Обчислювальний факторний експеримент дослідження динамічних характеристик регулятора тиску пневмосистеми

Abstract

UK: Метою досліджень є визначення динамічних характеристик регулятора тиску з електромагнітним клапаном для трьох форм затвора за різних параметрів пневмосистеми та перевірка адекватності математичної моделі. Отримано кореляційні залежності часових характеристик роботи клапанної системи регулятора тиску пневмосистеми в залежності від тиску в системі, форми затвора клапана, задана параметром еквівалентного клина, ефективної площі дроселя, що уможливлює обґрунтування ефективності клапанної системи за часовими параметрами закриття-відкриття клапана регулятора. Розраховано критерії узгодженості за невизначеністю вимірювань і точністю вихідних даних моделі. За критерієм Стьюдента систематичної похибки моделі не виявлено, розрахункові значення становлять t = 0,29–1,90. За критерієм Фішера (F = 14,6) модель адекватна. Практичне значення отриманих залежностей полягає в можливості адаптивного вибору конструкції затвора клапана і налаштування пневмосистеми. Якщо пріоритетом є швидке закривання (швидке підвищення тиску в лінії) і стабільність цього часу за змінних тиску живлення і опору лінії, доцільно застосовувати конічний затвор. EN: The objective of this research is to determine the dynamic characteristics of a pressure regulator equipped with an electromagnetic valve—considering three different valve plug shapes and various pneumatic system parameters—and to verify the adequacy of the mathematical model. Correlation relationships were derived for the temporal operating characteristics of the pressure regulator’s valve system. These relationships depend on system pressure, the shape of the valve plug (defined by an "equivalent wedge" parameter), and the effective throttle area. This allows for an assessment of the valve system's efficiency based on the opening and closing time parameters of the regulator. The results of a three-factor experiment are presented. The factors considered were: defined by the equivalent wedge parameter and 1 for a flat plug); : (valve plug shape, = 0,333 for a conical plug, 0.789 for a spherical plug, (supply pressure = 0.2, 0.4, 0.6 MPa); and (effective throttle area = 0.5, 1, 2 mm²). The experimental response functions include: closing time tclose; the time required for pressure to rise to 90% of the differential t90; opening time topen; and the steady-state pressure in the line downstream of the open valve pline. It has been experimentally confirmed that the shape of the valve plug has a decisive influence on the dynamic characteristics of the pressure regulator when the valve closes against the direction of flow. A conical valve element closes the fastest and most consistently (12.2–13.6 ms at a supply pressure of 0.2–0.6 MPa and an effective orifice area of 0.5 - 2 mm², but it opens the slowest (103.3–132.5 ms). Conversely, a flat valve element opens the fastest (73.3–102.4 ms), while its closing time increases most significantly with line pressure (from 12.5 to 17.4 ms). A spherical valve element occupies an intermediate position. The pressure rise time is determined primarily by the orifice area, whereas the steady-state line pressure is independent of the valve element's shape. Consistency criteria were calculated based on measurement uncertainty and the accuracy of the model's input data. According to the Student's criterion, no systematic model error was detected (calculated values: t = 0.29–1.90). Based on the Fisher criterion (F = 14.6), the model is considered adequate. The practical significance of these derived relationships lies in the ability to adaptively select the valve element design and configure the pneumatic system. If the priority is rapid closing (a quick rise in line pressure) and consistency in this timing despite variations in supply pressure and line resistance, a conical valve element is the appropriate choice.