比例调节气动阀结构与静力分析
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21《阀门选用手册》 ———本书由机械工业 出版社 2002 年出版发行 , 由陆培文 、孙晓霞 、 杨炯良编著 。书中介绍了选用阀门所需的基础 知识 , 选用阀门基本原则 , 以及各类阀门的具 体选择方法和有关数据资料 , 力求使用户通过 本书能够选到性能可靠 , 经济耐用的阀门产 品 。全 书 1200 余 千 字 , 16 开 本 , 书 号 IS2 BN7 —111 —08742 —9 , 定价 76100 元/ 册 。
( 上接第 23 页)
5 结语 (1) 适当调节弹簧的预紧力 , 可使该阀具
有在中低压范围内实现输出出口压力随输入压 力的增加而降低的反比例控制功能 。
(2) 该阀构思新颖 , 结构独特 , 控制精 确 , 工作可靠 , 且体积小 , 质量轻 , 具有良好 的市场前景 。
(3) 该阀可应用于反比例和失效保险功能 的气动控制场合 。如应用到空气压缩机系统中 可用于控制压缩机机组的负荷与外部消耗的一 致 。当外界用气量增大使压缩机储气罐压力下 降时 , 反比例气压阀的进气口压力也同时减 小 , 而出气口压力反而增大 , 从而控制压缩机 的进气阀门开度加大 , 进气量增多 , 最终达到 压缩机储气罐压力的稳定 。
101 小阀瓣 (锥形) 111 复位小弹簧 121 微调旋钮 图 1 比例调节气动阀
当进气口压力 P1 达到设定最大值时 , 垫片和 复位小弹簧左移到最大值 , 小锥形阀瓣将出气口完 全堵塞 ,即节流孔通流面积为零 ,气体只能从旁边的
作者简介 : 吴健 (1976 - ) , 河南省鹿邑县人 , 讲师 , 主要从事过程装备与控制技术的Biblioteka Baidu学与研究工作 。
Structure and static f orce analysis of ne w type
proportionalregulated pneumatic valve
WU Jian , XIAO J un2jian
( West Branch of Zhejiang University of Technology , Quzhou 324006 , China)
据等方法来减小 。
6 结语 通过实际计算结果表明 , 该基于 BP 神经网络
的阀门楔式弹性闸板设计参数计算方法具有较强的
学习能力和适应能力 , 提供的训练样本越多 , 则计 算的准确性越高 , 相对于原有的查表法 , 该系统具 有精度高 , 运算速度快等优点 。这种模型和算法也 适用于其他多参数非线性数据处理的工程设计中 , 因而具有一定的实用价值和推广价值 。
1 概述
口压力 P1 、大弹簧的作用力 W 1 、复位小弹簧的作用
常规比例压力控制阀 (溢流阀或减压阀) 的输 出压力均随输入压力的增大而升高 。本文所介绍的
力 W 2 以及出气口压力 P2 的作用下而左移 , 同时 , 小锥形阀瓣也将左移 ,致使节流孔的通流面积减小 ,
新型比例调节气动阀同时具有正比例调节和反比例 调节 (输出压力随着输入压力的增大而降低) 两种
图 4 比例调节气动阀的反比例调节曲线
4 调节特性曲线 对阀门进行仿真分析 , 可得到阀的控制特性曲
线即出气口压力 - 进气口压力特性曲线 (图 5) 。
图 3 比例调节气动阀的正比例调节曲线
(2) 当进气口压力 P1 增加到式 (2) 的值时 , 即
W1
+
0.
785
P1
(
D
2 2
-
d2)
< 0. 785 P1 D12 +
参考文献
〔1〕 (美) Martin T1Hangan , Howard Bdemut h , Mar KH1Beale 著 1 戴葵等译 1Neural Networ KDesign 〔M〕1 北京 : 机械工业 出版社 , 20021
〔2〕 飞思科技产品研发中心编著 1MA TLAB615 辅助神经网络分 析与设计 〔M〕1 北京 : 电子工业出版社 , 20031
— 2 2 — 阀 门 2007 年第 4 期
文章编号 : 100225855 (2007) 0420022202
比例调节气动阀结构与静力分析
吴健 , 肖俊建 (浙江工业大学 浙西分校 , 浙江 衢州 324006)
摘要 分析了新型比例调节气动阀的结构以及工作原理 , 并对该阀进行了静力分析 , 通过给 定的参数 , 计算并绘制出了该阀的调节特性曲线 , 指出了该阀的应用场合以及现实意义 。 关键词 比例阀 ; 静力分析 ; 调节特性曲线 中图分类号 : TH134 文献标识码 : A
+
D22
d2
-
1)
P1
+
4 ( W 1 - W 2) πD22
+
4
(
k1 + k2
πD 2 2
)
δx
(4)
由式 (4) 可知 , P2 将随着 P1 的增大而减小 , 起到反比例调节的作用 。
给定参数 k1 = 20N/ mm , k2 = 4N/ mm , 则 P2 与 P1 的变化曲线如图 4 所示 。
从而使出气口压力 P2 随进气口压力 P1 的增大而减 小 ,起到反比例调节的作用 。
功能 。常规减压阀无论是直动式 、先导式或二通
型 、三通型 , 在输入弹簧力或电磁力为零时 , 连接 一次进口压力与二次出口压力之间的可变节流口通
流面积均为最小 , 即为 “常闭”状态 , 因而此时输 出压力最低 。而新型比例调节气动阀在输入压力为
K1 = sim (net , [ D/ d ; D/ 2/ h ]) 5 数据处理结果与分析
用于神经网络学习的部分样本 (计算系数 K1 的曲线数据) 与训练后的数据比较结果如表 1 所 示。 通过对原有数据和训练后的数据比较结果可以 看出 , 将神经网络用于解决阀门设计中非线性数据 处理是有效的 。训练结果与原始数据的误差可以通 过改变隐层结点的数目或通过增加训练样本集的数
d ———小锥形阀瓣前端圆柱直径 , mm
此时 , 比例调节气动阀处于正比例调节阶段 ,
出气口压力 P2 与进气口压力 P1 相等 。
给定 参 数 D1 = 30mm , D2 = 10mm , d =
4mm , W 1 = 180N , W 2 = 10N 。则 P2 与 P1 之间
的变化曲线如图 3 所示 。
01785
P2
D
2 2
+
W2
(2)
此时 ,出气口压力 P2 与进气口压力 P1 之间存
在静力平衡关系 。
图 5 比例调节气动阀的调节特性曲线
通过计算与模拟分析表明 , 该阀的结构原理可 以实现输出压力随输入压力的增大而降低的反比例 控制功能 。如果合理设计出该阀的结构参数 , 将得 到更为理想的试验曲线以及更宽的调节范围 。
Abstract : Analyzed t he st ruct ure and operational principle of t he new type proportional regulated
p neumatic valve , and analyzed it s static force. U nder given conditions , calculated and draw an ad2
W 1 + k1δx + 0. 785 P1 ( D22 - d2)
(3)
= 01785 P1 D12 + 01785 P2 D22 + W 2 - K2δx
式中 k1 ———大弹簧弹性系数 , N/ mm
k2 ———复位小弹簧弹性系数 , N/ mm
δx ———弹簧位移量 , mm
P2
=-
(
D
2 1
(1) 当各力满足式 (1) 的条件时 , 即
W1
+
P1
π(
D2
2
4
-
d2)
≥
P1
πD 4
2 1
+
P2
πD2 4
2
+
W2
(1)
式中 W 1 ———大弹簧预紧力 , N W 2 ———复位小弹簧预紧力 , N
P1 、 P2 ———进 、出气口压力 , Pa
D1 ———垫片直径 , mm
D2 ———节流孔直径 , mm
2007 年第 4 期 阀 门 — 2 3 —
阻尼孔出去 , 此时 P2 为 0 。通过调节微调旋钮可以 调节大小弹簧的预紧力 , 从而可以调节工作压力的 范围 。 3 静力分析
比例调节气动阀的力学模型如图 2 所示。
图 2 比例调节气动阀力学模型
每册加收书价 10 %的邮寄包装费 。需要 者 , 请与沈阳经济技术开发区开发大路 15 号 沈阳阀门研究所科技开发信息中心的尹玉杰联 系。
邮编 : 110142 电话 : 13840373900
E2mail : web @chinavalveinfo1net
2 工作原理 比例调节气动阀 (图 1) 的进口压力 P1 比较
小时 , 垫片将不会顶起 , 小锥形阀瓣处于全开状 态 , 此时 , 出气口压力 P2 随进气口 P1 增大而增 大 , 起到正比例调节的作用 。
当进气口压力 P1 增加到一定值时 ,垫片在进气
11 阀体 21 带阻尼孔螺钉 31 螺塞 41 可调旋钮 51 上弹簧座 61 大弹簧 71 下弹簧座 81 活塞 91 垫片
〔3〕 王素芬 , 杨广明 , 陈健 , 等 1 模糊 BP 神经网络用于目标台 测向定位的设计与实现 〔J 〕1 小型微型计算机系统 , 2004 (23) , 81
〔4〕 王孝天 , 杨源泉 , 贺友宗 1 不锈钢阀门的设计与制造 〔M〕 1 北京 : 原子能出版社 , 19871 (收稿日期 : 2007104125)
just ment curve of t he t he valve. Pointed out application and operation significance of t he valve.
Key words : proportional valve ; static force analysis ; adjust ment curve
零时 , 连接一 、二次压力的可变节流口通流面积最 大 , 即为 “常开”状态 , 因而此时输出压力最高 。 当进口压力增加到一定值时 , 可变节流口通流面积 则变成最小为零 。目前该阀最具前景的应用场合是
空气压缩机行业 , 通过反比例阀的控制作用使得压 缩机的外部用气量与压缩机的进气量保持一致 。
( 下转第 33 页)
2007 年第 4 期 阀 门 — 3 3 —
在利用 tran 函数对网络进行训练执行以上代 码后 , 在 MA TLAB 命令行中将实时地显示出网络 的训练状态 。
(4) 网络输出 输出的目标值为 to 。 to = sim ( net , p) 训 练 结 果 满 意 后 , 将 网 络 函 数 net 保 存 到 K1net1mat 文件中 。应用时 , 调入 K1net1mat 文 件 , 输入 D 、d 和 h , 程序自动计算 D/ d 和 D/ 2 h。
〔4〕 徐秀芬 1PWM 控制的气液联控伺服系统的实现与试验 研究 〔J 〕1 液压与气动 , 2004 , (1) 1
(收稿日期 : 2007103102)
书讯
11《2005 年机电产品报价手册》 (阀门分 册) ———本书由机械工业出版社于 2005 年出版 发行 。该报价手册是中国机电产品价格信息数 据库 2005 年版的书本式出版物 , 是了解阀门产 品价格信息的参考工具书 , 其内容包括 : 产品 名称 、型 号 规 格 、主 要 技 术 参 数 、参 考 价 格 、 生产 厂 家 、备 注 、邮 政 编 码 、电 话 和 地 址 等 。 书号 ISBN7 —111 —13399 - 4 , 定价 136 元/ 册。
参考文献
〔1〕 郁凯元 1 具有反比例控制功能的新型比例压力阀 〔J 〕1 液压与气动 , 2001 , (6) 1
〔2〕 路甬祥 1 液压气动技术手册 〔M〕1 北京 : 机械工业 出版社 , 2003 , (6) 1
〔3〕 阮健 1 电液 (气) 直接数字控制技术 〔M〕1 杭州 : 浙江大学出版社 , 2000 , (1) 1
( 上接第 23 页)
5 结语 (1) 适当调节弹簧的预紧力 , 可使该阀具
有在中低压范围内实现输出出口压力随输入压 力的增加而降低的反比例控制功能 。
(2) 该阀构思新颖 , 结构独特 , 控制精 确 , 工作可靠 , 且体积小 , 质量轻 , 具有良好 的市场前景 。
(3) 该阀可应用于反比例和失效保险功能 的气动控制场合 。如应用到空气压缩机系统中 可用于控制压缩机机组的负荷与外部消耗的一 致 。当外界用气量增大使压缩机储气罐压力下 降时 , 反比例气压阀的进气口压力也同时减 小 , 而出气口压力反而增大 , 从而控制压缩机 的进气阀门开度加大 , 进气量增多 , 最终达到 压缩机储气罐压力的稳定 。
101 小阀瓣 (锥形) 111 复位小弹簧 121 微调旋钮 图 1 比例调节气动阀
当进气口压力 P1 达到设定最大值时 , 垫片和 复位小弹簧左移到最大值 , 小锥形阀瓣将出气口完 全堵塞 ,即节流孔通流面积为零 ,气体只能从旁边的
作者简介 : 吴健 (1976 - ) , 河南省鹿邑县人 , 讲师 , 主要从事过程装备与控制技术的Biblioteka Baidu学与研究工作 。
Structure and static f orce analysis of ne w type
proportionalregulated pneumatic valve
WU Jian , XIAO J un2jian
( West Branch of Zhejiang University of Technology , Quzhou 324006 , China)
据等方法来减小 。
6 结语 通过实际计算结果表明 , 该基于 BP 神经网络
的阀门楔式弹性闸板设计参数计算方法具有较强的
学习能力和适应能力 , 提供的训练样本越多 , 则计 算的准确性越高 , 相对于原有的查表法 , 该系统具 有精度高 , 运算速度快等优点 。这种模型和算法也 适用于其他多参数非线性数据处理的工程设计中 , 因而具有一定的实用价值和推广价值 。
1 概述
口压力 P1 、大弹簧的作用力 W 1 、复位小弹簧的作用
常规比例压力控制阀 (溢流阀或减压阀) 的输 出压力均随输入压力的增大而升高 。本文所介绍的
力 W 2 以及出气口压力 P2 的作用下而左移 , 同时 , 小锥形阀瓣也将左移 ,致使节流孔的通流面积减小 ,
新型比例调节气动阀同时具有正比例调节和反比例 调节 (输出压力随着输入压力的增大而降低) 两种
图 4 比例调节气动阀的反比例调节曲线
4 调节特性曲线 对阀门进行仿真分析 , 可得到阀的控制特性曲
线即出气口压力 - 进气口压力特性曲线 (图 5) 。
图 3 比例调节气动阀的正比例调节曲线
(2) 当进气口压力 P1 增加到式 (2) 的值时 , 即
W1
+
0.
785
P1
(
D
2 2
-
d2)
< 0. 785 P1 D12 +
参考文献
〔1〕 (美) Martin T1Hangan , Howard Bdemut h , Mar KH1Beale 著 1 戴葵等译 1Neural Networ KDesign 〔M〕1 北京 : 机械工业 出版社 , 20021
〔2〕 飞思科技产品研发中心编著 1MA TLAB615 辅助神经网络分 析与设计 〔M〕1 北京 : 电子工业出版社 , 20031
— 2 2 — 阀 门 2007 年第 4 期
文章编号 : 100225855 (2007) 0420022202
比例调节气动阀结构与静力分析
吴健 , 肖俊建 (浙江工业大学 浙西分校 , 浙江 衢州 324006)
摘要 分析了新型比例调节气动阀的结构以及工作原理 , 并对该阀进行了静力分析 , 通过给 定的参数 , 计算并绘制出了该阀的调节特性曲线 , 指出了该阀的应用场合以及现实意义 。 关键词 比例阀 ; 静力分析 ; 调节特性曲线 中图分类号 : TH134 文献标识码 : A
+
D22
d2
-
1)
P1
+
4 ( W 1 - W 2) πD22
+
4
(
k1 + k2
πD 2 2
)
δx
(4)
由式 (4) 可知 , P2 将随着 P1 的增大而减小 , 起到反比例调节的作用 。
给定参数 k1 = 20N/ mm , k2 = 4N/ mm , 则 P2 与 P1 的变化曲线如图 4 所示 。
从而使出气口压力 P2 随进气口压力 P1 的增大而减 小 ,起到反比例调节的作用 。
功能 。常规减压阀无论是直动式 、先导式或二通
型 、三通型 , 在输入弹簧力或电磁力为零时 , 连接 一次进口压力与二次出口压力之间的可变节流口通
流面积均为最小 , 即为 “常闭”状态 , 因而此时输 出压力最低 。而新型比例调节气动阀在输入压力为
K1 = sim (net , [ D/ d ; D/ 2/ h ]) 5 数据处理结果与分析
用于神经网络学习的部分样本 (计算系数 K1 的曲线数据) 与训练后的数据比较结果如表 1 所 示。 通过对原有数据和训练后的数据比较结果可以 看出 , 将神经网络用于解决阀门设计中非线性数据 处理是有效的 。训练结果与原始数据的误差可以通 过改变隐层结点的数目或通过增加训练样本集的数
d ———小锥形阀瓣前端圆柱直径 , mm
此时 , 比例调节气动阀处于正比例调节阶段 ,
出气口压力 P2 与进气口压力 P1 相等 。
给定 参 数 D1 = 30mm , D2 = 10mm , d =
4mm , W 1 = 180N , W 2 = 10N 。则 P2 与 P1 之间
的变化曲线如图 3 所示 。
01785
P2
D
2 2
+
W2
(2)
此时 ,出气口压力 P2 与进气口压力 P1 之间存
在静力平衡关系 。
图 5 比例调节气动阀的调节特性曲线
通过计算与模拟分析表明 , 该阀的结构原理可 以实现输出压力随输入压力的增大而降低的反比例 控制功能 。如果合理设计出该阀的结构参数 , 将得 到更为理想的试验曲线以及更宽的调节范围 。
Abstract : Analyzed t he st ruct ure and operational principle of t he new type proportional regulated
p neumatic valve , and analyzed it s static force. U nder given conditions , calculated and draw an ad2
W 1 + k1δx + 0. 785 P1 ( D22 - d2)
(3)
= 01785 P1 D12 + 01785 P2 D22 + W 2 - K2δx
式中 k1 ———大弹簧弹性系数 , N/ mm
k2 ———复位小弹簧弹性系数 , N/ mm
δx ———弹簧位移量 , mm
P2
=-
(
D
2 1
(1) 当各力满足式 (1) 的条件时 , 即
W1
+
P1
π(
D2
2
4
-
d2)
≥
P1
πD 4
2 1
+
P2
πD2 4
2
+
W2
(1)
式中 W 1 ———大弹簧预紧力 , N W 2 ———复位小弹簧预紧力 , N
P1 、 P2 ———进 、出气口压力 , Pa
D1 ———垫片直径 , mm
D2 ———节流孔直径 , mm
2007 年第 4 期 阀 门 — 2 3 —
阻尼孔出去 , 此时 P2 为 0 。通过调节微调旋钮可以 调节大小弹簧的预紧力 , 从而可以调节工作压力的 范围 。 3 静力分析
比例调节气动阀的力学模型如图 2 所示。
图 2 比例调节气动阀力学模型
每册加收书价 10 %的邮寄包装费 。需要 者 , 请与沈阳经济技术开发区开发大路 15 号 沈阳阀门研究所科技开发信息中心的尹玉杰联 系。
邮编 : 110142 电话 : 13840373900
E2mail : web @chinavalveinfo1net
2 工作原理 比例调节气动阀 (图 1) 的进口压力 P1 比较
小时 , 垫片将不会顶起 , 小锥形阀瓣处于全开状 态 , 此时 , 出气口压力 P2 随进气口 P1 增大而增 大 , 起到正比例调节的作用 。
当进气口压力 P1 增加到一定值时 ,垫片在进气
11 阀体 21 带阻尼孔螺钉 31 螺塞 41 可调旋钮 51 上弹簧座 61 大弹簧 71 下弹簧座 81 活塞 91 垫片
〔3〕 王素芬 , 杨广明 , 陈健 , 等 1 模糊 BP 神经网络用于目标台 测向定位的设计与实现 〔J 〕1 小型微型计算机系统 , 2004 (23) , 81
〔4〕 王孝天 , 杨源泉 , 贺友宗 1 不锈钢阀门的设计与制造 〔M〕 1 北京 : 原子能出版社 , 19871 (收稿日期 : 2007104125)
just ment curve of t he t he valve. Pointed out application and operation significance of t he valve.
Key words : proportional valve ; static force analysis ; adjust ment curve
零时 , 连接一 、二次压力的可变节流口通流面积最 大 , 即为 “常开”状态 , 因而此时输出压力最高 。 当进口压力增加到一定值时 , 可变节流口通流面积 则变成最小为零 。目前该阀最具前景的应用场合是
空气压缩机行业 , 通过反比例阀的控制作用使得压 缩机的外部用气量与压缩机的进气量保持一致 。
( 下转第 33 页)
2007 年第 4 期 阀 门 — 3 3 —
在利用 tran 函数对网络进行训练执行以上代 码后 , 在 MA TLAB 命令行中将实时地显示出网络 的训练状态 。
(4) 网络输出 输出的目标值为 to 。 to = sim ( net , p) 训 练 结 果 满 意 后 , 将 网 络 函 数 net 保 存 到 K1net1mat 文件中 。应用时 , 调入 K1net1mat 文 件 , 输入 D 、d 和 h , 程序自动计算 D/ d 和 D/ 2 h。
〔4〕 徐秀芬 1PWM 控制的气液联控伺服系统的实现与试验 研究 〔J 〕1 液压与气动 , 2004 , (1) 1
(收稿日期 : 2007103102)
书讯
11《2005 年机电产品报价手册》 (阀门分 册) ———本书由机械工业出版社于 2005 年出版 发行 。该报价手册是中国机电产品价格信息数 据库 2005 年版的书本式出版物 , 是了解阀门产 品价格信息的参考工具书 , 其内容包括 : 产品 名称 、型 号 规 格 、主 要 技 术 参 数 、参 考 价 格 、 生产 厂 家 、备 注 、邮 政 编 码 、电 话 和 地 址 等 。 书号 ISBN7 —111 —13399 - 4 , 定价 136 元/ 册。
参考文献
〔1〕 郁凯元 1 具有反比例控制功能的新型比例压力阀 〔J 〕1 液压与气动 , 2001 , (6) 1
〔2〕 路甬祥 1 液压气动技术手册 〔M〕1 北京 : 机械工业 出版社 , 2003 , (6) 1
〔3〕 阮健 1 电液 (气) 直接数字控制技术 〔M〕1 杭州 : 浙江大学出版社 , 2000 , (1) 1