Counterbalance Valve

Гидравлический противовесной клапан

Библиотека:
Simscape/Жидкости/Гидравлика (изотермическая )/Клапаны/Клапаны управления потоком

Описание

Противовесные клапаны используются в гидравлических системах, работающих с переопределяющей (отходящей) или подвесной нагрузками. Они предназначены для создания противодавления на линии возврата привода для предотвращения потери контроля над нагрузкой. Следующий рисунок показывает схему противовесного клапана.

Если направленный клапан (не показан на изображении) смещен в положение, снижающее нагрузку, то жидкость из ёмкости штока цилиндра может выйти только в том случае, если давление в порту P (давление управления) и порте L (давление нагрузки) создают достаточно силы, чтобы преодолеть упругую силу и открыть клапан. В статике клапан описывается 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

<reservedrangesplaceholder0> 0	Настройка пружины
c	Скорость пружины
x	Открытие клапана
p _пилот	Давление управления (давление в порте P)
p _{нагрузки}	Давление нагрузки (давление в порте L)
p _назад	Противодавление (давление в порте B возврата)
A _пилот	Эффективная площадь клапана в порте управления P
A _{нагрузки}	Эффективная площадь клапана в порте нагрузки L
A _назад	Эффективная площадь клапана в порте B возврата

Противовесной клапан, классифицированный по типу, является внутренне-внешне управляемым клапаном, потому что давление управления и давление нагрузки имеют тенденцию открывать клапан. После незначительных перестроек 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 _набор	Установка давления в клапане
c p	Жесткость давления пружины (Па/м)
x	Открытие клапана
k _пилот	Коэффициент пилот-сигнала
k _назад	Коэффициент противодавления

Перемещение 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 _max - максимальное перемещение клапана.

Блок Counterbalance Valve может быть представлен как следующая несущая модель.

Датчики давления измеряют давление в соответствующих портах и передают их значения в блок Fcn, который вместе с блоком PS Saturation выполняет вычисления в соответствии с уравнением 3. Перемещение клапана передается через блок задержки первого порядка, созданный из блоков PS Subtract, PS Gain и PS Integrator с учетом динамики клапана. Коэффициент усиления блока PS Gain устанавливается равным 1/ T, где T является временной константой. Блоки Variable Orifice и Check Valve моделируют отверстие противовесного клапана и запорный клапан. В фактической модели Counterbalance Valve блока операции, выполняемые датчиками и блоком Fcn, выполняются в разделе уравнения блока.

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

By maximum area and opening - Используйте эту опцию, если в таблице данных указана только максимальная площадь отверстия и максимальный штрих поршня управления.
By area vs. opening table - Используйте эту опцию, если в каталоге или табличных данных представлена таблица площади канала отверстия, основанная на перемещении органа управления.

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

Связи L и B являются гидравлическими портами, сопоставленными с портами нагрузки и противодавления клапана. Гидравлический порт P сопоставлен с портом управления. Блок имеет положительное направление от порта L до порта B. Положительное давление в порту P открывает клапан.

Допущения и ограничения

Динамику клапана аппроксимируют введением задержки первого порядка между датчиками давления и перемещением органа управления отверстием переменного сечения.
Инерция, трение или гидравлические силы, действующие на орган управления клапана, не учитываются.

Порты

Сохранение

расширить все

`P` - Порт управления
изотермическая жидкость

Гидравлический порт сопоставлен с портом управления клапаном.

`L` - Загрузочный порт
изотермическая жидкость

Гидравлический порт сопоставлен с портом нагрузки клапана.

`B` - Порт противодавления
изотермическая жидкость

Гидравлический порт сопоставлен с портом противодавления клапана.

Параметры

расширить все

Основные параметры

`Valve pressure setting` - Давления открытия в порте L
`50e5` Pa (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Параметр задает давление в порте L необходимое для начала открытия клапана. Настройкой управляет пружина клапана.

`Valve spring stiffness` - Жесткость пружины у порта L
`1e8` Pa/m (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Жесткость давления пружины клапана c p.

`Pilot ratio` - Отношение площади пилотной ёмкости к площади камеры нагрузки
`3` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Отношение между эффективными площадями поршня управления обращено в ёмкость управления и в ёмкость нагрузки. Это одна из основных характеристик клапана в каталоге или табличных данных. Значение по умолчанию 3.

`Backpressure ratio` - Отношение порта противодавления к площади порта нагрузки
`4` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Отношение между эффективной площадью поршня управления, на которую воздействует противодавление, и площадью ёмкости клапана нагрузки. Существует большое разнообразие противовесных клапанов с компенсированным или частично компенсированным противодавлением. Параметр может взять нулевое значение, если клапан полностью компенсирован.

`Time constant` - Время открытия клапана константа
`0.06` s (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Динамика клапана аппроксимируется задержкой первого порядка. Этот параметр является временной константой задержки.

`Leakage area` - Открытая площадь полностью закрытого клапана
`1e-9` m ^ 2 (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Общая площадь возможных утечек в полностью закрытом отверстии и запорном клапане. Основной целью параметра является поддержание вычислительной целостности цепи путем предотвращения изоляции фрагмента системы после того, как отверстие или запорный клапан полностью закрыто. Значение значения параметров должно быть больше 0.

Отверстие переменного сечения

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

Выберите один из следующих методов определения отверстия:

By maximum area and opening - Обеспечить значения максимальной площади постоянного отверстия и максимального открытия отверстия. Площадь канала линейно зависит от перемещения органа управления, то есть отверстие закрывается при исходном положении поршня управления (нулевое перемещение), и максимальное открытие происходит при максимальном перемещении.
By area vs. opening table - Предоставить табличные данные по открытиям отверстия и соответствующим площадям постоянного отверстия. Площадь прохода определяется одномерным поиском таблицы. У вас есть выбор из двух методов интерполяции и двух методов экстраполяции.

`Orifice maximum area` - Максимальная площадь открытия
`8e-5` m ^ 2 (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Укажите площадь полностью открытого отверстия. Значение значения параметров должно быть больше нуля. Этот параметр используется, если Variable orifice parameterization установлено на By maximum area and opening.

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

Задайте максимальное перемещение поршня управления. Значение значения параметров должно быть больше нуля. Этот параметр используется, если Variable orifice parameterization установлено на By maximum area and opening.

`Tabulated orifice opening` - табличные данные длины поршня управления
`[-.002, 0, .005, .015]` (по умолчанию) | численный массив

Задайте вектор значений входа для открытий отверстия как одномерный массив. Вектор входных значений должен быть строго увеличен. Значения могут быть неоднородно разнесены. Минимальное количество значений зависит от метода интерполяции: необходимо задать как минимум два значения для линейной интерполяции, как минимум три значения для сплайна-интерполяции. Значения по умолчанию, в метрах [-2e-3,0,5e-3,15e-3]. Этот параметр используется, если Variable orifice parameterization установлено на By area vs. opening table. Tabulated orifice openings значения будут использоваться вместе с Tabulated orifice area значениями для одномерного поиска в таблице.

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

Задайте вектор площадей постоянного отверстия как одномерный массив. Вектор должен быть того же размера, что и вектор открытий отверстия. Все значения должны быть положительными. Значения по умолчанию в m ^ 2 [1e-12,4e-12,1.e-5,1.02e-5]. Этот параметр используется, если Variable orifice parameterization установлено на By area vs. opening table.

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

Этот параметр используется, если Variable orifice parameterization установлено на By area vs. opening table. Выберите один из следующих методов интерполяции для аппроксимации выхода значения, когда вход значение находится между двумя последовательными сеточными точками:

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

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

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

Этот параметр используется, если Variable orifice parameterization установлено на By area vs. opening table. Выберите один из следующих методов экстраполяции для определения значения выхода, когда значение входа находится вне диапазона, заданного в списке аргументов:

Linear - Выберите эту опцию, чтобы создать кривую с непрерывными производными первого порядка в области экстраполяции и на контуре с областью интерполяции.
Nearest - Выберите эту опцию, чтобы создать экстраполяцию, которая не идет выше высшей точки в данных или ниже самой нижней точки в данных.

Для получения дополнительной информации об алгоритмах экстраполяции см. PS Lookup Table (1D) блочной страницы с описанием.

`Orifice flow discharge coefficient` - коэффициент расхода отверстия
`0.7` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

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

`Orifice laminar transition specification` - Метод идентификации перехода гидравлического режима
`Pressure ratio` (по умолчанию) | `Reynolds number`

Выберите для блока режим перехода между ламинарным и турбулентным течениями:

Pressure ratio - Переход от ламинарного к турбулентному режиму плавен и зависит от значения параметра Orifice laminar flow pressure ratio. Этот метод обеспечивает лучшую сходимость моделирования.
Reynolds number - переход от ламинарного к турбулентному режиму происходит, когда число Рейнольдса достигает значения, заданного параметром Orifice critical Reynolds number.

`Orifice laminar flow pressure ratio` - Коэффициент давления на переходном режиме жидкости
`0.999` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Отношение давления, при котором поток переходит между ламинарным и турбулентным режимами. Значение по умолчанию 0.999. Этот параметр видим, только если параметр Orifice laminar transition specification установлен в Pressure ratio.

`Orifice critical Reynolds number` - Верхний предел ламинарного течения
`12` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Максимальное значение числа Рейнольдса для ламинарного течения. Значение параметра зависит от геометрического профиля отверстия. Вы можете найти рекомендации для определения значения этого параметра в учебниках гидравлики. Значение по умолчанию 12. Этот параметр видим, только если параметр Orifice laminar transition specification установлен в Reynolds number.

Запорный клапан

`Check valve maximum passage area` - Максимальная площадь открытия клапана
`1e-4` m ^ 2 (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Максимальная площадь поперечного проходного сечения клапана.

`Check valve cracking pressure` - Порог открытия клапана
`0.3e5` Pa (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Уровень давления, при котором начинает открываться отверстие клапана.

`Check valve maximum opening pressure` - Максимальное давление в клапане
`1.2e5` Pa (по умолчанию) | положительная скалярная величина

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

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

Полу-эмпирический параметр для характеристики емкости клапана. Его значение зависит от геометрических свойств отверстия и обычно приводится в учебниках или таблицах данных производителя. Значение по умолчанию 0.7.

`Check valve laminar transition specification` - Метод идентификации перехода гидравлического режима
`Pressure ratio` (по умолчанию) | `Reynolds number`

Выберите для блока режим перехода между ламинарным и турбулентным течениями:

Pressure ratio - Переход от ламинарного к турбулентному режиму плавен 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 происходит, когда число Рейнольдса достигает значения, заданного параметром Check valve critical Reynolds number.

`Check valve laminar flow pressure ratio` - Коэффициент давления на переходном режиме жидкости
`0.999` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Отношение давления, при котором поток переходит между ламинарным и турбулентным режимами. Этот параметр видим, только если параметр Check valve laminar transition specification установлен в Pressure ratio.

`Check valve critical Reynolds number` - Верхний предел ламинарного течения через запорный клапан
`12` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Максимальное значение числа Рейнольдса для ламинарного течения. Переход от ламинарного к турбулентному режиму происходит, когда число Рейнольдса достигает этого значения. Значение параметра зависит от геометрического профиля отверстия. Вы можете найти рекомендации для определения значения этого параметра в учебниках гидравлики. Значение по умолчанию 12. Этот параметр видим, только если параметр Check valve laminar transition specification установлен в Reynolds number.

Расширенные возможности

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

См. также

Check Valve | Counterbalance Valve (IL) | Variable Orifice

Темы

Гидравлический Привод с противовесным клапаном

Введенный в R2012b

Документация

Counterbalance Valve

Описание

Допущения и ограничения

Порты

Сохранение

P - Порт управления изотермическая жидкость

L - Загрузочный порт изотермическая жидкость

B - Порт противодавления изотермическая жидкость

Параметры

Основные параметры

Valve pressure setting - Давления открытия в порте L 50e5 Pa (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Valve spring stiffness - Жесткость пружины у порта L 1e8 Pa/m (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Pilot ratio - Отношение площади пилотной ёмкости к площади камеры нагрузки 3 (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Backpressure ratio - Отношение порта противодавления к площади порта нагрузки 4 (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Time constant - Время открытия клапана константа 0.06 s (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Leakage area - Открытая площадь полностью закрытого клапана 1e-9 m ^ 2 (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Отверстие переменного сечения

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

Orifice maximum area - Максимальная площадь открытия 8e-5 m ^ 2 (по умолчанию) | положительная скалярная величина

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

Tabulated orifice opening - табличные данные длины поршня управления [-.002, 0, .005, .015] (по умолчанию) | численный массив

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

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

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

Orifice flow discharge coefficient - коэффициент расхода отверстия 0.7 (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Orifice laminar transition specification - Метод идентификации перехода гидравлического режима Pressure ratio (по умолчанию) | Reynolds number

Orifice laminar flow pressure ratio - Коэффициент давления на переходном режиме жидкости 0.999 (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Orifice critical Reynolds number - Верхний предел ламинарного течения 12 (по умолчанию) | положительная скалярная величина