直动式电液比例减压阀频响特性研究

　　在直动式电液比例减压阀的某些特殊使用场合,如在煤矿液压防爆提升机和煤矿井下架空乘人装置中使用直动式电液比例减压阀对主液压泵排量进行控制,以实现提升机速度和架空乘人装置运行速度的控适应系统快速响应的要求。虽然市场上提供的直动式电液比例减压阀提供了某些动态特性指标,如Atos公司生产的RZGO-A直动式比例减压阀额定响应时间≤45 ms;但实际的直动式电液比例减压阀动态特性除与阀本身的结构及参数有关外,还与系统环境有直接的影响,特别是与阀出口容腔体积密切相关。作者通过仿真分析和试验,研究了直动式电液比例减压阀的频响特性,为要求快速响应的煤矿电液比例控制系统提供参考。

　　1　直动式电液比例减压阀数学模型

　　图1是一种直动式电液比例减压阀原理图,减压阀口处于常闭状态,阀芯右端面作为出口压力的测压面,节流阀作为比例减压阀负载。比例电磁铁产生推力,阀芯向右移动,阀口全开,液压油由p1口流入A口,出口压力p2作用在阀芯右端的小活塞上,当负载增加,出口压力增加,当出口压力产生的推力与电磁力达到平衡时,阀芯向左移动,关小阀口,使出口压力不再增加,实现对出口压力的控制。稳态时阀芯的受力平衡方程为:

　　F_B=p₂A+K₁(x+x₀)(1)

　　式中:F_B为比例电磁铁输出指令力, N;

　　p₂为减压阀出口压力, Pa;

　　A为出口压力反馈作用面积, m²;

　　K₁为复位弹簧刚度, N/m;

　　x为阀芯位移, m;

　　x₀为阀芯预压缩量, m。

　　如果因外载荷使出口压力对阀芯的作用力大于电磁力,阀芯左移, A口与T口相通,使A口压力下降,直到阀芯处于新的平衡位置。

　　根据出口容腔的流量连续方程、阀芯受力平衡方程和比例电磁铁线圈动态方程及电磁吸力方程,可得该比例减压阀的动态数学模型。

　　在比例电磁铁的水平-位移特性范围内,比例电磁铁的力方程可用下述方程来描述[1]:

　　F_B=K₂i+K₃y 　　(2)

　　式中:FB为比例电磁铁输出指令力, N;

　　K₂为比例电磁铁的电流-力增益系数, N/A;

　　K₃为比例电磁铁位移-力增益系数, N/m;

　　i为线圈中的电流, A;

　　y为衔铁位移, m。

　　线圈电路的电压方程可简写为:

　　式中:u为放大器输出电压, V;

　　R为线圈电阻和放大器内阻,取14Ω;

　　L为线圈电感,取0·1H;

　　ug为放大器输入电压, V;