节流阀出口节流调速系统动态特性研究

　　引言

　　出口节流调速回路结构简单、经济性好,广泛应用于中、小功率的机床、农业机械、液压机具等液压系统中,分为回油路串接节流阀的节流调速系统和回路串接调速阀的节流调速系统。

　　在机械加工过程中,刀具在接触工件和移出工件的瞬间,负载会发生突然的变化,会形成阶跃负载,使出口节流调速系统中液压缸两腔压力出现动态变化,执行元件的运动速度以及系统中各元件所承受压力也会发生瞬时变化,引起零件加工质量下降,导致爆管、元件损坏及噪声等故障,影响系统的正常工作。随着液压技术和工程要求的不断提高,对液压系统动态性能研究日显重要。目前,国内外学者针对节流调速回路进行了大量的试验和理论研究工作,在静动态理论分析、速度负载特性、测试与仿真等方面取得了一定的进展[1-9]。本文以负载作为输入,液压缸有杆腔和无杆腔压力作为输出分别建立系统的数学模型,对节流阀出口节流调速系统动态特性进行研究,并以试验进行了验证。

　　1　建立以负载为输入,液压缸有杆腔压力为输出的系统数学模型

　　1. 1　系统数学模型的建立

　　图1为回油路串接节流阀的出口节流调速回路原理图,在不考虑液压泵的流量脉动、液压缸泄漏和管道动态特性及管道压力损失的情况下,液压缸活塞的受力方程为[9-11]

　　式中,A1、A2———分别为液压缸无杆腔、有杆腔的有效工作面积(m²);

　　p1(t)、p2(t)———分别为液压缸无杆腔、有杆腔的压力(MPa);

　　m———活塞的质量(kg);

　　B———粘性摩擦阻尼系数;

　　F(t)———外负载(N);

　　u(t)———活塞的运动速度(m/s)。

　　液压缸两腔的液流连续方程为

　　式中,q1(t)、q2(t)———液压缸进油、回油流量(m³/s);

　　V1、V2———液压缸进油、回油压力腔的总容积(m³);

　　K———有效体积弹性模量(MPa)。

　　节流阀阀口的流量方程为

　　A———节流阀的截流面积(m²);

　　p3(t)———节流阀出口压力(MPa)。

　　将式(1)~(4)线性化并将平衡工作点移至坐标原点,进行拉氏变换。假设节流阀出口压力为0,即:p3(t) =0,进油路上溢流阀的定压作用,进油压力p1(t)保持不变。

　　p20———液压缸有杆腔压力平衡初始值(MPa)。

　　若以p2(s)作为输出量,阶跃负载F(s)作为输入量,则系统的传递函数为