四通阀控单出杆液压缸动态特性的研究

　　0 引言

　　液压动力元件是由液压控制元件、执行机构和负载组成,它是液压控制系统中必不可少的组成部分。它的动态特性对大多数液压控制系统的性能有着决定性的影响,液压动力元件的传递函数是分析和设计整个液压控制系统的基础。文献[1-3]对四通阀控双出杆液压缸、三通阀控差动液压缸、阀控液压马达、泵控液压马达等液压动力元件的传递函数和动态特性作了分析和研究,而对四通阀控单出杆液压缸的传递函数和动态特性的分析和研究还未见报道[4]。本文对四通阀控单出杆液压缸的传递函数和动态特性进行了分析研究。

　　1 四通阀控单出杆液压缸的传递函数

　　阀控液压缸的动态特性取决于阀和液压缸的特性并和负载有关。分析时按集中参数考虑,假定负载是质量、弹簧和粘性阻尼构成的单自由度系统。由于描述动力元件的一些微分方程是非线性的,为了分析简便和便于应用,采用线性化分析方法,即研究在某一稳定工作点附近作微小运动时的特性。当工作点变动时必须谨慎地对所有工作点进行研究。但实际上动力元件的参数可在较宽的范围内用于不同的工作点,所以线性化的分析结果还是相当实用的。

　　1.1 传递函数的推导

　　图1是四通阀控单出杆液压缸的模型,据此可建立如下基本方程。

　　(1)滑阀的线性化流量方程

　　假定:阀为理想零开口四通滑阀,4个节流窗口是匹配和对称的;不考虑液体在阀腔里的压缩性;阀具有理想的响应能力,即阀芯位移和负载变化立即引起流量的相应变化;供油压力ps恒定不变,回油压力pR为0。得滑阀的线性化流量方程[2]:

　　式中: Q_L为负载流量; Kq为伺服阀流量系数; xv为阀芯位移; Kc为伺服阀流量压力系数; p_L为负载压降。

　　(2)液压缸的流量方程

　　假定:所有连接管道都短而粗,可以忽略管道内的摩擦损失和管路动态的影响;在管道和液压缸每个工作腔内不会出现饱和和气穴现象,且各处压力相同,油液温度和体积弹性模量均为常数。液压缸的内外泄漏为层流流动,且液压缸两腔的外泄漏相等;活塞在液压缸两工作腔容积相等处做微小运动。根据流的连续性,可写出每个液压缸工作腔的流量方程为:

　　式中: Q₁为流入液压缸的流量; Q₂为流出液压缸的流量; p₁为液压缸进油腔压力; p₂为液压缸回油腔压力; C_ic为液压缸的内泄漏系数; C_ec为液压缸的外泄漏系数; V₁为液压缸进油腔容积; V₂为液压缸回油腔容积;Be为液体体积弹性模量。