转向阀阀芯疲劳试验机振动台系统设计

　　电液伺服系统由于能充分发挥电子与液压两方面的优点,既能控制很大的惯量和产生很大的力或力矩,又具有高精度、快速响应的能力,并有较好的灵活性和适应能力,因而得到广泛的应用[1]。随着疲劳试验和振动试验要求的不断提高,电液伺服疲劳试验机得到了越来越广泛的应用,电液伺服疲劳试验机液压伺服系统作为试验机的动力驱动系统,其效率的高低直接影响到试验机对能源的利用率,本文研究并设计了一种转向阀阀芯在振动下的疲劳试验机,该转向阀用于支撑汽车方向盘的旋转操作。

　　本文将在对电液伺服系统的基础理论作深入研究的基础上,着眼于电液伺服系统的动态建模与仿真研究的需要,运用Matlab/Toolbox数字仿真技术和相应的理论分析方法,详细研究电液伺服系统的动态性能及特征,为指导系统的改进、优化和再设计工作打好基础。

　　1　电液伺服阀的性能

　　试验机上使用的电液伺服阀性能要求比较高。既有静态和动态性能的要求,又有寿命的要求。目前在试验机上应用较多的有力反馈喷嘴挡板式伺服阀、三级伺服阀和电反馈动圈双滑阀式电液伺服阀[2]。试验机的液压系统一般采用定压定量液压源。若液压源供给系统的压力是ps,流量为系统所需的最大流量QLmax,由于伺服阀存在压降,系统实际压力为pL,流量是QL,对于零开口的理想四边滑阀,假定阀口是对称的,根据流体力学可知[3]:

　　式中:K1为与阀口过流面积周长有关的系数; XV为阀芯偏离中间位置的位移量; pV为阀口压降; ps为伺服阀的供油压力; pL为负载压力。

　　2　系统设计

　　主要技术参数如下:

　　(1)本系统激振频率为30~100Hz,其中30~60Hz为等幅(12mm), 60 ~100Hz为等最大速度(40m/s)。

　　(2)系统激振器连接的圆盘80mm,平均厚度10mm。

　　(3)主电动机功率45kW,额定电压380V,满载电流84·2A。

　　(4)位移传感器量程120mm,频宽200Hz。

　　该系统原理图见图1。

　　3　传递函数推导

　　将该伺服系统看作是线性系统来研究,并作动态分析,以推导传递函数。

　　电液伺服系统主要由电子电气元件、电液伺服阀、液压执行元件、反馈检测元件和控制对象组成,其系统方框图如图2所示。

　　传递函数分析法是基于经典的控制理论的一种研究方法。用经典的控制理论对液压系统进行动态特性分析通常只局限于单输入、单输出的线性系统,一般先建立系统的数学模型,写出其增量形式,然后进行拉普拉斯变换,从而写出传递函数,再将传递函数用波德图表示,通过相频曲线或幅频曲线分析其响应特性。