液压缸运动平稳性分析与研究

　　1 前言

　　液压缸是液压系统的执行元件,在液压系统中实现直线往复运动,把液压能转化成直线往复运动的机械能。而液压缸运动稳定性的好坏,对液压系统工作的性能、设备运行的状态、加工产品的质量以及自身寿命都有很大的影响。本文从液压缸的动态特性,分析影响液压缸工作稳定性的因素,并结合实际提出一些预防和抑制的方法。

　　2 稳定性分析

　　图1是液压缸-负载系统,当液压缸输出力与负载相等,且输入的液体流量恒定时,若缸固定,则活塞作匀速运动,液压缸具有稳态特性;当输入流量不变而负载发生变化,或负载不变而流量发生变化时,活塞运动速度就会发生变化,这一过程中负载或输入流量变化与活塞速度变化之间的关系就是液压缸的动态特性。此外,液压缸活塞在很低的速度下移动时,可能产生爬行现象,这也是缸的动态特性之一。

　　(1)频率分析

　　若用m表示活塞及运动部件质量,F为液压缸外负载,p和q分别为液压缸输入液体压力和流量,则液压缸输入油液的连续性方程为

　　式中v--活塞运动速度;

　　A--液压缸活塞的面积;

　　Vt--液压缸高压腔及进口管路油液的体积;

　　Kc--液压缸泄漏系数;

　　K--油液体积弹性模量。

　　活塞运动的动力平衡方程式为

　　式中Bc--粘性阻尼系数。

　　由式(1)、式(2)可得液压缸的速度-负载特性方程

　　由于液压缸中的泄露在一般情况下很小,因此当时,可以忽略不计,于是液压缸的固有频率可以近似为

　　由式(6)可以看出,液压缸的移动部分质量m与液压缸进油腔容积Vt越大,油液的体积弹性模量K与活塞有效工作面积A越小,则液压缸的固有频率Xn就越低。因此,油液中混入空气的量不同,活塞运动位置不同时,都会引起固有频率的变化。

　　(2)速度稳定分析

　　当负载F0和输入流量q0都为常数时,其稳态速度

　　若启动时静摩擦力为Fs,在初始条件t=0,v=0的情况下,液压缸活塞运动速度的响应为

　　其响应曲线如图2所示,由图中可以看出,v从零开始振荡,并逐渐接近于v0,液压缸活塞运动速度逐渐趋于平稳,但若v0很小时,液压缸活塞也不能平稳运动,而出现爬行现象。

　　(3)爬行现象分析

　　液压缸活塞在极低速度下,由于摩擦处于边界摩擦状态,存在着动、静摩擦系数的变化和摩擦系数随着速度增加而降低的现象,即摩擦力与液压缸活塞运动速度v呈负斜率关系,在负斜率范围内,液压缸活塞运动速度