电液伺服阀特性分析

2023-06-15 历史故事版权反馈

【摘要】：图4-80 零开口阀的“流量-压力”特性曲线其他开口形式伺服阀的“流量-压力”特性可以仿照上述方法进行分析。这些系数不仅表示了液压伺服系统的静特性，而且在分析伺服系统的动特性时也非常重要。几种液压伺服阀的零位特性系数见表4-1。频宽是衡量电液伺服阀动态特性的一个重要参数。为了使液压伺服系统有较好的性能，应有一定的频宽。

电液伺服阀的涉及流量和压力等物理量的特性相当于伺服阀中滑阀以阀芯位移为输入的特性再叠加电-机械装置的电流-阀芯位移特性，而后者可看作比例环节。因此，下面只讨论滑阀以阀芯位移为输入的特性。

图4-79 零开口阀特性计算

1.伺服滑阀静态特性

伺服滑阀的流量-压力特性是指它在某负载下阀芯位移到某一开口x时，通过阀口的流量q_L与负载压力p_L之间的关系。以图4-79所示的零开口阀为例，假定阀口为薄壁孔口，油源压力稳定，回油口T处压力为0，阀芯和阀套间的径向间隙忽略不计，执行元件是双杆液压缸。当阀芯向右移动时，阀口1、3打开，2、4关闭，伺服阀在进油、回油路上各有一个节流口，进油开口处压力从p_p降到p₁，回油开口处从p₂降到零。由油流体连续性方程可得

q_p=q₁=q_L=q₃

式中 q_p、q_L——分别为在负载下进入伺服阀的流量和通向液压缸的流量；

q₁、q₃——分别为通过阀口1、3的流量，且，；

式中 A₁、A₃——分别为阀口1、3处的通流面积；

C_d——流量系数。

伺服阀的各个控制口大多是配做而且对称的，因此A₁=A₃，又有q_L=q₃和

p_L=p₁-p₂，故p_p=p₁+p₂。

定义负载压力p_L=p₁-p₂，可得

p₁=（p_p+p_L）/2

p₂=（p_p-p_L）/2

故有

式中 ω——单位开口时的通流面积，即阀的面积梯度。

将上式两边同乘x_smax并平方后化成无量纲式，得

这是一组抛物线方程，其图形如图4-80所示。图中上半部是伺服阀右移时的情况，下半部是伺服阀左移时的情况。由图可见，伺服阀的“流量-压力”曲线对零点是对称的，即该阀的控制性能在两个方向上是一样的。

图4-80 零开口阀的“流量-压力”特性曲线

其他开口形式伺服阀的“流量-压力”特性可以仿照上述方法进行分析。由图4-80可得阀的流量-压力系数为。

2.伺服滑阀流量特性

伺服阀的流量特性如图4-81所示，其中图4-81a所示为零开口阀的理论流量曲线和实际流量曲线，图4-81b和图4-81c所示分别为负开口阀和正开口阀的理论流量曲线。由图4-81可得阀的流量增益K_q（流量放大系数），定义是当p_L为常数时

对理想零开口阀而言，有

图4-81 伺服阀的流量特性

a）零开口阀 b）负开口阀 c）正开口

3.压力特性

图4-82所示为伺服阀的压力特性曲线。

图4-82 伺服阀的压力特性曲线

由图可得阀的压力增益K_p（压力放大系数），其定义为

由于

因此可推得

对理想零开口阀来说，则有

上述三个系数K_q、K_c和K_p称为液压伺服阀的特性系数。这些系数不仅表示了液压伺服系统的静特性，而且在分析伺服系统的动特性时也非常重要。其中，流量增益对系统的稳定性有影响；流量-压力系数对系统的阻尼比和系统刚度有影响；阀的压力增益则表示阀芯在很小位移时，系统能否有起动较大负载的能力，故对灵敏度有影响。

阀在原点附近的特性系数称为零位特性系数。几种液压伺服阀的零位特性系数见表4-1。

表4-1 几种液压伺服阀的零位特性系数

表4-1中单边滑阀和双边滑阀的零位特性系数表达式是指由它们驱动的液压缸是小腔有效工作面积和大腔有效工作面积之比为0.5的液压缸而言；而单边滑阀的x_s0指在零负载和液压缸不动（q_L=0）这一平衡状态下的开口量；对正开口四边滑阀，x_s0是它的零位开口量。

4.内泄漏特性

阀的内泄漏特性可按同心圆环缝隙的流量公式计算。

若为零开口滑阀，滑阀处于中间位置时，通过径向缝隙产生的泄漏为

式中 ω——阀的面积梯度；

C_r——阀芯和阀孔间的径向缝隙；

μ——油液的动力黏度；

p_p——供油压力。

若为正开口滑阀，阀在中间位置时的泄漏量为

式中 C_d——流量系数；

x_s0——阀零位时的开口量；

ρ——油液的密度。

零位时，当负开口四边滑阀的阀口有1～3μm的遮盖量时，可部分补偿径向缝隙对泄漏的影响。因为阀有内泄漏，所以对实际的零开口四边滑阀来说，它的零位流量-压力系数不为零，而是。该式表明K_c0和阀的结构尺寸有关。

必须指出，上面所讨论的是伺服滑阀的特性，如果是电液伺服阀，因输入是电流，则只要用输入电流I代替阀的位移x，便可得到电液伺服阀的特性。

由静态特性可以确定阀的一些指标，如线性度、对称度、滞环、分辨率、零漂和内漏等。

图4-83 电液伺服阀动态特性曲线

5.电液伺服阀动态特性（频率特性）曲线

伺服阀的动态特性一般用频率特性表示，如图4-83所示。频宽通常以幅值比为-3dB和相位差为-90°时所对应的频率来度量，而分别命名为幅频宽和相频宽。频宽是衡量电液伺服阀动态特性的一个重要参数。为了使液压伺服系统有较好的性能，应有一定的频宽。但频带过宽，可能会使电噪声和高频干扰信号传给系统，对系统工作不利。

电液伺服阀特性分析

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