基于节流阀的进口节流调速系统动态特性研究

　　0 引言

　　在液压系统中，进口节流调速回路是将流量控制阀串接在进油路上，通过改变流量控制阀的通流截面面积大小来控制进入执行元件（液压缸）流量的大小进行速度调节，该种回路结构简单、价格低廉，调速范围大，广泛应用于中、小功率的机床、农业机械、液压机具等液压系统中.

　　工程实践中发现以进口节流调速回路为主回路的进口节流调速系统，若负载变化，如在机械加工过程中，机床刀具在接触工件和移出工件的瞬间，负载从 0 到某值或从某值到 0 而发生突然的变化，而形成阶跃负载，将导致进口节流调速系统中液压缸两腔压力出现动态变化，油路中的流量以及系统中各元件所承受压力也会发生瞬时变化，使系统的运动平稳性变差，由此会出现零件加工质量下降，或液压元件损坏及噪声等故障，影响系统的正常工作.

　　目前，国内外学者针对节流调速回路进行了大量的试验和理论研究工作，在静动态理论分析、速度负载特性、测试与仿真、液压元件的动态特性分析等方面取得了一定的进展［1－11］.本文以负载作为输入，液压缸无杆腔压力作为输出建立系统的数学模型，对节流阀进口节流调速系统动态特性进行研究，并以试验进行了验证.

　　1 建立以负载为输入，液压缸无杆腔压力为输出的系统数学模型

　　1 ． 1 系统数学模型的建立

　　图 1 为进油路串接节流阀的进口节流调速回路原理图，在不考虑液压泵的流量脉动、液压缸泄漏和管道动态特性及管道压力损失的情况下，液压缸活塞的受力方程为［10－13］：

　　式中：A1、A2分别为液压缸无杆腔、有杆腔的有效工作面积，m2；P1（t）、P4（t）分别为是液压缸无杆腔 、有杆腔的压力，MPa； m 为活塞的质量，kg； B 为粘性摩擦阻尼系数； F（t）为外负载，N；u（t）为活塞的运动速度m ／ s；Fc为系统不变阻力，N.

　　液压缸无杆腔的液流连续方程为：

　　式中：q1（t）为液压缸无杆腔进油流量，m3／ s；V1为液压缸进油压力腔的总容积，m3；E 为有效体积弹性模量，MPa.

　　节流阀节流口的流量方程为：

　　A₀为节流阀的截流面积，m2；c 为节流口系数；ρ 为油液密度，kg ／ m3；q2（t） 为通过节流阀流量 ，m3／ s；Pp（t） 为节阀进口压力 ，MPa，忽略管道压力损失，为溢流阀调定压力.

　　若不考虑泄漏，通过节流阀的流量和进入液压缸无杆腔的流量应相等，有流量连续方程：

　　q₁（t）=q₂（t） 　　（4）