平板阀设计及其非线性研究

　　在液压传动系统中,滑阀的功能主要是控制液体的流动方向、接通和切断液流。滑阀主要有圆柱型滑阀和平板型滑阀两类,其中圆柱型滑阀在液压伺服系统中被广泛应用,相关工程技术也相对成熟。而平板型滑阀由于较复杂的加工工艺使其运用较少。本文就某型舵机中平板阀的设计思想进行介绍并对其非线性特性进行分析,为类似平板阀设计和分析提供了有益的借鉴。

　　1 平板阀工作原理

　　平板阀工作原理如图1所示。

　　当供油油路提供额定压力ps,平板阀芯保持中位,平板阀底盘上的两个控制油口正好处于封闭的状态,作动筒也静止不动。当阀芯顺时针旋转一个小角度Hv时,进油腔就与右控制油口1沟通,高压油便经过阀芯上的窗口进入控制油口1,再进入作动筒右腔;此时,控制油腔2与回油腔沟通,从作动筒左腔回来的油通过回油腔返回油箱,作动筒活塞杆向左运动。同理,当平板阀芯逆时针旋转时,作动筒活塞杆向右运动。平板型滑阀是藉阀芯与底盘之间的相对运动改变节流孔的面积以达到对液流进行控制的。

　　2 平板阀的设计

　　整个平板阀置于平板阀壳体之中,并利用柱塞和柱塞弹簧使平板阀中各接触面实现密封。其基本结构如图2所示。

　　在柱塞盘的上端面与平板阀壳体之间存在间隙,该间隙为0.5 mm。压紧方式利用了6个柱塞和柱塞弹簧。当平板阀高压进油腔压力为ps时,高压油进入柱塞腔,使柱塞盘两端面的油液压力基本相同,而利用柱塞弹簧的预压力使柱塞盘、分隔环与底盘紧密压紧。当ps=26.5 MPa时,高压腔对柱塞盘施力约9767 N,而弹簧根据其刚度和压缩量可得其总的弹力为204 N。

　　由于平板阀芯的油腔分割作用,油腔将分为高压进油腔和低压回油腔两部分,这就造成了柱塞盘底面所受压力一半为高压一半为低压。如果采用简单的机械式的压紧方式,就可能出现柱塞盘因受力不均引起的抖动甚至卡死。利用弹簧将这种不平衡力进行重新分配,使平板阀各处受力保持基本平衡。

　　3 平板阀非线性分析

　　3.1 死区非线性

　　在平板阀设计中利用一个微小的重叠量来补偿间隙的泄漏。但绝对零位线性流量增益是不可能得到的。即平板阀的流量增益特性一定会存在死区。死区过小,会使作动筒在零位时发生极限环振荡;死区过大会使系统灵敏度降低。

　　工程上我们采用气动测量方法对死区进行计量。平板阀芯旋转Hv,以顺时针方向角度为正,得到节流窗口气体流量曲线(如图3所示)。当平板阀芯顺时针旋转时,节流窗口4(控制油口1的回油口)于角度a先接通,而节流窗口2(控制油口2的进油口)于角度b再接通,且|a|<|b|;当平板阀芯逆时针旋转时,节流窗口3(控制油口2的回油口)在c角度接通,节流窗口1(控制油口1的进油口)在d角度接通,也存在|c|<|d|。即平板阀开口时应先接通回油通道,保证在作动筒中不会产生压缩的高压油,从而避免产生高压冲击。