电液比例阀卡紧卡涩SystemView仿真研究

　　0 引言

　　滑阀是各类液压元件中采用最多的一种基本结构形式,它在伺服、比例和开关三大阀类中均得到广泛的应用并占有相当大的比例。由液压油中颗粒污染物引起的污染卡紧,是滑阀最常见的故障和失效形式之一[3]。液压系统中广泛使用的各种液压阀(比例阀、伺服阀、开关阀)中,均存在着或多或少的阀芯卡紧现象。在解决这个问题时,除了精加工、合理结构设计外,一般都采用加颤振信号作为一种有效手段。

　　电液比例阀是机、电、液三者相关联的/节点0,其内部物理过程必然反映流体、电路、磁路、机械力等诸因素之间的相互联系和相互作用(电反射)。电液比例阀为减小磁滞、变静摩擦为动摩擦,通常都设计有颤振信号回路,即在控制电流上叠加有颤振电流分量,使滑阀阀芯在工作位置附近作对称的微小往复运动,同样也存在电磁动态过程。这一始终存在的动态过程为研究机、电、液诸因素的相互影响提供了可能。通过研究滑阀机构发生卡紧故障时,这一电磁动态过程的电量特征及特征信息的提取方法,可实现无传感器的故障检测。

　　1 理论研究

　　描述电液比例阀中的比例电磁铁动态过程的电压平衡方程为[1]:

　　其中u、i、R分别为线圈电压、电流和电阻; L为动态电感系数; Kv为速度反电动势系数;dxdt=v为衔铁运动速度。

　　由(1)式可见,电流i(t)不仅和线圈电感有关,而且受到衔铁运动速度的影响,即Kvdvdt,它意味着衔铁的运动使内部磁通发生变化并产生了抵抗电流变化的反电动势。现假设其它运动条件不变,由于某些内部或外部因素导致阀芯即将卡紧或卡死,则Kvdxdt项迅速减小或消失,从而将导致线圈中电流的增大。经推导可得线圈中的电流变化值$i和阀芯位移变化率x的关系式如下[4]:

　　式中:

　　根据其物理意义和假定条件, A、B均为大于零的常数,式(2)表明:若衔铁颤振运动消失,则颤振电流峰-峰值将增加,增加的数值为Bx。

　　2 系统模型

　　比例电磁铁的动态输出力可表示为:

　　其中: KF为电流力增益;Sd为纯延迟时间,表示动态吸力变化滞后于电流的变化; fM为电流力滞回力,主要由于软磁材料的动态磁化特性的滞后引起; Fr为磁卡紧力引起的库仑摩擦力。

　　由于fM、Fr、Sd的影响很小,在仿真模型中可忽略不计或把它们折算到负载中。因此,比例电磁铁输出力可表示为:

　　由式(1)、(4)可将比例阀的阀芯运动方程表示为:

　　其中: m为阀芯的运动组件质量; Kx为阀芯弹簧总刚度; Dx为阀芯粘性阻尼系数; FW为阀芯稳态液动力; FC为库仑摩擦力(可忽略不计)。