液压动力元件的动态特性

对称四通阀控制不对称缸分析

动态方程及压力跃变

动态方程及压力跃变

项

目

内容

说明

物

理

模

型

b22d3d28a

(a)对称四通阀控制不对称缸简图

假设:缸为单活塞杆不对称缸,阀为对称的零开口四通阀

图中 A1,A2——无杆腔、有杆腔工作面积,m2

p1,p2——无杆腔、有杆腔工作压力,MPa

∑F——总负载,N

∑F1——xp>0时的总负载

∑F2——xp<0时的总负载

FL,Fc——外负载力、摩擦力

Bp——黏性阻尼系数,N·s/m

xv,xp——滑阀、活塞位移,m

V1,V2——无杆腔、有杆腔容积,m3

Q1~Q4——通过阀口1~4的流量,m3/s

动

态

方

程

阀

的

流

量

方

程

连

续

性

方

程

数字仿真:由于缸的不对称,难以获得系统的传递函数及频率特性,必须根据动态方程组,通过数字仿真求出系统的动态特性

活

塞

运

动

方

程

 

压

力

及

压

力

跃

变

有

负

载

时

为简化分析,分析压力跃变时,未考虑油的压缩性和缸的泄漏情况

式中 p1,p2——>0时V1、V2腔内的压力

p'1,p'2——<0时V1、V2腔内的压力

Δp1,Δp2——V1,V2腔内的压力跃变值

——p1,p2对时间的微分

空

 

载

 

时

b22d3d28b

运动状况

压力关系

A1/A2=1

A1/A2=1.71

A1/A2=2

0.500

0.167

0.111

0.500

0.285

0.222

0.500

0.487

0.444

0.500

0.833

0.889

附近压力跃变

Δp1=p1-p'1

0

0.320ps

0.333ps

Δp2=p2-p'2

0

0.548ps

0.667ps

结

 

论

(1)只要A1/A2≠1,即只要对称四通阀控制的是不对称缸,在运动的换向瞬间,即=0附近,便要出现巨大的压力跃变

(2)表中数据是假定空载且不考虑油液的压缩性条件下得到的,如考虑负载和油液的压缩性,则压力跃变值将大于表中的数值

(3)缸内工作压力的变化范围为0<p<ps,为留有安全裕量,要求(1/6)ps≤p≤(5/6)ps。但当A1/A2>1.71时,即使在空载条件下,缸内工作压力(p1或p2)也超出(1/6)ps≤p≤(5/6)ps的范围

(4)由于存在油液的压缩性,因此,在巨大的压力跃变下,必引起油液的“内爆”或“外爆”,由此即使在=0附近,也不可能平稳地工作

(5)对于要求精确且平稳的控制场合,对称四通阀同不对称缸的不相容性是显然的,为了避免压力的跃变并确保能平稳地工作,必须采取有效的措施

(6)表中数据是假定∑F1=∑F2=0的空载情况下得到的。如果∑F1=∑F2为恒定载荷,将使p1、p2偏置一定值,但压力跃变的幅值不变。实际工作中载荷并非常量,压力的偏置值和压力跃变幅值都将随工况而变化,即随运动状态和负载而变化

解决对称四通阀与不对称缸不相容的方法

解决对称四通阀与不对称缸不相容的方法

方法名称

方法及原理

实质及特点

1.阀口面积补偿法

由表动态方程及压力跃变中图a,并令L1=L2=L/2,可导出平稳控制的条件:

式中,W1、W2、W3、W4分别为阀口1、2、3、4的面积梯度

实质是采用不对称阀,利用阀的面积梯度与活塞面积进行匹配、补偿

特点是必须采用非标准伺服阀,L1≠L2≠L/2时结果是近似的

2.非线性算法或电路补偿法

(1)由表动态方程及压力跃变中图a,不计油的压缩性及缸的泄漏,并令j=A2/A1,可导出补偿前流量公式:

式中,xv=KxI,I为伺服阀的输入电流

(2)活塞杆上装一只拉压力传感器检测∑F

(3)作两个非线性函数或电路

(4)按左图算法及接法,并加方向鉴别器,可得补偿后Q1、Q2的等效流量

b22d3d29

非线性补偿的算法或电路接法

该补偿法的实质是通过算法或电路产生补偿电流,使阀产生补偿位移,以补偿面积差,该补偿法对活塞任意位置均适用,但因未计及油的压缩性,故属静态补偿

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