直動(dòng)式三通電液比例減壓閥動(dòng)態(tài)性能研究

摘 要：建立了直動(dòng)式三通電液比例減壓閥傳遞函數(shù)，對(duì)不同出口容腔體積時(shí)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性進(jìn)行了試驗(yàn)，分析與試驗(yàn)表明合理設(shè)定出口容腔體積可使比例減壓閥得到高的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，為工程上需要高響應(yīng)比例減壓閥提供了設(shè)計(jì)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：直動(dòng)式電液比例減壓閥 動(dòng)態(tài)特性 傳遞函數(shù) 出口受控容腔體積

中圖分類(lèi)號(hào)：TH137.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2012）12（b）-00-02

The investigation on dynamic characteristics for direct operated electro-hydraulic three way proportional pressure reducing valve

Yao Jia

Electronic and Information Engineering Department of Changsha Social Work College Changsha，China，410004

Abstract：The transfer function for direct operated three way proportional pressure reducing value is presented. The dynamic characteristic of the valve are simulated for different outlet volume. Simulation analysis and experiment show that reasonable set the valve cores outlet control volume size can enable the proportional pressure reducing valve have high dynamic characteristic. It provided design basis on the proportional pressure reducing valve which want to have high frequency-response characteristic.

Key words：direct operated electro-hydraulic proportional pressure reducing valve； dynamic characteristic； transfer function； outlet control volume

目前工業(yè)中液壓制動(dòng)系統(tǒng)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，對(duì)其制動(dòng)的快速性提出了更高的要求。直動(dòng)式電液比例減壓閥是制動(dòng)系統(tǒng)中的一個(gè)關(guān)鍵部件，為了制動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，需要響應(yīng)速度快的電液比例減壓閥完成對(duì)制動(dòng)器的控制，該文通過(guò)理論分析與試驗(yàn)，研究了直動(dòng)式三通電液比例減壓閥的動(dòng)態(tài)特性，得到了影響其動(dòng)態(tài)特性的直動(dòng)式比例減壓閥的設(shè)計(jì)參數(shù)，為工程上需要高動(dòng)態(tài)響應(yīng)比例減壓閥提供了

參考。

1 直動(dòng)式電液比例減壓閥數(shù)學(xué)模型

圖1 直動(dòng)式電液比例減壓閥原理圖

直動(dòng)式三通比例減壓閥結(jié)構(gòu)原理如圖1所示。減壓閥口處于常閉狀態(tài)，閥芯右端面作為出口壓力的測(cè)壓面，節(jié)流閥作為比例減壓閥負(fù)載。比例電磁鐵產(chǎn)生推力，閥芯向右移動(dòng)，閥口全開(kāi)，液壓油由P1口流入A口，出口壓力P2作用在閥芯右端的小活塞上，當(dāng)負(fù)載增加，出口壓力增加，當(dāng)出口壓力產(chǎn)生的推力與電磁力達(dá)到平衡時(shí)，閥芯向左移動(dòng)，關(guān)小閥口，使出口壓力不再增加，實(shí)現(xiàn)對(duì)出口壓力的控制，如果出口壓力對(duì)閥芯的作用力大于電磁力，閥芯左移，A口與T口相通，使A口壓力下降，直到閥芯處于新的平衡位置[1]。

根據(jù)上圖所述直動(dòng)式三通比例減壓閥的結(jié)構(gòu)原理建立直動(dòng)式比例減壓閥的數(shù)學(xué)模型如下：

（1）閥芯受力方程[2]

（1）

式中：M—閥芯質(zhì)量，Kg；

BV—閥芯的粘性阻尼系數(shù)，N.s/m；

Bt—瞬態(tài)液動(dòng)力阻尼系數(shù)，N.s/m；

KS—液動(dòng)力彈簧剛度，N/m；

K1—復(fù)位彈簧剛度；N/m；

（2）比例電磁鐵輸出力方程，因?yàn)楸壤姶盆F控制器的響應(yīng)特性比比例減壓閥要快很多，為便于分析，此處設(shè)

（2）

式中：K2—比例電磁鐵的電流-力增益系數(shù)，N/A；

（3）減壓閥出口流量—壓力方程[3]

（3）

線(xiàn)性化有： （4）

式中：p1—減壓閥進(jìn)口壓力，Pa；

W—閥口面積梯度，m；Cd—閥口流量系數(shù)；

ρ—工作油液密度，kg/m3；

，流量增益系數(shù)；

，壓力增益系數(shù)；

；

PA1、PA2為穩(wěn)定工作點(diǎn)P1和P2的壓力值；

xA為穩(wěn)定工作點(diǎn)閥芯位移。

（4）流量連續(xù)方程，在負(fù)載流量為零時(shí)有[4]

（5）

式中：V—出口受控容腔液體總?cè)莘e，m3；

E—油液的體積彈性模量，N/m2

由式（4）、（5）可得：

（6）

將式（1）拉氏變換得：

（7）

將式（2）拉氏變化得：

（8）

將式（8）代入式（7）得：

（9）

將式（6）拉氏變換得：

（10）

由式（10）可得：

（11）

代入式（9）中得：整理后可得：

從上面的傳遞函數(shù)可以知道，直動(dòng)式比例減壓閥的傳遞函數(shù)是一個(gè)三階系統(tǒng)，從中可以看出，直動(dòng)式電液比例減壓閥的動(dòng)態(tài)特性除與閥本身參數(shù)和特性有關(guān)外，與電液比例減壓閥出口容腔的大小密切

相關(guān)。

2 直動(dòng)式電液比例減壓閥動(dòng)態(tài)試驗(yàn)

圖2 比例減壓閥試驗(yàn)系統(tǒng)圖

該比例減壓閥試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)如圖2所示，主要由變量泵、溢流閥、節(jié)流閥、壓力傳感器、流量傳感器、流量計(jì)、壓力計(jì)和被測(cè)比例減壓閥組成[5]。

輸入電信號(hào)階躍特性響應(yīng)試驗(yàn)：調(diào)節(jié)液壓泵的流量為被試閥的試驗(yàn)流量的1.25倍，調(diào)節(jié)溢流閥3的壓力為額定壓力。關(guān)閉電磁換向閥4和節(jié)流閥5a，調(diào)定輸入電信號(hào)使被試閥輸出壓力為75﹪額定壓力。調(diào)節(jié)加載節(jié)流閥5b使通過(guò)被試閥的流量為試驗(yàn)流量。階躍輸入電信號(hào)至調(diào)定值，直至輸出壓力達(dá)到穩(wěn)定；然后再階躍斷開(kāi)輸入電信號(hào)，同時(shí)記錄階躍信號(hào)和輸出壓力，即得到輸入電信號(hào)階躍響應(yīng)特性曲線(xiàn)。

考慮到體積V在實(shí)際中連續(xù)改變比較困難，該文只對(duì)體積V為1.6×10-4m3和

136×10-4m3時(shí)兩種狀態(tài)下進(jìn)行了試驗(yàn)研究。

圖3為在體積V為1.6×10-4m3和136×10-4m3兩種狀態(tài)下輸入電信號(hào)階躍響應(yīng)特性曲線(xiàn)，分析圖3（a）可以知道，閥此時(shí)的壓力響應(yīng)時(shí)間為0.24 s，壓力上升平穩(wěn)，響應(yīng)時(shí)間短，超調(diào)量小，分析圖3（b）可以知道，閥的壓力響應(yīng)時(shí)間為2 s，響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)。從這兩個(gè)圖可以看出，在其它試驗(yàn)參數(shù)一定的情況下，體積V為1.6×10-4m3時(shí)的階躍響應(yīng)時(shí)間比體積V為136×10-4m3時(shí)的響應(yīng)時(shí)間要小很多。試驗(yàn)表明，直動(dòng)式電液比例減壓閥的動(dòng)態(tài)特性與出口受控容腔體積密切相關(guān)，與理論分析一致。

圖3 比例減壓閥輸入電信號(hào)階躍響應(yīng)曲線(xiàn)

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)直動(dòng)式電液比例減壓閥理論和試驗(yàn)研究，得出以下結(jié)論。

（1）理論分析得出直動(dòng)式電液比例減壓閥動(dòng)態(tài)特性與本身結(jié)構(gòu)參數(shù)相關(guān)外，與出口容腔體積密切相關(guān)。

（2）試驗(yàn)表明，減小出口容腔體積可使比例減壓閥得到好的動(dòng)態(tài)特性，該文研究的直動(dòng)式電液比例減壓閥在體積V為1.6×10-4m3時(shí)的響應(yīng)時(shí)間較小。

參考文獻(xiàn)

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