125MN挤压机大通径水节流阀流量特性实验研究

文跃兵

（湖南工业职业学院，长沙 410208）

125MN挤压机大通径水节流阀流量特性实验研究

文跃兵

（湖南工业职业学院，长沙 410208）

为了验证125MN挤压机速度控制系统中的主要速度控制元件大通径节流阀的数学模型、控制策略的正确性、可靠性和实用性，文章对该节流阀特性进行现场调试实验研究，主要是对节流阀的流量特性和阀芯位移动态特性进行调试。

挤压机 大通径水节流阀 流量特性 实验研究

1 实验系统硬件平台

针对被试节流阀大流量、大通径、调速范围大、工作压力高且工作介质是水等特点，125MN挤压机活动横梁挤压速度控制系统中采用了通径分别为80mm和40mm的两个新型水节流阀。

该实验系统由操作台、通讯控制系统、智能监控系统、节流装置、操作油站、水路主控制分配系统、节流阀阀芯位移传感器等组成。系统参数由上位机、触摸屏或PLC程序实现修改，而实验结果可通过上位机的曲线或图表进行显示[1-3]。

2 主要元件及仪表性能参数

（1）高压水站

由高压水泵-蓄势器组成动力系统，工作压力32MPa。（2）先导阀

控制节流阀阀芯位移的先导阀为电液比例换向阀，最大工作压力35MPa，最大流量130L/min。

（3）节流阀

该实验仅对大节流阀的动态特性实验与流量特性实验开展研究。该节流阀以水为工作介质，通径80mm，额定工作压力31.5MPa，最大流量8000L/min。

3 节流阀流量特性实验

3.1 实验目的

流量特性实验是可为节流阀的控制策略提供参考，并可以为实际应用工作中遇到的难题提供解决方案。流量特性实验是在同一压差下设定不同的开度并记录对应开度下的流量，在相同开度条件下，记下不同压差对应流量[3-4]。

3.2 实验条件

实验元件：见实验系统硬件平台。

工作压力：高压水站32MPa，节流油站20MPa。挤压机在带负载情况下工作，挤压。

3.3 实验步骤

（1）对照电气图和液压工作原理图，仔细检查各电气元件之间的接线是否准确。按钮按下时，检查对应执行元件是否得电。

（2）打开操作油泵和节流油泵，设定操作台手柄为空程档位，设定反馈方式为节流反馈方式。（3）设定各参数如下：①工作压力32MPa；

②上位机上设定12个不同节流阀开口度值；

③计算流量q值：取流量q=ξ Av；

v由传感器检测得到，A为工作缸总面积A=3.944m2，ξ为节流阀流量损失耗系数，这里取ξ=0.95，将根据各检测量计算得到的q值记录于表1中[5-6]。

表1 节流阀开度-流量特性数据表

（4）设定操作手柄为12500T档位，并调定节流阀的开度为42mm和21mm。实验过程中，根据表2中列出的压力差一一读取检测到的挤压速度v，采用上述方法将其转化为q值，将q值记录于表2中。

表2 节流阀压差-流量特性表

3.4 实验结果分析

把表1中的实验结果绘制如图1所示的开度-流量特性图，显然节流阀流量的与开度成正比。当节流达到最大开度时，流量达到7140L/min，为流量最大值。另外，说明在整个调节范围内流量变化均匀，微量调节性能好。

由表2的实验数据得出的压差-流量特性曲线见图2。由该曲线可以看出，在开度相同时，前后压力差越大，则流量也越大。从图中曲线可以看出，此被试节流阀小开度时，节流阀的压差-流量曲线斜率较小，说明小开度时的刚性较好，负载发生变化对小流量影响较小。反之，节流阀的压差-流量曲线斜率较大，说明在大开度时的刚性较差，负载发生变化对流量影响较大，节流阀在小流量工况下稳定性较好[7]。

图1 节流阀开度-流量特性曲线

图2 节流阀压差-流量特性曲线

4 节流阀阀芯位移动态特性实验

4.1 实验目的

节流阀位移动态特性实验是验证系统控制模型和控制策略可靠性和实用性的有力依据。本节将对节流阀位移动态响应特性进行实验研究。

4.2 实验条件

实验元件：见实验系统硬件平台。

工作压力：高压水站32MPa，节流油站20MPa。挤压机在带负载情况下工作，挤压。

4.3 实验步骤

（1）对照电气图和液压工作原理图，仔细检查各电气元件之间的接线是否准确，对应按钮按下时，检查对应执行元件是否得电。

（2）打开操作油泵和节流油泵，设定操作台手柄为空程档位，设定反馈方式为节流反馈方式。

（3）设定各参数如下：①工作压力：32MPa；②节流阀开度：36mm；

③设定PID控制功能块的死区值为0.05mm。

（4）从上位机里导出节流阀位移动态响应特性曲线见图3。

图3 节流阀阀芯位移动态响应特性曲线

4.4 实验结果分析

由图3可以看出，阀芯位移的动态响应时间在1.0s左右，几乎无超调，控制精度在0.1mm。

5 结语

第一，本文主要对节流阀的流量与开度的变化关系和流量与压差的变化关系进行实验研究，得出了流量q随节流阀开口度的变化呈线性关系，说明节流阀在整个工作范围内流量变化均匀，具有良好的调节性能。

第二，完成了节流阀阀芯位移动态特性的实验研究，从实验中得出了节流阀阀芯位移动态响应特性曲线，得出节流阀阀芯的位移对先导阀阀芯阶跃信号的响应时间在1.0s左右，控制精度在0.1mm，都能满足现场要求。

[1]文跃兵.125MN挤压机动梁速度控制系统研究[D].中南大学，2009.

[2]机电工程学院.125MN挤压机系统改造技术资料[R].长沙：中南大学，2008.

[3]黄长征，李小东，谭建平.液压机速度控制技术新发展[J].锻压技术，2007，32（5）：8-11.

[4]冯天麟，唐晓群，田松.比例控制流量供水阀的研制[J].给水排水，2007，33（12）：95-97.

[5]杨钢，郭浩，李宝仁.新型高压气动比例控制阀动态性能的仿真研究[J].中国机械工程，2007，18（12）：1418-1420.

[6]曹鑫铭.液压伺服系统[M].北京：冶金工业出版社，1991：47-58.

[7]陆培文.调节阀实用技术[M].北京：机械工业出版社，2005：665-668.

A Study of 125MN Extruding Machine Throttle Valve Flow Character

WEN Yuebing
(Hunan Industry Polytechnic,Changsha 410208)

In this article the flow and spool displacement dynamic character were reserched by field-debuging in order to verify the correctness.Reliability and practicability of the mathematical model and control strategy of the large passage diameter of the main speed control unit of the 125MN extruding machine speed control system.

extruding machine, large-diameter water throttle, dynamic characte, experimental study