输出力的定义及计算

发布时间:2010-07-15  点击数:4682
1、输出力的正确定义
    首先我们引入几个符号:ft表示任意开度的不平衡力;Ft表示阀关闭时的不平衡力;“-”表示不平衡力的作用方向是将阀芯顶开的;“+”表示不平衡力的作用方向是将阀芯压闭的。
    过去的定义是:执行机构用来克服不平衡力的力。这个定义有两个问题:①调节阀任意开度都存在着不平衡力ft,这样,执行机构任意开度都有输出力克服Ft,使阀信号压力与开度一一对应,ft变化不影响阀位。实际并非如此,只有带定位器时才有这种功能。②克服“+”、“-”ft问题没有区分,造成混为一体的模糊概念,导致计算错误。表现在现场时,就是有的阀关不死或打不开。
    我们知道,“-” Ft对阀芯产生顶开趋势,所需执行机构的输出力应该是克服它顶开,并保证阀密封的力;“+” Ft对阀芯产生压闭趋势,所需输出力应该是保证阀启动并能走完全行程的力。于是,我们得出输出力的正确定义为:阀处关闭位置时,执行机构具有克服“—” Ft,以保证阀的密封,克服“+” Ft,以保证阀正常启动并能走完全行程的力,这种力称为执行机构输出力,以F表示。
2、气动薄膜执行机构输出力的正确计算
   过去F计算,没考虑Ft的不同作用方向,笼统地按阀处在“-” Ft情况来处理,造成阀处在“+” Ft的情况下工作时打不开等问题。下面分两种情况讨论。
   1)“-” Ft时的F计算
   (1)对气开阀,执行机构的预紧力,即Po·Ae,作用在阀芯上,克服“-” Ft,以保证阀密封。故其F为:
       (2)对气闭阀,阀走完全行程,即阀芯接触阀座之后,再继续增加的力才作用在阀芯上克服“-” Ft,以保证阀的密封,故其F为:
        F=(P-Pr)·Ae (PL<P≤Pmax =                     (19) 2)“+” Ft时的F计算
  “+” Ft所需的输出力是将阀芯打开的力。阀关闭时,阀芯受力为“+” Ft,阀一旦启动,它随开度的增加而按ft变化规律下降。由于阀从关至全开的弹簧张力变化为PrAe,所以当Ft ≥PrAe时,只要Ft下降PrAe,则弹簧张力相应补偿PrAe,阀靠Ft减小而启动至全开。这种阀一旦启动,信号压力不变,靠Ft减小而使阀突然打开一个范围,就是我们常说“突然启跳”。当Ft﹤PrAe时,小于部分则信号压力的正常改变使阀全开。
   从上述讨论中可以看出:当“+” Ft≥ PrAe时,只要保证阀启动就可保证阀全开,不必在信号压力P中考虑阀全开而扣除Pr,即“+” Ft的F计算,不考虑Pr的影响。具体计算如下: 
  (1)对气开阀,首先是克服预紧力,余下的执行机构作用力才能抵抗“+” Ft,把阀芯拉开,故其F为:
        F=(P-Po)·Ae (Po﹤P≤Pmax)                            (20)
  (2)对气闭阀,阀的启动是靠信号压力的减小,靠弹簧张力把阀拉开。故静态时,阀关闭到位时弹簧所具有的张力,就是把阀启开的作用力,即
        F=PL·Ae (PrBPL≤Pmax)                       (21)
   3)小结
   通过上述分析,还可得出如下有用的结论:
   (1)“+” Ft的F计算,不扣除Pr,所以比原笼统地按“-” Ft计算要扣除Pr的输出力大得多,否定了笼统地说气动薄膜执行机构输出力小的结论。如最大执行机构的Ae=1600cm   (2)选用大的Pr,即可提高稳定性,又可提高“+” Ft时气闭阀的输出力。
   (3)因“+”、“-” Ft方向相反,故所需输出力方向也相反。如气开阀,对“-” Ft,增加F是调紧,即增大P0;对“+” Ft,增加F是调松,即要减小P0。由于过去笼统地按“-” Ft考虑,因而造成阀在“+” Ft情况下工作时F正好是减小,这就是“+” Ft时有的阀关不死,或打不开的原因所在。
   (4)因“+” Ft比“-” Ft获得更大的F,故阀在“-” Ft的情况下不能正常工作时,可以通过改变流向的办法,使阀在“+” Ft的情况下工作,使之克服不平衡力。
   (5)对两位型调节阀,它只起开关作用。因此,应使之在“+” Ft情况下工作(通常为流闭型)。这样,一方面它可获得比“-” Ft大3~5倍以上的许用压差,另一方面,“+”Ft的作用是将阀芯压紧,增加了阀芯对阀座的密封力,提高了切断效果,通常泄漏量可比“-” Ft小(80~90)%。
3、活塞执行机构的输出 
   活塞执行机构受力如图3—1所示。,从图可知其输出力为:
      

式中:D——活塞直径cm      P1、P2——气缸两侧压力。
     η——气缸效率(一般η=0.8)。