SMC減壓閥的靜動態特性仿真分析

SMC減壓閥的靜動態特性仿真分析
   在中高壓氣液動系統中得到廣泛應用，由于其靜態和動態特性對整個回路的工作狀態有影響，因此，需對減壓閥的工作特性進行研究。針對典型結構的先導式減壓閥，建立其數學模型和仿真模型，根據仿真結果對其輸出壓力、流量等靜態和動態特性進行分析，可對減壓閥的工作狀態和內部機制有更深刻的理解。仿真結果表明: 利用AMESim 進行仿真具有建模簡便、模型、運算快捷的，能夠有效節省試驗和設計成本。
   減壓閥是一種利用氣液流經閥口節流作用產生壓力損失從而使出口壓力( 二次壓力) 小于入口壓力( 一次壓力) 的壓力調節閥，內部通常利用結構元件作用和壓力差的平衡從而保持穩定輸出壓力。定壓輸出減壓閥從結構上可以分為直動式減壓閥和先導式減壓閥。先導式減壓閥雖然結構復雜，但在靜態特性和穩定性上優于直動式減壓閥，在中高壓氣液動系統中得到廣泛應用。減壓閥的靜態和動態特性對于整個回路系統的工作狀態有影響，因此，在液動系統設計中，有必要對減壓閥的工作特性進行研究分析。
   SMC減壓閥的基本結構
   SMC減壓閥主要由壓力調整機構( 先導控制閥) 和流量控制機構( 主閥) 兩部分組成，如圖1所示。先導式減壓閥的輸出壓力通過調整先導閥調節螺栓改變調壓彈簧的彈力得到。一次壓力油液從進油口進入高壓腔，經過主閥芯與閥套間的節流縫隙，得到二次壓力，然后從出油口流出。二次壓力腔通過小孔或溝槽與主閥芯底部容腔相通，且通過主閥芯中部阻尼孔流入主閥芯上部容腔，進而利用通孔將液壓力作用于先導閥的錐形閥芯上。
   當二次壓力小于小設定輸出壓力時，先導閥的閥芯關閉，主閥芯在平衡彈簧作用下處于位置，此時主閥芯與閥套的節流縫隙，控制窗口處于全開狀態，主閥芯阻尼孔中無油液流動，進出容腔短接，減壓閥處于非工作狀態。當二次壓力升高時，先導閥前腔壓力高于調節彈簧力，則先導閥打開， 產生先導流量， 主閥閥芯底腔壓力升高，在壓力差的作用下克服平衡彈簧力向上移動，主閥芯與閥套的節流縫隙減小，即控制窗口減小，二次壓力降低，經過相互作用，直到作用在主閥閥芯上的液壓差與平衡彈簧的彈力在新的位置上達到平衡為止。
   SMC減壓閥此時，二次壓力為設定輸出壓力，而先導閥的閥芯處于微小開啟的平衡狀態，而經先導閥流出的油液流回油缸。當輸入壓力或油液流量在一定范圍變化時，由于主閥芯與閥套間的節流縫隙變化相對量較小，且滑閥面積較大，可以使得輸出壓力始終保持在設定壓力附近，穩定性較好。
   SMC減壓閥結論
   SMC減壓閥 對液動系統中常見的先導式減壓閥進行建模仿真，具有建模簡便、模型、運算快捷的。基于仿真結果進行靜、動態特性分析，對減壓閥的工作狀態和內部機制可做到更細致全面的理解，有效節省試驗和設計成本。
   介紹了氣體先導式減壓閥的工作原理，建立了減壓閥閥芯節流數學模型，分析了減壓閥靜態特性和動態特性。
   1、SMC減壓閥是一種自動降低管路工作壓力的專門裝置，作用是在給定減壓范圍后，將閥前管路較高的壓力降低至閥后管路所需的水平。減壓閥廣泛用于高層建筑、城市給水管網水壓過高的區域、礦井和氣體管路等。隨著工業控制精度的提高，減壓閥的控制精度也逐步提高，要求閥后壓力穩定，過流能力大，反向壓力損失小，瞬態恢復時間短，減壓和卸壓時間短，壓力超調率低，開展減壓閥靜態和動態特性研究，有利于了解其控制能力和狀態。
   2、SMC減壓閥主要由閥體、主彈簧、主閥芯、主閥座、活塞、、先導閥芯、先導閥座、先導活塞和調整彈簧等組成(圖1) 。擰動調節螺釘，壓縮調整彈簧，頂開先導閥芯，介質從進口側進入活塞上方，由于活塞面積大于主閥閥芯面積，推動活塞向下移動，使主閥打開，由閥后壓力平衡調節彈簧的壓力改變導閥的開度，從而改變活塞上方的壓力，控制主閥芯的開度使閥后壓力保持恒定。
   SMC減壓閥的特性分靜態特性和動態特性兩種。靜態特性是指在穩定流動狀態下，減壓閥出口壓力與進口壓力或流量等參數間的函數關系。動態特性是指在進口壓力或流量突然變化或其他擾動因素的作用下，減壓閥出口壓力與時間的函數關系。
   連接套和閥體之間的密封存在的上述4個問題，是影響減壓閥連接套和閥體之間油液滲漏的重要因素，因此解決問題的措施也應該圍繞這4個問題。
   2、解決密封問題的措施
   針對以上對減壓閥油液滲漏的分析， 從4個方面提出解決問題的措施。
   (1) 提高密封表面質量。把連接套和閥體密封面上的緊固膠干凈，檢查表面粗糙度，復查密封面尺寸；提高O型圈和密封面的密封效果。
   (2) O形圈的壓縮量。把連接套和閥體之間的O型圈的尺寸由φ31.47mm×φ1.78mm 改為φ31mm×φ2mm，使O型圈的壓縮量由10.1％增加到20％，從而提高了O型圈的密封面的面積。
   (3) 增加端面密封。雖然采取了以上提高密封面質量以及提高O型圈的壓縮量， 在一定程度上可以預防油液的滲漏；但是，并不能從根本上解決O型圈滲漏的隱患；因此，在以上措施的基礎上，在連接套和閥體的軸向方向再增加端面密封，安裝槽的深度為1.5mm，O型圈的規格為φ24.5mm×φ2mmmm，壓縮量為25％。端面密封的在于：O型圈與密封面充分接觸，提高了密封效果，如圖3所示。