电液比例节流阀频响特性测试方法探讨

　　电液比例元件和电液伺服阀是电液比例 / 伺服控制系统的重要组成元件，选择合适的电液比例 /伺服阀对系统性能的实现有着重要的意义。电液比例节流阀作为一种价格较为低廉的比例流量控制元件，在频响要求不高的电液比例伺服系统中有着广泛的应用，如工程车、工程机械的加速减速运动的电液控制系统，电液比例节流阀常结合其它元件构成复合阀对工程机械中液压系统的流量、压力进行控制。因此，对电液比例节流阀特性的分析在工程实践中有着重要的意义。本文以单级电液比例节流阀作为研究对象，用动态压力来测试其频响特性，避免直接测试动态流量的困难，分析过程和结果也可供其它类型的电液比例阀参考。

　　1 电液比例节流阀工作原理与基本数学模型

　　单级电液比例节流阀，由比例电磁铁直接驱动阀芯，阀芯采用弹簧支撑及液压力平衡的结构，其工作原理如图 1 所示。

　　阀芯力平衡方程为:

　　式中参数：

　　式中:Fi———电磁铁输出力

　　mv———阀芯、阀腔油液以及弹簧等效质量

　　xv———阀口开口量

　　x0———复位弹簧预压缩量

　　Bv———阀芯与阀套间粘性摩擦系数

　　Bf———瞬态液动力阻尼系数

　　kf———稳态液动力刚度

　　FL———负载力

　　μ———油液的动力粘度

　　z———阀芯上的台肩数

　　l ———一个台肩的长度

　　r1———阀芯台肩半径

　　r2———阀套孔半径

　　Cd1———阀节流口流量系数

　　W———阀的面积梯度

　　L———阻尼长度

　　ρ———油液密度

　　p1、p2———进出油口压力

　　kt———复位弹簧刚度

　　比例电磁铁可以看作二阶环节，其输出力对输入电流的传递函数为：

　　式中: I ———比例电磁铁输入电流

　　kb———比例电磁铁放大系数

　　ωb———比例电磁铁自然频率

　　ξb———比例电磁铁阻尼系数

　　由式( 1)(2)，被测阀节流阀口开口量对输入电流的传递函数为：

　　2 测试系统及其数学模型

　　在测试电液比例节流阀动态性能时，由于常用的流量计的运动部件存在惯性，难以测试动态流量，而电液比例节流阀内又难以安装位移传感器测试阀芯的位移，故很难通过流量计或阀芯位移来测试该类阀的频响特性;虽可用动态液压缸进行测试，但难度大、成本高。在试验中，采用在被测阀出口接一阻尼短孔( 图 2)，通过检测被测阀与阻尼短孔之间的压力来测试该阀的频响特性，这种测试方法简便、成本低。