P-Q伺服阀在减摇鳍电液负载仿真台中的应用

　　减摇鳍电液负载仿真台是模拟减摇鳍运动时所受海浪载荷的装置,是为减摇鳍的研制开发工作服务的,它的功能是模拟减摇鳍鳍片在不同攻角时所受到的 海浪的作用力,并将此力实时地施加于鳍片,从而检测出减摇鳍控制系统的技术性能指标,以达到缩短研制周期、节约研制经费、提高可靠性和成功率的目的 [1]。减摇鳍负载仿真台由于减摇鳍系统的主动运动,对加载系统造成强的速度干扰,在加载液压缸两腔产生强迫流量,强迫流量形成的负载压差产生了多余力; 而多余力的存在严重影响加载系统的控制精度。因此,如何减少多余力对加载性能的影响是研制高性能减摇鳍负载仿真台的关键问题之一[2]。

　　作者所介绍的P-Q伺服阀是在力反馈流量伺服阀的基础上引入了负载压力负反馈回路构成的。P-Q伺服阀由于内部的负载压力负反馈,当负载压力改 变时,滑阀开口量随之改变,从而引起伺服阀输出流量的变化,因此P-Q伺服阀由流量变化引起的压力变化远小于流量伺服阀,有利于减小因强迫流量引起的多余 力[3]。

　　作者根据P-Q伺服阀的结构和工作原理,建立了P-Q伺服阀的传递函数模型;在此基础上,推出采用P-Q伺服阀控制的减摇鳍负载仿真台的传递函 数模型。通过对P-Q伺服阀的实际加载曲线分析表明,在减摇鳍电液负载仿真台加载系统中采用P-Q伺服阀加载能有效抑制多余力,尤其是在减摇鳍系统启停和 换向时的多余力。

　　1　P-Q伺服阀的传递函数模型

　　1·1　P-Q伺服阀结构和工作原理

　　P-Q伺服阀的结构如图1所示。它由力矩马达、弹簧管、双喷嘴挡板阀、反馈杆和滑阀几部分组成。力矩马达为永磁式力矩马达,它由导磁体、永久磁 铁、控制线圈及衔铁组成,力矩-位移转换器为弹簧管,前置级液压放大器由双喷嘴挡板阀和两个固定节流孔组成,输出级液压功率放大器为四通滑阀,反馈杆、挡 板、弹簧管及衔铁等构成了衔铁挡板组件,滑阀通过反馈杆与衔铁挡板组件相连,负载压力反馈作用于滑阀阀芯的两端面。

　　P-Q伺服阀原理图如图2所示。当控制线圈中无输入电流信号时,力矩马达无力矩输出,衔铁由弹簧管支撑处于上下导磁体中间位置,挡板位移 xf=0,处于两个喷嘴中间位置,则双喷嘴挡板阀输出的控制压力ppL=pc1-pc2=0,所以滑阀阀芯在反馈杆小球的约束下处于中间位置,即阀芯位移 xv=0,伺服阀无流量输出。当控制线圈中有输入电流信号时,假设衔铁受一个顺时针方向的磁力矩,使衔铁绕弹簧管旋转中心顺时针偏转角位移θ,同时带动挡 板向左偏移xf,造成喷嘴挡板的左间隙减小,右间隙增大,使喷嘴挡板阀输出的控制压力ppL>0,推动阀芯向右移动,反馈杆产生弹性变形对衔铁挡板 组件施加一个逆时针反力矩,负载压力通过反馈作用于阀芯两端面。当作用在衔铁挡板组件上的磁力矩、弹簧管反力矩、喷嘴对挡板反力矩、反馈杆反力矩和负载压 力反馈力矩达到平衡时,滑阀阀芯停止运动,处于一个相应的位置,使P-Q伺服阀输出的流量及压力与输入信号电流成比例。由于负载压力的负反馈作用,在不改 变伺服阀输入电流的情况下,当负载压力增大时,滑阀开口量减小,输出流量减小;当负载压力减小,滑阀开口量增大,输出流量增大。故P-Q伺服阀的压力-流 量特性曲线的斜率比流量伺服阀的压力-流量特性曲线的斜率大[4]。