高速开关阀动态性能试验装置及其应用研究

　　1 试验原理及油路设计准则

　　目前,常见的高速开关阀有两种结构形式,即两位两通阀和两位三通阀。图1(a)、1(b)分别给出两种阀动态特性的基本测试原理。其中,可变液阻为高速开关阀的阀口。图1(a)中,两位两通高速开关阀阀口与外加的固定液阻构成一个B型半桥。图1(b)中,两个可变液阻代表两位三通高速开关阀的两个节流窗口,它们一起构成一个A型半桥。当上述半桥的进油口压力保持恒定且忽略控制腔油液的压缩性时,控制腔压力与高速开关阀的阀口开度符合合如下关系[3]:

　　(1)对于两位两通阀

　　(2)两位三通阀

　　式中,A1为高速开关阀高速开关阀P→A节流窗口面积;AC为固定节流孔过流面积;P为系统压力;PA为控制腔压力;AG为高速开关阀节流阀口处于最大开度时的过流面积。

　　由式(1)和式(2)可知,高速开关阀的阀口开度A1与控制腔压力PA成正比的变化,因此,只测得控制腔压力PA的瞬态变化过程就可以较为准确的估计高速开关阀打开/关闭的动作时间。

　　为了准确地测量,在油路设计方面需按如下原则进行:

　　(1)固定节流孔的过流面积取高速开关阀节流口最大过流面积的一半;

　　(2)为避免油液压缩性带来的影响,控制腔的容积要求设计的尽量小;

　　(3)测试过程中,液桥入口压力尽可能保持恒定,可考虑增设蓄能器以隔离其他液压元件的动特性对测量造成的干扰。

　　(4)回油路管道长度尽量短,防止回油脉冲流量引起回油路的压力峰值,满足如下关系式[4]:

　　式中,l为回油管路的长度;a为压力波在管内的传播速度; tr为高速开关阀的响应时间。

　　2 试验装置的构成

　　根据测量原理及油路设计准则建立如图2所示的试验系统,被试阀安装在专门设计的阀块上,控制腔接一个高频宽的压力传感器1,用于测量控制腔压力的瞬态变化过程。蓄能器3确保高速开关阀入口压力保持恒定,消除了泵、溢流阀及入口管路带来的干扰。回油管路长0.2m,通径12mm,其固有频率为1.5kHz,约为被试阀开关频率的10倍[5]。因此,回油管路的动态特性不会对被试结果造成影响。溢流阀5可根据测试需要调定高速开关阀的入口压力。

　　3 试验装置的应用

　　在试验台架上对自行研制的某型号高速开关阀的动态特性进行了一系列的试验研究,其开关特性的试验曲线如图3所示。根据试验曲线测得高速开关阀动态性能指标如表1所示,这些指标决定了高速开关阀用于位置伺服控制系统中所能获得的控制精度和响应速度。