液阻、液容对开关阀流量特性影响的仿真研究

　　高速开关阀作为一种数字电液控制元件, 在数字电液控制系统中有着重要地位, 由于具有结构简单、价格便宜、抗污染能力强等特点, 近年来在工程机械、汽车的液压伺服控制系统中得到了较为广泛的应用。但由于开关阀组的内部油路存在液阻和液容, 将使开关阀的流量脉冲发生失真, 影响脉冲解调后的控制精度。其中, 液阻是由管道的阻尼引起的;液容是由管道的弹性变形和液体自身的弹性变形引起的。

　　1 液压系统工作原理

　　液阻、液容对开关阀流量特性的影响试验原理图如图 1 所示。作液阻对开关阀高频流量特性影响的试验时, 开关阀回油管中的压力近似为 0, 可以认为此段流道的液容为 0, 只存在液阻。改变回油管长度或直径, 进行不同液阻下的流量特性测量。作液容对开关阀流量特性影响的试验时, 串联两开关阀的油管短而粗, 其液阻可视为 0。令阀 2 长通,测量阀 1高频通断时的输出流量特性; 又令阀 1 长通, 测阀 2通段时的流量特性, 再令两阀同相位高频通断, 测流量特性; 最后令两阀错相 90°高频通断, 测流量特性。

　　2 液压系统模型分析

　　在工程控制理论中, 将物理外貌不同但具有相同形式的输出—输入关系式( 传递函数) 的系统, 称为相似系统。相似系统中对应的物理量, 称为相似量。在实行电液模拟时, 所采用的基础模拟物理量通常是: 电压 U—压力 P, 电流 I—流量 Q。在此基础上, 我们定义标准元件即液阻和液容的概念。

　　2.1 液阻模型的建立

　　流动液体因受到各种形式的摩擦和局部压力损失造成能量损失, 而且能量损失是不可逆的。把这种阻性阻尼定义为液阻, 即流体部件两端的压差 !P与通过它的流量之比, R="P / Q。本试验的液阻可按均匀圆管计算。

　　式中: μ——液体动力黏度

　　l———圆管长度

　　Q———流量

　　D———圆管直径

　　v———流速

　　γ———液体运动黏度

　　Re———雷诺数

　　2.2 液容模型的建立

　　液压系统内工作液体及溶解在其中的气体、软管、硬管、机械弹簧、蓄能器等因受压变形产生的反对变形的容性阻尼定义为液容, 即液体体积变化!V 与引起它变化的压力变化 "P 之比, 考虑到压力变大液体的体积变小, 所以。那么, 液体的自身变形引起的液容:

　　考虑到压力变大则管道的容积变大, 所以 CL=, 且管道变形前后的 A0≈A, 薄壁圆管的液容为: