颤振信号对电液伺服阀性能的影响分析

　　0　概述

　　电液伺服阀是电液伺服控制系统的关键部件,它既是电液伺服系统中电气控制部分和液压执行部分的接口,又是实现用小信号控制大功率的放大元件。在多种类型电液伺服阀中,以双喷嘴-挡板二级电液伺服阀应用最为广泛,其流量范围从零点几升每分钟到数百升每分钟不等。双喷嘴挡板阀的主要优点是线性度好、动态响应快、压力灵敏度高、温度和压力零漂小,但相应的缺点是内泄漏大、易堵塞,抗污染能力差。一般为减少静摩擦影响和提高抗污染能力,保证电液伺服阀具有灵敏的控制性能,常常在控制信号上叠加一个100 Hz~400 Hz的高频小振幅颤振信号。但是,如果电液伺服阀系统中电液伺服阀参数选用考虑不全,使得颤振信号的频率与电液伺服阀力矩马达加载后的固有频率接近时,就会引起相互干扰,从而影响系统的性能。

　　1　故障现象

　　某型号电液伺服阀的主要性能参数,如表1所示。

　　在电液伺服阀调试中曾遇到以下问题,图1和图2是同一电液伺服阀加颤振信号和不加颤振后空载流量曲线情况。

　　由图1和图2可以看出,同一状态的电液伺服阀在加颤振信号和不加颤振信号情况后零偏差异较大,加颤振信号调试的零偏为8%额定电流;而不加颤振信号后的零偏仅有0.5%额定电流。按照正常设计要求,颤振信号对伺服阀零位应该没有影响。

　　2　数学模型

　　2.1　力矩马达的力平衡方程为

　　式中:Md为力矩马达的电磁力矩,单位N·m;Ja为衔铁组件的转动惯量,单位kg·m2;Ba为衔铁组件的粘性阻尼系数;ka为弹簧管刚度,单位N·m/rad;ML为力矩马达的负载力矩,单位N·m;kt为力矩马达中位电磁力矩系数,单位N·m/A;km为力矩马达的电磁弹簧刚度,单位N·m/rad;r为喷嘴孔轴心到衔铁旋转中心距离,单位m;ΔpC为两喷嘴腔的压力差,单位Pa;b为反馈杆小球中心到喷嘴中心距离,单位m;Kf为反馈杆刚度,单位N/m;ΔXV为阀芯位移,单位m;Cdf为喷嘴与挡板之间的流量系数;Xf0为挡板与喷嘴之间的零位距离,单位m;pS为供油压力,单位Pa;AN为喷嘴孔面积,单位m2;θ为衔铁偏转角,单位rad;Δi为输入电流,单位A。

　　进行拉氏变换,可得

　　式中:Ke为力矩马达的综合刚度。

　　2.2　喷嘴输出压力与阀芯加速度和稳态液流力平衡方程

　　ΔpCAV= mVs²ΔXV+KfΔXv+0.43WpSΔXv 　　(4)

　　式中:mV为阀芯质量,单位kg;W为阀口宽度,单位m;AV阀芯端面面积,单位m²。

　　2.3　阀芯的力运动方程