液压管路最大可控刚度的研究

　　0　引言

　　在高压大流量液压控制系统中,为获得更高的调压精度,多采用先导式压力控制阀,即B型半桥液阻控制理论来实现。工程实践发现,在远程调压系统,例如先导式溢流阀远程调压控制回路中,往往会产生液压冲击和噪音,这时采用一定的噪声控制手段,系统仍可正常工作[1-2];但远程调压管路超过一定长度时,其液压弹簧作用会使得液压系统无法建立压力,远程调压阀失效,系统无法正常工作。所以,远程调压管路长度在一定程度上决定了远程调压系统的可控性。鉴于此,本文提出了液压管路最大可控刚度的概念。实践表明,液压管路最大可控刚度决定于远程调压管路的长度l、内径r、溢流阀的弹簧刚度k以及油液性质等。本文将从理论上分析各主要参数对液压管路最大可控刚度的影响,为远程液压控制的理论研究及工程实践提供借鉴。

　　1　最大可控刚度的数学模型

　　1. 1　最大可控刚度的概念

　　液压管路最大可控刚度khmax表征远程调压管路的压力可控性,是远程调压管路所形成的液压弹簧的内在属性,不同于因管路材料、管路支承等所限的机械刚度。在远程液压控制系统中,只有远程调压管路的液压刚度小于khmax,系统才能在远程调压阀调定压力控制下,顺利建立起压力,并正常工作。

　　1. 2　最大可控刚度的数学模型

　　如图1所示先导式溢流阀原理图。主阀1有两个油口A、B和一个控制油口X,对应的压力分别为p、pB、pX,相应的作用面积为AA、AB、AX;固定液阻2为固定阻尼孔结构,与远程调压阀3组成B型液压半桥,远程调压阀3设定溢流阀的控制压力;溢流时,主阀1在固定液阻2两端压差作用下运动;动态液阻4增加主阀运动阻尼,提高阀的稳定性,稳态时其两端无压差。

　　当不计阀芯自重、摩擦阻力以及回油压力时,稳定溢流状态下主阀阀芯静态力平衡方程式为

　　式中x0为主阀弹簧预压缩量;x为主阀阀口开度;Ks为液动力系数,取决于锥阀几何尺寸、流态等,Ks=CdCvπdmsin2β;Δps为阀口前后压力差。

　　主阀刚要开启时x=0,此时仅有微小流量通过固定液阻2,其两端压差计为零,则pX=p。一般压力阀主阀作用面积满足AX/AA=1~1. 07,此处取为1。考虑远程调压管路液压弹簧作用力Δfh,则由式(1)得

　　Δf_h-k_x0=0 　　(2)

　　故要使远程调压系统正常工作,即使主阀阀芯在系统达到远程调压阀调定压力前不开启的条件为

　　Δf_h≤k_x0 　　(3)

　　令远程调压管路液压弹簧刚度为kh,其变形量为Δl,则Δfh=khΔl。又由,其中A=πr2为远程调压管内截面积,βe为油液体积弹性模量,令远程调压管长度为l,则V=Al=πr2l为远程调压管总容积,从而。忽略油液粘性时,Δfh=ΔpA,其中Δp为远程调压管中的压力脉动,所以