基于π桥液阻网络的数字式流量阀动态特性仿真
半桥液阻网络可控制具有不对称控制面积的阀芯正反2个方向移动,在各类阀的先导控制中有广泛的用途。文献[1]研究了一种先导控制为半桥液阻网络的先导式步进数字流量阀,该阀的固定液阻R1和可控液阻R2构成了先导B型液压半桥,其中可控液阻R2是喷嘴挡板阀,通过步进电机对挡板的位置进行控制以改变液阻R2的阻值,从而控制主阀的开口量,实现数字式节流调速功能。但该阀主阀芯左端面直接受系统压力控制,当系统压力波动时,引起主阀芯振动,使主阀开口产生振动,影响该阀的流量稳定性。这是半桥液阻网络控制主阀芯的不足之处。用G型P桥液阻网络控制主阀,G型P桥由3个液阻R1、R2和R3构成,是7种P桥液阻网络之一[2]。G型P桥控制的主阀开口量受系统波动的影响小,流量稳定性好。应用SIMULINK软件对2种阀的动态特性进行了分析比较。
1 B型半桥控制的先导式数字流量阀动态特性分析
图1为B型液压半桥控制的先导式步进数字流量阀的原理图[1],固定液阻R1和可控液阻R2构成了先导B型液压半桥。设主阀左端控制面积为右端控制面积的一半,p1为供油压力,直接作用在主阀左端面A1上,p2为控制压力,作用在右端控制面积A2上。当液阻R1与R2的阻值相等时,p2=p1/2,阀芯两端的作用力相等,主阀处于平衡状态,主阀开口量保持不变。设此时喷嘴挡板阀的开口量为x0。若要改变主阀开口量,如使主阀开口量减小,则通过步进电机使挡板向右移动,此时喷嘴挡板阀开口量增大,液阻R2变小,先导流量增加,压力p2降低。在压力p1的作用下,阀芯向右移动,液阻R2又增大,直至液阻R1和R2又相等,主阀芯处于新的平衡状态。因此调节挡板的位置可控制主阀开口量,从而实现数字式节流调速功能。略去喷嘴处液压力对主阀芯的作用力,根据流量连续性、液阻的流量压力特性和阀芯力平衡原理,写出下述半桥控制步进数字流量阀的4个方程[3,4]
主阀芯的力平衡方程
固定液阻R1的压差流量方程
主阀芯右腔流量连续性方程
可控液阻R2的压差流量方程
式中,m为主阀芯质量kg;v为主阀芯速度m/s;B为主阀芯粘性阻尼系数N.s/m;A1为主阀芯左端面积m2;A2为主阀芯右端面积m2;V2为主阀芯右腔体积m3;ke为综合体积弹性模量N/m2;cq为液阻R1流量系数;cp为液阻R2流量系数;a1为液阻R1过流面积m2;Q为液体密度kg/m3;dp为喷嘴直径m;x0为主阀芯平衡时,档板与喷嘴的距离m;x为主阀的位移量m。
2 G型P桥液阻网络控制的先导式数字流量阀动态特性分析
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