不对称油缸电液伺服系统分析

　　0 引言

　　在矿山自动化机械中,多关节凿岩台车的位置运动轴驱动通常采用对称阀控制不对称直线油缸(见图1),而姿态运动轴则采用伺服摆动油缸驱动。

　　本文拟就对称伺服阀控制不对称直线油缸的伺服系统进行必要分析,以供设计时参考选用。

　　1 对称阀控制不对称直线油缸固有特点

　　(1)产生换向冲击

　　由于油缸两边有效作用面积不等,因而在活塞换向时,油缸两边作用力发生突变,以致造成冲击并产生压力跳变见图2。

　　一些液压装置虽然采用负开口解决这一问题,但又容易造成极限环,形成低频振荡。

　　(2)正反方向速度不同

　　当活塞向有活塞杆方向运动时,输入到大面积端的流量要补充活塞杆移出的体积,因而速度变小;相反,当活塞向无活塞杆方向运动时,由于油缸活塞杆端的面积小,同样的输入流量,速度变大。

　　2 数学模型

　　对于对称阀控制不对称直线油缸的数学模型研究,许多学者提出过不同形式的模型,而这些模型的建立都是在定义条件下推导出来的。本文采用文献[1]中关于对称阀控制不对称油缸的数学模型,推导出在V₀₁=V₀₂位置上油缸的固有频率。

　　油缸无阻尼固有频率是系统惯性负载和液压弹簧的综合效果,依此可以先求出液压弹簧的刚度。

　　根据液体压缩容积模量,可求出油缸大面积端液压弹簧刚度。

　　小面积端刚度

　　油缸的总液压刚度

　　对液压刚度求出压缩行程导数,并求出最小刚度

　　最小刚度发生位置在点,此时油缸的无阻尼固有频率

　　根据文献[1]推导的对称阀控制对称油缸传递函数,在考虑惯性、油的压缩性和泄漏,一般油缸无弹簧和黏性阻尼时,开环传递函数

　　其中

　　这个传递函数是在V₀₁=V₀₂条件下推导的,把上述不对称油缸的最小刚度发生位置代入式(1),则得出

　　式(2)比较接近实际。

　　在传递函数中流量增益

　　从式(3)可以看出,在油缸正反向运动时,开环增益不同。

　　3 伺服系统的构成

　　多关节凿岩台车的电液伺服系统是一个位置控制系统,它是由对称阀控制不对称直线油缸、计算机零阶保持器及检测软件构成的,见图3。