喷嘴入口压力控制系统仿真及动态特性分析

　　1 工作原理

　　喷咀入口压力控制液压系统的原理图如图1所示。系统主要由电机、液压泵、比例阀、压力传感器、喷嘴和接收装置构成。其主要的工作原理:以先导式电液比例溢流阀3作为调压元件,压力传感器5作为反馈元件,在计算机中以传感器采集的压力信号与比例溢流阀的输入电流作比较,构成闭环压力控制系统,对喷嘴入口处的压力进行精确的控制。

　　由于溢流阀是通过阀口的溢流使被控制系统或回路的压力维持恒定,实现稳压、调压或限压作用,所以溢流阀的性能好坏,直接影响到系统是否能正常工作[1],而且在喷嘴与比例阀之间是以一段较长的钢管连接的,所以电液比例溢流阀调定的压力并不是喷嘴前端的压力,而是喷嘴前端压力与管道损失的压力之和。因此将压力传感器放置在喷嘴前端构成闭环压力控制系统,为保证控制精度,采用不同量程的压力传感器进行分段测量。

　　2 控制系统的数学模型

　　由于电液比例溢流阀的先导阀的质量很小,与主阀相比其响应的速度很快,所以可以把先导阀的响应当作是比例环节处理,其微分方程为:

式中: px为先导级的控制压力; kp为比例阀电压-压力放大系数(考虑比例放大器); k3为压力传感器放大系数; p为溢流阀控制压力(入口压力)。

　　电液比例溢流阀主阀的微分方程为:

式中: A1为主阀芯进油腔端面面积;

　　Ax为主阀芯控制腔端面面积;

　　p2为主阀芯回油腔压力;

　　px为先导液桥输出的控制压力;

　　M为阀芯的质量;

　　Ksx为弹簧等效刚度;

　　x0为弹簧预压缩量;

　　x为阀芯位移;

　　Ffx为液动力。

　　喷嘴的压力流量特性为:

式中: q为喷嘴流量;

　　Δp1为喷嘴前后的压力差;

　　d1为喷嘴的内径;

　　μ为介质的动力粘度;

　　l₁为喷嘴孔的长度;

　　k₁为比例系数。

　　管道的沿程压力损失为:

式中:Δp2为管道的沿程压力损失;

　　l₂为管道的长度;

　　d₂为管道的内径;

　　v为液体流速;

　　k₂为比例系数。

　　将以上4式整理并取拉式变换并考虑流量对压力控制的干扰,简化得系统的传递函数方框图如图2所示。

上式中: k_fx为主阀稳态液动力刚度; k_sx为主阀弹簧刚度; k_QX为主阀流量增益; k_qp为主阀流量压力系数;Gx为液阻器的液阻;Be为油有效弹性模量; V₁为阀前管路容积。