调速阀关键参数的正交设计与分析

　　在液压系统中，调速阀是液压系统中流量控制的主要元件，其动态性能对执行元件工作的速度稳定性起到决定性的影响.调速阀的结构参数是影响调速阀动态性能的主要因素，由于调速阀参数较多，所以分析其关键的主要参数对其工作性能是很有意义的.本文在建立调速阀动态模型的基础上，分析其关键参数，采用正交设计方法选择最优结构参数，从而达到改善调速阀动态特性的目的。

　　1　调速阀的数学模型

　　调速阀的结构如图1所示，设p₁为减压阀的进口压力，p₃为调速阀出口负载压力.节流阀压力差(p₂-p₃)决定负载流量的大小，p₂和p₃作为压力反馈信号分别引到定差减压阀阀芯的两端，并与减压阀芯一端的弹簧力相平衡，使得减压阀阀芯平衡在某一位置。

　　当负载压力增大引起节流阀的压差(p₂-p₃)变小时，作用在减压阀阀芯右端的压力差随之减小，减压口加大，使p₂也增大，从而使节流阀两端的压差(p₂-p₃)保持不变，反之亦然.这样就使调速阀的流量不受负载的影响.忽略减压阀阀芯的库仑摩擦力、液压卡紧力和调速阀的泄漏等因素.当负载变化时减压阀阀芯位移为x，则列出减压阀阀芯的力学平衡方程为

　　通过减压阀阀口流量q₁如公式(2)所示：

　　通过节流阀阀口流量q₂如公式(3)所示：

　　列出下列流量连续性方程.

式中，K_S为稳态液动力刚度;K₁为减压阀弹簧刚度;M₁为减压阀阀芯质量;B₁为减压阀阀芯粘性阻尼系数;x₁为减压阀弹簧预压缩量;x₀为减压阀阀芯处于最右端位置时的阀口开度;A₁为阀芯无弹簧端面的面积;A₂为为阀芯环面面积;A₃为阀芯弹簧端面的面积，A₃=A₁+A₂;q₁为减压阀进口流量;q₂为出口流量;q₃为调速阀出口流量;d_x为减压阀阀口直径;d_y为节流阀阀口直径;V₁为减压阀阀芯无弹簧端面到节流阀口的密封容积;V₂为减压阀阀芯有弹簧端面到调速阀出口的密封容积;β为液压油弹性模量;C_d为阀口流量系数;ρ为液压油密度。

　　对流量方程(2)、(3)在工作点p₁=15.0MPa、p₂=14.5MPa、p₃=14MPa、x=0附近进行线性化后，得到调速阀的控制模型如图2所示.

　　设调速阀进口压力p₁为一个不变的值，则流量与负载压力的传递函数为

式中，k_qx为减压阀阀口流量增益;k_cx为减压阀流量压力系数;k_cy为节流阀流量压力系数.