直动式海水液压溢流阀的稳定性能分析

　　直动式溢流阀由于其结构简单、泄漏容易控制等原因，在以水为介质时具有独特的优势.然而，由于水的理化性能特点，如水的密度比油大，20℃时海水粘度为1.0×10-3　Pa·s，约为常用液压油的1/40～1/50，弹性模量约为油的1.2倍等，其振动和冲击问题更突出[1～3].华中科技大学和浙江大学等均开始了对水液压传动控制的研究，并研制出了相关的水压元件和工具系统[4，5].

　　文献[6]改进设计了一种直动式海水溢流阀，本文在文献[6]的基础上，对该阀的稳定性进行分析.该海水溢流阀的部分主要结构参数如表1所示.其主要特点是增设了有阻尼杆后段和前段与阻尼套构成的阻尼腔，以减小平板阀芯的振动.对该阀的稳定性及动态特性进行了仿真，分析结果表明该阀具有良好的稳定特性.此外，该阀已成功应用于海水液压作业工具动力系统中，使用结果表明该阀具有良好的工作性能[7]。

　　1　稳定特性分析

　　文献[6]中讨论了溢流阀的数学模型，这里分析该阀的稳定特性.

　　基于上述结构参数，下面分别从稳定性、相对稳定性2个方面对该阀进行定性定量分析[8，9].

　　1.1　稳定性分析

　　为了便于分析，先令

　　取x1=p，x2=x，x3p1，x4=x，并在工作点(xs，ps)对系统进行展开处理，则上述模型可以整理为：

　　再令2，，则可获得溢流阀的状态空间模型：

　　式中

 　A =

　　模型可以视为一个二输入单输出系统，系统的稳定特性只与系统矩阵A有关.sI-A取行列式即可获得系统的特征方程.做一定的简化处理，即有

　　式中：

　　将表1数据带入上式中，对系统做定性分析，即可获得系统的特征方程：

　　f(s)=s⁴+5.659×10⁴s³+7.516×10⁸s²+3.021×10¹¹s+8.715×10¹³.

　　根据Routh稳定性判据：特征方程的各项系数都不为零，且均为正值;Routh表第1列各元素的符号均为正，且值不为0，可判断该系统稳定.

　　1.2　相对稳定性分析

　　f1和f2可分别视为等效弹簧预压缩量和等效泵输入流量，由于弹簧预压缩量为定值，不影响系统的稳定性，因此只考虑后者对整个系统的影响，将 系 统 简 化 为 单 输 入 系 统，即B′ =[β/V　0 0 0]T，可以得到系统的传递函数为：