朱曉霞，張春宇（.哈爾濱電氣股份有限公司，黑龍江哈爾濱，50000；.燕山大學(xué)，河北秦皇島，066004）

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進水閥開啟特性仿真研究

朱曉霞1，張春宇2
（1.哈爾濱電氣股份有限公司，黑龍江哈爾濱，150000；2.燕山大學(xué)，河北秦皇島，066004）

摘 要：本文根據(jù)水壓機提升式進水閥的工作原理，建立了數(shù)學(xué)模型并應(yīng)用計算機進行了仿真設(shè)計。通過仿真研究，獲得了提升式進水閥開啟過程中控制腔壓力變化曲線及開啟力曲線；通過改變進水閥結(jié)構(gòu)參數(shù)和壓機工作壓力，研究得出進水閥開啟力變化趨勢與其結(jié)構(gòu)參數(shù)、外負(fù)載之間的關(guān)系。

關(guān)鍵詞：仿真；開啟壓力；進水閥

引言

本文通過MATLAB/Simulink仿真軟件建立水壓機提升式進水閥的數(shù)學(xué)模型并進行計算機仿真。通過仿真研究獲得提升式進水閥開啟過程中控制腔壓力變化曲線及開啟力曲線。通過改變進水閥結(jié)構(gòu)參數(shù)和壓機工作壓力，研究進水閥開啟力變化趨勢與其結(jié)構(gòu)參數(shù)和外負(fù)載之間的關(guān)系［1-3］。

1 提升式進水閥結(jié)構(gòu)

水壓機進水閥結(jié)構(gòu)其主閥為錐閥式結(jié)構(gòu)。上腔壓力控制閥為一小錐閥，與主閥芯同軸且其閥座在主閥芯上。閥杯上腔閥體上開有引水孔（f1），將進水口壓力液體引入上腔。

進水閥的工作原理是，當(dāng)卸壓閥沒有開啟時上腔壓力將主閥芯壓在閥座上。伴隨卸壓閥的開啟上腔壓力下降，當(dāng)卸壓閥完成開啟行程與限位螺塞接觸將主閥芯抬起，實現(xiàn)主閥芯的開啟。

卸壓閥芯開啟時通過下部頂桿頂起，關(guān)閉時通過上部彈簧將其壓下復(fù)位。卸壓閥芯壓下過程中，閥口面積減小上腔壓力升高將主閥芯壓在閥座上實現(xiàn)可靠關(guān)閉。

2 開啟過程仿真

通過MATLAB/Simulink仿真軟件建立提升式進水閥的仿真模型，模擬進水閥開啟過程中看至腔壓力變化。

通過改變引水孔（f1）直徑和卸壓閥開啟高度，得到的進水閥開啟過程中上腔壓力變化曲線和主閥芯開啟力曲線，如圖1、圖2。

圖1 上腔壓力曲線

圖2 主閥芯開啟力曲線

圖1、圖2中，曲線1、2、3結(jié)構(gòu)參數(shù)分別為：

（1）引水孔直徑d=5mm

引水孔數(shù)量n=2

卸壓閥開口高度 =2mm

（2）引水孔直徑d=4.5mm

引水孔數(shù)量n=2

卸壓閥開口高度Δx=2mm

（3）引水孔直徑d=6.5mm

引水孔數(shù)量n=2

卸壓閥開口高度Δx=1.8mm

進水閥主閥芯上的靜態(tài)作用力主要是控制腔壓力fbPb、閥芯凸肩浮力環(huán)壓力fsPa、下腔壓力fcPc和密封錐面滲入壓力［4］。為了使閥的工作可靠，希望卸壓閥開啟后主閥芯仍能被可靠地壓在閥座上，防止卸壓閥小開度打開時主閥芯發(fā)生振動。將閥芯壓在閥座上的主要作用力即是上腔壓力，通過調(diào)整控制腔引水孔的數(shù)量、面積和卸壓閥開口面積，可以改變上腔控制壓力［5］。上面兩組曲線反映了不同引水孔數(shù)量、面積，和不同卸壓閥開口高度時的控制腔壓力和主閥芯上的合力。曲線2的開啟力較合理，能夠滿足主閥芯的可靠關(guān)閉且開啟力不至于過大。

由于主缸工作壓力對進水閥下腔壓力有重要影響，下面對不同工作壓力下進水閥開啟過程進行仿真。

圖3 不同壓力下壓力曲線

圖3中曲線1、2、3、4對應(yīng)的工作缸壓力分別為：1×106MPa 、5×106Mpa、10×106Mpa、15×106Mpa。從圖上看，隨著工作壓力的升高控制腔壓力逐漸升高，但主閥芯上的作用力變化很小。這是由于下腔壓力Pc與上腔壓力平衡。隨著閥芯作用力下降，密封錐面會發(fā)生壓力滲透。其滲透壓力與壓力Pa及Pc相關(guān)存在一定的線性關(guān)系，因此可進一步平衡掉上腔壓力。說明提升式進水閥開啟力受系統(tǒng)工作壓力的影響較小，當(dāng)系統(tǒng)供液壓力一定時具有較為穩(wěn)定的開啟力性能。

3 結(jié)論

進水閥結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)計對其開啟力特性有重要的影響，為確保合理的開啟力和穩(wěn)定的工作狀態(tài)，應(yīng)合理配置進水閥結(jié)構(gòu)參數(shù)。

當(dāng)系統(tǒng)供油壓力一定時，進水閥開啟力受閥出口壓力影響較小，具有較好的開啟力穩(wěn)定特性。其開啟力主要由系統(tǒng)供油壓力和閥的結(jié)構(gòu)參數(shù)共同決定。

參考文獻

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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

中圖分類號：TH16

文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：2095-8412 （2016） 02-255-03

DOI：工業(yè)技術(shù)創(chuàng)新 URL： http//www.china-iti.com 10.14103/j.issn.2095-8412.2016.02.035

作者簡介：

朱曉霞（1982年-），女，工程師，碩士，哈爾濱電氣股份有限公司，主要從事壓力容器設(shè)計、機械設(shè)計制造、液壓技術(shù)方面的研究和應(yīng)用工作。

E-mail： 53753896@qq.com