阀控液压缸统一流量方程的分析研究

　　0 引言

　　目前,各种阀控液压缸系统(包括对称阀、非对称阀控制对称缸,对称阀、非对称阀控制非对称缸)在工程上都得到了相当广泛的应用。阀控对称缸系统具有优良的控制特性,在实际工作中得到了充分证明,但由于应用空间的限制,近年来阀控非对称缸系统的工程应用地位日趋显现。然而,阀控对称缸系统的数学模型和理论分析已较成熟,但阀控非对称缸系统数学模型一直还没有统一的完整表达[1~3],本文从阀控对称缸、非对称缸的统一特性出发,不仅对负载压力与负载流量进行了重新定义,而且建立了阀控缸系统的统一数学模型。为阀控缸系统特性的进一步分析提供了理论基础。

　　1 负载压力与负载流量的重新定义

　　阀控液压缸系统的结构简图如图1所示,在此假定:

　　①供油压力ps恒定不变,回油压力po=0。

　　②液压缸无泄漏。

　　③阀为理想零开口四通滑阀,即阀无泄漏。

　　④节流窗口处的流动为紊流,液体压缩性影响在阀中予以忽略。

　　⑤阀具有理想的响应能力,即对应于阀芯位移和阀压降的变化相应的流量变化能瞬间发生。

　　⑥所有连接管道都短而粗,管道内的摩擦损失、液体质量影响和管道动态忽略不计。

　　图1中参数说明如下:

　　ps--油源压力;

　　po--回油压力;

　　qv1--液压缸无杆腔流量;

　　qv2--液压缸有杆腔流量;

　　p1--液压缸无杆腔压力;

　　p2--液压缸有杆腔压力;

　　A1--液压缸无杆腔有效作用面积;

　　A2--液压缸有杆腔有效作用面积;

　　xv--阀芯位移;

　　y--活塞位移;

　　m--活塞与负载折算到活塞处的等效质量之和;

　　F--作用在活塞上的等效外负载;

　　k--负载的弹簧刚度;

　　Bc--活塞和负载的粘性阻尼系数。

　　现定义:

　　①伺服阀进出液压油的节油窗口面积梯度之比为:其中: w1、w3为伺服阀与液压缸无杆腔相连的节流窗口1、3的面积梯度; w2、w4为伺服阀与液压缸有杆腔相连的节流窗口2、4的面积梯度。则当n=1时,为对称伺服阀;当0<n<1时,为非对称伺服阀。

　　②液压缸两腔有效作用面积之比为:

　　则当时,为对称液压缸;当0<G<1时,为非对称液压缸。

　　1.1 负载压力

　　在图1所示的非对称动力机构中,忽略库仑摩擦等非线性负载和油液质量,根据牛顿第二定律,可得:

　　式中:Fl--活塞输出的负载力,N。

　　现负载压力定义为: