2.2  阀芯运动测量

为了确定阀杆冲击速度，对阀杆运动速度进行测量。试验系统如图8所示。阀门B口工装开一个圆孔，加装一个玻璃钢窗口，利用激光位移传感器，测量阀芯在打开时的位移，对位移微分，得到阀芯运动速度，阀芯与阀杆紧固连接，因此得到阀杆运动速度。根据试验测量，两次测试结果分别为：最大运动位移约为32.86 mm和32.43 mm，速度分别为4.2 m/s和4.05 m/s。

图8  阀芯运动测量系统

两次测量一致性较好，说明测试方法正确、有效。位移曲线和速度曲线如图9～11所示。

图9  阀芯位移曲线

图10  位移局部放大图

由图11可知，速度曲线中第1次测试与第2次测试中曲线波纹不同，是因为第1次测试采样频率为1000 Hz，第2次为5000 Hz，后一致采用5000 Hz。

根据试验结果，并对于0.53 MPa时阀芯运动速度和位移与试验结果比较，如图12、图13所示。

图11  速度局部放大

图12  阀芯位移仿真与试验对比

图13  阀芯速度仿真与试验对比

表1给出了B口不同压力下阀杆最大速度和最大位移与试验结果的比较。由表1可知，本文所建立的仿真模型具有较好的精度，表明模型正确、可靠。

表1  仿真结果与试验结果的对比

由分析可知，阀门在工作过程中可能发生快速的碰撞，从而导致阀杆断裂失效。因此，为减小撞击速度，可以减小阀门强制气限流孔通径，增加弹簧刚度和预紧力，减小撞击速度。

3  结  论

基于AMESim软件仿真技术，确定了气动阀门内部阀杆和顶杆的运动规律，提出气动阀门在运动中可能发生顶杆与阀杆的反向碰撞问题，并可能给顶杆或阀杆带来损伤。为确定仿真分析的正确性，采取了非接触测量阀杆的运动速度，其结果与仿真结果基本一致。根据分析提出了加注阀存在的设计缺陷，并在试验中得到验证，根据阀门内部的运动规律分析，给出了降低阀杆运动速度的意见。在碰撞不能避免的情况下，可以通过更换不锈钢或其他强度更高的材料来增强阀杆和顶杆的结构强度。