基于动阀套位移反馈的电液比例方向节流阀动态设计与仿真

　　电液比例控制技术已逐渐发展为一种控制手段,充当了连接现代微电子技术和大功率控制对象之间的桥梁[1]。电液比例阀也因其控制精度高、反应快的特点,在高精度的机电一体化系统、工程机械机载控制系统、大型舰船驱动系统、大型试验设备中得到广泛的应用。其中电液比例方向节流阀是一种按输入电信号的正负、数值大小,实现液流方向控制和流量比例控制的电液比例阀。

　　1　动阀套位移反馈比例方向节流阀工作原理

　　电液比例方向节流阀阀体主要由先导阀、动态阻尼、主阀以及反馈杠杆等组成。其中先导阀为零开口四边滑阀,其阀套设计成移动式阀套,便于形成位移式反馈,主阀为负开口四边滑阀,其原理简图如图1所示。

　　该阀既可以用于开环系统,也可以与带位移反馈的单活塞缸组成位置闭环控制系统,但必须利用阶跃信号快速穿越零位死区;由于其主阀带有零位死区,可以保证中位的可靠锁定;又因为其内部为杠杆机械位移反馈,大大增强了阀的安全可靠性[2],非常适用于对可靠性要求很高,但对快速性要求不太高的场合。当指令位移信号作用于先导阀时,先导阀阀芯移动,液控压力通过先导阀口进入主阀两端的液控敏感腔,进而控制主阀芯移动,带动反馈杠杆移动,反馈杠杆再推动先导阀动阀套向先导阀阀芯移动的同方向移动,进而关闭先导阀阀口,主阀阀芯稳定在一定位置。

　　从自动控制角度来说,该比例方向节流阀是一个典型的位置控制机构,即通过反馈杠杆联系主阀阀芯位移与先导阀阀芯相对位移(先导阀阀芯位移与先导阀动阀套位移差),控制主阀与先导阀阀芯成比例地运动。显然,该阀的性能取决于先导阀、主阀、杠杆、动态阻尼等元件的特性。

　　2　数学模型的建立

　　数学模型是进行时域特性分析计算的基础,参照图1,建立该阀的数学模型。

　　2·1　比例先导阀的流量方程

　　假设先导阀的4个节流窗口是匹配和对称的;先导阀的进口压力pxi恒定,回油压力为0,则先导阀的负载流量方程为

　　式中:Kxq为先导阀的流量增益, Kxc为先导阀的流量压力系数, xxv为先导阀的阀芯位移, xxf为先导阀动阀套的反馈位移, pxl为先导阀的负载压力。

　　2·2　动态阻尼的流量方程

　　动态阻尼的流量方程为

　　式中:Gj1为进油口阻尼的液导;Gj2为回油口阻尼的液导。

　　2·3　主阀流量连续性方程

　　假设先导阀与主阀的连接通道对称且短而粗,通道中的压力损失和通道动态可以忽略,主阀每个液控敏感腔的压力处处相等,油温和体积弹性模量为常数,则流入、流出主阀液控敏感腔的流量为