浅谈电液比例阀液阻网络的设计

　　1 提出问题

　　比例控制液压泵是利用电- 机械转换器和先导阀来控制操作变量机构的, 这不仅是操作方式的不同, 更重要的是可以利用电信号来实现功率协调或适应控制, 对高压、大功率系统的性能改进和节能都有重要意义。变量泵的控制功能有多种, 其中排量调节是利用了变量机构的位置控制作用而使泵的排量和输入信号成正比的。我厂所生产的比例排量阀就是与变量径向柱塞泵配套使用, 实现该泵排量控制。该阀在试验过程中, 出现了所控制的排量范围偏小、阀芯卡滞等现象, 导致滞环及非线性度严重超差。通过分析计算, 认为产生这些问题的原因有两点: 第一, 设计上存在阻尼网络参数选得不匹配; 第二, 零件加工精度偏低, 特别是阀芯外圆与阀套内孔的几何精度超差, 引发液压卡紧力。

　　2 分析问题

　　先导控制阀中的液压桥路在电液比例控制元件内部充当放大转换作用的中间环节, 先导液桥是由液阻构成的无源网络, 就其对功率级稳态工况的控制性能而言, 先导液桥实际上是一个由外部压力源供油的位移- 压力转换器。在电- 机械转换器输出操作力的作用下, 先导阀位移使其阀口( 可变液阻)变化, 先导液桥则输出相应的压力和流量, 此压力足以控制功率级的工作状态, 也就是说先导液桥实质上是一个机械- 液压转换器。液桥特性、液桥工作点以及液桥几何参数的确定对提高液压元件的静动态特性起很重要的作用。

　　如图 1 中比例排量控制阀液阻网络图所示: 该阀采用 B 型液压半桥。对于控制阀而言, 它的全部稳态调节范围应落在(y=0, q=0, p=p₀/2)的液压半桥特性曲线上。在讨论液压半桥的特征参数时, 压力增益、流量增益以及流量- 压力系数均在此特定工况下求得, 这是因为液压半桥特性曲线在此工况点附近有一相当宽广的线性范围。可以说该阀液压半桥几何参数的设计也必须以上述理论为基础。

　　(1)从静态特性考虑如图 1 所示, B 型半桥的工作点应在图示阴影部分范围内, 其阻尼参数的确定应满足下式:

　　根据 q₁=q₂,pb/p=1/2, 可得 , 也就是说该阀在工作点 时性能比较稳定, 所以设计该阀液压半桥几何参数必须以此为依据。经计算, 当 D=11.8mm 时, 阻尼通流面积:A=0.302mm², D=11.9mm 时, 阻尼通流面积 A=0.1mm², D=11.5mm 时, 阻尼通流面积 A=1.16mm²。

　　本设计中, 固定阻尼 D=11.8 mm , 通流面积 A₁(y)=0.302 mm², 而对于可变阻尼( 阀口), 考虑到对变量泵容积效率 η_v的影响, 一般其流量控制在(1～2) L/min 以内(参见图 3)。