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连杆蝶阀四连杆机构运动的分析

发布时间:Mar 29, 2019         已有 人浏览
四连杆机构的运动分析:
1运动特性分析阀板的运动是由图2所示的杆系驱动的,这些杆系组成一个四连杆机构。一般认为阀板在四连杆机构带动下先平动,然后转动。由于四连杆机构的复杂性,所以在连杆蝶阀的设计中,设计者常常使用CAD或其它一些软件简单模拟阀板运动轨迹(图3),来验证在开关过程中,杆系间、阀板和阀体间是否存在干涉。而没有对阀板在运动中的详细轨迹和过程中的一些特点进行分析。下面将使用SolidWorksMotion对阀板的运动轨迹进行模拟,得到详细的运动轨迹曲线,来研究阀板在运动过程中的特点。本文在分析中假定阀板的启闭时间是30秒,并且从开启到关闭过程阀轴正好匀速转动90度。以图2所示,标记阀板上端点为A点,下端点为B点,则A、B点所形成的直线L与竖直面所形成的夹角α就是阀板的倾角。使用SolidWorksMotion对A、B两点所形成的直线L进行分析,得到图4所示的阀板角度随时间变化曲线。从图4中可以看出,阀板运动符合先平动后转动的规律。对阀板平动部分曲线进行放大(图5)发现,其实在阀板平动的同时先反方向转动一个小角度,然后才开始转动打开,并且阀轴在匀速驱动时,打开速度逐渐加快。为了对上面的这个特点进行深入分析,下面再次使用SolidWorksMotion对A、B点的运动进行分析,得到图6所示A、B点水平坐标随时间变化曲线。通过这两条曲线,可以看出,在前8秒内,A、B两点的曲线几乎重合,并且倾斜角度很小,说明在这段时间内阀板接近竖直,而且运行速度较慢,比较平稳;8秒之后阀板开始快速转动打开。对前8秒曲线进行放大(图7),可以看到A、B两点有两个重合位置(0秒、6.6秒)。在这两个位置,阀板处于竖直状态,也就是说阀门的关闭位置既可以设在第一个重合点上,也可以设在第二个重和点上。当阀轴转速相同时,以第二个竖直位置为阀门的关闭时间比第一个位置短22%,同时阀轴转动角度小22%。4.2两个位置计算比较分别以上述两个位置设计阀1和阀2,它们的驱动力矩分别为T1、T2,驱动转速为ω1、ω2,启闭时间为t1、t2,驱动角度为α1、α2。由上面分析可得0.78×α1=α2阀门所需驱动力可按下列公式计算:(1)式中T———驱动力矩,N•m;D———阀板直径,m;ΔP———阀板两侧介质压差,MPa;R———主轴偏心矩,m;Q———阀板自重,N;f———铰链间的摩擦系数;k———安全系数,一般取1.1~1.2。由公式(1)可得:T1=T2,既两个位置的驱动力相同。P=T×ω(2)式中P———驱动功率,W;ω———驱动转速,rad/s。α=t×ω(3)式中t———启闭时间,s。当t1=t2时,由公式2、3可计算出:P2=0.78P1。所以当同样的启闭时间下,阀2所需的驱动功率更小。5、总结在中小通径和中高压力的连杆蝶阀设计中,通常选用第一个竖直位置为阀门的关闭位置。选择这个位置的优点是:阀板在开启过程中更平稳;而在一些特殊用途的连杆蝶阀,比如大通径(DN≥3000mm)和快开式连杆蝶阀和紧急切断阀,需要更小的驱动功率或更短的开关时间,选择第二个竖直位置为阀门的关闭位置为最优。所以在连杆蝶阀的设计中,只有对连杆机构进行详细的运动分析,才能找到最优的位置,生产出具有国际水平的阀门。