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帶安全閥功能的減壓閥動(dòng)態(tài)特性仿真與分析

2016-06-22 10:05:07 安裝信息網(wǎng)

郭嘉博，肖敏

（中航通飛研究院有限公司第四研究室，廣東珠海 519040）

摘要：闡述了一款結(jié)構(gòu)緊湊的管式帶安全閥功能的減壓閥內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理，并基于AM ESim軟件建立了直觀的仿真模型進(jìn)行仿真驗(yàn)證和性能分析。研究表明：帶安全閥功能的減壓閥的彈簧剛度、進(jìn)油孔直徑、彈簧預(yù)緊力和反饋?zhàn)饔妹嬷睆降葘?duì)其的動(dòng)態(tài)響應(yīng)起著重要作用。這一結(jié)果對(duì)理解和合理設(shè)計(jì)帶安全閥功能的減壓閥具有一定的參考意義。

關(guān)鍵詞：帶安全閥功能的減壓閥；動(dòng)態(tài)特性；仿真模型

中圖分類號(hào)：TP391.7：TH137. 52+1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0 引言

國(guó)內(nèi)某型渦槳飛機(jī)在發(fā)動(dòng)機(jī)處于停車狀態(tài)時(shí)以液壓力來(lái)實(shí)現(xiàn)應(yīng)急順槳。液壓源系統(tǒng)采用了一款結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且緊湊的管式帶安全閥功能的減壓閥，它能把工作壓力降低至(6±0.8) M Pa后輸送至控制燃料調(diào)節(jié)器和螺旋槳調(diào)速器，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)緊急停車和應(yīng)急順槳；同時(shí)為了保護(hù)應(yīng)急順槳系統(tǒng)安全，需限制應(yīng)急順槳壓力不超過(guò)(8±1) M Pa。本文在分析帶安全功能的減壓閥內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理的基礎(chǔ)上，建立了其AMEsim仿真模型，并深入分析了關(guān)鍵參數(shù)對(duì)其動(dòng)態(tài)特性的影響，對(duì)沒(méi)計(jì)帶安全閥功能的減壓閥提供了非常有用的理論依據(jù)。

1 帶安全閥功能的減壓閥內(nèi)部結(jié)構(gòu)與功能原理

帶安全閥功能的減壓閥內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。

減壓閥在正常工作時(shí)，工作介質(zhì)由進(jìn)油口進(jìn)入，當(dāng)進(jìn)油口壓力增加（減�。⿻r(shí)，減壓口壓力瞬間增加（減�。�，改變了減壓彈簧的力平衡狀態(tài)，使減壓組件中主閥芯軸向移動(dòng)，節(jié)流口面積減小（增大），油液經(jīng)減壓口時(shí)壓力差增加（減小），減壓口壓力減�。ㄔ黾樱⑴c減壓彈簧實(shí)現(xiàn)新的力平衡狀態(tài)；當(dāng)減壓口壓力瞬間減�。ㄔ黾樱⿻r(shí)，改變了減壓彈簧力平衡狀態(tài)，使減壓組件中主閥芯軸向移動(dòng)，節(jié)流口面積增大（減�。�，工作介質(zhì)經(jīng)減壓口時(shí)壓力差減�。ㄔ黾樱�，減壓口壓力增加（減�。⑴c減壓彈簧實(shí)現(xiàn)新的力平衡狀態(tài)。當(dāng)減壓口壓力大于規(guī)定值時(shí)，安全閥的錐閥打開(kāi)，保護(hù)系統(tǒng)的安全。

2帶安全閥功能的減壓閥仿真模型的建立

根據(jù)帶安全閥功能的減壓閥內(nèi)部結(jié)構(gòu)利用AMESim建立其仿真模型，如圖2所示，其中，反饋?zhàn)饔妹娴闹睆綖閐4。仿真參數(shù)設(shè)置如表1所示。

3仿真結(jié)果和分析

通過(guò)模型仿真后得到帶安全閥功能的減壓閥在系統(tǒng)工作壓力為21 M Pa、流量為1.4 L／min～3 L／min下減壓口的壓力曲線以及減壓閥芯和安全閥芯相對(duì)位移曲線，如圖3、圖4所示。將減壓閥的進(jìn)油口封堵上，在減壓閥減壓口加壓，得到的安全閥打開(kāi)壓力曲線如圖

5所示。從圖3和圖4可知，減壓壓力為5. 78 M Pa，此時(shí)減壓閥芯和安全閥芯位移保持一致，無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，安全閥口流量輸出基本為零。由圖5可知，安全閥打開(kāi)壓力為7. 97 M Pa，壓力超調(diào)量為21. 7%。仿真結(jié)果表明所建立的AM ESim模型正確，滿足仿真模擬要求�，F(xiàn)通過(guò)改變仿真模型的一些參數(shù)來(lái)研究各參數(shù)與帶安全閥功能的減壓閥動(dòng)態(tài)特性的關(guān)系。

3.1彈簧剛度對(duì)動(dòng)態(tài)特性的影響

設(shè)彈簧剛度分別為7 N／mm、6.045 N/mm、5.5 N/mm、4.5 N／mm，仿真得到各彈簧剛度下減壓閥壓力動(dòng)態(tài)響應(yīng)曲線和安全閥口流量輸出動(dòng)態(tài)響應(yīng)曲線，如圖6、圖7所示。由圖6和圖7可以看出，隨著彈簧剛度的變小，系統(tǒng)的超調(diào)量逐漸變�。辉陬A(yù)緊力不變的情況下，彈簧剛度小到超過(guò)一個(gè)限定值時(shí)，系統(tǒng)響應(yīng)出現(xiàn)了波浪式振蕩，系統(tǒng)穩(wěn)定性變差，安全閥口也有微小流量輸出。所以減壓彈簧剛度不宜過(guò)大，剛度過(guò)大系統(tǒng)的超調(diào)量也大；也不宜過(guò)小，過(guò)小會(huì)產(chǎn)生振蕩，系統(tǒng)穩(wěn)定性差。

3.2進(jìn)油孔徑對(duì)動(dòng)態(tài)特性的影響

設(shè)減壓閥門人口的孔徑分別為0.8 mm、0.6 mm和0.4 mm，仿真得到各孔徑下減壓閥壓力動(dòng)態(tài)響應(yīng)曲線，如圖8所示。由圖8中可以看出，隨著孔徑的減小，系統(tǒng)的振蕩次數(shù)減少，系統(tǒng)振蕩的幅值降低，系統(tǒng)響應(yīng)的時(shí)間也越來(lái)越長(zhǎng)，減壓后壓力將有一定程度的降低，所以孔徑不能太小，孔徑太小很可能會(huì)因?yàn)橛鸵何廴径鴮?dǎo)致堵塞。

3.3彈簧預(yù)緊力對(duì)動(dòng)態(tài)特性的影響

減壓彈簧預(yù)緊力是決定減壓壓力的重要因素之一，設(shè)彈簧預(yù)緊力分別為250 N、220 N、200 N和180 N時(shí)，仿真得到各彈簧預(yù)緊力下減壓閥壓力動(dòng)態(tài)響應(yīng)曲線和安全閥口流量輸出動(dòng)態(tài)響應(yīng)曲線，如圖9、圖10所示。由圖9可以看到，預(yù)緊力越小，減壓壓力越小，而系統(tǒng)的超調(diào)量和穩(wěn)定性未見(jiàn)明顯變化；同時(shí)由于減壓芯和安全閥芯之間采用串聯(lián)式嵌套組合機(jī)構(gòu)，在減壓壓力未超過(guò)8 M Pa時(shí)安全閥未打開(kāi)。從圖10可以看到安全閥口流量輸出接近0 L／min，此時(shí)減壓閥芯與安全閥芯無(wú)相對(duì)位移。

3.4反饋?zhàn)饔妹娴闹睆綄?duì)動(dòng)態(tài)特性的影響

反饋?zhàn)饔妹娴闹睆絛4是決定減壓壓力的另一個(gè)重要因素，在減壓彈簧預(yù)緊力不變的情況下，設(shè)d4分別為8 mm、7 mm、6 mm和5 mm，仿真得到不同d4下減壓閥壓力動(dòng)態(tài)響應(yīng)曲線和安全閥口流量輸出動(dòng)態(tài)響應(yīng)曲線，如圖11、圖12所示。由圖11可知，直徑d4越大，減壓壓力越小，系統(tǒng)的振蕩次數(shù)越來(lái)越多，系統(tǒng)穩(wěn)定性越來(lái)越差，當(dāng)直徑d4≥7 mm時(shí)，系統(tǒng)壓力出現(xiàn)波浪式變化。由圖12可知，直徑d4≤6 mm時(shí)，安全閥口打開(kāi)并輸出流量，此時(shí)減壓閥芯和安全閥芯發(fā)生相對(duì)位移。