旁路节流调速液压系统动态特性数字仿真

　　0前言

　　液压旁路节流阀节流调速回路是将节流阀并联在液压缸油路上，通过调节节流阀口开度来调节液压缸运动速度的一种调速回路， 此回路在高速、大负载工况时速度刚性好， 回路功率损失小, 效率较高， 因而这种回路在工程实际中得到了广泛应用。 本文以包含液压缸、节流阀、液压泵各自的动态特性为系统模型，对旁路节流调速回路进行较全面的定性或定量分析，提出影响系统动态特性的内在因素，为液压系统的设计、液压元件主参数的选择提供更为准确的科学依据。

　　1系统各元件动态特性

　　典型的旁路节流阀节流调速回路如图1 所示，液压泵同时向液压缸的无杆腔及节流阀进油口供油， 液压缸有杆腔及节流阀出油口与油箱相连，液压缸与节流阀并联连接，溢流阀起安全阀作用。 回路中各元件的动态特性对液压缸运动速度均有影响，故首先分析各元件的动态特性。

　　(1)泵的流量连续性方程式

式中V_p———泵排量;

　　n———泵轴转速;

　　V_sp———泵内压油腔的油液体积;

　　p_p———泵排油口压力;

　　E———油液的体积弹性模量。

　　(2)液压缸无杆腔输入油液的连续性方程

式中v———活塞的运动速度;

　　A_l———液压缸无杆腔面积;

　　p_l———液压缸无杆腔压力;

　　V———液压缸无杆腔内的油液体积。

　　(3)液压缸活塞的动力平衡方程

式中m———移动部件等效质量;

　　B———黏性阻尼系数。

　　(4)通过节流阀的流量方程

式中At———节流阀阀口通流截面积。

　　(5)根据回路特性有

　　2系统数学模型

　　忽略管道压损、各元件瞬态液动力、液压缸泄漏、油温变化对液压油黏度和体积弹性模量的影响的前提下，运用力平衡方程式、流量连续性方程、节点流量方程等，可建立图1 所示节流阀旁路节流调速系统的数学模型，非线性系统的状态方程表达型式：

　　(1)状态变量

　　(2)状态方程

　　3 MATLAB下仿真模型的建立

　　采用MATLAB 提供的 SIMULINK 根据状态方程建立仿真模型，并对子系统进行封装，如图2(其他仿真模型图略)。因数学模型为非线性状态方程，且存在刚度问题，故采用ode23tb(stiff/TR-BDF2)法仿真。

　　4计算机仿真分析