张晶

摘要：安全阀是气动控制系统的关键部件，其性能关系设备及人身安全，本文通过对其工作原理的分析，运用AMESim 软件建立了安全阀的仿真模型，为下一步仿真优化分析打下基础。

Abstract： Safety valve is the key component of the pneumatic system， its performance is related to the safety of the equipment and person. In this paper， through the analysis of its working principle， AMESim software is used to establish the simulation model of the safety valve， which lays a foundation for the next step of simulation optimization analysis.

关键词：安全阀;AMESim;建模;仿真

Key words： safety valve;AMESim;modeling;simulation

中图分类号：TD402                                    文獻标识码：A                                       文章编号：1674-957X（2020）20-0045-02

0  引言

安全阀是一种由进口静压开启的自动泄压防护装置，它是为了防止系统和设备内异常状况下压力过高而引起爆炸而设置的安全阀装置。即当进入安全阀的压力超过一定的值，安全阀会依靠介质的压力开启阀门，迅速排出一定数量的介质;当系统内的压力降到允许值时，阀门又自动关闭。安全阀作为工业流体装置中不可或缺的控制设备，广泛应用于石化、电力、冶金、轻纺、机械制造、建筑和国防军工等国民经济各个领域，对于我们铁路方面也不例外。

目前，铁路车辆上安装的安全阀大都是弹簧式安全阀[1]。安全阀在铁道机车车辆方面有很重要的应用，例如可以在货车空气制动机空重车调整装置中使用，在空车位时，通过安全阀自动开启与关闭来控制制动缸压力，从而限制制动缸压力过大而导致轮对的擦伤。

1  安全阀的结构及工作原理

安全阀按结构类型及工作原理，分为直动式安全阀和先导式安全阀[2]两类。本文主要研究的是直动式安全阀。

直动式安全阀主要是由帽、调整螺母、套筒、弹簧、阀芯、圈、阀座及螺母等组成，其内部结构如图1所示，图中A、F、C为三个孔。

A为进气孔，当从孔A进的气体产生的压力小于弹簧的预压缩力和空气压力一起产生的力，无法推动阀芯，那多余的气体经空隙从F孔排出;当孔的气体产生的压力大于弹簧的预压缩力和空气压力一起产生的力，推动阀芯移动，当阀芯向上移动到一定距离后，阀孔C打开，多余的气体从C孔排出，当气体压力降到小于设定的压力时，阀芯回落，C孔关闭，即为安全阀的工作原理。

2  安全阀的建模

根据安全阀的结构和原理，在AMESim平台上使用PCD图库来建立一个具有动力学特性安全阀模型如图2，上面的虚线框中的部分是安全阀的仿真模型，元件1是用于表示弹簧，用元件2来表示阀芯，A孔位进气孔，C孔为排气孔，气体从A孔进入，当进入安全阀的气体压力小于弹簧的预压缩力，阀芯不会打开，阀体内多余的气体从F孔排到大气;当从A孔进入的气体的压力大于弹簧的预压缩力，阀芯上移，使排气孔C打开，多余的气体从C孔排出，直到安全阀内的压力降到弹簧预压缩力以下，阀芯会慢慢回落，排气孔C关闭。为了让安全阀完成开启和回落的整个过程，在系统中加入一个控制信号和一个二位二通电磁换向阀，即图2中下面的下面虚线框中的部分。下面虚线框中的压力源是给系统一个稳定压力，信号和二位二通电磁换向阀是用于控制安全阀的动作，控制信号的输出如图3所示，在20s时，信号输出为1，二位二通电磁换向阀打开，气体从安全阀进气孔排入，由于气体压力大于弹簧的预压缩力，使安全阀的阀芯打开;在60s时信号输出为0，二位二通电磁换向阀关闭，气体不会进入安全阀的进气孔，安全阀中一部分气体通过排气孔排出后，安全阀内压力变小，当降到设定压力值以下时，阀芯开始回落。

对于安全阀的仿真分析，主要是看阀芯开启和关闭的时间（即动作灵敏度），再通过改变参数来看其对安全阀性能的影响。当从该模型的仿真结果分析来看它和实际的安全阀的特性没有什么区别，关键在于设计者能否设置一个适当的参数，以利于仿真能得到一个正确的结果。安全阀的主要的设置参数如表1所示。

安全阀的仿真模型如图2所示。

3  安全阀的仿真结果

安全阀的仿真结果如图4所示。

在20s时，信号输出为1，二位二通换向阀打开，进口压力大于弹簧预压缩力，在大概40.3s左右达到最高压力点，所以大概需要20s将安全阀完全打开;在60s时，信号输出为0，二位二通换向阀关闭，进口压力慢慢变得小于弹簧力和上部气体压力，阀芯回落，在78.4s时回落到最下部，使压力始终保持在设置的最初压力1.9bar，所以阀芯回落的时间大概是18.4s，这样可以将安全阀的整个过程的仿真出来。

从图4中可以读出一些重要点的坐标，如下：

压力曲线开始上升的坐标（20，1.013）;

压力曲线上升到最高点坐标（40.35，2.09008）;

压力曲线开始下降点的坐标（60，2.09124）;

压力下降结束点的坐标（78.4，1.90575）。

根据这些坐标点，可以求出其调压偏差、压力不均匀度？啄p和开启压力比n。

从图4中可以看出：pn=2.09bar，p0=1.9bar，由此可以得出安全阀一些性能指标，如下：

对于（Pn-P0）、？啄p愈小或n愈大，则调压精度愈高，从计算可以看出，建模仿真出来的安全阀的调压精度还是可以的，能较好的反映出安全阀的性能。

4  结论

通过对安全阀阀原理的分析，可以在AMESim平台上建立安全阀的仿真模型，该模型能够较好的反映出安全阀的性能，并且具有一定的调压精度，但是还是希望可以对参数进行优化进一步提高调压精度。

参考文献：

[1]陈大名.铁道车辆制动[M].出版社，2005：288-289.

[2]林瑞义，陈玉龙.先导式安全阀的设计.上海富地阀门有限公司，安徽来安阀门有限公司.

[3]刘月芹，曹晓玲，阁琳.安全阀的选用与使用[J].化工设备与管道，2004（04）.

[4]程迪，董黎生.安全阀在铁道车辆中的应用[J].郑州铁路职业技术学院，2007.