先导活塞式减压阀静态和动态特性

【资料简介】

 先导活塞式减压阀静态和动态特性

先导式减压阀在中高压气液动系统中得到广泛应用，由于其静态和动态特性对整个回路的工作状态有明显影响，因此，需对减压阀的工作特性进行研究。针对典型结构的先导式减压阀，建立其数学模型和仿真模型，根据仿真结果对其输出压力、流量等静态和动态特性进行分析，可对减压阀的工作状态和内部机制有更深刻的理解。

本实用新型涉及一种先导活塞式减压阀.该阀的主要技术特征是在已有先导活塞式减压阀结构的基础上,将原来开在主,副阀体上相接构成的反馈压力信号进,出口通道去掉,改为由外接于阀体上的两根反馈管代替,因而不仅使加工制造容易,结构合理,体积小,重量轻,调压性能好,而且清洗,维修更为方便,可广泛用于对空气,氧气,氮气,二氧化碳,乙炔和惰性气体等介质的输送.

先导活塞式减压阀静态和动态特性仿真结果表明: 

减压阀是一种利用气液流经阀口节流作用产生压力损失从而使出口压力( 二次压力) 小于入口压力( 一次压力) 的压力调节阀，内部通常利用结构元件作用和压力差的平衡从而保持稳定输出压力。定压输出减压阀从结构上可以分为直动式减压阀和先导式减压阀。先导式减压阀虽然结构复杂，但在静态特性和稳定性上优于直动式减压阀，在中高压气液动系统中得到广泛应用。减压阀的静态和动态特性对于整个回路系统的工作状态有明显影响，因此，在液动系统设计中，有必要对减压阀的工作特性进行研究分析。

1、先导活塞式减压阀静态和动态特性的基本结构

先导式减压阀主要由压力调整机构( 先导控制阀) 和流量控制机构( 主阀) 两部分组成，如图1所示。先导式减压阀的输出压力通过调整先导阀调节螺栓改变调压弹簧的弹力得到。一次压力油液从进油口进入高压腔，经过主阀芯与阀套间的节流缝隙，得到二次压力，然后从出油口流出。二次压力腔通过小孔或沟槽与主阀芯底部容腔相通，且通过主阀芯中部阻尼孔流入主阀芯上部容腔，进而利用通孔将液压力作用于先导阀的锥形阀芯上。

当二次压力小于最小设定输出压力时，先导阀的阀芯关闭，主阀芯在平衡弹簧作用下处于位置，此时主阀芯与阀套的节流缝隙，控制窗口处于全开状态，主阀芯阻尼孔中无油液流动，进出容腔短接，减压阀处于非工作状态。当二次压力升高时，先导阀前腔压力高于调节弹簧力，则先导阀打开， 产生先导流量， 主阀阀芯底腔压力升高，在压力差的作用下克服平衡弹簧力向上移动，主阀芯与阀套的节流缝隙减小，即控制窗口减小，二次压力降低，经过相互作用，直到作用在主阀阀芯上的液压差与平衡弹簧的弹力在新的位置上达到平衡为止。
利用进行仿真具有建模简便、模型精确、运算快捷的优点，能够有效节省试验和设计成本。当减压阀的输出压力较高或通径较大时，用调压弹簧直接调压，则弹簧刚度必然过大，流量变化时，输出压力波动较大，阀的结构尺寸也将增大。为了克服这些缺点，可采用先导式减压阀。

先导式减压阀的工作原理与直动式的基本相同。先导式减压阀所用的调压气体，是由小型的直动式减压阀供给的。若把小型直动式减压阀装在阀体内部，则称为内部先导式减压阀；若将小型直动式减压阀装在主阀体外部，则称为外部先导式减压阀。 内部先导式减压阀与直动式减压阀相比，该阀增加了由喷嘴4、挡板3、固定节流孔9及气室B所组成的喷嘴挡板放大环节。当喷嘴与挡板之间的距离发生微小变化时，就会使B室中的压力发生很明显的变化，从而引起膜片10有较大的位移，去控制阀芯6的上下移动，使进气阀口8开大或关小、提高了对阀芯控制的灵敏度，即提高了稳压精度。

先导活塞式减压阀静态和动态特性主要技术参数和性能指标

公称压力(Mpa)	1.6	2.5	4.0	6.4	10.0	16.0
壳体试验压力(Mpa)*	2.4	3.75	6.0	9.6	15.0	24
密封试验压力(Mpa)	1.6	2.5	4.0	6.4	10.0	16.0
至高入口压力(Mpa)	1.6	2.5	4.0	6.4	10.0	16.0
出口压力范围(Mpa)	0.1-1.0	0.1-1.6	0.1-2.5	0.5-3.5	0.5-3.5	0.5-4.5
压力特性偏差(Mpa)△P2P	GB12246-1989
流量特性偏差(Mpa)P2G	GB12246-1989
至小压差(Mpa)	0.15	0.15	0.2	0.4	0.8	1.0
渗漏量	X/F(聚四氟乙稀/橡胶)：O Y(硬密封)：GB12245-1989

*：壳体试验不包括膜片、顶盖

主要零件材料

零件名称	零件材料
阀体 阀盖 底盖	WCB/FCB*
阀座 阀盘	2Cr13/304*
缸套	2Cr13/25(镀硬铬)/304*
活塞	2Cr13/铜合金/铜合金*
活塞环	合金铸铁/对位聚苯*
导阀座 导阀杆	2Cr13/304*
膜片	1Cr18Ni9Ti
主阀 导阀弹簧	50CrVA
调节弹簧	60Si2Mn
密封垫(X/F型号)	橡胶/聚四氟乙稀
导阀体 导阀盖	25/304*

流量系数(Cv)

DN	15	20	25	32	40	50	65	80	100	125	150	200	250	300	350	400	500
Cv	1	2.5	4	6.5	9	16	25	36	64	100	140	250	400	570	780	1020	1500

此时，二次压力为设定输出压力，而先导阀的阀芯处于微小开启的平衡状态，而经先导阀流出的油液流回油缸。当输入压力或油液流量在一定范围变化时，由于主阀芯与阀套间的节流缝隙变化相对量较小，且滑阀面积较大，可以使得输出压力始终保持在设定压力附近，稳定性较好。

4、先导活塞式减压阀静态和动态特性结论

利用AMESim 对液动系统中常见的先导式减压阀进行建模仿真，具有建模简便、模型精确、运算快捷的优点。基于仿真结果进行静、动态特性分析，对减压阀的工作状态和内部机制可做到更细致全面的理解，有效节省试验和设计成本。