液压管路最大可控刚度的测试方法研究

　　工程实践发现,在远程调压系统,例如先导式溢流阀远程调压控制回路中,往往会产生液压冲击和噪音,这时采用一定的噪声控制手段,系统仍可正常工作;但远程调压管路超过一定长度时,其液压弹簧作用会使得液压系统无法建立压力,远程调压阀失效,系统无法正常工作。所以,远程调压管路长度在一定程度上决定了远程调压系统的可控性。液压管路最大可控刚度khmax表征远程调压管路的压力可控性,是远程调压管路所形成的液压弹簧的内在属性,不同于因管路材料、管路支承等所限的机械刚度。在远程液压控制系统中,只有远程调压管路的液压刚度小于khmax,系统才能在远程调压阀调定压力控制下,顺利建立起压力,并正常工作[1]。本文将引入互相关分析技术,系统介绍检测液压管路最大可控刚度的基本原理。

　　1　最大可控刚度的数学模型[1]

　　如图1所示先导式溢流阀原理图。主阀1有两个油口A、B和一个控制油口X,对应的压力分别为p、pB、pX,相应的作用面积为AA、AB、AX;固定液阻2为固定阻尼孔结构,与远程调压阀3组成B型液压半桥,远程调压阀3设定溢流阀的控制压力;溢流时,主阀1在固定液阻2两端压差作用下运动;动态液阻4增加主阀运动阻尼,提高阀的稳定性,稳态时其两端无压差。

　　当不计阀芯自重、摩擦阻力以及回油压力时,稳定溢流状态下主阀阀芯静态力平衡方程式为

　　pA_A-p_XA_X-k(x₀+x) -KsxΔps=0 　　(1)

　　式中　x₀———主阀弹簧预压缩量;

　　x———主阀阀口开度;

　　Ks———液动力系数,取决于锥阀几何尺寸、流态等,Ks=CdCvπdmsin2β;

　　Δps———阀口前后压力差。

　　主阀阀口将要开启时,考虑远程调压管路液压弹簧作用力Δfh得

　　Δf_h-kx₀=0 　　(2)

　　可见,要使远程调压系统正常工作,即使主阀阀芯在系统达到远程调压阀调定压力前不开启的条件为

　　Δf_h≤kx₀ 　　(3)

　　令远程调压管路液压弹簧刚度为kh,其变形量为Δl,则Δf_h=k_hΔl。

　　由,其中A=πr2为远程调压管内截面积,βe为油液体积弹性模量,令远程调压管长度为l,则V=Al=πr2l为远程调压管总容积,从而kh忽略油液粘性时,Δfh=ΔpA,其中Δp=ρav0为远程调压管中的压力脉动,a为压力脉动在管路中的传播速度,所以

　　2　液压管路最大可控刚度的测试

　　由式(5)可知,主阀弹簧预紧力kx0、油液密度ρ、远程调压管路油液流速v0及其长度l均易测或可知,则khmax的测试要点归结为油液综合体积弹性模量βe和压力波速a的测试。