非对称伺服阀控制非对称液压缸的理论分析

　　1 引言

　　阀控对称液压缸系统和阀控非对称液压缸系统都是常见的系统。无特别说明,伺服阀是匹配对称的。阀控对称液压缸(马达)理论比较系统,但阀控非对称液压缸理论尚待完善。研究发现,阀控非对称液压缸机构在换向时有压力突变产生[1],并导致振动和噪声,液压缸两腔可能出现气蚀和压力超过供油压力的情况。而采用非对称伺服阀可很好地解决此问题。如果照搬对称缸系统中负载压力和负载流量的定义方法分析非对称缸系统,将产生功率不匹配的问题[2]。因此本文重新定义非对称阀控制非对称液压缸机构的负载压力和负载流量,并建立数学模型,供进一步研究作参考。

　　2 非对称伺服阀的流量-压力特性

　　2.1 面积梯度

　　如图1所示,设阀口1、2的面积梯度为w1,阀口3、4的面积梯度为w2。对于非对称阀、A1是无杆活塞腔的压力和有效面积,p2、A2是有杆活塞腔的压力和有效面积。令:

　　假设回油压力pr=0,忽略泄漏。当液压缸的负载F不变时,因液压缸运动换向而产生的压力突变值为[3]:

　　可见当负载F不变时,液压缸两腔的压力突变值与负载无关,只与ps、n、m有关,易知当n=m时,p1=p2=0,可消除压力突变现象。所以非对称伺服阀的面积梯度应满足下式:

　　以下论述均是基于n=m的前提下。

　　2.2 负载压力和负载流量的定义

　　液压缸稳态时的力平衡方程为:

　　2.3 非对称伺服阀的流量-压力特性分析

　　由式(11)、(14)可画出n=015时的非对称伺服阀无因次流量-压力特性曲线,如图2所示。

　　3 动态特性

　　3.1 伺服阀的流量方程

　　根据式(9)和(13),非对称伺服阀的流量方程在正反两个方向上的线性化可统一表示为:

　　3.2 活塞腔流量的连续性方程

　　考虑泄漏和油液的可压缩性,液压缸无杆腔的流量连续性方程为:

　　式中 V1=V0+A1y--活塞无杆腔的体积(包括缸、阀、及油管的体积)

　　V0--活塞无杆腔的初始体积

　　y--活塞的位移

　　Bc--油液的有效体积弹性模量

　　Cip--缸的内泄漏系数

　　按负载流量的定义QL=Q1,有:

　　V1的最小体积V1min为V0,V1的最大体积V1max为V0+A1L,L是活塞的行程。一般取V1min和V1max的平均值为V1。则: