电磁比例多路换向阀在微调区间的静态特性及仿真

　　0　引言

　　随着科学技术的发展和计算机技术的广泛应用,工程机械工作装置液压控制系统由手柄直接操纵主阀芯发展到由计算机控制下的电液比例控制技术阶段,其控制性能及自动化程度逐步提高[1-3].文献[3]介绍了一种由计算机控制的基于脉宽调制的电液比例控制系统,文献[4]介绍了用数字高速开关阀作为先导阀的数字电液比例控制系统.本文所研究的电磁比例多路换向阀是利用电磁比例换向阀作先导阀,通过液压缸推动主阀阀芯,该阀具有操纵轻便、布置灵活的特点,与传统的电液比例多路阀相比,价格低廉,该阀适用于多种工程机械.

　　在工程机械工作装置的液压控制系统中,多路阀的微调特性对整个装置的工作性能有着极其重要的影响[5-6].要使工程机械的工作端能平稳地工作,通常要求多路阀在微调区间的输出与输入接近线性比例关系[7],从而有利于平稳地控制多路阀的输出流量.

　　1　电磁比例多路换向阀的结构组成及工作原理

　　电磁比例多路换向阀由多路换向阀(主阀)、控制油缸和电磁比例换向阀(先导阀)组成,其工作原理如图1所示.当比例电磁铁不通电时,先导阀芯处于中位,控制油缸的左右两腔都与油箱相通,活塞杆不动,主阀芯也处于中立位置,来自主工作泵的油液直接回到油箱;给比例电磁铁通入一定直流电流时,先导阀芯在电磁铁的推动下移动与输入电流信号成比例的位移,先导阀从而输出相应比例流量的压力油到控制油缸的工作腔,控制油缸在压力油的作用下带动主阀芯移动,从而实现主阀的换向,主阀芯的复位靠复位弹簧.

　　2　电磁比例多路换向阀的静态特性数学模型

　　本系统主要分析在稳态情况下输入变量与输出变量之间的关系,即先导阀输入电流与主阀输出流量或主阀芯行程之间的关系.本文以电磁比例多路换向阀用于装载机液压控制系统为例进行分析.由于装载机的转斗和动臂的控制原理一样,这里以转斗联为例,分析其上转过程中的情况(转斗下转过程与上转过程相类似).

　　转斗联阀芯右移如图2所示,控制油缸推动转斗阀芯往右移动,压力油进入阀孔,顶开单向阀,由阀孔进入转斗工作腔A1,使工作油缸活塞杆伸出,转斗上转.

　　2·1　主阀流量方程

　　多路阀的封油长度为x0,开口量xt=xt1+xt2(其中xt1是全开口长度, xt2是微调区间的长度),其行程s=x0+xt.为了实现多路阀的微调功能,主阀芯各台阶处都对称加工两个相同的U形节流口,其形状是半圆和矩形相结合(如图3所示),其中半圆槽直径为d0,矩形槽长为a、宽b=d0,即有: xt2=d0/2+a,节流槽深度为h.