Counterbalance Valve

Гидравлический клапан противовеса

Библиотека:
Simscape / Жидкости / Гидравлика (Изотермическая) / Клапаны / Клапаны контроля потока

Описание

Клапаны противовеса используются в гидравлических системах, работающих с переопределяющей (безудержной) или приостановленной загрузкой. Они спроектированы, чтобы создать противодавление в возвратной линии привода, чтобы предотвратить теряющий контроль над загрузкой. Следующий рисунок показывает схематичный клапан противовеса.

Если распределительный клапан (не показанный в изображении) смещен в положение, которое понижает загрузку, то жидкость от емкости стержня цилиндра может выйти, только если давление в порте P (экспериментальное давление) и порте L (давление загрузки) создает достаточно силы, чтобы преодолеть упругую силу и открыть клапан. В помехах клапан описан уравнением

F_{0} + c \cdot x = p_{p i l o t} \cdot A_{p i l o t} + p_{l o a d} \cdot A_{l o a d} - p_{b a c k} \cdot A_{b a c k}

(1)

где

F ₀	Установка Spring
c	Коэффициент упругости
x	Открытие клапана
_Пилот p	Экспериментальное давление (давление в порте P)
_{Загрузка} p	Загрузите давление (давление в порте L)
p _назад	Противодавление (давление в порте B возврата)
_Пилот A	Эффективная площадь клапана в порте управления P
_{Загрузка} A	Эффективная площадь клапана в порте L загрузки
A _назад	Эффективная площадь клапана в порте B возврата

Уравновесьте клапан, классифицированный типом, внутренне внешне ведомый клапан, потому что и экспериментальное давление и давление загрузки имеют тенденцию открывать клапан. После незначительных перестановок уравнение 1 принимает форму

p_{s e t} + c_{p} \cdot x = p_{p i l o t} \cdot k_{p i l o t} + p_{l o a d} - p_{b a c k} \cdot k_{b a c k}

(2)

$\begin{array}{l} p_{s e t} = F_{0} / A_{l o a d} \\ c_{p} = c / A_{l o a d} \\ k_{p i l o t} = A_{p i l o t} / A_{l o a d} \\ k_{b a c k} = A_{b a c k} / A_{l o a d} \end{array}$

где

p _{установлен}	Установка давления клапана
c _p	Жесткость давления Spring (Па/м)
x	Открытие клапана
_Пилот k	Экспериментальное отношение
k _назад	Отношение противодавления

Смещение клапана определяется из уравнения 2:

x = \frac{p_{p i l o t} \cdot k_{p i l o t} + p_{l o a d} - p_{b a c k} \cdot k_{b a c k} - p_{s e t}}{c_{p}}

(3)

$0 \leq x \leq x_{m a x}$

где x _макс. является максимальным смещением клапана.

Блок Counterbalance Valve может быть представлен как следующая структурная модель.

Датчики давления измеряют давление в соответствующих портах и передают их значения блоку Fcn, который, вместе с блоком PS Saturation, выполняет вычисления в соответствии с уравнением 3. Смещение клапана передается через блок задержки первого порядка, созданный из PS Subtract, PS Gain и блоков PS Integrator, с учетом динамики клапана. Усиление блока PS Gain установлено в 1/T, где T является постоянной времени. Variable Orifice и блоки Check Valve симулируют отверстие клапана противовеса и запорный клапан. В фактической модели блока Counterbalance Valve операции, выполняемые датчиками и блоком Fcn, выполняются в разделе уравнения блока.

Блок Counterbalance Valve является по существу моделью, основанной на таблице данных. В зависимости от данных, перечисленных в каталогах производителя или таблицах данных для вашего конкретного клапана, можно выбрать одну из следующих опций модели параметризации:

By maximum area and opening — Используйте эту опцию, если таблица данных обеспечивает только максимальную площадь отверстия и диапазон максимума поршня управления.
By area vs. opening table — Используйте эту опцию, если каталог или таблица данных предоставляют таблицу области прохода отверстия на основе перемещения органа управления.

В последнем случае блок PS Saturation в структурной модели заменяется блоком PS Lookup Table (1D), и можно выбрать из трех интерполяций и двух методов экстраполяции.

Связи L и B являются гидравлическими портами, сопоставленными с загрузкой и портами противодавления клапана. Гидравлический порт P сопоставлен с портом управления. Положительное направление блока от порта L до порта B. Положительное давление в порте P открывает клапан.

Допущения и ограничения

Движущие силы клапана аппроксимированы путем представления задержки первого порядка между датчиками давления и перемещением органа управления отверстия переменного сечения.
Инерция, трение или гидравлические силы, действующие на орган управления клапана, не учтены.

Порты

Сохранение

развернуть все

`P` — Порт управления
изотермическая жидкость

Гидравлический порт сопоставлен с портом управления клапана.

`L` — Порт Load
изотермическая жидкость

Гидравлический порт, сопоставленный с клапаном, загружает порт.

`B` — Порт Backpressure
изотермическая жидкость

Гидравлический порт сопоставлен с портом противодавления клапана.

Параметры

развернуть все

Основные параметры

`Valve pressure setting` — Давления открытия в порте L
`50e5` Па (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина

Параметр задает давление в порте L, необходимом, чтобы начать открывать клапан. Установкой управляют с пружиной клапана.

`Valve spring stiffness` — Жесткость Spring в порте L
`1e8` Па/м (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина

Жесткость давления пружины клапана c _p.

`Pilot ratio` — Отношение пилота, чтобы загрузить область емкости
3 (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина

Отношение между эффективными площадями поршня управления стоит в экспериментальной емкости и в емкости загрузки. Это - одна из основных характеристик клапана в каталоге или таблице данных. Значением по умолчанию является 3.

`Backpressure ratio` — Отношение порта противодавления, чтобы загрузить область портов
4 (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина

Отношение между эффективной площадью поршня управления, на который противодавление действует, и область клапана емкости загрузки. Существует большое разнообразие клапанов противовеса с компенсированным или частично компенсированным противодавлением. Параметр может принять нулевое значение, если клапан полностью компенсируется.

`Time constant` — Постоянная времени открытия клапана
0.06 s (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина

Движущие силы клапана аппроксимированы задержкой первого порядка. Этот параметр является постоянной времени задержки.

`Leakage area` — Открытая область полностью закрытого клапана
`1e-9` м^2 (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина

Общая площадь возможных утечек в полностью закрытом отверстии и запорном клапане. Основная цель параметра состоит в том, чтобы обеспечить вычислительную целостность схемы путем препятствования фрагменту системы то, чтобы быть изолированным после отверстия, или запорный клапан полностью закрывается. Значение параметров должно быть больше 0.

Отверстие переменного сечения

`Variable orifice parameterization` — Метод изменения
`By maximum area and opening` (значение по умолчанию) | `By area vs. opening table`

Выберите один из следующих методов для определения отверстия:

By maximum area and opening — Введите значения для максимальной площади постоянного отверстия и максимального открытия отверстия. Область прохода линейно зависима на перемещении органа управления, то есть, отверстие закрывается в исходном положении поршня управления (нулевое смещение), и максимальное открытие происходит в максимальном смещении.
By area vs. opening table — Введите таблицу данных открытий отверстия и соответствующих площадей постоянного отверстия. Область прохода определяется одномерным поиском по таблице. У вас есть выбор двух методов интерполяции и двух методов экстраполяции.

`Orifice maximum area` — Максимальная открытая область
`8e-5` м^2 (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина

Определите площадь полностью открытого отверстия. Значение параметров должно быть больше нуля. Этот параметр используется, если Variable orifice parameterization установлен в By maximum area and opening.

`Orifice maximum opening` — Максимальная открытая длина
`5e-3` m (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина

Определите максимальное перемещение поршня управления. Значение параметров должно быть больше нуля. Этот параметр используется, если Variable orifice parameterization установлен в By maximum area and opening.

`Tabulated orifice opening` — Табличные данные длины поршня управления
[-.002, 0, .005, .015] (значение по умолчанию) | числовой массив

Задайте вектор из входных значений для открытий отверстия как одномерный массив. Вектор входных значений должен строго увеличиваться. Значения могут быть расположены с неоднородными интервалами. Минимальное количество значений зависит от метода интерполяции: необходимо ввести по крайней мере два значения для линейной интерполяции, по крайней мере три значения для сплайн-интерполяции. Значениями по умолчанию, в метрах, является [-2e-3,0,5e-3,15e-3]. Этот параметр используется, если Variable orifice parameterization установлен в By area vs. opening table. значения Tabulated orifice openings будут использоваться вместе со значениями Tabulated orifice area для одномерного поиска по таблице.

`Tabulated orifice area` — Открытые табличные данные области
`[1e-09, 4e-09, 1e-05, 1.02e-05]` (значение по умолчанию) | числовой массив

Задайте вектор из площадей постоянного отверстия как одномерный массив. Вектор должен быть одного размера с вектором открытий отверстия. Все значения должны быть положительными. Значениями по умолчанию, в м^2, является [1e-12,4e-12,1.e-5,1.02e-5]. Этот параметр используется, если Variable orifice parameterization установлен в By area vs. opening table.

`Interpolation method` — Табличная интерполяция
`Linear` (значение по умолчанию) | `Smooth`

Этот параметр используется, если Variable orifice parameterization установлен в By area vs. opening tableВыберите один из следующих методов интерполяции для аппроксимации итогового значения, когда исходное значение находится между двумя последовательными узлами решетки:

Linear — Выберите эту опцию, чтобы получить лучшую эффективность.
Smooth — Выберите эту опцию, чтобы произвести непрерывную кривую с непрерывными производными первого порядка.

Для получения дополнительной информации об алгоритмах интерполяции смотрите страницу с описанием блока PS Lookup Table (1D).

`Extrapolation method` — Табличная экстраполяция
`Linear` (значение по умолчанию) | `Nearest`

Этот параметр используется, если Variable orifice parameterization установлен в By area vs. opening table. Выберите один из следующих методов экстраполяции для определения выходного значения, когда входное значение найдется вне диапазона, указанного в списке аргументов:

Linear — Выберите эту опцию, чтобы произвести линию, соединяющую соседние значения в области экстраполяции и за пределами с областью интерполяции.
Nearest — Выберите эту опцию, чтобы произвести экстраполяцию, которая не выше самой высокой или ниже самой низкой точки в области данных.

Для получения дополнительной информации об алгоритмах экстраполяции смотрите страницу с описанием блока PS Lookup Table (1D).

`Orifice flow discharge coefficient` — Коэффициент расхода отверстия
0.7 (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина

Полуэмпирический параметр для емкостной характеристики отверстия. Его значение зависит от геометрических свойств отверстия, и обычно указывается в табличных данных производителя или учебниках.

`Orifice laminar transition specification` — Метод для идентификации жидкого перехода режима
`Pressure ratio` (значение по умолчанию) | `Reynolds number`

Выберите для блока режим перехода между ламинарным и турбулентным течениями:

Pressure ratio — Переход от ламинарного к турбулентному режиму является гладким и зависит от значения параметра Orifice laminar flow pressure ratio. Этот метод обеспечивает лучшую сходимость моделирования.
Reynolds number — Переход от ламинарного к турбулентному режиму принят, чтобы произойти, когда число Рейнольдса достигает значения, заданного параметром Orifice critical Reynolds number.

`Orifice laminar flow pressure ratio` — Отношение давления при жидком переходе режима
0.999 (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина

Отношение давления, при котором происходит смена ламинарного на турбулентный режим течения. Значением по умолчанию является 0.999. Этот параметр отображается, только если параметр Orifice laminar transition specification устанавливается на Pressure ratio.

`Orifice critical Reynolds number` — Верхний предел ламинарному течению
12 (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина

Максимальное значение числа Рейнольдса для ламинарного течения. Значение параметра зависит от геометрического профиля отверстия. Можно найти рекомендации для определения значения этого параметра в учебниках по гидравлике. Значением по умолчанию является 12. Этот параметр отображается, только если параметр Orifice laminar transition specification устанавливается на Reynolds number.

Запорный клапан

`Check valve maximum passage area` — Максимальный клапан открытая область
`1e-4` м^2 (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина

Максимальная площадь поперечного проходного сечения клапана.

`Check valve cracking pressure` — Порог для открытия клапана
`0.3e5` Па (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина

Уровень давления, на котором отверстие клапана начинает открываться.

`Check valve maximum opening pressure` — Давление максимума клапана
`1.2e5` Па (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина

Перепад давления на клапане, необходимом для полного открытия клапана. Его значение должно быть выше, чем давления открытия. Значением по умолчанию является 1.2e5 Па.

`Check valve flow discharge coefficient` — Коэффициент расхода
0.7 (значение по умолчанию)

Полуэмпирический параметр для характеристики мощности клапана. Его значение зависит от геометрических свойств отверстия, и обычно указывается в табличных данных производителя или учебниках. Значением по умолчанию является 0.7.

`Check valve laminar transition specification` — Метод для идентификации жидкого перехода режима
`Pressure ratio` (значение по умолчанию) | `Reynolds number`

Выберите для блока режим перехода между ламинарным и турбулентным течениями:

Pressure ratio — Переход от ламинарного к турбулентному режиму является гладким и зависит от значения параметра Check valve laminar flow pressure ratio. Этот метод обеспечивает лучшую сходимость моделирования.
Reynolds number — Переход от ламинарного к турбулентному режиму принят, чтобы произойти, когда число Рейнольдса достигает значения, заданного параметром Check valve critical Reynolds number.

`Check valve laminar flow pressure ratio` — Отношение давления при жидком переходе режима
0.999 (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина

Отношение давления, при котором происходит смена ламинарного на турбулентный режим течения. Этот параметр отображается, только если параметр Check valve laminar transition specification устанавливается на Pressure ratio.

`Check valve critical Reynolds number` — Верхний предел ламинарному течению через запорный клапан
12 (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина

Максимальное значение числа Рейнольдса для ламинарного течения. Переход от ламинарного к турбулентному режиму принят, чтобы произойти, когда число Рейнольдса достигает этого значения. Значение параметра зависит от геометрического профиля отверстия. Можно найти рекомендации для определения значения этого параметра в учебниках по гидравлике. Значением по умолчанию является 12. Этот параметр отображается, только если параметр Check valve laminar transition specification устанавливается на Reynolds number.

Расширенные возможности

Генерация кода C/C++
Генерация кода C и C++ с помощью Simulink® Coder™.

Темы

Гидравлический привод с клапаном противовеса

Представленный в R2012b

Документация

Counterbalance Valve

Описание

Допущения и ограничения

Порты

Сохранение

P — Порт управления изотермическая жидкость

L — Порт Load изотермическая жидкость

B — Порт Backpressure изотермическая жидкость

Параметры

Основные параметры

Valve pressure setting — Давления открытия в порте L 50e5 Па (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина

Valve spring stiffness — Жесткость Spring в порте L 1e8 Па/м (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина

Pilot ratio — Отношение пилота, чтобы загрузить область емкости3 (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина

Backpressure ratio — Отношение порта противодавления, чтобы загрузить область портов4 (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина

Time constant — Постоянная времени открытия клапана0.06 s (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина

Leakage area — Открытая область полностью закрытого клапана 1e-9 м^2 (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина

Отверстие переменного сечения

Variable orifice parameterization — Метод изменения By maximum area and opening (значение по умолчанию) | By area vs. opening table

Orifice maximum area — Максимальная открытая область 8e-5 м^2 (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина

Orifice maximum opening — Максимальная открытая длина 5e-3 m (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина

Tabulated orifice opening — Табличные данные длины поршня управления[-.002, 0, .005, .015] (значение по умолчанию) | числовой массив

Tabulated orifice area — Открытые табличные данные области [1e-09, 4e-09, 1e-05, 1.02e-05] (значение по умолчанию) | числовой массив

Interpolation method — Табличная интерполяция Linear (значение по умолчанию) | Smooth

Extrapolation method — Табличная экстраполяция Linear (значение по умолчанию) | Nearest

Orifice flow discharge coefficient — Коэффициент расхода отверстия0.7 (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина

Orifice laminar transition specification — Метод для идентификации жидкого перехода режима Pressure ratio (значение по умолчанию) | Reynolds number

Orifice laminar flow pressure ratio — Отношение давления при жидком переходе режима0.999 (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина

Orifice critical Reynolds number — Верхний предел ламинарному течению12 (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина