阀控液压缸机构的负载压力和流量

　　1　问题的提出

　　在液压伺服系统中,阀控液压缸动力机构是常见的,其负载压力pL和负载流量QL是两个基础量。阀控对称液压缸机构(见图1)通常定义如下:

　　式中:p1——液压缸进油腔压力;

　　p2——液压缸回油腔压力;

　　Q1——液压缸进油腔流量;

　　Q2——液压缸回油腔流量,Q2=Q1。

　　则液压缸输入液压功率NL为:

　　由图1可知,液压缸负载FL和速度v分别为:

　　式中:A——液压缸面积。

　　则液压缸输出机械功率为:

　　即在理想情况下,NC与NL的差值$N=NC-NL=0,这显然是正确的。但将(1)式定义用于阀控非对称液压缸(单活塞杆)动力机构是否正确,这是需要研究的。

　　2　阀控非对称动力机构的输入、输出功率分析

　　阀控非对称液压缸动力机构见图2。阀控非对称液压缸的负载FL和速度v为:

　　式中:A1——液压缸大腔(无杆腔,进油腔)面积;

　　A2——液压缸小腔(有杆腔,回油腔)面积。

　　则液压缸(非对称)输出机构功率NC为:

　　若非对称液压缸机构的PL和QL按(1)式定义,其输入液压功率见(2)式;取(8)式与(2)式差值,则有:

　　由于液压缸非对称,Q1>Q2,又p1+p2> 0,则$N>0。这表明,液压缸输出机械功率大于其输入液压功率,这显然是不可信的。这只能说明,液压缸不可能被驱动。或者说,按(1)式的PL和QL定义设计非对称液压缸动力机构,将导致设计无效。

　　阀控非对称液压缸机构的pL和QL另一定义也有问题,阀控非对称液压缸动力机构的pL和QL的另一定义为:

　　其中,n为常数。对于非对称液压缸机构n=A2/A1=Q2/Q1<1,对于对称液压缸机构n=1。

　　与(1)式相比,(10)式对pL作了改进,对QL未作改进。按(10)式,液压缸输入液压功率NL为:

　　液压缸的FL和v仍为(6)式、(7)式所示,输出机械功率仍为(8)式所示。则NC和NL差值为:

　　由于Q1>Q2,除非p1-np2=pL= 0,否则总有$N>0。由图2分析知,除非FL= 0 ,反之总有pL=p1-np2>0。可见(10)式定义不能成立。

　　3　阀控非对称液压缸机构的pL和QL

　　参看图2,若液压缸大腔进液,小腔回液;负载压力记为pL,负载流量记为QL,但均不加具体定义;液压缸的负载FL和速度v方程参看(6)式。按照能量守恒的观点,若不计摩擦和油液泄漏损失,输入液压功率NL与输出功率NC是等价的,即：

　　由(13)式可知,pL和QL应定义为: