125MN擠壓機(jī)大通徑水節(jié)流閥流量特性實(shí)驗(yàn)研究

文躍兵

（湖南工業(yè)職業(yè)學(xué)院，長(zhǎng)沙 410208）

125MN擠壓機(jī)大通徑水節(jié)流閥流量特性實(shí)驗(yàn)研究

文躍兵

（湖南工業(yè)職業(yè)學(xué)院，長(zhǎng)沙 410208）

為了驗(yàn)證125MN擠壓機(jī)速度控制系統(tǒng)中的主要速度控制元件大通徑節(jié)流閥的數(shù)學(xué)模型、控制策略的正確性、可靠性和實(shí)用性，文章對(duì)該節(jié)流閥特性進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試實(shí)驗(yàn)研究，主要是對(duì)節(jié)流閥的流量特性和閥芯位移動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行調(diào)試。

擠壓機(jī) 大通徑水節(jié)流閥 流量特性 實(shí)驗(yàn)研究

1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)硬件平臺(tái)

針對(duì)被試節(jié)流閥大流量、大通徑、調(diào)速范圍大、工作壓力高且工作介質(zhì)是水等特點(diǎn)，125MN擠壓機(jī)活動(dòng)橫梁擠壓速度控制系統(tǒng)中采用了通徑分別為80mm和40mm的兩個(gè)新型水節(jié)流閥。

該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)由操作臺(tái)、通訊控制系統(tǒng)、智能監(jiān)控系統(tǒng)、節(jié)流裝置、操作油站、水路主控制分配系統(tǒng)、節(jié)流閥閥芯位移傳感器等組成。系統(tǒng)參數(shù)由上位機(jī)、觸摸屏或PLC程序?qū)崿F(xiàn)修改，而實(shí)驗(yàn)結(jié)果可通過(guò)上位機(jī)的曲線或圖表進(jìn)行顯示[1-3]。

2 主要元件及儀表性能參數(shù)

（1）高壓水站

由高壓水泵-蓄勢(shì)器組成動(dòng)力系統(tǒng)，工作壓力32MPa。（2）先導(dǎo)閥

控制節(jié)流閥閥芯位移的先導(dǎo)閥為電液比例換向閥，最大工作壓力35MPa，最大流量130L/min。

（3）節(jié)流閥

該實(shí)驗(yàn)僅對(duì)大節(jié)流閥的動(dòng)態(tài)特性實(shí)驗(yàn)與流量特性實(shí)驗(yàn)開(kāi)展研究。該節(jié)流閥以水為工作介質(zhì)，通徑80mm，額定工作壓力31.5MPa，最大流量8000L/min。

3 節(jié)流閥流量特性實(shí)驗(yàn)

3.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

流量特性實(shí)驗(yàn)是可為節(jié)流閥的控制策略提供參考，并可以為實(shí)際應(yīng)用工作中遇到的難題提供解決方案。流量特性實(shí)驗(yàn)是在同一壓差下設(shè)定不同的開(kāi)度并記錄對(duì)應(yīng)開(kāi)度下的流量，在相同開(kāi)度條件下，記下不同壓差對(duì)應(yīng)流量[3-4]。

3.2 實(shí)驗(yàn)條件

實(shí)驗(yàn)元件：見(jiàn)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)硬件平臺(tái)。

工作壓力：高壓水站32MPa，節(jié)流油站20MPa。擠壓機(jī)在帶負(fù)載情況下工作，擠壓。

3.3 實(shí)驗(yàn)步驟

（1）對(duì)照電氣圖和液壓工作原理圖，仔細(xì)檢查各電氣元件之間的接線是否準(zhǔn)確。按鈕按下時(shí)，檢查對(duì)應(yīng)執(zhí)行元件是否得電。

（2）打開(kāi)操作油泵和節(jié)流油泵，設(shè)定操作臺(tái)手柄為空程檔位，設(shè)定反饋方式為節(jié)流反饋方式。（3）設(shè)定各參數(shù)如下：①工作壓力32MPa；

②上位機(jī)上設(shè)定12個(gè)不同節(jié)流閥開(kāi)口度值；

③計(jì)算流量q值：取流量q=ξ Av；

v由傳感器檢測(cè)得到，A為工作缸總面積A=3.944m2，ξ為節(jié)流閥流量損失耗系數(shù)，這里取ξ=0.95，將根據(jù)各檢測(cè)量計(jì)算得到的q值記錄于表1中[5-6]。

表1 節(jié)流閥開(kāi)度-流量特性數(shù)據(jù)表

（4）設(shè)定操作手柄為12500T檔位，并調(diào)定節(jié)流閥的開(kāi)度為42mm和21mm。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，根據(jù)表2中列出的壓力差一一讀取檢測(cè)到的擠壓速度v，采用上述方法將其轉(zhuǎn)化為q值，將q值記錄于表2中。

表2 節(jié)流閥壓差-流量特性表

3.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

把表1中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果繪制如圖1所示的開(kāi)度-流量特性圖，顯然節(jié)流閥流量的與開(kāi)度成正比。當(dāng)節(jié)流達(dá)到最大開(kāi)度時(shí)，流量達(dá)到7140L/min，為流量最大值。另外，說(shuō)明在整個(gè)調(diào)節(jié)范圍內(nèi)流量變化均勻，微量調(diào)節(jié)性能好。

由表2的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出的壓差-流量特性曲線見(jiàn)圖2。由該曲線可以看出，在開(kāi)度相同時(shí)，前后壓力差越大，則流量也越大。從圖中曲線可以看出，此被試節(jié)流閥小開(kāi)度時(shí)，節(jié)流閥的壓差-流量曲線斜率較小，說(shuō)明小開(kāi)度時(shí)的剛性較好，負(fù)載發(fā)生變化對(duì)小流量影響較小。反之，節(jié)流閥的壓差-流量曲線斜率較大，說(shuō)明在大開(kāi)度時(shí)的剛性較差，負(fù)載發(fā)生變化對(duì)流量影響較大，節(jié)流閥在小流量工況下穩(wěn)定性較好[7]。

圖1 節(jié)流閥開(kāi)度-流量特性曲線

圖2 節(jié)流閥壓差-流量特性曲線

4 節(jié)流閥閥芯位移動(dòng)態(tài)特性實(shí)驗(yàn)

4.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

節(jié)流閥位移動(dòng)態(tài)特性實(shí)驗(yàn)是驗(yàn)證系統(tǒng)控制模型和控制策略可靠性和實(shí)用性的有力依據(jù)。本節(jié)將對(duì)節(jié)流閥位移動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。

4.2 實(shí)驗(yàn)條件

實(shí)驗(yàn)元件：見(jiàn)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)硬件平臺(tái)。

工作壓力：高壓水站32MPa，節(jié)流油站20MPa。擠壓機(jī)在帶負(fù)載情況下工作，擠壓。

4.3 實(shí)驗(yàn)步驟

（1）對(duì)照電氣圖和液壓工作原理圖，仔細(xì)檢查各電氣元件之間的接線是否準(zhǔn)確，對(duì)應(yīng)按鈕按下時(shí)，檢查對(duì)應(yīng)執(zhí)行元件是否得電。

（2）打開(kāi)操作油泵和節(jié)流油泵，設(shè)定操作臺(tái)手柄為空程檔位，設(shè)定反饋方式為節(jié)流反饋方式。

（3）設(shè)定各參數(shù)如下：①工作壓力：32MPa；②節(jié)流閥開(kāi)度：36mm；

③設(shè)定PID控制功能塊的死區(qū)值為0.05mm。

（4）從上位機(jī)里導(dǎo)出節(jié)流閥位移動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性曲線見(jiàn)圖3。

圖3 節(jié)流閥閥芯位移動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性曲線

4.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

由圖3可以看出，閥芯位移的動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間在1.0s左右，幾乎無(wú)超調(diào)，控制精度在0.1mm。

5 結(jié)語(yǔ)

第一，本文主要對(duì)節(jié)流閥的流量與開(kāi)度的變化關(guān)系和流量與壓差的變化關(guān)系進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，得出了流量q隨節(jié)流閥開(kāi)口度的變化呈線性關(guān)系，說(shuō)明節(jié)流閥在整個(gè)工作范圍內(nèi)流量變化均勻，具有良好的調(diào)節(jié)性能。

第二，完成了節(jié)流閥閥芯位移動(dòng)態(tài)特性的實(shí)驗(yàn)研究，從實(shí)驗(yàn)中得出了節(jié)流閥閥芯位移動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性曲線，得出節(jié)流閥閥芯的位移對(duì)先導(dǎo)閥閥芯階躍信號(hào)的響應(yīng)時(shí)間在1.0s左右，控制精度在0.1mm，都能滿足現(xiàn)場(chǎng)要求。

[1]文躍兵.125MN擠壓機(jī)動(dòng)梁速度控制系統(tǒng)研究[D].中南大學(xué)，2009.

[2]機(jī)電工程學(xué)院.125MN擠壓機(jī)系統(tǒng)改造技術(shù)資料[R].長(zhǎng)沙：中南大學(xué)，2008.

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[5]楊鋼，郭浩，李寶仁.新型高壓氣動(dòng)比例控制閥動(dòng)態(tài)性能的仿真研究[J].中國(guó)機(jī)械工程，2007，18（12）：1418-1420.

[6]曹鑫銘.液壓伺服系統(tǒng)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1991：47-58.

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A Study of 125MN Extruding Machine Throttle Valve Flow Character

WEN Yuebing
(Hunan Industry Polytechnic,Changsha 410208)

In this article the flow and spool displacement dynamic character were reserched by field-debuging in order to verify the correctness.Reliability and practicability of the mathematical model and control strategy of the large passage diameter of the main speed control unit of the 125MN extruding machine speed control system.

extruding machine, large-diameter water throttle, dynamic characte, experimental study