伺服系统中阀流量的确定

伺服系统中伺服系统中阀阀流量流量的确定的确定

葛声宏

一 从油缸开始设计

假设规定伺服阀额定流量时的阀压降为7Mpa,则每个通路的压降为3.5MPa 。液压系统的设计是从执行元件（油缸活马达）开始，也就是说根据负载来设计系统，确定伺服阀的规格的。 对于差动液压缸，必须分别考虑外伸行程和回缩行程如图1。

图1 阀控单作用缸系统

程序设计参数见图2：

图2 各变量参数值

程序设计窗体见图3：

图3 程序设计窗体界面

理论与算法：

总作用力F=Ma+Fc+F E+Fs

式中M——负载质量,kg;

a ——加速度，m/s2;

Fc——负载摩擦力，N,Fc=M*g*f;

F E——外力,N;

Fs——密封摩擦力,N，可从样本数据查出或假定为总作用力的10%。

力平衡方程式为

P1*A1=P2*A2+F; (1)

对于不等面积的缸，通过伺服阀俩流路的流量不同：Q1=Q2*R, R=A1/A2。由于阀上的压降与流量的平方成正比，即：Ps-P1=(P2-P T)*R2 (2)

合并（1）和（2）式，求得P1和P2为

P1=(Ps*A2+R2*(F+P T*A2)/(A2*(1+R2)) (3)

P2=P T+(Ps-P1)/R2 (4)

所需流量Q L根据最高速度来确定，即Q L=Vmax*A1(5)

式中Vmax——执行元件的最大速度，m/s;

A1——活塞面积，m2

由于阀流量额定值是假定在每个支路的压降为3.5MPa,实际压降是Ps-P1。阀额定流量QR 为:

Q R=Q L*sqr(3.5/(Ps-P1)) (6)

对于内缩行程进行类似分析，得

P1=P T+(Ps-P2)*R2 (7)

P2=(P S*A2*R3+F+P T*A2*R)/(A2*(1+R3))

可按（5），（6）方法确定所需阀的额定流量值，所需伺服阀的额定流量值可根据外伸或内缩时较大的Q R值来确定。应使所选阀的最定额定流量等于或大于Q R.。对双作用缸或带负载的

缸可用同样的方法确定。 二 从马达开始设计

从液压马达设计可与按油缸设计的类似的方式来设计,阀控马达系统如下图4。

图4 阀控马达系统

程序设计参数表见图5：

图5 各变量参数值表

理论与算法：

马达的总扭矩有3部分组成:使负载加速所需的扭矩为

Ta=J*α(8)

式中：Ta——加速扭矩，N·m;

J ——相对于马达轴的总负载惯量（包括马达惯量）, N·ms2；

α——角加速度，rad/s2。

因而上图阀控马达系统的总扭矩为：T= J*α+T L+T D (9)

式中：T L——使负载运动所需的扭矩, N·m；

T D——马达阻尼扭矩（内摩擦力和黏性阻力引起）, N·m；

采用与油缸类似的分析可得：

P1＝（Ps+P T）/2+(1×10－6×π×T/D M （（10）

P2=Ps-P1+P T （（11）

已经确定了阀压降，于是所需得流量为Q L为：

QL＝Nm×D M/60 (12)

式中：Nm——马达转速, r/min；

D M——马达排量，m3/r。

确定所需得阀流量为：

Q R=Q L×sqr(3.5/(Ps-P1)) (13)

式中：3.5为阀压降7/2=3.5；

如果在选择方向不同得负载变化，则应针对两个方向求出两个Q R值，并且用最大得值来选择阀得流量：

例：已知Nm=95r/min, α=100rad/s2, J=0.2 N·ms2,, T L=30 N·m, T D=6.5 N·m, Dm=8.2×10-5 m3/r，Ps=21Mpa, Pt=0.2Mpa, P=7Mpa。程序计算如图6：

图6 程序设计窗体界面