电液调速器执行器的改进设计与试验研究

　　0　前言

　　电液调速器由调频器和执行器两大部分组成。电磁部件磁钢和线圈是执行器的敏感元件,也是执行器力能转换的关键部件,其性能的好坏将直接影响到电液调速器整机产品的质量和使用寿命。笔者以前针对进口样机设计研制了几台电液调速器,但因电磁部件性能不稳而无法投产,故在此基础上重新设计了磁钢和线圈,取得良好的效果。

　　1　分析设计

　　执行器的敏感元件结构原理见图1,它由永久磁钢1、线圈2、滑阀3、阀套4、定心弹簧5和复位弹簧6等组成。滑阀的运动取决于永久磁钢和线圈所产生的电磁力。

　　对于电液调速器的设计,首先应考虑的是动态特性。由于电液调速器运行时始终处在暂态过程中,为了描述执行器敏感元件运动过程,可用基本方程式和传递函数来分析讨论它的动态性能。假定执行器的敏感元件在理想状态下工作,若不计去磁效应,磁路有关参数成线性关系,根据其电压平衡方程式和其运动平衡方程式,设滑阀最大速度为vm,忽略弹簧合力、摩擦力和阻尼,可得到vm和v的关系:

　　式中: T_M为机械时间常数; T_D为电气时间常数;

　　将式(1)进行拉普拉斯变换:

　　式中:为系统固有频率;ξ为系统阻尼比;

　　此式即为执行器敏感元件闭环传递函数式。经过上述近似处理,已经化为标准二阶系统,这样可用二阶系统进行研究,本文从略。根据自动控制系统理论,执行器敏感元件动态特性可用ξ、n这两个参量形式加以描述。通常希望系统的瞬态响应既有充分的快速性,又有一定的阻尼,阻尼系数必须选择在0·4~0·8之间,越大,系统的响应就越迅速。

　　根据对n、ξ、TM、TD表达式的分析,欲满足执行器稳定性、快速性的要求,可以归结为如何正确确定基本参数(BL)、R、L、M作为执行器敏感元件的设计依据,其中;

　　(1)单位电流吸力(BL) (它和执行器电磁部件的电磁参数即结构有关)是影响速度的一个重要参数,在实际设计中为满足执行器快速性的精度要求,力求(BL)最大,以减小机电时间常数TM。

　　(2)线圈电感L直接影响执行器动态性能,为减小电气时间常数T_D,应尽可能减小电感。由于电感和电阻成一定比例,电感减小相应的电阻也会减小,但是为了降低铜耗和减小电调控制器的输出电流,希望尽可能增大线圈电阻,所以在具体设计中,电感和电阻的确定应全面考虑。

　　(3)为增大通频带,要求运动部件质量M尽可能小以提高机械谐振频率。