基于调速阀的进口节流调速系统负载变化动态特性研究

　　0 引言

　　在节流调速系统中，根据流量控制阀在油路中安装位置的不同，可分为进口、出口、旁路节流调速系统，以进口节流调速回路为主回路的进口节流调速系统是将流量控制阀串接在进油路上，通过改变流量控制阀的通流截面面积大小来控制进入执行元件（液压缸）流量的大小进行速度调节，该种回路广泛应用于中、小功率的机床、农业机械、液压机具等液压系统中。根据流量控制阀的不同，可分为进油路上串接节流阀的节流阀进口节流调速系统和进油路上串接调速阀调速阀进口节流调速系统。

　　在进口节流调速回路中，若负载变化，特别是负载呈阶跃变化，导致进口节流调速回路中液压缸两腔压力出现动态变化，油路中的流量以及系统中各元件所承受压力也会发生瞬时变化，使系统的运动平稳性变差，由此会出现零件加工质量下降，或液压元件损坏及噪声等故障，影响系统的正常工作。随着液压技术和工程要求的不断提高，对液压系统动态性能研究日显重要，目前，国内外学者针对节流调速回路进行了大量的试验和理论研究工作，在静动态理论分析、速度负载特性、测试与仿真、液压元件的动态特性分析等方面取得了一定的进展[1-11]。本文以负载作为输入，液压缸无杆腔压力作为输出建立系统了数学模型，对调速阀进口节流调速系统的动态特性进行了研究，并以试验进行了验证。

　　1 调速阀的传递函数

　　如图 1，调速阀串接在进油路上的进口节流调速系统中，若以调速阀进、出口压差为输入量，流入调速阀的流量为输出量，则调速阀的传递函数为[12]：

　　若忽略调速阀中减压阀阀芯质量和粘性摩擦阻力系数，且结合进油路上溢流阀的定压作用，则 Pp(t)保持不变。同时考虑到调速阀相对液压缸的固有频率较高，可以其静态特性代替其动态特性，由上式得：

　　式中：q₂₀为通过调速阀流量的稳态值；

　　C_d1为减压阀阀口的流量系数；

　　x₀为减压阀阀芯静态时的开口量；

　　P_p0,P_j0,P₁₀分别为减压阀的进口压力、节流阀的进口压力和出口压力的平衡初始值；

　　K_w为减压阀弹簧刚度；

　　A 为减压阀阀芯的有效作用面积；

　　θ为液流流入减压阀阀口的入射角；

　　W₁为减压阀阀口的面积梯度。

　　2 系统数学模型建立及分析

　　2.1 以负载为输入，液压缸无杆腔压力为输出建模

　　在不考虑液压泵的流量脉动、液压缸泄漏和管道动态特性及管道压力损失的情况下，液压缸活塞的受力方程为[10-13]：