一种新型气动延时换向阀的设计与仿真分析
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’
－－ ｃ－ ｇ ＋ｍ ｖＴ ／ ａ
式中： ｃ 为定容 比热 。
ｄ ｍ
ｄ Ｔ
当＿ Ｆ １ ，、气 音 流 ，入 Ｐ≤ｆ２ 时进排 为 速 动进 ＿ ＿ ＿ Ｉ Ｌ Ｉ１ 、 十 ｌ Fra bibliotek（） ２
或排出系统的气体质量按下式计算 ：
工程计算中， 理想气体 内能和焓可按定 比热容计
Ｐ ＝ ０ ２ ０ ８ＭＰ ｉ ．５～ ． ａ Ｐ ＝ ０ １ １ＭＰ ０ ．０ ａ Ｐ ＝ ０ １ ａ ．５ＭＰ
ｂ 进气压力为０ ａ ） ．ＭＰ ３ 图 ３ 压 缩 空气 消耗 量 随进 、 排气 流通
截面积变化的 曲线
图 ３所示 仿 真 曲线 可 以看 出 ， 在进 气 压 力 相 同 的情 况
表 １ 仿 真 初 始 参 数
囊
４
蓄 ｚ
０ ００ ．０４ ．Ｏ．１Ｏ１２１４１６１８ ． ．０２ ．０６ ８ ． ． ． ． ．２０
ｏ ｕ ｍ
ａ 进气压力为０２ ａ ） ． ＭＰ ５
６
５ ４
名称 气容体积
节 流孔 直 径 节 流 孔 截 面 积
参数值 ：５ ５ ２ ０× ２× ８×１ Ｏ一ｍ
７ 压缩空气输入 口 ８ 安装螺钉孑 ． ． Ｌ
９ 预紧弹簧螺栓 ．
１ ． 气 口 １ ． 孔 ３排 ４通
１． 气孔 ５排
１ ． 调 排气 节 流 阀 ６可
图 １ 新 型 延 时 换 向 阀结 构 示 意 图
２ ２ 新 型 气动延 时换 向阀的 工作原理 ．
该 新型延 时 换 向阀延 时时 间的调 节是通 过调 节可 调 进气 节流 阀 ２和可调排 气节 流 阀 １ ６的通 流面积 （ 即 节 流气 阻截 面 积 ） 大小 来 实 现 的 ， 节 时 首 先 将 可 调 调
高 。本 文 提 出 了一 种 新 型结 构 的气 动 延 时 换 向阀 ， 其
９ ｌ ０
ｌ ５ １ ４ ｌ ３
１ ２
１ １
可 以实现 延时 时 间的 无 级调 节 ， 现有 的气 动 延 时 换 与 向 阀相 比 ， 该新 型气 动 延 时换 向 阀 可 以采 用 直 径 更 大 的节流 孔 ， 不仅 可 以 降低 节 流气 阻加 工 精 度 和 进 气 空 气 过滤 精度 的要 求 ， 在气 室容 积 同样大 小 的情况 下 ， 还
关键 词 ： 气动 ； 时换 向 阀 ； 延 设计 ； 真 仿 中 图分类 号 ：Ｈ１ ８ 文献 标识 码 ： 文章 编号 ：０ ０４ ５ （０ ２ ０ －１９０ Ｔ ３ Ｂ １０ －８ ８ ２ １ ）３０ ０ － ４
１ 前言
流阀 ｌ ６内腔 与换 向模块 阀体 内排气 孔 １ ５相连 通 。
图 １ 新型 气 动延 时换 向 阀 的结 构示 意 图 ， 为 其包
括换 向模 块 和延 时模 块 。换 向模块 阀体 内包 括缓 冲垫 ４， 阀芯 ５、 板 １ 、 挡 １复位 弹 簧 ６ 预 紧 弹簧 １ 预 紧 弹 、 Ｏ和 簧螺 栓 ９； 时模 块 阀体 内 包 括 可调 进 气 节 流 阀 ２ 可 延 、 调排 气节 流 阀 １ ６和气 容 １ 。 该新 型 气动延 时换 向阀 的结构 与现 有 常闭式 气 动 延 时换 向 阀 相 类 似 ， 换 向模 块 没 有 变 化 ， 其 区别 在
进气 节 流 阀 ２和可 调排气 节 流 阀 １ 于关 闭状 态 ， ６置 即 其通 流 面积 为零 。
收稿 日期 ：０ １ ９１ ２ １ － —８ ０
基 金 项 目： 家 科 技 型 中 小 企 业 技 术 创 新 基 金 项 目 国 （ １ ２ ２ ３０ ３ ８ ； １ Ｃ ６ １２ １６ ） 无锡市科技型 中小企业技术创新 基金项 目
Ｆ Ｎ ｉｇｈ ａ ＷＡ Ｇ Ｃ ｕ — Ａ Ｇ Ｑｎ －ｕ ， Ｎ ｈ ｎｌ ｉ
（ 无锡气动技术研究所有 限公 司 博士后科研工作站 ，江苏 无锡 ２４ ７ ） １０２
摘 要 ： 设计 了一种新 型 结构 的 气动延 时换 向 阀 ， 可 以 实现 延 时时 间的 无 级调 节 ， 现有 气动 延 时换 其 与 向阀相 比 ， 新 型气动 延 时换 向 阀不仅 具有加 工精 度 和进 气 空气过 滤精度 要 求低 的特 点 ， 气 室容 积 同样 大 该 在 小的情 况 下 ， 能够 实现更 长 的延 时时 间 。 还
（） ３ （） ４
向阀的延时时间调节与现有气动延时换向阀相同。
２ ）保持排 气节 流 阀 １ ６开启 状 态 在延 时 时间调 节时 ， 首先 调节 可 调 排气 节 流 阀 １ ６ 开启 一定 的通 流 面积 ， 接着 调节 可 调 进 气节 流 阀 ２开
将式（ ） （ ） （ ） ２ 、３ 、４ 代人 （ ） ， １ 式 可求得气容 内气
（ Ｂ ００ ２ Ｃ Ｅ １１）
于其延时模块除了可调进气节流阀 ２和气容 １ 之外 ，
还增 加 了可调 排气 节 流 阀 ｌ ， 调 进气 节 流 阀 ２内腔 ６可 与换 向模 块 阀体 内控 制 空气 口 ３相 连 通 ， 调 排 气 节 可
作 者简介 ： 方清华 （ ９３ ） 男 ， １７ 一 ， 河南柘城人 ， 工程师 ， 士后 博 研究 人员 ， 主要从事气压传 动与控制技术方面 的科研工作 。
３ １ 能 量平衡 方程 ．
３ ３ 气体状 态方程 ．
系统内气体状态变化应满足状态方程 ：
ｐ ＝ｍＲ Ｖ Ｔ （） ７
根据式（ ） （ ） （ ） ５ 、６ 、７ 可得任一时刻 ｔ 系统 内压力
的变化 ：
＝
（一 Ｔ 警 ｉ ｎ
Ｌ ） ｕ ｔ （ ８ ）
目前 ， 场上 现 有 的气 动 延 时 换 向阀 的延 时精 度 市 较低 ， 时 时间误 差通 常 可达 到 ５ ～１％ ， 至会 超 延 ％ ０ 甚
过 ３％ ， ０ 究其 原 因主要 是 由节 流气 阻 的加 工 精 度 和进
气空 气过 滤精 度较 低 所 致 。根据 相 关 研 究 ， 般 节 流 一 气阻小 孔 的直 径在 ０２— ． ｍ 左 右 ， ． ０ ３ｍ 即使加 工 达 到 二 级精 度 ， 会 引 起 ５ 的延 时 时 间误 差 … 。节 流 孔 也 ％ 直径 越小 ， 时 精 度 越 低 ， 流孔 的 加 工 精 度 要 求 越 延 节 高， 为避免 堵 塞节 流孑 ， Ｌ进气 空气 的过 滤精 度要 求也 越
工 质质 量 的变化 ：
ｄ ｍ
ｄ ＝ ｄ ＋ ｄ 。
、 （） ６
以气容 １ 作为一个热力学 系统 ， 系统边界由气容 １四周壁 面组 成 ， 统 为一 变质 量 系统 。 为简 化 计 算 系 过程 ， 假定 ： 气容 １ 内的气体状态是均匀的 ， 各点的压 力、 温度完全相同； 工质为理想气体 ， 比热 、 内能、 焓等 参数仅与气体温度和气体成分有关 ； 气体流人或流 出 气容为准稳定流动 ； 气体的动能忽略不计。
１Ｏ １
１ ）保 持排 气节 流 阀 １ 闭状态 ６关
液压与 气动
算， 可得以下关系式 ：
＝Ｃ Ｔ ・ ｈ ＝Ｃ Ｔ 。・
２１ ０ ２年第 ３期
在延 时时 间调节 时 ， 终保 持排气 节 流 阀 １ 于 始 ６处 关 闭状态 ， 仅通 过调 节进 气 节 流 阀 ２的通 流 面 积来 实 现延 时 时间 的调 节 。此 种 情 况下 ， 新 型气 动 延 时换 该 式 中 ：。 ｃ 为定 压 比热 。
根据热力学第一定律 ， 任一时刻 ｔ 系统 内气体状
态 的变化 应满 足如 下能量 守恒 方程 ：
＋ ・ ＝ ＋
式 中： 为气容体积。
（） １
ｄ Ｗ
＋ｈ ・
当 ＞ ）时进排 为 音 流 ， （ 酉 ，、 亚 速 动进 气
入或排 出系统的气体质量按下式计算 ：
ｄ＝ ． ｌ ０５ｍｉ ｌ Ａ ０＝１４×１×ｄ ｍ ／ Ｔ ２ ｍ
。
ｚ
出 １
Ｏ ＯＯＯ２０４０６０８１Ｏ１２１４１６１８ ． ２２ ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ２ ０ ．
０ｕ ｉ ｎ
环境温度
进 气 压 力 环 境 压 力 换 向压 力
＝ ２３Ｋ ９
２１ ０ ２年 第 ３期
一
液 压 与 气动
１９ ０
种 新 型 气 动延 时换 向 阀的设 计 与仿 真 分 析
方 清 华 ， 春 丽 王
Ｄｅ ｉ ｎ ａ ｄ Ｓ ｍｕ ａ ｉｎ Ａｎ ｌ ｓｓ ｏ ｗ Ｐｎ ｕ ｔ ｍｅ ｄ ｌ ｙ Ｖａｖ ｓｇ ｎ ｉ ｌｔｏ ａｙ ｉ ｆａ Ｎｅ ｅ ｍａｉ Ｔｉ — ｅａ ｌ ｅ ｃ
可 以获 得更 长 的延 时时 间 。 ２ 新 型气 动延 时换 向阀的结 构和 工作 原理
２ １ 新 型 气 动 延 时 换 向 阀 的 结 构 ．
１气容 ． ５ 阀芯 ．
２ 可调进气节流阀 ． ６ 复位弹簧 ． １． ０ 预紧弹簧
３ 控制空气 口 ４ 缓冲垫 ． ． １． １挡板 １． ２ 压缩空气输 出口
式 中： 为流量系数 ； Ａ为进 、 排气节流孔截面积 ；Ｉ ｐ 为
作气体温度 的函数 ， 则系统内能具有以下关系式 ：
ｄ Ｕ —（ ・ ） ｄｍ
一
进、 排气节流孔前绝对压力 ；Ⅱ为进、 ｐ 排气节流孔后绝
对压力 ； 为气体 比热 比。
ｄ ｍ
＋
ｄ ｄ ｕ Ｔ
闭状态 的延 时时 间 。 ３ 延 时过 程数学 模型
式中： ｉ Ｔ Ｔ ｏ 为进气 、 排气温度 ； ｉｃ 为进气 、 ｃｎ ｐ、 排气 定 压 比热 。
３ ２ 质 量平衡 方程 ．
任一时刻 ｔ 系统 内气体质量的变化应满足质量守 恒方程 ， 即通过系统边界交换 的质量之和等于系统 内
体温度随时间 ｔ 变化的微分方程 ：
ｄ Ｔ
一
ｄ ｍ … ｄ 札ｐ ｉ ｔ ｃｌｔ ｔ’ｐ ｎ ．ｄ ． ＼ ｉ“ ｌ ｎ
１ ／Ｑ ｄ ． ａ Ｗ
ｄ ｍｉ
启一定的通流面积 ， 二者的通流面积可以相等 ， 也可以
保持 一定 的通 流 面积 差 。若 可 调 排气 节 流 阀 １ ６的通
ｄ ： ｔ Ｉ 。 （） ９
式中： Ｑ为系统 与外 界换热 量 ； ｍ。 ｍ 为进 气 、 气质 排 量 ； 系统 内能 ； Ｕ为 Ｗ为系统 对外 做功 ； ｈ 为进 气 、 排气 比焓 。 因为气 容 内气体 为 成分 稳 定 的纯 空 气 ， 而且 压 力 对气体 内能 的影 响非 常 小 ， 以 比 内能 的变 化可 看 所
誓＝ √ （ ） 志 而
（ ０ ）
２１ ０ ２年 第 ３期
４ 工作 特性 仿真 分析 ４ １ 仿 真初 始参 数 ．
液 压 与 气动
１ ２
基 于上述 数学 模 型 ， 可应 用 Ｍａａ／ ｉ ｌｋ对 气 ｔｂ Ｓｍｕｉ ｌ ｎ 动延 时换 向阀 的工作 特性进 行 仿真分 析 。 由于气 动延 时换 向阀气容 充 、 气 的时 间较 短 ， 气容 与外 界换 热 放 且 不充 分 ， 真 计算 时 可将 充 、 仿 放气 过程 视 为 绝 热 过 程 。 仿 真初 始 参数 见表 １ 。
． ｏ ． ） ｃ ｐｕ ｃ Ｊ ｔｔ ｖ Ｔ
Ｌ （ ３ ５ ）
流面积大于可调进气节流 阀 ２的通流面积 ， 二者 的通 流面积差必须在一定范围内， 否则 由于排气过快 ， 气容 １ 内可能无法建立起换向气压 。由于控制空气通过控 制空气 口３ 进入气容 １ 的同时 ， 气容 １内的部分压缩 空气又通过排气孔 １ 排 出， ５ 因此 ， 在可调进气节流 阀 ２的通流面积同样的情况下， 保持排气节流 阀 １ 开启 ６ 状态下的延时时间必然要长于保持排气节流阀 １ ６关
－－ ｃ－ ｇ ＋ｍ ｖＴ ／ ａ
式中： ｃ 为定容 比热 。
ｄ ｍ
ｄ Ｔ
当＿ Ｆ １ ，、气 音 流 ，入 Ｐ≤ｆ２ 时进排 为 速 动进 ＿ ＿ ＿ Ｉ Ｌ Ｉ１ 、 十 ｌ Fra bibliotek（） ２
或排出系统的气体质量按下式计算 ：
工程计算中， 理想气体 内能和焓可按定 比热容计
Ｐ ＝ ０ ２ ０ ８ＭＰ ｉ ．５～ ． ａ Ｐ ＝ ０ １ １ＭＰ ０ ．０ ａ Ｐ ＝ ０ １ ａ ．５ＭＰ
ｂ 进气压力为０ ａ ） ．ＭＰ ３ 图 ３ 压 缩 空气 消耗 量 随进 、 排气 流通
截面积变化的 曲线
图 ３所示 仿 真 曲线 可 以看 出 ， 在进 气 压 力 相 同 的情 况
表 １ 仿 真 初 始 参 数
囊
４
蓄 ｚ
０ ００ ．０４ ．Ｏ．１Ｏ１２１４１６１８ ． ．０２ ．０６ ８ ． ． ． ． ．２０
ｏ ｕ ｍ
ａ 进气压力为０２ ａ ） ． ＭＰ ５
６
５ ４
名称 气容体积
节 流孔 直 径 节 流 孔 截 面 积
参数值 ：５ ５ ２ ０× ２× ８×１ Ｏ一ｍ
７ 压缩空气输入 口 ８ 安装螺钉孑 ． ． Ｌ
９ 预紧弹簧螺栓 ．
１ ． 气 口 １ ． 孔 ３排 ４通
１． 气孔 ５排
１ ． 调 排气 节 流 阀 ６可
图 １ 新 型 延 时 换 向 阀结 构 示 意 图
２ ２ 新 型 气动延 时换 向阀的 工作原理 ．
该 新型延 时 换 向阀延 时时 间的调 节是通 过调 节可 调 进气 节流 阀 ２和可调排 气节 流 阀 １ ６的通 流面积 （ 即 节 流气 阻截 面 积 ） 大小 来 实 现 的 ， 节 时 首 先 将 可 调 调
高 。本 文 提 出 了一 种 新 型结 构 的气 动 延 时 换 向阀 ， 其
９ ｌ ０
ｌ ５ １ ４ ｌ ３
１ ２
１ １
可 以实现 延时 时 间的 无 级调 节 ， 现有 的气 动 延 时 换 与 向 阀相 比 ， 该新 型气 动 延 时换 向 阀 可 以采 用 直 径 更 大 的节流 孔 ， 不仅 可 以 降低 节 流气 阻加 工 精 度 和 进 气 空 气 过滤 精度 的要 求 ， 在气 室容 积 同样大 小 的情况 下 ， 还
关键 词 ： 气动 ； 时换 向 阀 ； 延 设计 ； 真 仿 中 图分类 号 ：Ｈ１ ８ 文献 标识 码 ： 文章 编号 ：０ ０４ ５ （０ ２ ０ －１９０ Ｔ ３ Ｂ １０ －８ ８ ２ １ ）３０ ０ － ４
１ 前言
流阀 ｌ ６内腔 与换 向模块 阀体 内排气 孔 １ ５相连 通 。
图 １ 新型 气 动延 时换 向 阀 的结 构示 意 图 ， 为 其包
括换 向模 块 和延 时模 块 。换 向模块 阀体 内包 括缓 冲垫 ４， 阀芯 ５、 板 １ 、 挡 １复位 弹 簧 ６ 预 紧 弹簧 １ 预 紧 弹 、 Ｏ和 簧螺 栓 ９； 时模 块 阀体 内 包 括 可调 进 气 节 流 阀 ２ 可 延 、 调排 气节 流 阀 １ ６和气 容 １ 。 该新 型 气动延 时换 向阀 的结构 与现 有 常闭式 气 动 延 时换 向 阀 相 类 似 ， 换 向模 块 没 有 变 化 ， 其 区别 在
进气 节 流 阀 ２和可 调排气 节 流 阀 １ 于关 闭状 态 ， ６置 即 其通 流 面积 为零 。
收稿 日期 ：０ １ ９１ ２ １ － —８ ０
基 金 项 目： 家 科 技 型 中 小 企 业 技 术 创 新 基 金 项 目 国 （ １ ２ ２ ３０ ３ ８ ； １ Ｃ ６ １２ １６ ） 无锡市科技型 中小企业技术创新 基金项 目
Ｆ Ｎ ｉｇｈ ａ ＷＡ Ｇ Ｃ ｕ — Ａ Ｇ Ｑｎ －ｕ ， Ｎ ｈ ｎｌ ｉ
（ 无锡气动技术研究所有 限公 司 博士后科研工作站 ，江苏 无锡 ２４ ７ ） １０２
摘 要 ： 设计 了一种新 型 结构 的 气动延 时换 向 阀 ， 可 以 实现 延 时时 间的 无 级调 节 ， 现有 气动 延 时换 其 与 向阀相 比 ， 新 型气动 延 时换 向 阀不仅 具有加 工精 度 和进 气 空气过 滤精度 要 求低 的特 点 ， 气 室容 积 同样 大 该 在 小的情 况 下 ， 能够 实现更 长 的延 时时 间 。 还
（） ３ （） ４
向阀的延时时间调节与现有气动延时换向阀相同。
２ ）保持排 气节 流 阀 １ ６开启 状 态 在延 时 时间调 节时 ， 首先 调节 可 调 排气 节 流 阀 １ ６ 开启 一定 的通 流 面积 ， 接着 调节 可 调 进 气节 流 阀 ２开
将式（ ） （ ） （ ） ２ 、３ 、４ 代人 （ ） ， １ 式 可求得气容 内气
（ Ｂ ００ ２ Ｃ Ｅ １１）
于其延时模块除了可调进气节流阀 ２和气容 １ 之外 ，
还增 加 了可调 排气 节 流 阀 ｌ ， 调 进气 节 流 阀 ２内腔 ６可 与换 向模 块 阀体 内控 制 空气 口 ３相 连 通 ， 调 排 气 节 可
作 者简介 ： 方清华 （ ９３ ） 男 ， １７ 一 ， 河南柘城人 ， 工程师 ， 士后 博 研究 人员 ， 主要从事气压传 动与控制技术方面 的科研工作 。
３ １ 能 量平衡 方程 ．
３ ３ 气体状 态方程 ．
系统内气体状态变化应满足状态方程 ：
ｐ ＝ｍＲ Ｖ Ｔ （） ７
根据式（ ） （ ） （ ） ５ 、６ 、７ 可得任一时刻 ｔ 系统 内压力
的变化 ：
＝
（一 Ｔ 警 ｉ ｎ
Ｌ ） ｕ ｔ （ ８ ）
目前 ， 场上 现 有 的气 动 延 时 换 向阀 的延 时精 度 市 较低 ， 时 时间误 差通 常 可达 到 ５ ～１％ ， 至会 超 延 ％ ０ 甚
过 ３％ ， ０ 究其 原 因主要 是 由节 流气 阻 的加 工 精 度 和进
气空 气过 滤精 度较 低 所 致 。根据 相 关 研 究 ， 般 节 流 一 气阻小 孔 的直 径在 ０２— ． ｍ 左 右 ， ． ０ ３ｍ 即使加 工 达 到 二 级精 度 ， 会 引 起 ５ 的延 时 时 间误 差 … 。节 流 孔 也 ％ 直径 越小 ， 时 精 度 越 低 ， 流孔 的 加 工 精 度 要 求 越 延 节 高， 为避免 堵 塞节 流孑 ， Ｌ进气 空气 的过 滤精 度要 求也 越
工 质质 量 的变化 ：
ｄ ｍ
ｄ ＝ ｄ ＋ ｄ 。
、 （） ６
以气容 １ 作为一个热力学 系统 ， 系统边界由气容 １四周壁 面组 成 ， 统 为一 变质 量 系统 。 为简 化 计 算 系 过程 ， 假定 ： 气容 １ 内的气体状态是均匀的 ， 各点的压 力、 温度完全相同； 工质为理想气体 ， 比热 、 内能、 焓等 参数仅与气体温度和气体成分有关 ； 气体流人或流 出 气容为准稳定流动 ； 气体的动能忽略不计。
１Ｏ １
１ ）保 持排 气节 流 阀 １ 闭状态 ６关
液压与 气动
算， 可得以下关系式 ：
＝Ｃ Ｔ ・ ｈ ＝Ｃ Ｔ 。・
２１ ０ ２年第 ３期
在延 时时 间调节 时 ， 终保 持排气 节 流 阀 １ 于 始 ６处 关 闭状态 ， 仅通 过调 节进 气 节 流 阀 ２的通 流 面 积来 实 现延 时 时间 的调 节 。此 种 情 况下 ， 新 型气 动 延 时换 该 式 中 ：。 ｃ 为定 压 比热 。
根据热力学第一定律 ， 任一时刻 ｔ 系统 内气体状
态 的变化 应满 足如 下能量 守恒 方程 ：
＋ ・ ＝ ＋
式 中： 为气容体积。
（） １
ｄ Ｗ
＋ｈ ・
当 ＞ ）时进排 为 音 流 ， （ 酉 ，、 亚 速 动进 气
入或排 出系统的气体质量按下式计算 ：
ｄ＝ ． ｌ ０５ｍｉ ｌ Ａ ０＝１４×１×ｄ ｍ ／ Ｔ ２ ｍ
。
ｚ
出 １
Ｏ ＯＯＯ２０４０６０８１Ｏ１２１４１６１８ ． ２２ ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ２ ０ ．
０ｕ ｉ ｎ
环境温度
进 气 压 力 环 境 压 力 换 向压 力
＝ ２３Ｋ ９
２１ ０ ２年 第 ３期
一
液 压 与 气动
１９ ０
种 新 型 气 动延 时换 向 阀的设 计 与仿 真 分 析
方 清 华 ， 春 丽 王
Ｄｅ ｉ ｎ ａ ｄ Ｓ ｍｕ ａ ｉｎ Ａｎ ｌ ｓｓ ｏ ｗ Ｐｎ ｕ ｔ ｍｅ ｄ ｌ ｙ Ｖａｖ ｓｇ ｎ ｉ ｌｔｏ ａｙ ｉ ｆａ Ｎｅ ｅ ｍａｉ Ｔｉ — ｅａ ｌ ｅ ｃ
可 以获 得更 长 的延 时时 间 。 ２ 新 型气 动延 时换 向阀的结 构和 工作 原理
２ １ 新 型 气 动 延 时 换 向 阀 的 结 构 ．
１气容 ． ５ 阀芯 ．
２ 可调进气节流阀 ． ６ 复位弹簧 ． １． ０ 预紧弹簧
３ 控制空气 口 ４ 缓冲垫 ． ． １． １挡板 １． ２ 压缩空气输 出口
式 中： 为流量系数 ； Ａ为进 、 排气节流孔截面积 ；Ｉ ｐ 为
作气体温度 的函数 ， 则系统内能具有以下关系式 ：
ｄ Ｕ —（ ・ ） ｄｍ
一
进、 排气节流孔前绝对压力 ；Ⅱ为进、 ｐ 排气节流孔后绝
对压力 ； 为气体 比热 比。
ｄ ｍ
＋
ｄ ｄ ｕ Ｔ
闭状态 的延 时时 间 。 ３ 延 时过 程数学 模型
式中： ｉ Ｔ Ｔ ｏ 为进气 、 排气温度 ； ｉｃ 为进气 、 ｃｎ ｐ、 排气 定 压 比热 。
３ ２ 质 量平衡 方程 ．
任一时刻 ｔ 系统 内气体质量的变化应满足质量守 恒方程 ， 即通过系统边界交换 的质量之和等于系统 内
体温度随时间 ｔ 变化的微分方程 ：
ｄ Ｔ
一
ｄ ｍ … ｄ 札ｐ ｉ ｔ ｃｌｔ ｔ’ｐ ｎ ．ｄ ． ＼ ｉ“ ｌ ｎ
１ ／Ｑ ｄ ． ａ Ｗ
ｄ ｍｉ
启一定的通流面积 ， 二者的通流面积可以相等 ， 也可以
保持 一定 的通 流 面积 差 。若 可 调 排气 节 流 阀 １ ６的通
ｄ ： ｔ Ｉ 。 （） ９
式中： Ｑ为系统 与外 界换热 量 ； ｍ。 ｍ 为进 气 、 气质 排 量 ； 系统 内能 ； Ｕ为 Ｗ为系统 对外 做功 ； ｈ 为进 气 、 排气 比焓 。 因为气 容 内气体 为 成分 稳 定 的纯 空 气 ， 而且 压 力 对气体 内能 的影 响非 常 小 ， 以 比 内能 的变 化可 看 所
誓＝ √ （ ） 志 而
（ ０ ）
２１ ０ ２年 第 ３期
４ 工作 特性 仿真 分析 ４ １ 仿 真初 始参 数 ．
液 压 与 气动
１ ２
基 于上述 数学 模 型 ， 可应 用 Ｍａａ／ ｉ ｌｋ对 气 ｔｂ Ｓｍｕｉ ｌ ｎ 动延 时换 向阀 的工作 特性进 行 仿真分 析 。 由于气 动延 时换 向阀气容 充 、 气 的时 间较 短 ， 气容 与外 界换 热 放 且 不充 分 ， 真 计算 时 可将 充 、 仿 放气 过程 视 为 绝 热 过 程 。 仿 真初 始 参数 见表 １ 。
． ｏ ． ） ｃ ｐｕ ｃ Ｊ ｔｔ ｖ Ｔ
Ｌ （ ３ ５ ）
流面积大于可调进气节流 阀 ２的通流面积 ， 二者 的通 流面积差必须在一定范围内， 否则 由于排气过快 ， 气容 １ 内可能无法建立起换向气压 。由于控制空气通过控 制空气 口３ 进入气容 １ 的同时 ， 气容 １内的部分压缩 空气又通过排气孔 １ 排 出， ５ 因此 ， 在可调进气节流 阀 ２的通流面积同样的情况下， 保持排气节流 阀 １ 开启 ６ 状态下的延时时间必然要长于保持排气节流阀 １ ６关