一次填充法测量减压阀的流量特性的研究

　　1 研究的意义

　　随着气动元件的迅速发展,人们提出了怎样可以准确得到气动系统特性的要求,以设计出最合理的气动系统。减压阀的作用是将较高的入口压力调节并降低到符合使用要求的出口压力,并保证调节后出口压力的稳定[1]。为了设计出优化的气动系统,这就需要我们必须准确地把握减压阀的流量特性。由于传统的减压阀流量特性的测量方法一般采用逐点测量,这种方法存在耗气量大、测量精度低、工作效率低等缺点,为了解决这些问题,一次填充法作为新的减压阀流量特性的测量方法被提出。

　　2 减压阀填充法流量特性测量原理

　　减压阀新的流量特性测量方法的实验原理图如图1所示。

　　它的测量原理:开关阀接收到电信号接通,气源通过气动三联件给减压阀进行一次充气,在该充气过程中,假设气罐的温度保持不变,通过压力传感器实时测量气罐的压强,同时,上位机实时采集所测量的数据,把测量的数据记录下来,作为出口压力,然后进行微分,作为压力的变化率,再把它们进行处理,拟合出减压阀的流量特性曲线。填充法测量减压阀流量特性的研究思想是利用充气过程中的准平衡状态来模拟减压阀的静态流量特性测试时的平衡状态。

　　3 减压阀的数学模型

　　直动式减压阀如图2所示,对减压阀进行建模时,考虑到气体的流动状态很复杂,为了简化计算,更好地分析和研究气动系统的特性,在建立数学模型时可以进行如下假设[2]:

　　(1)使用的工作介质(空气)为理想气体,各参数满足理想气体的状态方程;不计密封不良造成的空气泄漏流量的影响,即当阀芯位移x=0时,流量q=0。

　　(2)同一容器内的温度场和压力场是均匀的,任意时刻腔中各点状态参数相等,动态过程为准平衡过程。

　　(3)阀的出口压力与气罐内压力相等。

　　(4)气体在气罐中的流动为恒温流动。

　　(5)气源压力、大气压力和环境温度稳定,气源温度为环境温度。

　　(6)气体进出气罐流过节流口的流动是稳定的一维流动,相当于气体经过收缩喷管的流动。

　　气动元件的动态特性从本质上讲都可以认为是由一些基本环节组成的,如气容充气环节、气容放气环节、惯性环节等。它们之间通过压力、力、位移、容积等参数相互联系相互影响。

　　3.1 气动减压阀阀口的流量方程

　　假设条件,将通过阀口的气体流动近似为理想气体通过收缩喷管的一维等熵流动,流过减压阀的质量流量为:

　　其中: cd--流量系数; S--阀口面积;