上接：气动阀门颤振的局部稳定与全局稳定特性（一）

3.3 保险阀抗扰动特性仿真分析

针对保险阀试验系统，利用AMESim和Matlab联合仿真，研究处于平衡状态的保险阀系统，阀芯在受到加速度扰动时的位移扰动响应曲线。通过迭代求解使保险阀在验收级随机振动条件(方均根加速度a‘=15g)扰动下恰能稳定的摩擦力，可得到保险阀系统在扰动量级为15g时的硬自激临界稳定曲线，结合线性稳定性分析中得到的软自激临界稳定曲线，可获得扰动量级为15g时，保险阀系统的软、硬自激临界稳定曲线，如图9所示。对于鉴定级随机振动条件(方均根加速度a‘=30g)，保险阀系统的软、硬自激临界稳定曲线，如图10所示。

从图10中可以看出，在验收级及鉴定级随机振动条件下，保险阀需要一定摩擦力保持系统的稳定性，摩擦力较小时，系统处于不稳定区域，任何小的扰动将会产生阀芯的颤振现象;摩擦力较大时，系统处于局部稳定状态，会产生小扰动稳定、大扰动不稳定的现象;摩擦力继续增大时，系统将处于全局稳定状态。对于阀芯摩擦力为9N的试验状态，在验收级和鉴定级振动条件下，均处于局部稳定状态，会出现地而通气试验中工作平稳、而在通气振动试验中发生明显“突突”异响的现象;增加摩擦力，会明显提高保险阀系统的稳定性，当阀芯摩擦力大于40N时，系统将在验收级和鉴定级随机振动条件下处于绝对稳定状态。

图7 小扰动状态响应特性

图8 大扰动状态响应特性

图9 保险阀系统软、硬自激临界稳定曲线 （a’一15g)

图10 保险阀系统软、硬自激临界稳定曲线(a'=30g)

4 保险阀非线性验证试验

根据上述仿真分析的结果，采用图5所示的试验系统，开展了保险阀在不同库仑摩擦力条件下的通气振动试验。

4.1 试验件状态

保险阀试验件结构原理如图4所示。通过调整阻尼圈的规格和尺寸，装配3件库仑摩擦力分别为9、21、45N的保险阀。

4.2 试验过程

试验系统如图5所示，具体参数见表1。试验时，控制减压器出口压力为0.5 MPa，保险阀处于微开状态，有气体排出，然后启动振动台，缓慢增压至减压器出口压力为2 MPa，待压力稳定后再缓慢降压至0. 5 MPa。重复此过程，观察保险阀的工作状态，是否存在明显的颤振现象;同时观察压力表，是否存在明显的压力脉动。

4.3 试验工况

试验工况包括

1)不同库仑摩擦力(9、21、45N)条件下保险阀的通气振动特性;

2)验收级和鉴定级随机振动条件下保险阀的通气振动特性;

3)不同孔板直径、不同保险阀和气瓶间管路长度条件下保险阀的通气振动特性。

4.4 试验结果

针对3件保险阀试验件(库仑摩擦力分别为9、21、45 N)，开展了多轮通气振动试验，试验结果

1)摩擦力为9N试验件:0.5 MPa稳定通气时保险阀工作稳定，启动振动台后即发生“突突”异响，气源压力从0.5 MPa至2.0MPa变化时，该现象一直维持。验收级振动条件和鉴定级振动条件该现象均发生;

2)摩擦力为21N试验件:0.5 MPa稳定通气时保险阀工作稳定，启动振动台后，验收级随机振动条件下部分试验工况发生“突突”异响，鉴定级两次试验均发生“突突”异响;另一方而，孔板直径、保险阀和气瓶间管路长度对保险阀通气振动特性影响并不明显。具体见表2。

表1 试验系统参数

表2 保险阀通气振动试验结果

3)摩擦力为45 N试验件:无论验收级、鉴定级均保持工作稳定，无异响。

4.5 试验结果与仿真结果对比分析

对比试验结果和图9、图10保险阀抗扰动特性的仿真结果，可得到以下结论:

1)库仑摩擦力为9N时，仿真结果表明，保险阀处于局部稳定状态，小扰动条件下保险阀工作稳定，不发生颤振，当扰动增大时，保险阀工作将趋于不稳定。这一点是与试验过程相一致的，即在通气试验中工作平稳，而在启动振动台后保险阀则发生明显颤振现象，并伴随有“突突”异响及较大的压力波动;

2)库仑摩擦力为21N时，仿真结果表明，保险阀抗扰动的能力增强;在验收级振动条件部分试验工况发生了明显颤振现象，部分试验工况却保持稳定，存在一定的偶然性，而随着扰动量级的增加，在鉴定级振动试验工况中两次均发生了明显颤振;

3)库仑摩擦力为45N时，仿真结果表明，保险阀在验收级、鉴定级振动条件下，均处于绝对稳定状态，不会发生明显颤振现象，试验结果也表明该保险阀均能保持工作稳定，无异响。

5 结论

基于修正的库仑摩擦力模型，理论分析了气动阀门的非线性稳定特性，并针对某型号用保险阀通气试验中工作平稳、而在通气振动试验中发生明显“突突”异响的现象，开展了仿真分析及验验证，得到了以下结论:

1)对于非线性系统，从理论上提出了阀门颤振的不稳定、局部稳定及全局稳定特性;在局部稳定区域，存在小扰动稳定、大扰动不稳定的工况，解释了某型号用保险阀通气试验中工作平稳、而在通气振动试验中(验收级或鉴定级随机振动条件)发生明显颤振的现象;

2)在验收及鉴定级随机振动条件下，保险阀需要一定摩擦力保持系统的稳定性，摩擦力较小时，系统处于不稳定区域，任何小的扰动将会产生阀芯的颤振现象;摩擦力较大时，系统处于局部稳定状态，会产生小扰动稳定、大扰动不稳定的现象;摩擦力继续增大时，系统将处于全局稳定状态;

3)摩擦力为9、21、45 N的保险阀通气振动试验结果表明，9N时验收级和鉴定级振动条件下均发生颤振;21N时，验收级振动条件下颤振存在偶然性，鉴定级振动条件下均发生颤振;45 N时，无论验收级、鉴定级均保持工作稳定，与仿真分析规律相一致。