如何判断SMC比例阀的好坏
时间：2021-02-26 阅读：1696
如何判断SMC比例阀的好坏
SMC比例阀也有称低压阀，是相对中压阀而言的，标准名称是家用瓶装液化石油气调压器，它应用于千家万户，且对我们的生命安全息息相关。
SMC比例阀是通过调节，将进口压力减至某一需要的出口压力，并依靠介质本身的能量，使出口压力自动保持稳定的阀门。
从流体力学的观点看，SMC比例阀是一个局部阻力可以变化的节流元件，即通过改变节流面积，使流速及流体的动能改变，造成不同的压力损失，从而达到减压的目的。
SMC比例阀根据输出压力和流量分为低压阀、中压阀和高压阀。
低压阀—公称压力PN 小于1.6MPa的阀门（JYT-0.6表示每小时气流量≤0.6立方）。
中压阀—公称压力PN 2.5~6.4MPa的阀门（额定流量≥0.8立方）。
高压阀—公称压力PN10.0~80.0MPa的阀门。
SMC比例阀广泛应用在各种液压系统中，它性能的好坏对整个液压系统的性能指标影响较大。因此该文在分析直动式和先导式SMC比例阀工作原理的基础上，运用液压主流仿真软件AMESim建立SMC比例阀仿真模型。所建立的模型可以用于SMC比例阀的静动态特性分析，为SMC比例阀的设计与优化提供参考。在液压系统中经常有单泵多执行器回路，当某个执行器需要一个比较低的工作压力（该压力低于泵的供油压力）就要用到SMC比例阀[1]。SMC比例阀在这些系统中往往起着关键的作用，其性能的好坏对整个液压系统的性能指标影响较大。SMC比例阀根据调节性能的不同，可以分为定差SMC比例阀、定值SMC比例阀以及定比SMC比例阀，目前用的广泛的SMC比例阀为定值SMC比例阀。因此选用定值SMC比例阀作为研究对象来讨论其仿真模型的创建方法，为进一步的分析SMC比例阀的静动态特性提供基础，并为阀的设计与优化提供参考。
根据结构和工作原理的不同定值SMC比例阀可以分为直动式SMC比例阀和先导式SMC比例阀[2]。两种类型的SMC比例阀对应的建模方法差异较大，下面从阀的结构特点和工作原理着手，运用AMESim软件进行对应模型的创建。
SMC比例阀的结构示意图如图1所示，阀芯在调压弹簧的作用下处于左端位置，进油口和出油口相连通，此时SMC比例阀口h处于大状态，起不到减压的作用，进口压力和出口压力相等。出口油液经过阻尼孔a对阀芯形成一个向右的液压力，其值为p2A。当出口压力增大，满足p2A＞F（其中F为弹簧的调定压力）时，阀芯右移，SMC比例阀口h被关小，液压油流过阀口的阻力增加，SMC比例阀起作用。经过一个过渡过程后，阀芯会稳定在某一位置上，在不计其他阻力的前提下，阀芯可以认为仅受到液压力和弹簧力，且两者相平衡。此时出口压力p2将基本稳定在一个确定值（该值是一个与弹簧调定压力相对应的值），且该值比p1小。
SMC比例阀的建模方法可以归纳为两类，方法是直接运用软件中的标准液压库HYD的现存的模型，如图2所示。可以选用RV003、RV004模型作为SMC比例阀的仿真模型，对SMC比例阀的主要参数如调整压力、大压力等进行设置，并将其放入具体的回路中就可进行仿真以获得相关特性。如图3所示为研究SMC比例阀特性的简单仿真回路。将元件1的输出压力设为20 bar，元件2的调整压力和大压力设为10 bar和11 bar，元件3的压力在10 s内从0线性增大到14 bar，进行仿真后可以得到图4所示的SMC比例阀的流量压降特性曲线。分析该曲线可以发现当SMC比例阀的出口压力在10～11 bar之间，通过SMC比例阀的流量基本不变，SMC比例阀起到了减压作用。当出口压力大于11 bar时，经过SMC比例阀的流量为0，说明此时SMC比例阀已经关闭。当出口压力小于10 bar时，SMC比例阀不起减压作用。如果考虑SMC比例阀阀芯所受的摩擦力，通过设置相应的参数就可得到如图5所示的SMC比例阀的死区特性，可以看出SMC比例阀开启和关闭时不同的流量压力特性曲线。
SMC比例阀模型创建的第二类方法是根据阀的工作原理综合应用软件中的标准液压库HYD、机械库以及液压元件设计库HCD来搭建。如图6所示为搭建的滑阀式直动SMC比例阀仿真模型，通过合理的设置参数，运行仿真后可以得到图7所示的节流阀入口处的压力曲线。从该曲线可以看出在0～0.2 s这个时间段，SMC比例阀出口处的压力出现超调现象，整个液压系统处于调节状态。之后压力的输出基本恒定，但有一个下降和上升的过程，是因为节流阀的控制信号设置引起的，能较好的反映出SMC比例阀的工作状况。利用图6所示的模型，通过修改能影响SMC比例阀特性的主要参数（如阻尼孔径、调压弹簧刚度等），探寻这些参数对阀的特性的影响规律，从而指导SMC比例阀的设计。如何判断SMC比例阀的好坏
SMC比例阀相对直动式SMC比例阀性能更好，应用也更为广泛[3]。它主要是利用液压油经过缝隙时的液阻减压效应，其工作原理图如图8所示。系统中的压力油从SMC比例阀的p1口（进油口）流入，然后通过减压缝隙h后，再从阀的p2口（出油口）流出。流出的油液一部分从出油口流出并到后续的执行机构，与此同时另一部分油液也分成两路，一路经过图中所示的a通道到达主阀芯的下腔，另外一路经过细长孔b来到主阀芯的上腔，终作用在先导锥阀芯上，液压油向锥阀芯施加了一个方向向左的力。当p2低于调定压力Fs时，锥阀关闭，主阀芯上下油腔的压力相等（p2=p3），SMC比例阀口h开得大，SMC比例阀处于不工作状态。当分支油路负载增加，p2升高导致p3高于调定压力时，锥阀打开，主阀上腔少量油液流回油箱，由于阻尼孔b的存在，主阀上腔压力低于下腔压力，当该压力差产生向上的力足够大，主阀芯上移。SMC比例阀口h变小，减压作用增强，从而使得出油口的压力下降，当该压力值下降到一定的值，SMC比例阀的两个阀芯又重新达到受力平衡状态，此时对主阀芯进行受力分析可以获得下述方程：
p2=p3+Fs/A可见，p2<p3且基本保持恒定。