Противовесный клапан

Клапан гидравлический противовесный

Библиотека:
Simscape/Жидкости/Гидравлические (изотермические )/Клапаны/Клапаны регулирования расхода

Описание

Противовесные клапаны применяются в гидросистемах, работающих с перегрузкой (выбегом) или подвешенной нагрузкой. Они предназначены для создания противодавления на возвратной линии привода, чтобы предотвратить потерю контроля над нагрузкой. На следующей иллюстрации показана схема противовесного клапана.

Если направленный клапан (не показан на рисунке) смещен в положение, которое понижает нагрузку, то текучая среда из штоковой камеры цилиндра может выходить только в том случае, если давление в отверстии Р (давление пилот-сигнала) и отверстии L (давление нагрузки) создают достаточное усилие для преодоления усилия пружины и открытия клапана. В статике клапан описывается уравнением

_{}_{}_{}_{}_{}_{}_{F0+c⋅x=ppilot⋅Apilot+pload⋅Aload−pback⋅Aback}

(1)

где

F0	Настройка пружины
c	Скорость пружины
x	Открытие клапана
пилот	Давление пилота (давление в порту P)
pload	Давление нагрузки (давление в порту L)
pback	Противодавление (давление в обратном канале B)
Apilot	Эффективная зона клапана на пилотном порту P
Aload	Эффективная зона клапана в порту нагрузки L
Назад	Эффективная зона клапана в обратном канале B

Противовесный клапан, классифицируемый по типу, представляет собой управляемый изнутри снаружи клапан, поскольку и управляющее давление, и давление нагрузки имеют тенденцию открывать клапан. После незначительных перестановок уравнение 1 принимает вид

_{}_{}_{}_{}_{}_{}_{pset+cp⋅x=ppilot⋅kpilot+pload−pback⋅kback}

(2)

$\begin{array}{l} _{pset} =_{}_{} \\ _{} F0/Aloadcp =_{} \\ _{}_{c/Aloadkpilot =}_{} \\ _{}_{Apilot/Aloadkback} =_{} \end{array}$ Aback/Aload

где

pset	Настройка давления клапана
CP	Жесткость пружины (Па/м)
x	Открытие клапана
kpilot	Коэффициент пилот-сигнала
kback	Коэффициент противодавления

Смещение клапана определяется из уравнения 2:

\frac{_{}_{}_{}_{}_{}_{}}{_{x=ppilot⋅kpilot+pload−pback⋅kback−psetcp}}

(3)

$_{0≤x≤xmax}$

где xmax - максимальное смещение клапана.

Блок противовесного клапана может быть представлен в виде следующей структурной модели.

Датчики давления измеряют давление в соответствующих портах и передают их значения блоку Fcn, который вместе с блоком насыщения PS выполняет вычисления в соответствии с уравнением 3. Смещение клапана проходит через блок запаздывания первого порядка, построенный из блоков PS Subtract, PS Gain и PS Integrator, для учета динамики клапана. Коэффициент усиления PS блока усиления устанавливается равным 1/T, где T - постоянная времени. Блоки регулируемой диафрагмы и обратного клапана имитируют диафрагму противовесного клапана и обратный клапан. В фактической модели блока противовесного клапана операции, выполняемые датчиками и блоком Fcn, выполняются в разделе уравнения блока.

Блок противовесного клапана по существу является моделью на основе технических данных. В зависимости от данных, перечисленных в каталогах производителя или листах технических данных для конкретного клапана, можно выбрать одну из следующих опций параметризации модели:

By maximum area and opening - Используйте эту опцию, если в спецификации указана только максимальная площадь диафрагмы и максимальный ход элемента управления.
By area vs. opening table - Используйте эту опцию, если каталог или лист технических данных содержит таблицу площади прохода диафрагмы на основе смещения элемента управления.

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

Соединения L и B являются каналами гидравлической экономии, связанными с портами нагрузки и противодавления клапана. Порт P гидравлической экономии связан с портом пилот-сигнала. Положительное направление блока - от порта L к порту B. Положительное давление в порту P открывает клапан.

Допущения и ограничения

Динамика клапана аппроксимируется введением запаздывания первого порядка между датчиками давления и перемещением регулируемого элемента управления диафрагмой.
Инерция, трение или гидравлические силы, действующие на орган управления клапаном, не учитываются.

Порты

Сохранение

развернуть все

`P` - Пилотный порт
изотермическая жидкость

Порт гидравлической экономии, связанный с пилотным портом клапана.

`L` - Порт загрузки
изотермическая жидкость

Порт гидравлической экономии, связанный с портом нагрузки клапана.

`B` - Порт противодавления
изотермическая жидкость

Порт гидравлической экономии, связанный с портом противодавления клапана.

Параметры

развернуть все

Основные параметры

`Valve pressure setting` - Давление крекинга в канале L
`50e5` Па (по умолчанию) | положительный скаляр

Параметр определяет давление в канале L, необходимое для открытия клапана. Регулировка регулируется пружиной клапана.

`Valve spring stiffness` - Жесткость пружины в порту L
`1e8` Па/м (по умолчанию) | положительный скаляр

Жесткость пружины клапана cp.

`Pilot ratio` - Отношение площади пилотной камеры к площади рабочей камеры
`3` (по умолчанию) | положительный скаляр

Соотношение между эффективными областями поверхности управляющего элемента в пилотной камере и в загрузочной камере. Это одна из основных характеристик клапана в каталоге или листе технических данных. Значение по умолчанию: 3.

`Backpressure ratio` - Отношение порта противодавления к площади порта нагрузки
`4` (по умолчанию) | положительный скаляр

Соотношение между эффективной площадью регулирующего элемента, на который действует противодавление, и площадью клапана загрузочной камеры. Имеется большое разнообразие противовесных клапанов с компенсированным или частично компенсированным противодавлением. Параметр может принимать нулевое значение, если клапан полностью скомпенсирован.

`Time constant` - Постоянная время открытия клапана
`0.06` s (по умолчанию) | положительный скаляр

Динамика клапана аппроксимируется запаздыванием первого порядка. Этот параметр является постоянной времени задержки.

`Leakage area` - Открытая зона полностью закрытого клапана
`1e-9` m ^ 2 (по умолчанию) | положительный скаляр

Общая площадь возможных утечек в полностью закрытом отверстии и обратном клапане. Основное назначение параметра состоит в поддержании числовой целостности схемы путем предотвращения изоляции части системы после полного закрытия диафрагмы или обратного клапана. Значение параметра должно быть больше 0.

Регулируемая диафрагма

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

Выберите один из следующих способов задания отверстия:

By maximum area and opening - Укажите значения для максимальной площади отверстия и максимального отверстия отверстия. Площадь прохода линейно зависит от смещения управляющего элемента, то есть отверстие закрыто в исходном положении управляющего элемента (нулевое смещение), и максимальное отверстие имеет место при максимальном смещении.
By area vs. opening table - Предоставить табличные данные по отверстиям и соответствующим участкам отверстий. Площадь прохода определяется одномерным табличным поиском. Можно выбрать два метода интерполяции и два метода экстраполяции.

`Orifice maximum area` - Максимальная открытая площадь
`8e-5` m ^ 2 (по умолчанию) | положительный скаляр

Укажите площадь полностью открытого отверстия. Значение параметра должно быть больше нуля. Этот параметр используется, если параметризация переменного отверстия имеет значение By maximum area and opening.

`Orifice maximum opening` - Максимальная длина открытия
`5e-3` m (по умолчанию) | положительный скаляр

Укажите максимальное смещение элемента управления. Значение параметра должно быть больше нуля. Этот параметр используется, если параметризация переменного отверстия имеет значение By maximum area and opening.

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

Укажите вектор входных значений отверстий диафрагмы в виде одномерного массива. Вектор входных значений должен быть строго увеличен. Значения могут быть неравномерно разнесены. Минимальное количество значений зависит от метода интерполяции: необходимо указать как минимум два значения для линейной интерполяции, как минимум три значения для гладкой интерполяции. Значения по умолчанию (в метрах): [-2e-3,0,5e-3,15e-3]. Этот параметр используется, если параметризация переменного отверстия имеет значение By area vs. opening table. Табличные значения отверстий диафрагмы будут использоваться вместе с табличными значениями площади диафрагмы для одномерного поиска в таблице.

`Tabulated orifice area` - Табличные данные открытой области
`[1e-09, 4e-09, 1e-05, 1.02e-05]` (по умолчанию) | числовой массив

Укажите вектор областей диафрагмы как одномерный массив. Вектор должен иметь тот же размер, что и вектор отверстий диафрагмы. Все значения должны быть положительными. Значения по умолчанию в м ^ 2: [1e-12,4e-12,1.e-5,1.02e-5]. Этот параметр используется, если параметризация переменного отверстия имеет значение By area vs. opening table.

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

Этот параметр используется, если параметризация переменного отверстия имеет значение By area vs. opening table. Выберите один из следующих методов интерполяции для аппроксимации выходного значения, когда входное значение находится между двумя последовательными точками сетки:

Linear - Выберите этот параметр, чтобы получить наилучшую производительность.
Smooth - выберите эту опцию, чтобы создать непрерывную кривую с непрерывными производными первого порядка.

Дополнительные сведения о алгоритмах интерполяции см. на странице ссылок на блоки таблицы поиска PS (1D).

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

Этот параметр используется, если параметризация переменного отверстия имеет значение By area vs. opening table. Выберите один из следующих методов экстраполяции для определения выходного значения, когда входное значение выходит за пределы диапазона, указанного в списке аргументов:

Linear - выберите эту опцию для создания кривой с непрерывными производными первого порядка в области экстраполяции и на границе с областью интерполяции.
Nearest - выберите эту опцию, чтобы создать экстраполяцию, которая не превышает самую высокую точку в данных или ниже самой низкой точки в данных.

Дополнительные сведения о алгоритмах экстраполяции см. на странице ссылок на блоки таблицы поиска PS (1D).

`Orifice flow discharge coefficient` - Коэффициент выпуска диафрагмы
`0.7` (по умолчанию) | положительный скаляр

Полуэмпирический параметр для характеристики емкости диафрагмы. Его значение зависит от геометрических свойств отверстия и обычно приводится в учебниках или листах технических данных производителя.

`Orifice laminar transition specification` - Метод определения перехода режима текучей среды
`Pressure ratio` (по умолчанию) | `Reynolds number`

Выберите способ перехода блока между ламинарным и турбулентным режимами:

Pressure ratio - Переход от ламинарного режима к турбулентному является плавным и зависит от значения параметра давления ламинарного потока диафрагмы. Этот метод обеспечивает лучшую надежность моделирования.
Reynolds number - Предполагается, что переход от ламинарного режима к турбулентному происходит, когда число Рейнольдса достигает значения, заданного параметром критического числа Рейнольдса диафрагмы.

`Orifice laminar flow pressure ratio` - Коэффициент давления при переходе режима жидкости
`0.999` (по умолчанию) | положительный скаляр

Отношение давления, при котором поток переходит между ламинарным и турбулентным режимами. Значение по умолчанию: 0.999. Этот параметр отображается только в том случае, если для параметра спецификации ламинарного перехода диафрагмы установлено значение Pressure ratio.

`Orifice critical Reynolds number` - Верхний предел ламинарного потока
`12` (по умолчанию) | положительный скаляр

Максимальное число Рейнольдса для ламинарного потока. Значение параметра зависит от геометрического профиля отверстия. Рекомендации по значению параметра можно найти в учебниках по гидравлике. Значение по умолчанию: 12. Этот параметр отображается только в том случае, если для параметра спецификации ламинарного перехода диафрагмы установлено значение Reynolds number.

Обратный клапан

`Check valve maximum passage area` - Максимальная открытая площадь клапана
`1e-4` m ^ 2 (по умолчанию) | положительный скаляр

Максимальная площадь поперечного сечения канала клапана.

`Check valve cracking pressure` - Порог открытия клапана
`0.3e5` Па (по умолчанию) | положительный скаляр

Уровень давления, при котором отверстие клапана начинает открываться.

`Check valve maximum opening pressure` - Максимальное давление клапана
`1.2e5` Па (по умолчанию) | положительный скаляр

Перепад давления на клапане, необходимый для полного открытия клапана. Его значение должно быть выше давления крекинга. Значение по умолчанию: 1.2e5 Па.

`Check valve flow discharge coefficient` - Коэффициент разгрузки
`0.7` (по умолчанию)

Полуэмпирическая характеристика производительности клапана. Его значение зависит от геометрических свойств отверстия и обычно приводится в учебниках или листах технических данных производителя. Значение по умолчанию: 0.7.

`Check valve laminar transition specification` - Метод определения перехода режима текучей среды
`Pressure ratio` (по умолчанию) | `Reynolds number`

Выберите способ перехода блока между ламинарным и турбулентным режимами:

Pressure ratio - Переход от ламинарного режима к турбулентному является плавным и зависит от значения параметра перепада давления ламинарного потока обратного клапана. Этот метод обеспечивает лучшую надежность моделирования.
Reynolds number - Предполагается, что переход от ламинарного режима к турбулентному происходит, когда число Рейнольдса достигает значения, заданного параметром критического числа Рейнольдса обратного клапана.

`Check valve laminar flow pressure ratio` - Коэффициент давления при переходе режима жидкости
`0.999` (по умолчанию) | положительный скаляр

Отношение давления, при котором поток переходит между ламинарным и турбулентным режимами. Этот параметр отображается только в том случае, если для параметра спецификации ламинарного перехода контрольного клапана установлено значение Pressure ratio.

`Check valve critical Reynolds number` - Верхний предел ламинарного потока через обратный клапан
`12` (по умолчанию) | положительный скаляр

Максимальное число Рейнольдса для ламинарного потока. Предполагается, что переход от ламинарного режима к турбулентному происходит, когда число Рейнольдса достигает этого значения. Значение параметра зависит от геометрического профиля отверстия. Рекомендации по значению параметра можно найти в учебниках по гидравлике. Значение по умолчанию: 12. Этот параметр отображается только в том случае, если для параметра спецификации ламинарного перехода контрольного клапана установлено значение Reynolds number.

Расширенные возможности

Создание кода C/C + +
Создайте код C и C++ с помощью Simulink ® Coder™

См. также

Обратный клапан | Уравновешивающий клапан (IL) | Регулируемая диафрагма

Темы

Гидравлический привод с противовесным клапаном

Представлен в R2012b

Документация

Противовесный клапан

Описание

Допущения и ограничения

Порты

Сохранение

P - Пилотный порт изотермическая жидкость

L - Порт загрузки изотермическая жидкость

B - Порт противодавления изотермическая жидкость

Параметры

Основные параметры

Valve pressure setting - Давление крекинга в канале L 50e5 Па (по умолчанию) | положительный скаляр

Valve spring stiffness - Жесткость пружины в порту L 1e8 Па/м (по умолчанию) | положительный скаляр

Pilot ratio - Отношение площади пилотной камеры к площади рабочей камеры 3 (по умолчанию) | положительный скаляр

Backpressure ratio - Отношение порта противодавления к площади порта нагрузки 4 (по умолчанию) | положительный скаляр

Time constant - Постоянная время открытия клапана 0.06 s (по умолчанию) | положительный скаляр

Leakage area - Открытая зона полностью закрытого клапана 1e-9 m ^ 2 (по умолчанию) | положительный скаляр

Регулируемая диафрагма

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

Orifice maximum area - Максимальная открытая площадь 8e-5 m ^ 2 (по умолчанию) | положительный скаляр

Orifice maximum opening - Максимальная длина открытия 5e-3 m (по умолчанию) | положительный скаляр

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

Tabulated orifice area - Табличные данные открытой области [1e-09, 4e-09, 1e-05, 1.02e-05] (по умолчанию) | числовой массив

Interpolation method - Табличная интерполяция Linear (по умолчанию) | Smooth

Extrapolation method - Табличная экстраполяция Linear (по умолчанию) | Nearest

Orifice flow discharge coefficient - Коэффициент выпуска диафрагмы 0.7 (по умолчанию) | положительный скаляр

Orifice laminar transition specification - Метод определения перехода режима текучей среды Pressure ratio (по умолчанию) | Reynolds number

Orifice laminar flow pressure ratio - Коэффициент давления при переходе режима жидкости 0.999 (по умолчанию) | положительный скаляр

Orifice critical Reynolds number - Верхний предел ламинарного потока 12 (по умолчанию) | положительный скаляр