液压系统爬行现象机理分析及对策

　　1　液压爬行的产生及分析

　　如图1所示,设有一质量为M的重物在滑动面上慢速运动,工作机构以V(t)的速度通过刚性系数为K的弹簧向右移动。最初弹簧被徐徐向右端拉动时,由于重物与滑动面间的静摩擦力较大,重物M并不随之运动,这时弹簧在不断拉长,贮蓄能量。当弹簧的拉力足以克服静摩擦力后,重物M就开始运动,此时摩擦力迅速降低,故重物开始增加运动速度,呈跳跃式。随着弹簧的拉伸不断减小,重物M的运动速度亦不断减小。当弹簧的拉伸力刚等于动摩擦力时,重物M的运动即停止。以上现象不断的重复出现就形成了爬行。

　　当工作机构的拖动系统为液压系统时,产生的爬行现象则为液压爬行现象。液压爬行是液压传动系统中常见的不稳定现象之一,表现为执行部件(或者是外载)的工作速度不断周期性变化,正如上所叙的那样,呈“一进一停”的脉动状态。这种爬行现象对要求具有低速稳定运行的机床设备而言,其影响是十分显著的,它将使这类设备加工精度及表面粗糙度大幅度下降,甚至无法正常工作。

　　爬行现象典型的“时间—速度”理想曲线如图2所示。

　　实际上我们可以认为图2是图3所示的速度稳定分量V0与图4所示的速度不稳定分量V,的合成。即:

　　式中:为单位脉冲函数;H为脉冲函数幅值。

　　尽管液压系统产生爬行的原因很多,但其根本的原因是产生了速度不稳定分量,即脉冲函数V′=H 所引起的。我们分析系统中产生爬行的原因,归根结底就是要找出系统中产生脉冲项的机理。

　　2　液压系统爬行的数学模型^[1]

　　图5所示为液压系统中应用最广泛的阀控液压缸工作原理图。它由四通滑阀和液压缸组成。我们将它分为二个环节,滑阀作为一个环节,其输入压力Ps作为输入量,负载流量QL作为输出量;液压缸作为一个环节,输入量为QL,负载运动速度VL作为输出量。

　　(1)滑阀的流量方程

　　式中:CQ—流量系数,与雷诺数Re有关;

　　d—滑阀直径m;

　　x—滑阀开口量m;

　　ρ—油液密度kg/m³。

　　由于液压缸的外部泄漏和压缩性影响,动态时,Q1≠QL取负载流量QL为流进流出液压缸的平均流量。则:

　　由于我们研究的是在稳态工作点附近流量和压力的微量变化规律,为了简便,仍用变量本身表示它们从初始条件下的变化量,则线性化的滑阀流量方程可改写为: