调速阀式旁路节流调速系统动态特性理论及试验研究

　　0引言

　　近些年来液压设备在各行各业得到广泛应用和发展.无论复杂或简单的液压系统都是由一些基本回路组成,其中实现功率传递的调速回路的性能往往对系统的整个性能起着决定性的影响,系统中的其他回路常围绕调速回路来匹配[1].旁油路节流调速回路结构简单,回路效率高、经济性好,在高速大负载等场合得到广泛应用,如牛头刨床、起重机回转制动回路、液压电梯等.但实践中发现:负载突然增加造成液压系统中的液流突然变速,液压缸无杆腔压力的瞬时升高,造成液压冲击,并伴有巨大的噪声和震动等现象;卸载时,液压缸的输出有前冲.液压缸输出前冲和液压缸进油腔压力冲击可导致刀具损坏、零件加工质量下降、密封元件损坏、液压元件和系统寿命下降等现象,给生产带来了不必要的损失.因此,设计和评价液压系统时,除要求系统必须完成规定的动作循环和满足静态性能之外,还要求它必须具备良好的动态特性[2~6].旁路串接调速阀适用负载变化、运动平稳性要求高的调速系统,通过对其进行理论及试验分析来究旁路节流调速系统的动态特性,揭示液压缸无杆腔压力变化随阶跃负载变化的的动态特性,分析系统参数变化对压力变化等的影响规律,这对液压元件的设计、检验及元件主参数的选择提供更为准确依据.

　　1旁路节流调速系统动态建模

　　1)液压缸活塞受力平衡方程.旁路节流调速阀回路如图1所示,不考虑液压泵流量脉动、液压缸泄漏和管道动态特性及管道压力损失的情况下[7~9],液压缸活塞的受力方程为:

　　式中:A1,A2分别为液压缸无杆腔、有杆腔的有效工作面积;p1(t),p3(t)分别为液压缸无杆腔、有杆腔的压力;m为活塞的质量;B为粘性摩擦阻尼系数;f(t)为外负载;u(t)为活塞的运动速度.

　　2)液压缸无杆腔液流连续性方程:

　　式中:q1(t)—液压缸无杆腔进油流量;VH—液压缸无杆腔的容积(包括管道);E—油液的有效体积弹性模量;λc—液压缸的漏损系.

　　3)调速阀的动态特性分析.调速阀的动态特性是压力补偿阀和节流阀动态特性的综合.若忽略微小项液动力、阀芯的质量、阀芯粘性性阻力,调速阀流量对进口压力P1(s),出口压力P3(s)和节流开度面积A(s)的动态变化传递函数:

　　式中:式中负号说明调速阀流量与出口压力变化方向相反;A—节流阀的截流面积;kx—压力补偿阀阀芯弹簧刚度,压力补偿阀窗口宽度的流量系数;节流阀的流量增益k1q=Cd节流阀的压力流量系数;压力补偿阀的压力-流量系数k²p=CdW压力补偿阀的流量增益