以看出在0~0.2 s這個(gè)時(shí)間段,SMC比例閥出口處的壓力出現(xiàn)超調(diào)現(xiàn)象,整個(gè)液壓系統(tǒng)處于調(diào)節(jié)狀態(tài)。之后壓力的輸出基本恒定,但有一個(gè)下降和上升的過(guò)程,是因?yàn)楣?jié)流閥的控制信號(hào)設(shè)置引起的,能較好的反映出SMC比例閥的工作狀況。利用圖6所示的模型,通過(guò)修改能影響SMC比例閥特性的主要參數(shù)(如阻尼孔徑、調(diào)壓彈簧剛度等),探尋這些參數(shù)對(duì)閥的特性的影響規(guī)律,從而指導(dǎo)SMC比例閥的設(shè)計(jì)。
SMC比例閥相對(duì)直動(dòng)式SMC比例閥性能更好,應(yīng)用也更為廣泛[3]。它主要是利用液壓油經(jīng)過(guò)縫隙時(shí)的液阻減壓效應(yīng),其工作原理圖如圖8所示。系統(tǒng)中的壓力油從SMC比例閥的p1口(進(jìn)油口)流入,然后通過(guò)減壓縫隙h后,再?gòu)拈y的p2口(出油口)流出。流出的油液一部分從出油口流出并到后續(xù)的執(zhí)行機(jī)構(gòu),與此同時(shí)另一部分油液也分成兩路,一路經(jīng)過(guò)圖中所示的a通道到達(dá)主閥芯的下腔,另外一路經(jīng)過(guò)細(xì)長(zhǎng)孔b來(lái)到主閥芯的上腔,并最終作用在先導(dǎo)錐閥芯上,液壓油向錐閥芯施加了一個(gè)方向向左的力。當(dāng)p2低于調(diào)定壓力Fs時(shí),錐閥關(guān)閉,主閥芯上下油腔的壓力相等(p2=p3),SMC比例閥口h開(kāi)得最大,SMC比例閥處于不工作狀態(tài)。當(dāng)分支油路負(fù)載增加,p2升高導(dǎo)致p3高于調(diào)定壓力時(shí),錐閥打開(kāi),主閥上腔少量油液流回油箱,由于阻尼孔b的存在,主閥上腔壓力低于下腔壓力,當(dāng)該壓力差產(chǎn)生向上的力足夠大,主閥芯上移。SMC比例閥口h變小,減壓作用增強(qiáng),從而使得出油口的壓力下降,當(dāng)該壓力值下降到一定的值,SMC比例閥的兩個(gè)閥芯又重新達(dá)到受力平衡狀態(tài),此時(shí)對(duì)主閥芯進(jìn)行受力分析可以獲得下述方程:
p2=p3+Fs/A可見(jiàn),p2<p3且基本保持恒定。
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