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國內(nèi)外現(xiàn)有的常規(guī)氣動(dòng)系統(tǒng)的開關(guān)控制閥一般只能應(yīng)用于壓力低于1.OMPa的場合。所謂的高壓氣動(dòng)開關(guān)控制閥也只能應(yīng)用于系統(tǒng)壓力低于3.OMaP的氣動(dòng)系統(tǒng)中,而且主要用于小流量控制;高于3.OMaP的大流量高壓氣動(dòng)開關(guān)閥產(chǎn)品國內(nèi)還少有應(yīng)用。研制高壓氣動(dòng)開關(guān)閥的目的是為氣動(dòng)汽車高壓氣體動(dòng)力系統(tǒng)容積減壓控制裝置提供一種必要的控制元件,實(shí)現(xiàn)高壓氣

體動(dòng)力系統(tǒng)節(jié)能減壓。高壓氣體作為動(dòng)力工作時(shí),常規(guī)的減壓控制方法是采用節(jié)流型的壓力調(diào)節(jié)裝置仁’,2飛,這對于間歇工作、只對功能性有要求的氣動(dòng)系統(tǒng)是合理的。但對于連續(xù)工作、動(dòng)力性能要求高的氣動(dòng)系統(tǒng),就必須考慮能量利用的經(jīng)濟(jì)性。節(jié)流控制是一種不可逆的能量變化過程,存在較大的能量損失,不利于系統(tǒng)的高效利用。因此高壓氣動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)需要采用減壓節(jié)能效果更好的容積膨脹減壓控制方式,高壓氣動(dòng)開關(guān)控制閥是高壓氣體容積膨脹減壓控制系統(tǒng)中重要的控制元件。但由于氣體的低粘性、低潤滑性,高壓氣體的密封難度遠(yuǎn)高于高壓液體,動(dòng)密封副之間的摩擦也比較嚴(yán)重,這些都使得高壓氣動(dòng)開關(guān)閥的研究與應(yīng)用受到限制。針對高壓氣動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)容積減壓的需要,本文通過材料選擇、密封方式設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)川,開發(fā)了高壓氣動(dòng)開關(guān)控制閥。

1設(shè)計(jì)指標(biāo)

(l)壓力范圍:0.5一10MaP;

(2)流量范圍:90時(shí)/;h

(3)操縱電壓:直流24;V

(4)壓力損失:<0.2Mpa;

(5)開關(guān)時(shí)間:<0.55;

(6)控制方式:內(nèi)控或外控。

2閥的組成與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)高壓氣動(dòng)開關(guān)控制閥由電磁先導(dǎo)閥部分和主閥部分組成,如圖1所示。先導(dǎo)閥部分采用密封性好且耐高壓的電磁球閥。主閥部分包括錐閥心、閥套、聯(lián)接閥蓋、預(yù)緊彈簧和閥體等幾部分。錐閥心和閥套是高壓氣動(dòng)開關(guān)控制閥進(jìn)行開關(guān)控制的兩個(gè)核心零件,它們組成高壓氣動(dòng)開關(guān)控制閥的動(dòng)密封副。通過控制錐閥心與閥套之間的錐形密封面的接觸與分離實(shí)現(xiàn)主閥通道的關(guān)和開;錐閥心與閥套之間的圓周密封面構(gòu)成開關(guān)閥的滑動(dòng)密封副,用于保證控制腔室以及錐閥心在運(yùn)動(dòng)過程中的密封。飛

高壓氣動(dòng)開關(guān)閥結(jié)構(gòu)組成各主要零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)描述如下:錐閥心的上、下端設(shè)計(jì)成不同的有效作用面積,用以保證先導(dǎo)閥控制高壓氣體驅(qū)動(dòng)主閥實(shí)現(xiàn)開和關(guān)。錐閥心的一端設(shè)計(jì)成錐面并附有硫化橡膠,橡膠與密封面接合時(shí)可以補(bǔ)償由于加工精度和同心度誤差造成的間隙,防止高壓氣體的穿漏和滲漏,從而保證主閥開關(guān)通道的密封;另一端設(shè)計(jì)加工成深孔便于安裝彈3一的摩擦阻力,將錐閥推到上部,密封錐面開啟,將主閥通道打開,開關(guān)閥處于打開狀態(tài)。采用外控型工作時(shí),只需保留閥體內(nèi)的密封塞,卸掉閥蓋上的絲堵并引入外部高壓控制氣體,其它連接方式和控制工作原理與采用內(nèi)控方式工作時(shí)相同。

4工作參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算高壓氣動(dòng)開關(guān)閥的氣動(dòng)回路原理和結(jié)構(gòu)簡化模型分別如圖2(a)、(b)所示。結(jié)合圖2,參考有關(guān)文獻(xiàn)陳4一,可對高壓氣動(dòng)開關(guān)閥的錐閥心進(jìn)行受力分析。

。鄂蘸叭ó瓢黯訓(xùn)簧。錐閥心與閥套之間的圓周面動(dòng)密封采用聚四氟乙烯組合密封圈,聚四氟乙烯材料作為摩擦副,可以減小摩擦阻力和磨損;橡膠0形圈的彈性變形用于提供和補(bǔ)償密封面之間的接觸壓力,從而保證動(dòng)密封效果良好、_閥套與閥蓋、錐閥心之間形成高壓氣動(dòng)開關(guān)閥的控制腔容積,從而通過先導(dǎo)閥控制該容積腔的充放氣和容積變化來實(shí)現(xiàn)主閥的開和關(guān)。閥套上設(shè)有與低壓連通的呼吸孔,呼吸孔的作用是消除閉死容積對錐閥心的開、關(guān)狀態(tài)的影響,保證主閥按控制要求實(shí)現(xiàn)正常的開和關(guān)閥蓋是先導(dǎo)閥與主閥工作部件之間的連接件,內(nèi)部設(shè)計(jì)有控制氣體引人通道、控制氣體輸出通道和控

制氣體排氣卸壓通道。閥體上設(shè)計(jì)有進(jìn)氣口、出氣口和卸壓口,以及控制氣體引出通道。閥體上還設(shè)一計(jì)有一個(gè)輔助零件一密封塞,其作用是當(dāng)高壓氣動(dòng)開關(guān)閥采用外控方式工作時(shí),用于堵塞內(nèi)部高壓控制氣體引出通道,以便引入外部控制氣體對高壓氣動(dòng)開關(guān)閥進(jìn)行控制。如果采用內(nèi)控方式工作時(shí),必須將密封塞卸掉,保證內(nèi)部控制氣體引出通道暢通,使內(nèi)部控制氣體對高壓氣動(dòng)開關(guān)閥進(jìn)行控制。彈簧一端裝人錐閥心的深孔內(nèi),另一端裝人閥蓋

L的彈簧座孔內(nèi);彈簧安裝時(shí)帶有預(yù)壓縮量,用于保證錐閥心與閥套之間的錐面初始密封。組裝高壓氣動(dòng)開關(guān)控制閥時(shí),如果保留閥蓋上的絲堵,卸掉閥體內(nèi)的密封塞,則高壓氣動(dòng)開關(guān)閥為內(nèi)

控型;如果保留閥體內(nèi)的密封塞,卸掉閥蓋上的絲堵并引人高壓控制氣體,則高壓氣動(dòng)開關(guān)閥為外控型。因此,根據(jù)密封塞和絲堵在高壓氣動(dòng)開關(guān)閥組裝時(shí)的選取和搭配,高壓氣動(dòng)開關(guān)控制閥可分為內(nèi)控型和外控型。

3閥的工作原理高壓氣動(dòng)開關(guān)控制閥的工作原理是:采用內(nèi)控型工作時(shí),進(jìn)氣口通過接頭與氣源聯(lián)接,出氣口通過接頭和管線與容積膨脹減壓裝置聯(lián)接,卸壓口可聯(lián)接消聲器。若電磁先導(dǎo)閥接收到控制信號將高壓氣體控制

通道打開,錐閥上部腔室充人與錐閥下部腔室壓力相同的高壓氣體,由于錐閥上部有效作用面積大于錐閥

下部有效作用面積,則錐閥在壓力差和彈簧力的作用下克服密封副的摩擦阻力,將錐閥壓下,密封錐面保持緊密接合,將主閥通道切斷,開關(guān)閥處于關(guān)閉狀態(tài)。若電磁先導(dǎo)閥接收到控制信號將高壓氣體控制通道關(guān)閉,卸壓通道打開,錐閥上部腔室氣體通過卸壓口排出,錐閥下部腔室保持高壓氣體壓力,此壓力作用在錐閥下部,則錐閥在該力作用下克服彈簧力和密封副閥的氣動(dòng)回路原理與結(jié)構(gòu)簡化模型閥開始關(guān)閉瞬間的受力F。為F。二pIA,+`+sF一p姓2一F一F汪==aM,(])閥開始開啟瞬間的受力F。為

oF二P產(chǎn):一PZA;一`一凡一F二aMZ(2)其中A,二初子4/,AZ二初圣4/,A3二7rD子4/(3)F=左F,,2(4)F卜2=L界+A幾(5)左二二(刀呂一`子)辮(6)F己=城卜Coso(7)式中:pl、p:分別為控制腔關(guān)閉和開啟過程的氣體壓力,p,為高壓腔的氣體壓力,AI、AZ、A3分別為控制腔、閥腔、高壓腔的錐閥心有效作用面積,D;、DZ、D:分別為控制腔、閥腔、高壓腔的錐閥心直徑,凡

為閥心所受的彈簧力,凡為錐閥心所受的瞬態(tài)液動(dòng)力,`為閥心所受的重力,M為閥心的質(zhì)量,a,、a2分別為錐閥心關(guān)閉和開啟過程的加速度;F,,2為閥心的滑動(dòng)摩擦力,F為錐閥心的靜摩擦力,人為始動(dòng)摩

擦轉(zhuǎn)換系數(shù),L為密封接觸寬度,D。為密封接觸面直徑,d;為密封圈內(nèi)徑,sT為單位寬度摩擦力,凡為單位面積摩擦力,A為密封接觸面積;戶為高壓氣體密度,Q為高壓氣體流量,。為氣體流動(dòng)速度,o為錐閥的半錐角度。根據(jù)上述計(jì)算公式,結(jié)合經(jīng)驗(yàn)系數(shù)的確定,得出研制的先導(dǎo)式高壓氣動(dòng)開關(guān)閥的基本參數(shù)為:D,=25mnr,DZ=20llun,D3=15fnnr,0=450。經(jīng)過室內(nèi)試驗(yàn),研制的高壓氣體控制閥滿足了設(shè)計(jì)要求。(一F轉(zhuǎn)第94頁)《機(jī)床與液壓》以刃3.N02樣本的選取對預(yù)報(bào)模型的訓(xùn)練至關(guān)重要,若樣本

數(shù)太少,經(jīng)過訓(xùn)練的網(wǎng)絡(luò)性能不好,若樣本數(shù)增加,勢必增加樣本數(shù)據(jù)采集的工作量及訓(xùn)練時(shí)間。由于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有較好的內(nèi)插性,而外插性能較差。因此在樣本中力爭使樣本數(shù)據(jù)包括全部模式,并考慮隨機(jī)噪聲的影響。樣本采集前使機(jī)床停車6小時(shí)以上,然后在空載情況下使機(jī)床連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn),每隔10分鐘將四個(gè)檢測量測量一次,當(dāng)機(jī)床達(dá)到熱穩(wěn)態(tài)時(shí),共可測量46次,將采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行處理得到46組訓(xùn)練樣本,采用Maltab神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱中的訓(xùn)練函數(shù)進(jìn)行訓(xùn)練,最后得到預(yù)報(bào)模型的參考矩陣。預(yù)報(bào)模型是預(yù)報(bào)補(bǔ)償技術(shù)的基礎(chǔ),預(yù)報(bào)準(zhǔn)確性決定了預(yù)報(bào)補(bǔ)償?shù)木?。由于?shù)控機(jī)床熱態(tài)過程的不確

定性,受環(huán)境、加工條件和切削液是否使用等條件的影響,為了進(jìn)一步提高預(yù)報(bào)精度,對預(yù)報(bào)結(jié)果進(jìn)行在線修正。在k+l時(shí)刻我們可測得機(jī)床熱誤差實(shí)際值S(k+l),因此k時(shí)刻的預(yù)報(bào)誤差E(k+l)=S(k+l)一YB(k+l/k),其中S(k+l)為實(shí)際誤差向量,由X(k+一)和y(k+l)組成,紹(無+l/k)為預(yù)報(bào)值向量油X(k+l/k)和Y(k+l/k)組成,利用E(k+l)可對模型的下一步預(yù)報(bào)YB(k十2/k+l)進(jìn)行修正,修正后的預(yù)報(bào)值為YB(k+2/k+l)+hE(人+l),h為兩維向量,

4結(jié)論

(l)基于無限沖激響應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的熱誤差補(bǔ)償使誤差補(bǔ)償與產(chǎn)生同步進(jìn)行,可使被加工零件的精度得到甚至超過數(shù)控加工機(jī)床本身的精度,此項(xiàng)技術(shù)是提高數(shù)控加工精度的有效方法之一;2)通過延時(shí)單元把輸入輸出以前的狀態(tài)存在延時(shí)單元中,使模型具有動(dòng)態(tài)性質(zhì),較好地解決了熱變形的非線性及交互作用問題;(3)采用預(yù)報(bào)值直接修正法,方法簡單,可滿足

熱誤差實(shí)測曲線與預(yù)報(bào)曲線的比較可用時(shí)間序列建模的方法辨識h中的系數(shù)。圖3為立式加工中心熱誤差的實(shí)測與訓(xùn)練后的模型智能預(yù)報(bào)仿真結(jié)果,二者比較結(jié)果表明,預(yù)報(bào)結(jié)果與實(shí)際值非常接近,最大誤差為6%,這說明無限沖激響應(yīng)網(wǎng)絡(luò)可以作為預(yù)報(bào)模型,并且精度較為理想。

3熱誤差的實(shí)時(shí)補(bǔ)償經(jīng)過離線訓(xùn)練,我們得到了一個(gè)動(dòng)態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)報(bào)模型,此時(shí)即可以進(jìn)行實(shí)時(shí)補(bǔ)償。首先用溫度傳感器和測微計(jì)測量機(jī)床特征點(diǎn)的溫度及熱位移值,然后將這些值輸入到預(yù)報(bào)模型,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)便能預(yù)報(bào)出下一步相應(yīng)的補(bǔ)償值,并根據(jù)前一步實(shí)測誤差進(jìn)行修正,最后將結(jié)果反饋給數(shù)控機(jī)床的控制系統(tǒng),控制系統(tǒng)將給定信號與預(yù)報(bào)補(bǔ)償值進(jìn)行綜合處理,采用相應(yīng)指令來補(bǔ)償這一熱誤差,以達(dá)到提高加工精度的目的。

5結(jié)束語先導(dǎo)式高壓氣動(dòng)開關(guān)閥的研制成功,為氣動(dòng)汽車高壓氣體動(dòng)力系統(tǒng)容積減壓控制裝置實(shí)現(xiàn)高壓氣體動(dòng)力系統(tǒng)節(jié)能減壓提供了必要的保證。研制的先導(dǎo)式高壓氣動(dòng)開關(guān)閥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡單、緊湊,密封設(shè)計(jì)性能可靠,采用電子信號控制高壓大流量氣體,操作方便,易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制,氣體流通過程中的節(jié)流損失小,適合于高壓大流量氣動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)和氣動(dòng)回路的開關(guān)控制。

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