再论负载流量与负载压力

　　0　引言

　　阀控伺服系统的静、动态特性研究及数学模型的建立等,通常涉及两个主要工作参数:负载流量QL和负载压力PL。然而,这两个参数原本并非客观存在,而是人为定义的。对于阀控对称机构(阀控对称缸或液压马达),通常定义负载流量QL和负载压力PL如下:

　　式中: P₁为进油腔压力, P₂为回油腔压力, Q₁为进油腔流量, Q₂为回油腔流量。

　　对于阀控非对称机构,研究结果表明,从精确和平稳的控制要求来看,对称阀控非对称机构是不匹配的,实际使用中会出现换向时的巨大压力跃变等现象[1]。因此,提出了各种补偿和控制策略来消除不匹配带来的问题[2-4],甚至采用非对称阀控非对称缸[8,10]。然而,注意到在对称阀控非对称机构的建模中,出现了多种建模形式,一个重要的原因是对于负载流量和负载压力的定义不同。

　　本文首先从阀控对称机构负载流量QL和负载压力PL定义的物理意义入手,归纳出定义QL和PL的通用原则。然后,根据此通用原则,对若干研究阀控非对称缸机构的文献中负载流量QL和负载压力PL不同的定义进行了分析。

　　1　定义负载流量和负载压力的通用原则

　　文献[5]从动力机构功率匹配的角度,分析了负载流量QL和负载压力PL定义的物理及工程意义。本文基于此,结合一些对称阀控非对称缸的情况作进一步的分析。

　　1·1　阀控对称缸的情况

　　设阀芯正向位移xv>0时,如图1所示,进油腔为左腔,根据式(1)的定义,液压缸的功率和伺服阀的功率分别表示为:

　　式中: A₁、A₂分别是进油腔和回油腔有效作用面积;v是活塞杆速度。

　　若忽略泄漏和油液的压缩,则有Q₁=Q₂,代入式(2),得

　　由式(4)和(3),ΔN=NV-NC=0,即阀和缸的功率是匹配的。可以进一步作如下理解: P₁Q₁为正向功率Np, P₂Q₂为反向功率Nn,则

　　N=P_LQ_L=Np-N_n=P₁Q₁-P₂Q₂(5)

　　即满足式(5)时,定义的负载流量Q_L和负载压力P_L使得阀与缸的功率匹配。

　　阀芯反向位移xv<0时,进油腔为右腔,由于液压缸和阀结构对称,上面的推导都依然成立,这里不作详细推导。

　　综合上述两种情况,阀控对称缸时,式(1)定义的负载流量Q_L和负载压力P_L是合理的。

　　需要注意,这里P₁、P₂以及Q₁、Q₂是广义概念的压力和流量,而并非通常设定的左腔压力流量以及右腔压力流量,也不是在非对称缸情况下的有杆腔压力流量和无杆腔压力流量。