电液比例节流阀动态特性的试验研究

　　电液比例节流阀测试系统由液压系统和测控系统两大部分组成,是一个自动化程度较高的测试系统。与液压马达测试系统一样,液压系统负责性能试验的具体执行,测控系统负责试验过程的控制,通过电信号指令的形式传递给液压系统,以及通过各种传感器进行试验数据的采集、计算、打印,还根据试验要求进行相应的反馈调整等处理。

　　作者通过试验研究,对电液比例节流阀的性能进行测试分析,并与理论分析结果进行对比,以验证数学模型的正确性。

　　1 试验系统简介

　　电液比例节流阀试验液压系统如图1、2所示。图1所示的液压回路可完成电液比例节流阀静态流量特性和频率响应特性的测试。图2所示的液压回路,用于测试电液比例节流阀的瞬态响应特性和空载伺服位置控制系统性能,系统压力由比例溢流阀3设定,调节范围为0~35MPa,电磁换向阀8用于控制动态油缸的运动方向,速度传感器9用于测量被测阀7的流量,位移传感器11用于测定油缸活塞的位置。

　　2 试验系统数学模型

　　按滑阀的流量计算公式,文中分析的比例节流阀的流量Q₁为

式中:p₁、p₂为比例节流阀进、出油口压力。当比例节流阀阀芯不带其他载荷时,外界负载力FL为0,可得比例节流阀静态流量方程

　　经推导可得比例节流阀口开口量对输入电流的传递函数为

　　从图1所示液压系统可知,阻尼短孔的进口压力可近似为被测电液比例节流阀的出口压力,阻尼短孔的出口压力可近似为0,则其瞬时流量Q₂为

式中:C_d2为阻尼短孔流量系数;A1为阻尼短孔过流面积。

　　被测阀出油口与阻尼短孔之间必然有一个小容腔(图1),容腔的压力变化由压力传感器8检测,该容腔的流量平衡方程为

式中:V为被测阀与阻尼短孔之间容腔体积;Be为油液弹性模量。

　　结合容腔的流量平衡方程式(5)对被测阀和阻尼短孔的流量方程式(1)、(4)进行线性化处理,结果为

　　x_v0为被测阀节流阀口开口量的中位值;

　　p₂₀为被测阀节流阀口在开口量的中位值时容腔压力值。

　　由式(3)、(6),容腔压力对输入电流的传递函数为

　　比较式(3)和式(7)可知,随着被测阀与阻尼短孔之间容腔体积的增大,容腔压力对输入电流的幅频宽和相频宽在减少,且比阀实际频宽小;通过改变阻尼短孔直径可以改变容腔压力变化幅值,同时改变被测阀节流阀口在开口量中位值时的容腔压力。但是,只要使容腔体积足够小至能基本上忽略其油液动态效应,以及选择合适的阻尼短孔直径以改变被测阀节流阀口在开口量中位值时的容腔压力,则可以反映被测阀的频响特性,其可行性将在试验中得到进一步证实。