基于AMESim的压力加油控制阀的性能研究.pdf

第期(总第 期)年月机 械 工 程 与 自 动 化ME CHAN I C A LE N G I N E E R I N G&AUT OMA T I ONN o A u g 文章编号:()基于AME S i m的压力加油控制阀的性能研究吴昕键,魏永合,杨星,黄文军(沈阳理工大学 机械工程学院,辽宁沈阳 ;宜宾三江机械有限责任公司,四川宜宾 )摘要:压力加油控制阀是一种双余度先导式单向阀,安装于油箱底部,利用该加油控制阀进行压力加油时,通过油箱内油液高度切断加油.为了研究该压力加油控制阀的工作性能,依据其实际结构改变节流孔和膜片大小对其加油过程的性能进行分析.首先建立压力加油控制阀数学模型并结合物理模型进行定性分析;其次利用AME S i m建立仿真模型,通过仿真数据分析压力加油控制阀对压力加油控制阀回关的影响;最后通过试验验证仿真模型的可靠性.仿真分析结果表明:节流孔和膜片大小对压力加油控制阀关闭性能有很大影响;增大节流孔和膜片直径可显著缩短压力加油控制阀关闭过程的时间.关键词:压力加油控制阀;节流孔;膜片直径;AME S i m中图分类号:T P TH 文献标识码:A国家自然科学基金资助项目()收稿日期:;修订日期:作者简介:吴昕键(),男,辽宁本溪人,在读硕士研究生,研究方向:机械系统检测与精密仪器.引言单向阀门就是止回阀,是只能一个方向流动而不能反向流动的方向控制阀.飞机的各系统大量使用单向阀,以保证飞机各系统的相关功能,例如燃油系统.加油系统是飞机燃油系统中的一个重要子系统,其作用是向飞机油箱加注燃油.压力加油控制系统是飞机加油系统中的一个子系统,其主要功能是在地面安全快速地向飞机加注燃油以满足飞行需要.近些年来,相关行业对飞机上使用的单向阀的研究一直在不断地进行,对其功能性改进和特性研究也在逐步深入.不同溢流阀在使用中存在优劣势,其稳态和动态特性对液压系统的性能有重大影响.傅俊勇等利用AME S i m推导出了先导式溢流阀的泄漏量数学表达式,并给出了满足泄漏量的结构参数.W a nL i r o n g等利用AME S i m模拟分析了数字大流量乳化液安全阀的动态特性.刘坤华等针对先导式溢流阀传统设计方法中存在的问题,提出了参数优化的新思路.杜宏辰等采用AME S i m建立先导式溢流阀的仿真模型,并对其进行了研究.本文研究的压力加油控制阀是双余度先导式单向阀,其工作机理与溢流阀基本相似,为了研究该压力加油控制阀的工作性能,基于AME S i m对其加油过程的性能进行了分析.压力加油控制阀的理论分析 压力加油控制阀的结构原理本文研究的压力加油控制阀与两个浮子阀组成压力加油子系统,压力加油控制阀安装在油箱内部(底部),浮子阀安装在油箱上部,如图所示.压力加油控制阀主要由前活门组件、后活门组件、弹簧、导向杆构成以及上、下膜片等组成.利用该压力加油子系统对油箱进行加油时,两个浮子阀处于常开状态,当进油口通入一定压力的流体时,前、后活门同时克服锥簧弹力沿着导向杆滑开,油液流入油箱内部同时由两个节流管路分别进入膜片腔;当油箱内部油液上升到浮子高度时,浮子向上抬起堵住泄压出口,从而膜片腔形成蓄压状态,膜片利用压力差实现活门的回关.理论基础针对压力加油控制阀回关过程,建立压力加油控制阀关闭过程影响因素的数学理论模型.流量与流阻()节流孔流量.如图中所示,该加油控制阀中有两个细长圆形节流孔,节流孔流量计算公式为:Qg dla(pp)()其中:g为重力加速度;为流体重度;为流体运动黏度;d为节流孔直径;l为节流孔长度;a为节流孔横截面积;p为节流孔上压力;p为节流孔下压力.()节流孔出口流量方程为:QC A(pp)()其中:A为节流孔出口过流面积;C为速度系数;为流体的密度.()节流孔流阻.圆形节流孔沿程压力损失为:ppp Qld ld()其中:为流体平均流速;为流体的动力黏度.活门组件压力平衡()该压力加油控制阀伯努利方程如下:pagHpagHhs()其中:为入口流体平均流速;为出口流体平均流速;hs为沿程能量损失;a、a分别为任意的点、点的动能系数;H、H分别为点、点的重力势能.()活门组件的受力平衡方程为:F合FFFFFF()其中:F为前活门受到的进油口油液的力;F为前膜片组件受到的上腔压力;F为后膜片组件受到的上腔压力;F为后膜片受到的下腔压力;F为弹簧力;F为压力加油控制阀沿程压力损失.()膜片活门的有效受力面积为:Fy x(DDDD)()其中:D为膜片外径;D为膜片内径.图压力加油子系统原理图AME S i m仿真分析和试验验证 AME S i m仿真模型建立根据压力加油控制阀的实际结构和工作原理,通过AME S i m软件建立仿真模型,然后对其参数进行设置,最后通过仿真得到其静态特性曲线.压力加油控制阀基本参数见表,建立的压力加油控制阀仿真模型如图所示.仿真模型中所有的参数按照实际工况和压力加油控制阀的实物结构设定,燃油系数参照标准G B 执行.AME S i m仿真分析设置膜片有效直径为 mm,改变节流孔大小得到的活门开度仿真结果如图所示.由图可以看出:节流孔的直径增大时,加快蓄压,使活门回关所需时间缩短.表压力加油控制阀基本参数参数数值流量源流量(L/m i n)膜片内径(mm)膜片外径(mm)阀芯直径(mm)膜片等效直径(mm)弹簧预紧力(N)弹簧刚度(N/mm)进油口直径(mm)节流孔直径(mm)节流孔长度(mm)图压力加油控制阀AME S i m仿真模型图改变节流孔大小得到的活门开度曲线设置节流孔直径为mm,改变膜片有效直径得到的活门开度仿真结果如图所示.由图可以看出:膜片面积增大,活门回关时间缩短.图改变膜片有效直径得到的活门开度曲线 试验验证 年第期吴昕键,等:基于AME S i m的压力加油控制阀的性能研究将加油阀与流量试验台连接,在入口通入 L/m i n的航空煤油,监测加油阀的回关情况,结果如表、表所示.将试验结果与仿真结果进行对比,结果表明:上述仿真结论与实物试验结果一致.表改变节流孔大小试验得到的活门关闭时间s节流孔直径(mm)第次第次第次第次 表改变膜片有效直径试验得到的活门关闭时间s膜片有效直径(mm)第次第次第次第次 结论本文建立了压力加油控制阀的流量、流阻、力学平衡等数学模型,结合工作原理分析表明,压力加油控制阀的关闭过程依靠节流孔的引压实现.利用AME S i m仿真软件建立压力加油控制阀的仿真模型,分析了不同节流孔和不同膜片条件下该压力加油控制阀的工作情况,并与实物试验结果进行了对比,验证了仿真方案的正确性.参考文献:高翔飞机压力加油系统设计研究J科技创新与应用,():王佳怡,刘昕晖,王展,等基于AM E S i m恒流量控制阀流量特性分析J吉林大学学报(工学版),:h t t p s:/d o i o r g/j c n k i j d x b g x b 傅俊勇,范宇恒,董文勇,等先导式溢流阀结构参数对泄漏的影响J液压与气动,():W a nL i r o n g,D a i H a n z h e n g,Z e n g Q i n g l i a n g,e t a l C h a r a c t e r i s t i ca n a l y s i s o fd i g i t a le m u l s i o n r e l i e fv a l v eb a s e do nt h eh y d r a u l i cl o a d i n gs y s t e mJ S h o c ka n dV i b r a t i o n,():刘坤华,钟佩思,黄德杰,等基于AME S i m的先导式溢流阀静态性能的仿真和优化J机床与液压,():杜宏辰,孙江宏,黄小龙,等基于AME S i m的先导式溢流阀静态性能的仿真和优化J机床与液压,():P e r f o r m a n c eS t u d yo fP r e s s u r eR e f u e l i n gC o n t r o lV a l v eB a s e do nAME S i mWUX i n j i a n,WE IY o n g h e,Y A N GX i n g,H U A N G W e n j u n(S c h o o l o fM e c h a n i c a l E n g i n e e r i n g,S h e n y a n gL i g o n gU n i v e r s i t y,S h e n y a n g ,C h i n a;Y i b i nS a n j i a n gM a c h i n e r yC o,L t d,Y i b i n ,C h i n a)A b s t r a c t:T h ep r e s s u r e r e f u e l i n gc o n t r o l v a l v e i s ad o u b l e r e d u n d a n c yp i l o t o n e w a yv a l v e,w h i c h i s i n s t a l l e da t t h eb o t t o mo f t h e f u e lt a n kW h e nu s i n gt h er e f u e l i n gc o n t r o l v a l v e f o rp r e s s u r e r e f u e l i n g,t h e r e f u e l i n g i s c u t o f f t h r o u g h t h eo i l h e i g h t i n t h e f u e l t a n k I no r d e r t os t u d y t h ew o r k i n gp e r f o r m a n c eo f t h ep r e s s u r e r e f u e l i n gc o n t r o l v a l v e,t h ep e r f o r m a n c e o f t h e r e f u e l i n gp r o c e s sw a s a n a l y z e db yc h a n g i n gt h et h r o t t l eo r i f i c ea n dd i a p h r a g ms i z ea c c o r d i n gt oi t sa c t u a ls t r u c t u r e F i r s to fa l l,t h em a t h e m a t i c a lm o d e lo ft h ep r e s s u r e r e f u e l i n gc o n t r o l v a l v e i s e s t a b l i s h e da n dc o m b i n e dw i t h t h ep h y s i c a lm o d e l f o r q u a l i t a t i v e a n a l y s i s S e c o n d l y,t h e s i m u l a t i o nm o d e l i se s t a b l i s h e db yAME S i m,a n dt h ei n f l u e n c eo ft h ep r e s s u r er e f u e l i n gc o n t r o lv a l v eo nt h er e t u r no ft h ep r e s s u r er e f u e l i n gc o n t r o l v a l v e i sa n a l y z e dt h r o u g ht h es i m u l a t i o nd a t a F i n a l l y,t h e r e l i a b i l i t yo f t h es i m u l a t i o nm o d e l i sv e r i f i e db ye x p e r i m e n t s T h es i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a t t h e t h r o t t l eo r i f i c ea n dd i a p h r a g ms i z eh a v eag r e a t i n f l u e n c eo nt h ec l o s i n gp e r f o r m a n c eo f t h ep r e s s u r er e f u e l i n gc o n t r o l v a l v e,a n di n c r e a s i n gt h et h r o t t l eo r i f i c ea n dd i a p h r a g md i a m e t e rc a ns i g n i f i c a n t l ys h o r t e nt h ec l o s i n gt i m eo ft h ep r e s s u r er e f u e l i n gc o n t r o l v a l v e K e y w o r d s:p r e s s u r er e f u e l i n gc o n t r o l v a l v e;t h r o t t l eo r i f i c e;d i a p h r a g md i a m e t e r;AME S i m(上接第 页)角有利于优化连挂性能.()当单侧车钩钩舌前唇轮廓加厚时不利于 型车钩的顺利连挂;削薄钩舌后唇对车钩连挂功能影响不大;适当加厚钩舌后唇有利于优化车钩连挂性能.参考文献:张平满,张锁怀,贾坤密接式车钩连挂特性影响因素分析J机械设计与制造,():谢俊,刘国伟,曹少晖密接式车钩连挂特性影响因素分析J铁道科学与工程学报,():邹瑞明,马卫华,罗世辉机车与车辆间车钩连挂稳定性J交通运输工程学报,():马青春车钩缓冲装置连挂冲击模拟试验对比分析J铁道车辆,():S t u d yo nF a c t o r sA f f e c t i n gC o u p l i n gF u n c t i o no f T y p eC o u p l e rC o u p l i n gM o d u l eL IZ h a o x i,R E NS h u a i,Z H A N GJ i y a o(C o u p l e ra n dB u f f e rD e p a r t m e n t,C R R CQ i n g d a oS i f a n gR o l l i n gS t o c kR e s e a r c hI n s t i t u t eC o,L t d,Q i n g d a o ,C h i n a)A b s t r a c t:A c c o r d i n gt o t h em e c h a n i s mk i n e m a t i c s s i m u l a t i o na n dc o u p l e r c o u p l i n g t e s t,t h e f a c t o r s a f f e c t i n g t h e c o u p l i n g f u n c t i o na r es t u d i e db ya d j u s t i n gt h eg e o m e t r i cp a r a m e t e r so ft h ek e yc o m p o n e n t so ft h e t y p ec o u p l e rc o u p l i n gm o d u l e,a n dt h es t r u c t u r a lo p t i m i z a t i o no f t h ek e yc o m p o n e n t s i se x p l o r e da n da n a l y z e d K e y w o r d s:t y p ec o u p l e r;c o u p l i n gm o d u l e;c o u p l i n gp e r f o r m a n c e机 械 工 程 与 自 动 化 年第期