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  压腔与排气腔不连通, 因此先导阀的泄漏不影响主 阀的工作, 使得主阀可用于零耗气量的工况。

  采用 Im ag in e L ab的 AMES i 进行建模分析, 使 . m 用该平台仿真能更加专注于系统本身的设计而非 [ 10] 繁琐的数学建模 。建立的系统模型如图 3所示, 主要由气源、 减压阀、 控制器及负载构成。

  实际工况中, 一个气源通常供给多路负载使用, 气源压力 p i会 随负载消耗而缓慢下降, 为此本文设 定 p i初始值为 31 5MP a 以 0 5M Pa / s的速度下降, , 气源温度为 20 ; 主阀按设计的结构由 、o i 、r及 b 腔构成, 没有控制信号时, 主阀口在主阀弹簧的作用 下处于关闭状态, 限定主阀芯位移为 0~ 3 mm; 先导 阀中考虑了先导阀芯与先导阀套之间的泄漏, 包括 由 A 口至 B 口的进气泄漏以及 B 口至 C 口的排气 泄漏, 没有控制信号时, x 0 = 0 此时 A 口与 B 口之 , 间气路关闭, B口与 C 口之间气路相通, 限定先导阀 芯位移为 0~ 3 mm; p o 信号经 10 m s延时后输入 P I 控制器, 用一个二阶比例环节模拟比例电磁 铁 ( 比 例系数 53 3 频率 20 H z, 阻尼比 0 6), 其输出值作 , 为控制力加至先导阀芯; 设定负载由 3条节流口直 径为 5 mm 的排空气路组成, 各节流口开度分别由 随机、 阶跃及正弦信号控制, 用于模拟实际工况中耗 气量不确定的终端负载; 负载与减压阀之间连有一 个体积为 0 5 L 的缓冲气罐, 用于消除 p o的细小波 动。模型中的其他参数如表 1所示。

  从 i腔经节流孔进入 p腔 (图 2b) , p腔与 r腔压力 升高, 推动主阀芯使其开度 x 1增大, p o 升高; 当 p o 高 于 p t时, 减小 x 0使先导阀芯向左移动, r腔气体从 p 腔经节流孔排入大气 (图 2c) , r腔气体压力下降, x 1 减小, p o 降低。减压阀工作过程中, 控制器通过比较 p t与 p o的差值不断调整 r腔的压力, 所以先导阀芯 和主阀芯都处于动态平衡。 从结构及 工作原理分析, 该阀具 有以下特 点: 滑阀式先导阀的结构及闭环电反馈的控制方式能 实现压力的快速自动调节, 可以克服入口压力及出 口流量对压力调节稳定性的影响。 先导阀仅在目 标压力改变时有一定的流量, 稳态时处于关闭状态, 这样先导阀口多数时候没有节流气流通过, 可避免 气体膨胀降温导致的先导阀结冰卡死。 先导阀始 终存在一部分排入大气的泄漏气体, 但由于主阀调

  高压气动比例减压阀, 输出压力在 8~ 25MP a可控, 但该阀在工作过程中始终存在流入主阀排气端的先 导气流, 因此不适用于没有流量消耗的保压等工况, 且 先导阀连续 工作容易 导致结冰等 意外的发 [ 4~ 7] 生 ; 皮阳军等提出了一种开关先导型高压气动 减压阀, 利用两个高压电气开关阀控制调压腔的压 力, 工作所承受的压力可 达 35M Pa 但限 于开关阀 的响应速 , 度, 该阀压力响应速度较慢 。 高压气动领域对工作可靠、 响应迅速的电气减 压阀需求较迫切, 本文在借鉴前述减压阀的基础上 提出一种二位三通型滑阀式先导阀加活塞提升式主 阀的高压气动比例减压阀, 能轻松实现压力的快速调 节, 同时主阀的调压腔与排气腔不连通, 先导阀在稳 态工作时仅有少量的泄漏气体排入大气, 因此该减 压阀可用于零负载流量的场合, 还能避免结冰的发 [ 9] 生 , 可以长时间连续工作。

  ( 1. 浙江大 学流体传动及控制国家重点实验室, 杭州 310027; 2 中国计量学院计量测试工程学院, 杭州 310018) .

  提出一种高压气动比例减压阀, 该阀由比例电磁铁控制的二位三通型滑阀式先导阀和活 塞提升式主

  高压气动比例减压阀结构如图 1所示, 由活塞 提升式主阀以及二位三通型滑阀式先导阀组成。 主阀由主阀体、 主阀芯组件、 主阀弹簧以及密封 元件等组成, 主阀芯组件上镶嵌的聚四氟乙烯环与 主阀体上的凸台构成软硬配合实现密封; 进气腔 i 与气源相连, 排气腔 o与负载相连, 主阀阀芯上开有 小孔连通 o腔与平衡腔 b 调压腔 r与先导阀相通。 , 先导阀主要由先导阀体、 先导阀套、 先导阀芯、 比例电磁铁、 先导阀弹簧及密封元件等构成。 如图 2所示, 先导阀套上的 A、 及 C口分别与 B 大气、 主阀的 r腔及 i腔相通, 在 A 口和 C口的环槽 中分 别 开 有 对 称 分 布 的 圆 形 节 流 小 孔 ( 直 径 0 5mm ) 。 由于先导阀芯和先导阀套配合间隙的存 在, 当阀口处于关闭状态时会有从 i腔泄漏进入先 导阀中间腔 p的进气泄漏 q c_ip和 p腔泄漏进入大气 的出气泄漏 q c_p a ( 图 2a)。 减压阀输出压力 p o 的调节通过 控制先导阀实 现: p o 低于目标压力 p t时, 控制器驱动比例电磁铁增 大先导阀芯开度 x 0使先导阀芯向右移动, 先导气流

  阀组成, 通过压力传感器和控制器构成闭环电反馈控制, 最高工作所承受的压力为 31 5M P a 。该 阀虽然存在少量先导 耗气, 但保证了压力调整的快速性和稳 定性, 克服了先导泄 漏对减 压阀的 影响, 避免了 先导阀 意外结 冰的发 生。在介绍 结构及工作原理的基础上分析了 该减 压阀 的特点, 利 用 AM ES i 建立了 考虑 气源压 力和 负载 流量波 动的 仿真模 m 型。仿真根据结果得出: 该阀在气源压力缓慢下降且负载流 量大范 围波动的 情况下 能实现 稳定的 压力输 出, 在 不改变 控制参数的前提下, 当气源压力为 31 5M P a时输出压力可在 1~ 30M P a范 围内稳定; 先导阀 预开口形 式对压力精 度影响较小, 但应避免正开口以减少气体浪费; 先导阀环形间隙高度控制在 10 m 左右较为合适。 关键词: 减压阀 高压气动

  高压气动减压阀是高压气动系统的关键元件, 在航空航天领域以及天然气行业等 都有广泛的应 用

  压电气减压方面也有一些报道, 如贾光政等提出的 开关容积减压系统 (最高工作所承受的压力 12 8MP a), 可以 实现较高的能量利用效率, 但其工作所承受的压力不高且压 力控制精度较低