基于电液比例溢流阀的模拟加载系统研究

　　0 引言

　　在某液压起竖设备的研制过程中， 不仅需要对快速起竖控制算法进行理论研究， 更需要对理论研究成果进行实验验证。 由于负载造价昂贵且质量大，难以通过配重的方式对液压缸直接加载， 以验证起竖控制算法的有效性。 传统的对顶缸加载方式，不仅使得系统体积庞大、造价昂贵而且将不可避免的带来多余力，影响模拟起竖效果[1]。 本文设计的模拟加载系统，通过动态调节电液比例溢流阀溢流压力， 控制起竖油缸反腔压力，实现对起竖系统负载的模拟。 该模拟加载系统不仅结构简单、成本低、实现容易，而且能完全克服液压缸的冗余负载力[2]。

　　1 模拟加载系统设计

　　如图 1 所示，该模拟加载系统主要由四部分组成。①油源系统：由油箱、液压泵和直动式溢流阀构成，主要任务是为整个系统提供动力油源和设定系统安全工作压；②速度控制系统：由调速阀和三位四通电磁换向阀构成，主要任务是根据起竖控制算法，改变液压缸进口液压油流量，控制活塞杆伸出速度；③测控系统：由压力传感器、位置传感器和控制计算机构成，主要任务是实时检测液压缸反腔压力和活塞杆伸缩位移，向速度控制系统和模拟加载系统发出指令信号， 控制活塞杆伸缩速度和液压缸反腔压力；④模拟负载：由液压缸、电液比例溢流阀及止回阀构成，主要任务是实时控制溢流阀反腔压力，模拟对液压缸的作用力。

　　在起竖实验中， 计算机首先控制电磁换向阀和调速阀，使液压油进入液压缸正腔，活塞杆伸出，同时控制电液比例溢流阀溢流压力， 然后通过位置传感器和压力传感器实时采集液压缸的位移量和反腔压力，根据设定起竖过程中活塞杆位移量与液压缸反腔压力的理论关系，控制电液比例溢流阀溢流压力，使实际反腔压力实时跟踪理论反腔压力， 达到模拟起竖负载的目的。 在回平实验中，系统工作过程与此类似。

　　3 载荷特性分析

　　为了准确模拟系统起竖过程， 首先应对起竖系统进行受力分析。 起竖系统受力分析如图 2 所示。 由于负载起竖过程中角加速度很小， 所需的外力矩也较小，因此在起竖系统受力分析时，角加速度产生的外力矩予以忽略。起竖油缸活塞负载函数主要考虑活塞杆推动起竖臂产生的推力力矩与设备及起竖臂的重力矩的平衡。

　　对于某种确定的快速起竖控制算法， 活塞杆的伸出位移 l 随起竖时间 t 变化，用 lt表示。 液压缸产生的推力用 Ft表示，起竖系统的起竖角度为 α，则系统的力矩平衡方程为：

　　Ftlt=MM+Mm 　　（1）