进水阀开启特性仿真研究

朱晓霞，张春宇（.哈尔滨电气股份有限公司，黑龙江哈尔滨，50000；.燕山大学，河北秦皇岛，066004）



进水阀开启特性仿真研究

朱晓霞1，张春宇2
（1.哈尔滨电气股份有限公司，黑龙江哈尔滨，150000；2.燕山大学，河北秦皇岛，066004）

摘 要：本文根据水压机提升式进水阀的工作原理，建立了数学模型并应用计算机进行了仿真设计。通过仿真研究，获得了提升式进水阀开启过程中控制腔压力变化曲线及开启力曲线；通过改变进水阀结构参数和压机工作压力，研究得出进水阀开启力变化趋势与其结构参数、外负载之间的关系。

关键词：仿真；开启压力；进水阀

引言

本文通过MATLAB/Simulink仿真软件建立水压机提升式进水阀的数学模型并进行计算机仿真。通过仿真研究获得提升式进水阀开启过程中控制腔压力变化曲线及开启力曲线。通过改变进水阀结构参数和压机工作压力，研究进水阀开启力变化趋势与其结构参数和外负载之间的关系［1-3］。

1 提升式进水阀结构

水压机进水阀结构其主阀为锥阀式结构。上腔压力控制阀为一小锥阀，与主阀芯同轴且其阀座在主阀芯上。阀杯上腔阀体上开有引水孔（f1），将进水口压力液体引入上腔。

进水阀的工作原理是，当卸压阀没有开启时上腔压力将主阀芯压在阀座上。伴随卸压阀的开启上腔压力下降，当卸压阀完成开启行程与限位螺塞接触将主阀芯抬起，实现主阀芯的开启。

卸压阀芯开启时通过下部顶杆顶起，关闭时通过上部弹簧将其压下复位。卸压阀芯压下过程中，阀口面积减小上腔压力升高将主阀芯压在阀座上实现可靠关闭。

2 开启过程仿真

通过MATLAB/Simulink仿真软件建立提升式进水阀的仿真模型，模拟进水阀开启过程中看至腔压力变化。

通过改变引水孔（f1）直径和卸压阀开启高度，得到的进水阀开启过程中上腔压力变化曲线和主阀芯开启力曲线，如图1、图2。

图1 上腔压力曲线

图2 主阀芯开启力曲线

图1、图2中，曲线1、2、3结构参数分别为：

（1）引水孔直径d=5mm

引水孔数量n=2

卸压阀开口高度 =2mm

（2）引水孔直径d=4.5mm

引水孔数量n=2

卸压阀开口高度Δx=2mm

（3）引水孔直径d=6.5mm

引水孔数量n=2

卸压阀开口高度Δx=1.8mm

进水阀主阀芯上的静态作用力主要是控制腔压力fbPb、阀芯凸肩浮力环压力fsPa、下腔压力fcPc和密封锥面渗入压力［4］。为了使阀的工作可靠，希望卸压阀开启后主阀芯仍能被可靠地压在阀座上，防止卸压阀小开度打开时主阀芯发生振动。将阀芯压在阀座上的主要作用力即是上腔压力，通过调整控制腔引水孔的数量、面积和卸压阀开口面积，可以改变上腔控制压力［5］。上面两组曲线反映了不同引水孔数量、面积，和不同卸压阀开口高度时的控制腔压力和主阀芯上的合力。曲线2的开启力较合理，能够满足主阀芯的可靠关闭且开启力不至于过大。

由于主缸工作压力对进水阀下腔压力有重要影响，下面对不同工作压力下进水阀开启过程进行仿真。

图3 不同压力下压力曲线

图3中曲线1、2、3、4对应的工作缸压力分别为：1×106MPa 、5×106Mpa、10×106Mpa、15×106Mpa。从图上看，随着工作压力的升高控制腔压力逐渐升高，但主阀芯上的作用力变化很小。这是由于下腔压力Pc与上腔压力平衡。随着阀芯作用力下降，密封锥面会发生压力渗透。其渗透压力与压力Pa及Pc相关存在一定的线性关系，因此可进一步平衡掉上腔压力。说明提升式进水阀开启力受系统工作压力的影响较小，当系统供液压力一定时具有较为稳定的开启力性能。

3 结论

进水阀结构参数的设计对其开启力特性有重要的影响，为确保合理的开启力和稳定的工作状态，应合理配置进水阀结构参数。

当系统供油压力一定时，进水阀开启力受阀出口压力影响较小，具有较好的开启力稳定特性。其开启力主要由系统供油压力和阀的结构参数共同决定。

参考文献

［1］Yao Jing.Electro-hydraulic servo control system modeling and simulation of 50 MN water press for free forging.Xitong Fangzhen Xuebao / Journal of System Simulation，2007，19：3766-3769.

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［5］T.M.Buster， Plane Hydraulic Drive and Accessory， Defense Industry Press， 1963.

The SImulation Research on The Opening Pressure Character of Water Press Inlet-valve

Xiaoxia Zhu1， Chunyu Zhang2
（1.Harbin Electric Company Limited， Haerbing， 150000， China；2.Yanshan University， Qinhuangdao， 066004， China）

Abstract：In this article ， base on the operating principle of water press pull-up inlet valve， we simulated the mathematical model of inlet-valve on computer.By the method of simulation， get the curve of control pressure（up cavity pressure） and opening force in process of pull-up inlet valve opening.And changing the structural parameter of inlet valve and working pressure of water press， receive the relationship between pull-up inlet valve opening force changing tendency and the structural parameter of inlet valve and working pressure.

Key words：Simulation； Opening Pressure； Inlet-valve

中图分类号：TH16

文献标识码：A

文章编号：2095-8412 （2016） 02-255-03

DOI：工业技术创新 URL： http//www.china-iti.com 10.14103/j.issn.2095-8412.2016.02.035

作者简介：

朱晓霞（1982年-），女，工程师，硕士，哈尔滨电气股份有限公司，主要从事压力容器设计、机械设计制造、液压技术方面的研究和应用工作。

E-mail： 53753896@qq.com