基于AMESim仿真分析软件的气动阀门运动特性研究 AMESim气动附软件下载

高效气动阀门内部运动规律仿真与测量研究


摘要

本文通过在AMESim仿真分析软件的支持下，深入研究了一种运载火箭用气动阀门的内部运动规律，特别关注了阀门内部零组件之间的相互作用关系。研究采用的非接触测量方法有效验证了仿真分析的准确性，并且存在省级与可能诱发的横向碰撞问题，这一情况可能对阀杆或顶杆造成损伤。研究结果为阀门设计提供了理论指导，揭示了提高阀门性能的关键参数和措施。

关键词


气动阀门；内部运动规律；运载火箭




引 言

气动阀门是运载火箭系统中的关键组件，其广泛应用于火箭的燃料加注、泄出、排气等环节。随着运载火箭性能需求的提升，阀门选用的直径和流量大幅增加，使得其结构尺寸和重量也随之增大。当阀门采用高压气体（约5 MPa）作为控制气源时，阀门内部的顶杆在气体压力的作用下迅速运动，以此推动活阀打开，并在大口径阀门中，这种快速运动及碰撞现象导致了阀门的动态强度问题。因此，深入研究空气动阀门内部阀芯以及强制顶杆的运动规律，为阀门设计提供科学依据，具有重要意义。

现有研究概述

现有文献研究表明，张永彬等优化了快速泄放阀的响应特性；吴建军等人通过Simulink软件仿真分析了抽油泵泵阀的动力学特性；余锋等人对保险阀导向杆的断裂故障进行了ABAQUS软件下的有限元分析；孙海亮等人探讨了充气开关阀杆断裂的机理研究；潘英朋等人提出一种低温液值控气动阀门方案，对核心零件进行计算和设计分析；王春民等人分析了自锁阀在振动和冲击环境下的性能变化情况。本文在相关研究基础上，以特定火箭加注阀为对象，将AMESim软件应用于阀门内部运动规律的仿真分析与测量验证，为实现精准设计提供了依据。

研究方法与内容

本文基于AMESim仿真技术，首先构建了目标加注阀的性能试验仿真模型（见图3），并对仿真过程中的阀杆与作动器顶杆的运动特性进行了详细分析（见图4和图5）。分析揭示了在阀门打开阶段，顶杆克服各类阻力后与阀杆接触并产生碰撞的机制。同时，分析了阀门关闭过程中的反向运动，指出了顶杆与阀杆间的蝴蝶钩设计可能会产生的问题（见图1）。

通过对阀门内各组件实际运动过程的模拟与预测，本文设计了阀门运动速度和位置的非接触测量系统（见图8），验证了仿真与实际运行参数的匹配程度（见图12和图13）。此外，详细分析了阀门不同工作压力下运动特性，以确定阀门内部顶杆的最大速度和最大位移（见表1）。

在防治阀杆意外碰撞与减缓冲击损伤的策略方面，文章建议通过优化调压孔流量控制、增加弹簧刚度和预紧力等措施来降低冲击速度（见图6和图7），并指出在避免碰撞的情况下，通过更换具有更高抗拉、抗压强度的材料来增强阀杆和顶杆的结构强度是另一可行性策略（见表1结论部分）。

结 论

本文采用AMESim软件对气动阀门内部运动规律进行了详细研究和仿真验证，提出了引发阀杆与顶杆反向碰撞设计问题，并探讨了降低阀门撞击损伤的策略。通过严格非接触测量方法，确保了仿真分析结果的准确性和可靠性。研究为完成课程设计提供了科学依据，为优化火箭用气动阀门设计、确保设备性能和安全运行提供了有益参考。