【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 道傳到三級(jí)減壓室，使三級(jí)減壓室的閥門開度增大，送出較多的天然氣以滿足發(fā)動(dòng)機(jī)的需要。 瞬變工況汽車在運(yùn)行過程中，由于路況的突變會(huì)引起發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷的突然改變，從而導(dǎo)致喉管真空度發(fā)生變化，三級(jí)減壓室的壓力就會(huì)出現(xiàn)波動(dòng)，此壓力波動(dòng)將會(huì)影響到三級(jí)閥門開度的大小，使三級(jí)減壓室CNG供給量發(fā)生相應(yīng)的變化，以滿足發(fā)動(dòng)機(jī)的需要，為了保證減壓閥在發(fā)動(dòng)機(jī)瞬變工況下的工作穩(wěn)定性，減壓閥中各運(yùn)動(dòng)零件的質(zhì)量應(yīng)較小。 停機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)停止工作后，混合器喉管處及節(jié)氣門后的真空度均消失，三級(jí)膜片及真空膜片均在各彈簧預(yù)緊力的作用下處于平衡狀態(tài)，三級(jí)閥門在三級(jí)杠桿彈簧的作用下關(guān)閉，停止向混合器供給天然氣。2 設(shè)計(jì)方案的研究與選擇 減壓調(diào)節(jié)器的分類減壓閥按其結(jié)構(gòu)主要分為彈簧活塞式減壓閥、彈簧膜片式減壓閥、氣腔控制活塞式減壓閥和氣腔控制膜片式減壓閥；按多級(jí)減壓室的組裝方式可分為正壓進(jìn)氣減壓閥和負(fù)壓進(jìn)氣減壓閥；按減壓方式可分為杠桿式減壓閥和正負(fù)式彈簧減壓閥；按是否用電動(dòng)控制可分為機(jī)電控制式減壓閥和機(jī)械控制式減壓閥。 方案選擇 方案一及其優(yōu)缺點(diǎn)根據(jù)以上分析，采用三級(jí)減壓，本方案擬采用三級(jí)減壓，中壓截止，負(fù)壓進(jìn)氣，機(jī)械啟動(dòng)式。一級(jí)減壓方式為杠桿減壓，二級(jí)減壓方式為正負(fù)彈簧減壓。本方案的工作原理方框圖如下：本方案的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，簡(jiǎn)單，鑄造容易，高度小，體積小，零部件少。其缺點(diǎn)是不太安全，如果一級(jí)閥室損壞，高壓天然氣會(huì)從安全閥中排泄到大氣中，污染環(huán)境，如果不關(guān)閉手動(dòng)截止閥，、二級(jí)閥室，使閥室的彈簧、橡膠的使用壽命下降，而且正負(fù)壓彈簧減壓精度難以控制，需要較高的技術(shù)，因此可靠性較差。本方案還有一個(gè)缺點(diǎn)就是起動(dòng)不方便，起動(dòng)時(shí)需要用人工調(diào)節(jié)怠速旋鈕。 方案二及其優(yōu)缺點(diǎn)根據(jù)以上分析，采用三級(jí)減壓，本方案擬采用三級(jí)減壓，高壓截止，負(fù)壓進(jìn)氣，一、二、三級(jí)減壓方式都是采用杠桿減壓，機(jī)動(dòng)起動(dòng)，組合式。本方案的工作原理方框圖如下： 此方案的優(yōu)點(diǎn)是容易控制，精度高，起動(dòng)容易，安全。其缺點(diǎn)是鑄造難度大，體積大，零部件多，費(fèi)用較高。 設(shè)計(jì)方案的選擇經(jīng)過對(duì)方案一和方案二的研究，本設(shè)計(jì)選擇方案二，因?yàn)椴捎梅桨付墒箿p壓閥操作簡(jiǎn)單，方便，而且，這種方案更加安全。但是在設(shè)計(jì)中，應(yīng)該盡量降低鑄造的難度，減少零部件的數(shù)量。3 總體方案設(shè)計(jì) 一級(jí)減壓閥的設(shè)計(jì) 一級(jí)減壓閥的工作原理 一級(jí)減壓閥為常開式減壓閥，主要由閥座、閥芯、杠桿、膜片、彈簧、減壓室等部分組成。該減壓閥在未通入氣體時(shí)，閥芯與閥口保持一定的間隙，通入高壓氣體時(shí)，隨著閥室壓力的升高，氣體作用在膜片下方并克服膜片上方彈簧的壓力使膜片及其芯子產(chǎn)生向上的動(dòng)作，從而帶動(dòng)杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)，使閥口關(guān)閉。當(dāng)減壓室的氣體向二級(jí)減壓閥輸出后，壓力降低，膜片及其芯子下移，閥口打開，使高壓氣體再次進(jìn)入一級(jí)閥室，如此反復(fù)，使減壓閥在保證流量的基礎(chǔ)上，出口壓力穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)。該減壓閥的壓力彈簧為不可調(diào)節(jié)式彈簧，如果要調(diào)節(jié)出口壓力和流量，可調(diào)節(jié)杠桿上的調(diào)節(jié)螺釘或更換壓力彈簧。 一級(jí)減壓閥閥室的設(shè)計(jì)為了密封的嚴(yán)密性，閥室的壁厚初選5mm，由于初始?xì)怏w壓強(qiáng)在220MPa之間變化，氣體對(duì)閥芯的沖擊力在幾十牛頓至幾百牛頓之間變化，因此，閥室的內(nèi)徑不能取得太小，但是也沒有必要取得太大，參考現(xiàn)有減壓閥，初選64mm。閥室的容積與閥室的高度有關(guān)，容積的大小，與氣體變化快慢程度相關(guān)，因此，也要取得適當(dāng)，再參照已有減壓閥，初選27mm。+，因此，對(duì)一級(jí)閥室的強(qiáng)度進(jìn)行如下校核： （31）式中，=5mm，=64mm，=27mm則=32N/m2= = N/mm2所以，閥室的強(qiáng)度滿足要求。 一級(jí)減壓閥杠桿、彈簧與閥口的設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)閥口時(shí)，閥口不能取得太大，但也不能太小。閥口太大，流量難以控制，閥口太小，氣體壓強(qiáng)受到影響，因此，在參考了現(xiàn)有減壓閥的設(shè)計(jì)之后，，杠桿的長(zhǎng)度初選36mm。177。，膜片到一級(jí)閥蓋下壁的距離初選25mm，上壓板直徑初選40mm，厚度初選3mm，則彈簧初始?jí)嚎s后的長(zhǎng)度初選為22mm。因?yàn)樵撻y的最大流量可達(dá)40m3/h，當(dāng)氣體初始?jí)簭?qiáng)為220MPa時(shí)，177。，只有當(dāng)氣體壓強(qiáng)小于1MPa時(shí)，177。，此時(shí)，一級(jí)閥室的壓強(qiáng)不能保持在原定范圍，但其流量可達(dá)40m3/h。天然氣縫隙減壓的壓降與流量q的關(guān)系與其粘度有關(guān)，天然氣粘度在不同壓強(qiáng)狀態(tài)下的值是不同的，下面對(duì)天然氣在高壓狀況下的粘度進(jìn)行計(jì)算（因?yàn)樘烊粴獾闹饕煞菔羌淄?，甲烷的含量可高達(dá)98％，故在計(jì)算過程中，將天然氣的物理性質(zhì)以甲烷為準(zhǔn)）。根據(jù)《烴類物理化學(xué)數(shù)據(jù)手冊(cè)》[8]22頁(yè)，關(guān)于高壓下氣體粘度的計(jì)算， 根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》[13] 75頁(yè)，（摘自GB/）彈簧材料選擇閥門用油淬火回火碳素彈簧鋼絲（GB4359）牌號(hào)為65Mn，這類材料的性能是強(qiáng)度高，性能好，用于內(nèi)燃機(jī)閥門彈簧或類似用途彈簧，而本設(shè)計(jì)的彈簧絲直徑d=，滿足要求；推薦溫度范圍為40150℃，而本設(shè)計(jì)的減壓閥要求在585℃，符合推薦溫度范圍。（摘自GB/）=1422MPa，由710頁(yè)的計(jì)算公式可得：旋繞比C===，滿足4C10的要求；曲度系數(shù)K= (39) K= =+ = 式中，F(xiàn)==454160=294N則,（摘自GB/）可知，由淬火回火鋼絲制成的壓縮彈Ⅰ類（指受變載荷作用次數(shù)在106以上的彈簧）的許用切應(yīng)力為（—），為了安全，取最小值=則,= =1422 = 因此，=，滿足強(qiáng)度要求，此設(shè)計(jì)合理。 二級(jí)減壓閥的設(shè)計(jì) 二級(jí)減壓閥的工作原理二級(jí)減壓閥的工作原理與一級(jí)減壓閥的工作原理基本一致，也屬于常開式減壓閥，利用縫隙進(jìn)行減壓，但也有一定的不同的地方，二級(jí)減壓閥的壓力彈簧是鈕簧，可調(diào)節(jié)，而杠桿是不可調(diào)節(jié)的，閥芯可實(shí)現(xiàn)微調(diào)。 二級(jí)減壓閥閥室及蓋板、杠桿、上檔板的設(shè)計(jì)二級(jí)閥室設(shè)計(jì)在殼體的背面，閥口內(nèi)徑=5mm，閥口外徑=8mm。二級(jí)閥室除了與一級(jí)閥室聯(lián)通外，還與怠速閥閥室和三級(jí)閥閥室聯(lián)通，二級(jí)閥室上面有閥蓋，三級(jí)閥口設(shè)計(jì)在二級(jí)閥蓋上。二級(jí)閥與一級(jí)閥一樣，利用縫隙減壓原理對(duì)其進(jìn)行減壓，二級(jí)閥膜片的實(shí)際受力并移動(dòng)的面積與蓋上49的孔面積相等。二級(jí)閥膜片上擋板直徑初選31mm，，即=，=。 二級(jí)減壓閥彈簧的設(shè)計(jì)由已知條件得知，當(dāng)二級(jí)閥口=0時(shí)，=，=，當(dāng)二級(jí)閥口流量 =40/h時(shí)，=，=。根據(jù)公式35，可算出二級(jí)閥口在=220 MPa時(shí)的最大縫隙。= 式中： = =， = = P R= T=50+= ===4mm === = =則= = =則，膜片芯子的最大移動(dòng)量為：=膜片芯子受膜片向下的作用力： = (310)其中，為膜片在流量最大時(shí)上下面之間的壓力差，為與二級(jí)彈簧壓力相等的作用力除以膜片上下面之間的壓力差后的值。 = =（） =1470當(dāng)=，膜片芯子受膜片向下的作用力為： =147N當(dāng)=，膜片芯子受膜片向下的作用力為： = 118N在上述計(jì)算式中，Pa為大氣壓的壓力，三級(jí)閥室的壓力約等于大氣壓。根據(jù)上述計(jì)算可得二級(jí)彈簧在的情況下的受力范圍為118N~147N，則其彈性系數(shù)為： (311)K2 = =250N/mm由以上計(jì)算可看得出來，值太大，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，可選=40N/mm，這樣，通過調(diào)節(jié)閥芯和膜片芯子上與彈簧相接觸的螺母，使其滿足=~。： 二級(jí)減壓閥彈簧 三級(jí)減壓閥的設(shè)計(jì) 三級(jí)減壓閥的工作原理 在本次設(shè)計(jì)中，三級(jí)減壓閥是常閉式的閥，主要是利用閥室的真空度進(jìn)行調(diào)壓。當(dāng)閥室內(nèi)的真空度為0或是不夠大時(shí)，在壓力彈簧的作用下，閥口處于關(guān)閉狀態(tài)。當(dāng)閥室處于負(fù)壓或真空度大于一定的值時(shí)，膜片兩邊的壓力差使膜片向閥室里運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)杠桿克服彈簧壓力，使閥口打開供氣。三級(jí)壓力彈簧的壓力可以根據(jù)具體的情況進(jìn)行調(diào)節(jié)。天然氣的流量完全由發(fā)動(dòng)機(jī)的真空度進(jìn)行調(diào)節(jié)。 三級(jí)減壓閥蓋板、杠桿、上擋板、閥口的設(shè)計(jì)三級(jí)閥蓋的底邊外徑與減壓閥殼體底邊的外徑相同，初選192mm，閥蓋的底邊寬度初選為11mm，可安裝M6的螺栓和螺母。蓋板