氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥在打開瞬間，閥桿會(huì)有較大的運(yùn)動(dòng)速度，并可能發(fā)生頂桿與閥桿的反向碰撞問題，給頂桿或閥桿帶來?yè)p傷。
氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥廣泛應(yīng)用于運(yùn)載火箭的加注、泄出、排氣等系統(tǒng)，在飛型號(hào)的排氣閥、安溢閥，在研型號(hào)的加注閥、排氣閥等多采用氣動(dòng)控制閥。隨著閥門的直徑、流量的增大，閥門的結(jié)構(gòu)尺寸和重量也越來越大。氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的控制氣一般為高壓氣（約5 MPa），在此氣體壓力下，強(qiáng)制作動(dòng)器內(nèi)的頂桿迅速運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)活閥打開。隨著閥門口徑的增大，頂桿、活閥的快速運(yùn)動(dòng)和撞擊，帶來了閥門的動(dòng)強(qiáng)度問題。因此對(duì)閥門內(nèi)部閥芯、強(qiáng)制頂桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律的研究越來越重要。
基于Adams軟件對(duì)一種快速泄放閥的響應(yīng)特性進(jìn)行了仿真與分析，得出泄放閥閥芯運(yùn)動(dòng)規(guī)律和內(nèi)部氣體壓力變化規(guī)律；吳建軍等通過Simulink軟件對(duì)抽油泵泵閥進(jìn)行仿真，得到泵筒內(nèi)的液體壓力變化規(guī)律曲線、泵閥打開高度曲線及泵閥運(yùn)動(dòng)速度曲線；余鋒等采用ABAQUS軟件分析了保險(xiǎn)閥導(dǎo)向桿斷裂故障，得到導(dǎo)向桿設(shè)計(jì)動(dòng)強(qiáng)度不足的故障原因；
充氣開關(guān)閥桿斷裂問題，得到閥桿斷裂失效機(jī)理；潘英朋等提出了一種低溫氣動(dòng)閥門方案，并對(duì)波紋管等關(guān)鍵零件進(jìn)行了計(jì)算和分析；王春民等研究了自鎖閥在振動(dòng)和沖擊環(huán)境下性能變化情況。
本文以某火箭用加注閥為例，對(duì)氣動(dòng)閥門內(nèi)部運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行了研究，采用AMESim軟件對(duì)閥門運(yùn)動(dòng)特性進(jìn)行了分析，確定了閥門內(nèi)部頂桿和閥桿間的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，并采用非接觸測(cè)量手段得到閥門在打開時(shí)的活閥運(yùn)動(dòng)速度，以驗(yàn)證仿真分析的正確性。
加注閥結(jié)構(gòu)主要由閥瓣、閥桿、彈簧、作動(dòng)器殼體、頂桿、閥體和膜盒等組成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。閥門工作原理為：閥門打開時(shí)，由控制氣入口通5 MPa氣體，高壓氣體推動(dòng)膜盒和頂桿運(yùn)動(dòng)，克服彈簧力和閥門出口氣體壓力，使閥門打開；閥門關(guān)閉時(shí)，控制氣入口氣體泄壓，在彈簧力作用下，閥瓣和閥桿回位，閥桿推動(dòng)頂桿和膜盒回位，閥門關(guān)閉。
圖1 加注閥結(jié)構(gòu)原理
1—閥體；2—閥芯；3，6，7—密封墊片；4—彈簧；
5—閥桿；8—作動(dòng)器殼體；9—膜盒；10—頂桿
加注閥試驗(yàn)系統(tǒng)原理如圖2所示。閥門啟閉試驗(yàn)流程為：打開A口（閥門入口），C口（控制氣入口）不通氣，B口（閥門出口）通入0.53 MPa氣體，C口再通入4.5 MPa氣體，使加注閥打開，C口放氣，加注閥關(guān)閉。
本文主要關(guān)注閥門在試驗(yàn)過程，即模擬正常使用工況下的閥門內(nèi)部頂桿和閥桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，以及相互運(yùn)動(dòng)關(guān)系，為閥門的設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)。
圖2 加注閥試驗(yàn)系統(tǒng)原理
2 氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥內(nèi)部運(yùn)動(dòng)規(guī)律分析
2.1 氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥運(yùn)動(dòng)特性
為分析氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥在真實(shí)工況下的內(nèi)部運(yùn)動(dòng)規(guī)律，采用AMESim對(duì)試驗(yàn)系統(tǒng)和閥門進(jìn)行建模，模型如圖3所示。
圖3 加注閥性能試驗(yàn)仿真模型
通過AMESim仿真，對(duì)試驗(yàn)過程中，閥桿和作動(dòng)器頂桿的運(yùn)動(dòng)特性進(jìn)行了分析，如圖4所示，根據(jù)分析可知閥門內(nèi)部運(yùn)動(dòng)規(guī)律為：
a）閥門開啟。
1）由圖4可知，在0 s通氣時(shí)，作動(dòng)器頂桿沒有運(yùn)動(dòng)，隨后逐漸克服膜盒反力后頂桿開始運(yùn)動(dòng)，接觸到閥桿后，運(yùn)動(dòng)暫停。
2）氣體壓力繼續(xù)上升，當(dāng)壓力克服了彈簧力、膜盒力、閥門B口氣體壓力（0.53 MPa）后，頂桿和閥桿一起向前運(yùn)動(dòng)，如圖5所示。
3）當(dāng)頂桿運(yùn)動(dòng)到限位后停止并有一定的反彈，閥桿在慣性作用下繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)到彈簧壓力克服慣性力后，閥桿停止運(yùn)動(dòng)，并有一定的反彈。
b）閥門關(guān)閉。
強(qiáng)制氣撤去后，閥門在彈簧力作用下，閥桿推動(dòng)頂桿回位，閥桿限位后，頂桿在膜盒反力下繼續(xù)運(yùn)動(dòng)到限位。
對(duì)于加注閥，其頂桿行程為23 mm，閥桿行程為21.4 mm，但在實(shí)際運(yùn)動(dòng)中，閥桿的最大行程約為34 mm，這樣應(yīng)在設(shè)計(jì)中考慮增加的行程對(duì)于閥門內(nèi)部結(jié)構(gòu)的影響；另外，對(duì)于加注閥，其頂桿和閥桿之間有一個(gè)蝶形鉤，如果閥桿繼續(xù)向前運(yùn)動(dòng)超過1.4 mm（見圖1），則會(huì)發(fā)生閥桿與頂桿的反向碰撞，根據(jù)計(jì)算其與頂桿的相對(duì)速度約為4.4 m/s（見圖6、圖7），因此可能給閥桿和頂桿造成沖擊損傷。
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