[发明专利]一种调节阀阀芯型面的设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及流体机械领域以及计算机辅助设计(CAD)领域，具体而言，涉及一种流量调节阀阀芯型面的设计方法。

背景技术

调节阀作为液压气动控制系统中的终端元件，在调节系统中必不可少。阀芯作为调节阀的关键部件，阀芯的型面直接决定了调节阀的流量调节特性，其合理的设计对于调节阀的性能以及生产效率意义重大。

目前阀芯的设计还没有一个高效、通用的设计方法。现在主要还是以经验、流量试验和修形结合的设计方法。然而这样的设计方法过程复杂、效率低、研发周期长、开发费用高，严重降低了企业的效率。

文章(杨明，安培文.调节阀柱塞型阀芯形面数学模型推导[J].流体机械，2009，37(10)：34-37.)提到一种阀芯的设计方法，其采用了曲线包络线对阀芯型面建立了工程数学模型。其设计方法能够满足具有特定阀座即阀座为平面的调节阀门设计。该方法不适合任意阀座型面的阀芯设计。

发明内容

为了弥补现有设计方法只适用于特殊阀座，本发明提出一种调节阀阀芯型面的设计方法，根据任意给定的阀座型面，按照给定的调节阀流量特性设计阀芯型面，以实现设计的流量特性。

本发明一种调节阀阀芯型面的设计方法，包括以下步骤：

步骤一、获取阀座型面m+1个离散点，得到离散的坐标点集{x_j，y_j}，j＝0，1，2…m，；

步骤二、离散阀座行程：

将阀座总的行程离散为n+1个离散的节点，行程节点索引号为i的行程节点处阀座的位移i＝0，1，2…n，p_n为阀座总的行程；

步骤三、初始化行程节点索引号i＝0，即p_i＝p₀，阀座型面位于初始位置；

步骤四、判断位移p_i≤p_n，若是，则转步骤五；若否，则转步骤十二；

步骤五、平移阀座型面离散点，将阀座初始型面离散点沿y轴平移p_i就得到当前的阀座型面离散点，即对初始阀座型面离散点集做变换{x_j，y_j}→{x_j，y_j+p_i}；

步骤六、初始化阀座型面离散点索引号j＝0；

步骤七、判断j≤m是否成立，若是，则转步骤八；若否，则转步骤十。

步骤八、求解等面积曲线：

由

确定离散点(x_j，y_j+p_i)等面积曲线；

过流面积A_i、θ为点(x_j，y_j+p_i)和点(x，y)的连线与x负方向的夹角。

步骤九、阀座型面索引号j自加1，即j＝j+1，转步骤七；

步骤十、计算一次包络线；

由步骤七到步骤九对位移为p_i阀座型面曲线上所有的离散点{x_j，y_j+p_i}都求取了等面积曲线，组成一个曲线族A，利用包络线方法，由曲线族A可以得出一次包络线3；

步骤十一、行程节点索引号i自加1，即i＝i+1，计算新的位移转步骤四；

步骤十二、计算二次包络线

步骤四到步骤十一对所有的行程离散点对应的阀座型面曲线都求取了一次包络线，这一系列一次包络线构成一个曲线族B，利用包络线方法，由曲线族B可以得出一条二次包络线，即阀芯型面。

为了实现上述目的，本发明根据阀座型面曲线，采用数值计算、通过两次包络线方法确定阀芯型面。

阀芯型面的设计就是要保证阀芯在任意位置，阀芯与阀座之间的最小流通面积都满足设计的流通面积，而不同的阀芯位置具有不同的流通面积。

首先阀芯在某个位置时，阀座上任一点，根据阀芯位置对应的设计流通面积可以计算出一条曲线，该曲线上任一点与阀座上该点连线绕阀芯轴线旋成的曲面面积为该阀芯位置对应的设计流通面积。那么由阀座上所有点可求出一系列曲线，这一系列曲线求得的一次包络线即为等流通面积曲线。

然后对阀芯所有位置都计算出其对应的等流通面积曲线就能得到一系列曲线，那么由这一系列曲线求解出的二次包络线就是所求的阀芯型面。