浅析角行程执行器全行程时间与输出力矩的函数关系研究

发布时间:2011-02-16  点击数:2962
    通常,在研发新的产品系列或对原有的产品作较大幅度的修改更新时,必然要涉及行程时间的设定,我们可以参考同类型相同或相近扭矩的参数,但仍然存在以下问题:
    1、在没有可供参考的扭矩范围,怎样设置行程时间。
    2、在行程时间的设定不得不调整的情况下,如何对调整方案的合理性进行评估;
    尽管行程时间的可以在一个较大的范围选择,而对于一个具体的产品,一种最佳的设置方案总是客观存在的,无论是设计新产品还是改进产品,都应尽可能接近最佳点。
    这样就需要确定这个最佳点的理论支撑,即建立一个准则。
一、基本原理
    在相同的工作压力下,角行程电动执行机构的工作力矩主要是由调节阀的口径决定的。在流体压力一定时,阀门承受压力与口径的平方成正比。如果全行程时间不变,同样转动90°,图1中A点的线速度将随着阀门口径的增大而变大,这将给阀门带来额外的负荷,且对电动执行机构要求的功率剧增,这显然不合理。因此通过调整不同输出力矩执行器的全行程时间来改变角速度,从而使A点的线速度处在一个较合理的范围。
    A点的线速度为:
    vA=ωR, R为阀门工作半径。
    全行程角度为90°,设全行程时间为t,则VA= (90°/t)R    (1)
    根据相同的工作压力下执行器力矩与阀门口径间的关系:M=KR2    (2)
    由式(1)和(2)得到
    t=(90°/VA)·(M/K)1/2
    这里VA、K为常数,则
    t=kM1/2或t=kM1/2+C    (3)
    式(3)便是在相同压力下执行器输出力矩、全行程时间之间的基本关系。

二、函数关系式的建立和调整
    不同的执行器系列产品可能有不同的初始点和变动趋势,确定式(3)中k, C值可通过计算、实验和类比的方法得到。
    考虑市场的兼容性,本文建议采用类比法。即广泛收集各种系列执行器产品的资料,特别是发达国家的主流产品资料,吸收可供借鉴的数据,从中筛选一组较合理的对应点,进行计算、比较,初步建立起函角行程执行器输出力矩与全行程时间函数关系探讨刘仲刚数关系式。然后利用此关系式再计算分析。这个过程既可能调整函数关系式中的k, C值,也可能调整先筛选出的对应点,其原则是尽可能缩小与大多数预选点的误差,调整、修改个别预选点。经过反复调整,与80%以上的预选点都达到良好吻合后,可以确定关系式。
    我所目前设计新的角行程执行器采用式(4),
    t=10(0.125M1/2+0.3)   (4)
    图2为式(4)的曲线。

    设计时将输出扭矩值带入,计算结果可作适当的调整。按照此方法,我所的部分角行程执行器的力矩-行程时间设置见表1所示。

表1 输出力矩-行程时间对应关系表
输出力矩(牛米) 100 250 500 700 1000 2500 6000 16000 40000
行程时间(秒) 16 23 31 36 43 66 100 160 253

三、需要说明的问题
    1、如果严格采用本文提出的方法来规范执行器的设计,将会出现减速比设置的级数增多,设计工作量相对增大的情况,甚至难以找到结构一致的匹配,这是需要进一步深人研究,通过努力来解决的问题。
    2、如何提升执行器产品的品质,要解决的问题是多方面的,对于同系列执行器产品的输出力矩一时间进行有依据的规范,对于这种提升是有益的。
    3、由于得出上述结果的前提是阀门不论大小,动作时的最大线速度为一定,如果设定的最大线速度降低或增高,就应通过调整式(3)中k,C值得到合适的公式,不能再使用式(4)。
    4、式(3)所依据的前提也不一定是唯一科学的和合理的,此前我们也试用过力矩的2/3次方关系,但平方根关系在理论上更站得住脚。
    5、对于输出力矩一时间的规范也是相对的,对于一些有特殊要求的阀门,要具体对待。而对于通用执行器的系列化而言,其合理性还是显而易见的。