阀控系统中负载的速度影响因素分析
文摘
2024-08-25 18:36
江苏
导致负载速度达不到期望要求的原因有多种，其中最普遍的就是负载最大功率与阀最大功率不匹配（阀规格选小了）。这种情况在液压伺服系统的阀控系统中最为常见。在一般的民用电液伺服控制系统中，由于对场地、重量等无严格要求，泵源功率可以设计得比负载最大功率大一些，这样不太可能会出现上述故障现象。以阀控系统为例，按照系统的最佳功率来设计，负载压力应为系统供油压力的2/3，即： ![]()
(2) ![]()
（3）此时阀输出的流量即为负载流量，也即QL=Qs。当负载为零时，即伺服阀的空载流量为：![]()
（4）比较式（3）和式（4），即可求出伺服阀的额定流量为：![]()
（5）按照以上原则来选伺服阀，负载最大功率是包络在伺服阀功率曲线内的，这种情况下，负载流量、压力肯定是满足要求的。但是在一些军工装备和航天系统中，由于安装尺寸和体积、重量所限，液压系统的功率要尽量的做的小，以减小重量和体积。这时候，就不能有过多的裕度设计了，而要严格按照负载功率来进行设计泵源和选用伺服阀。设负载以惯性力和弹性力为主，这两种力是液压控制系统中最为常见的。现在笔者对这种负载的伺服控制系统作简要分析。![]()
（6）式中：m——为活塞以及传动机构折算到活塞的上的质量假设伺服阀控制器的信号是以正弦形式给出的，该控制电流与伺服阀位移也即负载流量成正比，最终以负载位移的形式表现出来。设负载最大位移为Xmax，则负载在任一时刻的位移量为： ![]()
（7）![]()
（8）![]()
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（10）该方程即为负载轨迹的运动方程。从式(10)可以看出，负载力F和负载速度X'的轨迹为一椭圆。根据功率的定义，功率为单位 时间内力所做的功，也即从推理可以看出，式(10)所表达的即为负载的功率曲线，表现的是负载力和负载速度之间的关系。![]()
（11）![]()
（12）![]()
（13）此时，Wt=45°，将此代入式（12）进行校核，发现此时负载功率确为最大。此时的负载速度为： ![]()
（14）在式（8）当中，我们可以认为X'max=Xmax.W，则式（14）可化简为：![]()
（15）![]()
（16）设![]()
，则式（16）可以化简为：![]()
（17）在一个设计好的系统中，负载最大位移Xmax是一定的，系统频响是一定的，负载刚度是一定的，这样就可以求出负载的最大力以及最大速度。当负载速度最大时，伺服阀的输出流量应该能满足此要求。如果在选择伺服阀时，只考虑伺服阀的额定流量能满足最大负载速度要求，则是不全面的。根据式（10）可知，随着负载力的增大，负载速度是下降的。负载功率曲线和伺服阀功率曲线为：如果负载功率曲线落在伺服阀功率曲线内，如图3所示：则这时伺服阀功率是满足负载功率的，一般民用电液伺服控制系统即为此种情况。在军工系统和航天系统中，对功率的匹配性要求非常严格，此时伺服阀最大功率点和负载功率最大点相重合，即：![]()
这是最佳的液压伺服控制系统，此时的系统功率利用率最大，系统体积、重量都可以做得最小。如果是以下情况：这种情况下，虽然伺服阀最大输出流量可以满足负载最大需求流量，但伺服阀的最大功率点和负载的最大功率点不重合，则在负载出现最大功率的时候，伺服阀的输出流量就不能满足系统要求。
