伺服阀控非对称缸的压力跃变分析与仿真

　　0引言

　　液压控制系统因其具有高响应、高精度、大功率、系统刚度大以及抗干扰能力强等优点，已广泛应用在航天、航海、兵器、矿山、冶金及民用等各方面。在高频系统中，一般使用对称液压缸以实现液压缸两腔的流量相等;而在中低频系统中，由于非对称液压缸系统具有结构简单、制造容易、成本低廉、占地空间小、承载能力大等优点，所以在液压控制系统中得到广泛的应用。但是这种非对称液压缸在液压控制系统换向时，会产生压力跃变，这会严重影响系统性能。本文对液压伺服阀控非对称缸系统在换向时产生的压力跃变问题进行分析研究，并给出分析结果和解决方案。

　　1伺服阀控非对称液压缸数学模型

　　伺服阀控非对称缸的原理图如图1所示，是由零开口四边滑阀和非对称液压缸组成的。它是最常用的一种液压动力元件。

　　液压缸两腔有效面积比为：

　　当n=1时，液压缸为对称缸。液压缸在稳态时满足力平衡方程和流量连续方程，即有：

　　由于阀是对称的，液压缸的活塞两腔的有效面积不相等，故流量是不连续的，而且流量方程与活塞速度的方向有关。

　　当x_v>0时：液压缸无杆腔的流量为Q₁，液压缸有杆腔的流量为Q₂：

　　式中Q₁———无杆腔的流量，单位为L/min;

　　Q₂———有杆腔的流量，单位为L/min;

　　p_s———液压油源压力，单位为Pa;

　　p₁———无杆腔的压力，单位为Pa;

　　p₂———有杆腔的压力，单位为Pa;

　　C_d———伺服阀的流量系数;

　　w———伺服阀的面积梯度，单位为m;

　　x_v———伺服阀的阀芯位移，单位为mm;

　　ρ———液压油的密度，单位为kg/m³。

　　由式(1)、(3)、(4)、(5)，可得：

　　于是有：

　　联立式(2)、(9)，继而得出两腔压力：

　　当x_v<0时：

　　液压缸无杆腔的流量为Q₁，液压缸有杆腔的流量为Q₂：

　　同理，经过推导可得，当x_v<0时两腔压力：

　　由式(10)、(11)、(14)、(15)，可得，液压缸换向时压力突变值为：

　　由上可知，非对称液压缸换向时，压力跃变值与液压缸作用面积比n和油源压力p_s有关，而与外负载无关。