电液比例变量柱塞泵中压力补偿阀的研究

　　1　前言

　　电液比例变量柱塞泵系统因其良好的控制特性、快速的响应和明显的节能特性广泛应用于注塑机械中。其压力流量控制特性分别可以通过电液比例压力控制阀和电液比例流量控制阀来进行控制,其控制技术已比较成熟[1],但影响系统的稳定性、快速性和准确性的直接元件是其泵内部的压力补偿阀,该阀的性能直接决定了推动斜盘变量的控制柱塞的响应特性,决定着这个泵系统的压力和流量响应特性,对泵的工作性能有直接的影响。以前的文章中对系统整体的仿真和试验进行了大量的研究,在此基础上对该压力补偿阀进行进一步理论仿真和试验研究,对提高注塑机系统的动态特性具有重要意义。

　　2　结构组成

　　电液比例变量柱塞泵原理图,如图1所示。我们所研究的对象为压力补偿阀3,该压力控制阀为一二位三通比例阀,阀的开口由两端压差所控制,其不同开口对应不同过流量,通过采用不同的开口阀芯对其理论仿真和实验研究,得到其动态特性。

　　3　阀的数学模型

　　根据阀芯的力平衡方程和阀的流量方程经过拉氏可得:

　　式中　A₃———表示阀芯的端面积(m²)

　　p———表示阀3的入口压力(MPa)

　　p₉———表示溢流阀的入口压力(MPa)

　　W₃———表示控制阀口的面积梯度(m)

　　x₃———表示阀芯的移动位移(m)

　　g₄———表示稳态液动力系数

　　p₃———表示阀3的出口压力(MPa)

　　M₃———表示阀芯的质量(Kg)

　　f₃———表示阀芯运动的黏阻系数

　　μ———表示液体的动力黏度(Kg/m·s)

　　δ———表示阀芯和阀套之间的间隙(m)

　　k₃———表示阀内弹簧的刚度(N/m )

　　流过压差控制阀3的控制阀口的流量方程:

　　式中　Q₃———流过阀3的流量(L/min)

　　C_d———阀的流量系数

　　u———平衡位置处阀的开口量(mm)

　　将式(2)线性化并拉氏变换可得:

    Q3(s) =KQ3x3(s) +KP3(p(s) -p3(s))        (3)

　　式中　K_Q3———阀3的阀口流量增益

　　K_P3———阀3的阀口流压增益

　　4　仿真与实验

　　根据上述传递函数结合系统压力控制方框图[2],利用MATLAB软件中的SIMULINK模块进行建模并仿真。将电流幅值为650 mA的压力方波信号分别入不同开口时候的压力动态特性曲线进行动态仿真,得到仿真数据后用MATLAB在同一幅图中画出几条动态特性曲线,并对其动态特性进行比较,仿真结果见图2。