升降车动态流量平衡阀流量精度修订研究,   中山东凤升降车出租,  中山东凤升降车, 升降车出租  合理设计动态流量平衡阀的阀芯开孔，是其在工作中保持流量恒定的关键问题，阀芯侧面可变开孔型线的设计对平衡阀是否满足工作需求至关重要。目前，对动态流量平衡阀阀芯侧面可变开孔型线设计的问题已经有了一些研究，但是尚有缺陷，大部分理论在应用于实际的产品中都出现流量精度不能满足标准要求的问题，因此有待进一步的修正优化改进。阀芯侧面可变开孔型线设计的优化修订是本节重点研究的内容。首先将对前人所研究的阀芯开孔设计理论进行阐述，分析对比不同学者对阀芯侧面可变开孔型线的理论设计过程，探讨设计过程中存在的问题并分析其原因；其次将在现有的产品资料及国内外文献的基础上，提出新的型线优化修订方法，对阀芯开孔的计算公式进行理论推导和优化修正；同时将探讨优化方法的适用性。

    动态流量平衡阀阀芯开孔型线理论设计,  由平衡阀的工作原理可知，通过阀芯的流量由端面固定开孔的的流量和侧面可变孔的的流量构成。利用简化的流量控制方程和孔板流量理论，对动态流量平衡阀阀芯开孔的型线进行了推导，考虑了同心环形缝隙流量的计算，对阀芯的可变开孔型线进行了修订，但大部分理论研究的内容，在应用于实际的产品中都出现了在小流量范围内，流量精度不能满足标准要求的问题，理论型线公式尚有缺陷，需要进一步的修正优化改进。下面对阀芯可变开孔型线公式进行了初步推导，过程如下：(1)已知参数：Q0：通过阀芯总流量，设计流量ρ：介质密度Δpmin：最小工作压差Δpmax：最大工作压差A1：阀芯端面固定孔面积L：阀芯全行程C1：端面固定孔流量系数.  (2)未知参数：8Q1：通过阀芯端面固定通孔的流量Q2：通过阀芯侧面固定椭圆孔的流量Q3：通过阀芯侧面可变开孔的流量A2：阀芯单侧固定椭圆孔通流面积Ai：阀芯在i开度下时单侧可变开孔通流总面积(xi，yi）：阀芯单侧可变孔的形状坐标(3)各参数求解确定将可变开孔的y向长度分为n等分，令0y0，/iyLin…，nyL，对应径向孔投影高度为x0，…xi…，xn；每个位置所对应的侧面通流孔流量系数为Ci；侧面可变孔流量系数为Ci：2i0.00740.10350.5905iiC，（i∈（0，n），）由阀芯受力方程关系可推得，弹簧在最小工作压差时压缩量为：①确定K：动态流量平衡阀阀芯组件受力情况可以等同于液体压差力与弹簧作用力达到平衡，即：阀芯前后两端压差由minp增加到maxp时，弹簧长度由0LY压缩到Y：②确定0Y：9阀芯两端压差为minp时，弹簧初始压缩量为0Y，：③确定A2：当阀芯在最大开度的时候，此时通过阀芯的流量由端面固定孔流量和侧面椭圆孔流量构成，此时12QQQ，由流量计算公式2pQC，阀芯端面通流孔流量系数C1，侧面固定通流孔流量系数Cn，④确定Ai：当阀芯在最小开度的时候，此时通过阀芯的流量由端面固定孔流量、侧面椭圆孔流量和侧面可变开孔流量三部分构成，此时123QQQ，⑤确定阀芯侧面可变开孔型线，将可变孔的轴向长度L分为N等分,在L2区域内选取微元体SABCD进行分析，当微元体取yi，iy，yi+1时，对应沿X方向投影宽度为xi，ix，xi+1。当阀芯行程为yi时，弹簧压缩量为0iYy，阀芯通流面积为iA，此时，阀芯前后的介质压力差与弹簧力相等，假定四边形ABCD微元体近似为梯形，ix为其中线，推得：在阀芯位置为yi（i=0,1,2,3）处，阀芯可变开孔分为四个，就平均分布在阀芯侧面；在阀芯位置为yi（i=3~L）处，阀芯开孔分为两个，均布与阀芯两侧，且与y0~yi范围内两个孔相连接；即当阀芯位置在yi（i=0,1,2,3）处，单个开孔各点横坐标为：当阀芯位置在yi（i=3~L）处，单个开孔各点横坐标为：并可推得：001x2xx.

平均液动力修正法优化动态流量平衡阀的阀芯在工作过程中受力随开度的变化而波动，而这些力是影响流量平稳性的重要因素。在这些力中，液动力是最复杂同时也是最重要的影响条件之一。

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    对阀芯可变开孔型线公式的初步推导过程中，阀芯受到的力仅为动态流量平衡阀阀前后压差作用在阀芯端面上的受力，考虑到阀在工作过程中随开度变化产生的液动力，上述公式的推导存在一定的不准确性，本小节采用控制体积法，应用流体流动的动量定理，对上述公式进行修正，计算随开度变化介质作用在阀芯上的的液压力。动态流量平衡流体控制腔域的选取：选取动态流量平衡阀阀芯内部流体流过的控制腔域，即图中过流端面1和2之间长度为L的流体域，由动量定理可得，在dt时间内，该区域内流体产生的动量变化为d(mv)： 在流体运动的过程中，上式第一项为控制腔域内流体因位置的改变而引起的动量变化。假定在dt时间内过流断面的面积A变化很小，是恒定的，同时dL1和dL2上的速度v是均匀的，右边第二项为动量对时间的偏增量，取控制腔域的过流断面面积为AD，当量速度为VD，则有：由动量定理可得流体流动时所选取的控制腔域内介质所受到的外力为：13dtdQLQvQvdtmvdF.  上式右边第一项为控制腔域内介质从位置1流动到位置，阀芯由于端面固定孔和可变开孔的存在导致介质速度发生变化而引起的力，在整个过程中该力一直存在，称为稳态液动力；第二项为阀芯在dt时间内，从位置1运动到位置2时，介质被加速引起的流体惯性力，即瞬态液动力：取的控制腔域容积，根据动量定理，在动态流量平衡阀阀芯运动过程中，控制腔域内介质所受的外力：其中：'xF表示阀芯对控制腔域内介质的作用力，则介质对阀芯的反作用力大小为xF；右边的第二项即为动态流量平衡阀阀芯所受到的的稳态液动力，第三项即为瞬态液动力，由于动态流量平衡阀在工作过程中流量基本保持恒定，可认为流量Q在dt时间内为常量，则0dtdQL由不可压缩液体流量连续性方程，引入辅助方程——不平衡力的计算与校核： dg1：阀芯外径，单位mm；dg2：阀芯内径，单位mm；ds：阀芯中径，ds=（dg1+dg1）/2，单位mm；由流体力学知识和阀芯流体控制腔域模型理论可知.  

    压差补偿系数因子修正,   对动态流量平衡阀阀芯可变开孔型线的推导过程中，阀芯前后两侧的压力差是由弹簧的压缩长度与受力的线性关系理论推导而得，而平衡阀在实际工作过程中，由于阀芯可变开孔的节流作用，将导致作用在阀芯前后的压力差出现不同程度的波动，此压力波动对于本文研究的小口径高精度小流量阀芯的精度影响很大，因此研究阀芯在开启过程中理论受力压差与实际受力压差值之间的误差波动，并进行压差补偿系数因子修订是至关重要的。为方便研究，选取典型阀芯结构参数：DN=15mm，压差范围pmin=15KPa，pmax=150KPa，公称流量0.86m3/h，阀芯行程L=11mm，阀芯外径Do=17mm，阀芯内径Di=13mm，弹簧理论计算刚度2.36N/mm，。将阀芯行程平均分配不同开度进行分析研究，阀芯在开启过程中，不同开度下阀芯前后理论压力差ip计算可得阀芯在不同开度下的理论压差值，将此值作为边界条件代入计算流体力学软件CFX中进行三维定常流动模拟仿真，监测作用在阀芯前后15的实际压力，可得阀芯在不同开度下的仿真压差值，并与理论压差值进行误差分析：阀芯前后理论受力压差与仿真受力压差之间存在误差，相对误差最大值在阀芯行程为0mm的位置，为12.94%，且随阀芯行程增大，相对误差发生波动，误差有正有负，都基本维持在8%以内。以动态流量平衡阀阀芯行程变化为横坐标，以求解得的理论压差、仿真压差和误差为纵坐标，对数据进行曲线拟合，得到阀芯压差对比及误差分析图：动态流量平衡阀在开启过程中，不同开度下阀芯前后两侧理论压差和仿真压差基本呈线性增大的趋势。阀芯理论压差与数值模拟计算压差之间产生波动，存在一定的误差，阀芯可变开孔的节流作用影响到阀前后的压差值，阀芯行程在0mm到4mm之间，理论压差值大于仿真压差值，且随开度增加误差值逐渐减小；在4mm到7mm之间，理论压差值与仿真压差值相互波动；在7mm到11mm之间，理论压差值均小于仿真压差值，误差缓慢增大，都维持在2%以内。采用最小二乘多项式拟合法，对误差值和误差线进行曲线拟合，利用MATLAB中的polyfit函数进行拟合计算，求解相应的函数关系，对阀前后压差进行压差补偿系数因子修正。选择指数函数bxyae和线性函数为拟合模型，利用以下语句实现：x=[0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11];y=[12.9,7.5,5.1,3.3,2.8,-3.9,3.6,0.4,-1.4-,1.4,-0.9,-1.9];   %误差值P1=polyfit(x,y,4)b=p1(1)/0.4343a=10.^p1(2)y1=polyval(p1,x);%拟合值plot(x,y,'*r',x,y1,'b')得到结果为x=[0,1,2,3,4];P1=0.1292-1.17504.1208-8.475012.9000x=[4,5,6,7,8];b=3.5498a=8.5770e-39x=[8,9,10,11];P1=-0.03240.8978-8.213124.65670令ε为压差补偿系数因子，取4位有效数字，得出压差补偿系数因子修正函数为：i为阀芯行程

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