电液比例节流阀频响特性测试方法探讨
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本低。
式中: V 被测阀与阻尼短孔之间容腔体积 — A- 油液弹性模量 结合容腔的流量平衡方程对被测阀和阻尼短孔 的流量方程进行线性化处理, 结果有:
( P一,3} ( 一,( Px P= 7 2 2, t ) o -+ 0 + CV
式中:1 A c A 1 = C
1
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式中 参数:B fl , t z
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B=d L p -2 f , V2 (I CW P P)
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参考文献
1 万贤祀, 万系杰‘ 四轮工程车液压系统设计研究. 液压与 气动, 0( 2 3) 0 3 2 王庆丰, 魏建华, 吴根茂等. 工程机械液压控制技术的
1表;A 03 k 2 6) k 0(
能较准确地反映被测阀的流量频响特性。 同时, 该测 试方法具有简便、 成本低等优点。 2减小被测阀与阻尼短孔之间的容腔是用压力 ) 频响特性准确反映被测阀频响特性的关键。 3增大阻尼短孔直径, ) 能够提高该方法的测试 准确度; 但被测阀与阻尼短孔间的压力变化幅值降 低, 增加了测试难度。 4兼顾测试准确度和测试难度, 1 v 1 1 ) 取 Vo 在 x: A 附近,:x 控制在 5 VW v o 以内,此时容腔压力频响特 , 胜的幅频宽(3B 和相频宽(90比阀实际幅频 -d ) -0)
:— 1 k b — ( O b — f b —
比例电磁铁输人电流 比 例电磁铁放大系数 比例电磁铁自 然频率 比 例电磁铁阻尼系数
通过阻尼短孔 9 的流量 Q为: 2
12 d 1 - P (- 2 I V H / 2
n
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为: Q-2 I = Q
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2 测试系统及其数学模型
在测试电液比 例节流阀动态性能时,由于常用 的流量计的运动部件存在惯性, 难以测试动态流量, 而电液比 例节流阀内又难以安装位移传感器测试阀 芯的位移, 故很难通过流量计或阀芯位移来测试该 类阀的频响特性; 虽可用动态液压缸进行测试, 但难 度大、 成本高。在试验中, 采用在被测阀出口 接一阻 尼短孔( 2 , 图 )通过检测被测阀与阻尼短孔之间的 压力来测试该阀的频响特性, 这种测试方法简便、 成
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一 一
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从仿真曲线( ) 图 3可知, 当被测阀与阻尼短孔 之间容腔不大时,容腔中的油液压缩效应可以忽略 不计; 随着阻尼短孔直径的减小, 被测阀节流阀口 在 开口 量中位值时的容腔压力增大,幅频宽和相频宽 在减小, 且比阀实际频宽小, 在大容腔情况下, 减小
得更为明显。
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从式() 8可知, 当阻尼短孔过流面积不变时, 容 腔体积对容腔压力频响特性的影响只与 VW v 容 :x ( o 腔体积与被测阀节流阀口在开口量的中位值时过流 面积之比, 单位为 m 大小有关。对 W v , ) x: ( o 被测阀 A 节流阀口 在开口 量的中位值时过流面积与阻尼短孔
1
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式中:, 二 一
被测阀节流阀口 开口 量的中位值
P 节流阀口 2 被测阀 o 在开口 量的中 位值时
容腔压力值 , 由 3, ) 式() 7 容腔压力对输人电流的 ( 传递函 数为
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1 直接回油时阀口开口 — 量的频响特性
2 — 3 — 4 — 5 —
容腔压力频响特 p=. , 0m ) 性( 0p V1 L o 2 l =0 容腔压力频响特性(20p V1 m ) p=. , 0 L o 9 =0 容腔压力频响特性(,0p V1) p;. , L ol = : : 容腔压力频响特性(20p V1) p=. , L o 9 =
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3仿真及测试结果
3 仿真 . 1
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利用式( ,8, aa 软件对系统进行仿 )()用 M tb 3 l 真, 计算了被测阀出口 直接回油条件下阀口 开口 量 对输人电流的频响特性,和有阻尼短孔并考虑阀与 阻尼短孔间容腔效应条件下容腔压力对输人电流的 频响特性 , 仿真曲线见图 3 0
凡— 负载力
f— 油液的动力粘度 i : — 阀芯上的台肩数 l 肩的长度 — 个台 r 阀芯台肩半径 , — r 一 阀套孔半径 Z 一 一 Cl 阀节流口流量系数 d — W — 阀的面积梯度 L 阻尼长度 —
Wv x 进行仿真, o 仿真曲线见图4 。从仿真结果上看,
4 结论
1理论分析和试验表明, ) 在电液比例节流阀出 口 接阻尼短孔, 用被测阀与阻尼短孔间的容腔压力
当W v 为 1 V x 小于 1, xA, 且 : v o Wo 0容腔压力的低频
段幅频特性与阀实际幅频特性基本一致,幅频宽G
p — 油液密度
p, 油口 l一 进出 压力 p
图 1 单级电液比例节流阀原理
k 复位弹簧刚度 , 比例电磁铁可以看作二阶环节, 其输出力对输
人电流的传递函数为:
阀芯力平衡方程为:
FrZ+ ,f vL = d (+) k+ r x BB车 f c 0 xF
关键词: 电液比例节流阀 频响特性测试 压力检测 阻尼短孔
电液比 例元件和电液伺服阀是电液比例 / 伺服 控制系统的重要组成元件, 选择合适的电液比例 / 伺服阀对系统性能的实现有着重要的意义。电液比 例节流阀作为一种价格较为低廉的比例流量控制元 件, 在频响要求不高的电液比例 / 伺服系统中有着 广泛的应用, 如工程车、 工程机械的加速减速运动的 电液控制系统,电液比例节流阀常结合其它元件构 成复合阀对工程机械中液压系统的流量、压力进行 控制。 因此, 对电液比例节流阀特性的分析在工程实 践中有着重要的意义。本文以单级电液比例节流阀 作为研究对象, 用动态压力来测试其频响特性, 避免 直接测试动态流量的困难, 分析过程和结果也可供 其它类型的电液比例阀参考。
1 电液比 例节流阀工作原理与基本数学模
型 单级电液比 例节流阀,由比例电磁铁直接驱动 阀芯, 阀芯采用弹簧支撑及液压力平衡的结构, 其工 作原理如图 1 所示。
x— 复位弹簧预压缩量 o B— 阀芯与阀套间粘性摩擦系数 . 踌 — 瞬态液动力阻尼系数 k f 稳态液动力刚度
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摘 要:绍 电 例 流 频 特 测 的 种 用 法。 用 测 与 阻 短 介 了 液比 节 阀 响 性 试 一 实 方 采 被 阀 一 尼 孔冬
拿
福 间的压力来替代难以检测的阀芯位移或输出流量, 对电液比 例节流阀进行频响特性测试。 建立 } 1了 测试系统的数学模型, 进行了仿真和试验测试, 验证了该测试方法的可行性。
C b 3W k b
( C( i丁 夕 (2W+ ) C 21 成 I)+ I 2 }S + k +V 。SS gb \ )+" b C C为 2
1 . 过滤器 2 . 定量泵 3 . 溢流阀 4 . 球阀 5 . 蓄能器 68 ,. 压力
w2 B B sk + , f+ F (+ ) j, k
5 3 1 4 2
1 直接回油下阀口 — 开口 量的频响特性
1 0 H z
5 3 1 4 2
2 容腔压力频响特性( : xo ) — VW v 3 =
3 容腔压力频响特性( : v 5 — VWx( ) = 4 容腔压力频响特性( : o1) — VWx =0 v 图4 vA 等于 1 Wxo ; : 时不同 VW v下的 : o x 频率响应特性仿真曲线俩= M 司 8 P
腔压力的频率响应特性仿真曲线(= M a p 8 ) , P
图3 不同容腔容积 V和被测阀节流口中位时容
3B误差小于 3 VW v 1 时的相频宽(90 d) %;:x 为 0 o -0) 比阀实际相频宽小 1%, 值为 5 0 比 时小 6 比 %, 值为 3 时小 5 %0 3 测试结果 . 2 图2 所示的测试系统, 在不同阻尼短孔直径下 对被测阀进行频响特性测试, 测试结果见图5 总体 。 上看, 测试结果和仿真结果基本吻合。
由式( )( )被测阀节流阀口开 口量对输人电 1 ,2 ,
流的传递函数为:
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S }、2 、gb 2 b+ 阵 "Sb +W C 2 叭、 d
W2 B B s粉k + , f+ , (+ )
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式中. 一阻尼短孔流量系数 r一 g A一 阻尼短孔过流面积 , 被测阀出油口 与阻尼短孔之间必然有一个小容 腔, 容腔的压力变化由压力传感器 8 检测, 因此该压 力也是被测阀的出口 压力, 该容腔的流量平衡方程
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一2 0 0二 千
0. 1
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图 5 阻尼短孔直径对容腔压力
频响特性的影响(= M a p 8 ) 1 P
过流面积之比) 1即p 等于P/) 为 ( , I 2时不同的V :
() 8
传感器 7 . 被测阀 9 . 可调阻尼短孔 图2 电液比例节流阀测试系统
通过电液比 例节流阀7 的流量 Q为: ,
Q =d X i , , CW
- pi ) B P2
P
2 / _、 ,
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由式()()随着被测阀与阻尼短孔之间容腔 8 , 3, 体积的增大, 容腔压力对输人电流的幅频宽和相频 宽在减小, 且比阀实际频宽小; 通过改变阻尼短孔直 径可以改变容腔压力变化幅值,同时改变被测阀节 流阀口 在开口 量中位值时的容腔压力。
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浙江大学 柯明纯 丁 凡 李 宾
式中: V 被测阀与阻尼短孔之间容腔体积 — A- 油液弹性模量 结合容腔的流量平衡方程对被测阀和阻尼短孔 的流量方程进行线性化处理, 结果有:
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参考文献
1 万贤祀, 万系杰‘ 四轮工程车液压系统设计研究. 液压与 气动, 0( 2 3) 0 3 2 王庆丰, 魏建华, 吴根茂等. 工程机械液压控制技术的
1表;A 03 k 2 6) k 0(
能较准确地反映被测阀的流量频响特性。 同时, 该测 试方法具有简便、 成本低等优点。 2减小被测阀与阻尼短孔之间的容腔是用压力 ) 频响特性准确反映被测阀频响特性的关键。 3增大阻尼短孔直径, ) 能够提高该方法的测试 准确度; 但被测阀与阻尼短孔间的压力变化幅值降 低, 增加了测试难度。 4兼顾测试准确度和测试难度, 1 v 1 1 ) 取 Vo 在 x: A 附近,:x 控制在 5 VW v o 以内,此时容腔压力频响特 , 胜的幅频宽(3B 和相频宽(90比阀实际幅频 -d ) -0)
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2 测试系统及其数学模型
在测试电液比 例节流阀动态性能时,由于常用 的流量计的运动部件存在惯性, 难以测试动态流量, 而电液比 例节流阀内又难以安装位移传感器测试阀 芯的位移, 故很难通过流量计或阀芯位移来测试该 类阀的频响特性; 虽可用动态液压缸进行测试, 但难 度大、 成本高。在试验中, 采用在被测阀出口 接一阻 尼短孔( 2 , 图 )通过检测被测阀与阻尼短孔之间的 压力来测试该阀的频响特性, 这种测试方法简便、 成
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从仿真曲线( ) 图 3可知, 当被测阀与阻尼短孔 之间容腔不大时,容腔中的油液压缩效应可以忽略 不计; 随着阻尼短孔直径的减小, 被测阀节流阀口 在 开口 量中位值时的容腔压力增大,幅频宽和相频宽 在减小, 且比阀实际频宽小, 在大容腔情况下, 减小
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4 结论
1理论分析和试验表明, ) 在电液比例节流阀出 口 接阻尼短孔, 用被测阀与阻尼短孔间的容腔压力
当W v 为 1 V x 小于 1, xA, 且 : v o Wo 0容腔压力的低频
段幅频特性与阀实际幅频特性基本一致,幅频宽G
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图 1 单级电液比例节流阀原理
k 复位弹簧刚度 , 比例电磁铁可以看作二阶环节, 其输出力对输
人电流的传递函数为:
阀芯力平衡方程为:
FrZ+ ,f vL = d (+) k+ r x BB车 f c 0 xF
关键词: 电液比例节流阀 频响特性测试 压力检测 阻尼短孔
电液比 例元件和电液伺服阀是电液比例 / 伺服 控制系统的重要组成元件, 选择合适的电液比例 / 伺服阀对系统性能的实现有着重要的意义。电液比 例节流阀作为一种价格较为低廉的比例流量控制元 件, 在频响要求不高的电液比例 / 伺服系统中有着 广泛的应用, 如工程车、 工程机械的加速减速运动的 电液控制系统,电液比例节流阀常结合其它元件构 成复合阀对工程机械中液压系统的流量、压力进行 控制。 因此, 对电液比例节流阀特性的分析在工程实 践中有着重要的意义。本文以单级电液比例节流阀 作为研究对象, 用动态压力来测试其频响特性, 避免 直接测试动态流量的困难, 分析过程和结果也可供 其它类型的电液比例阀参考。
1 电液比 例节流阀工作原理与基本数学模
型 单级电液比 例节流阀,由比例电磁铁直接驱动 阀芯, 阀芯采用弹簧支撑及液压力平衡的结构, 其工 作原理如图 1 所示。
x— 复位弹簧预压缩量 o B— 阀芯与阀套间粘性摩擦系数 . 踌 — 瞬态液动力阻尼系数 k f 稳态液动力刚度
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图3 不同容腔容积 V和被测阀节流口中位时容
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由式( )( )被测阀节流阀口开 口量对输人电 1 ,2 ,
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式中. 一阻尼短孔流量系数 r一 g A一 阻尼短孔过流面积 , 被测阀出油口 与阻尼短孔之间必然有一个小容 腔, 容腔的压力变化由压力传感器 8 检测, 因此该压 力也是被测阀的出口 压力, 该容腔的流量平衡方程
一 0 6 一 0 4
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图 5 阻尼短孔直径对容腔压力
频响特性的影响(= M a p 8 ) 1 P
过流面积之比) 1即p 等于P/) 为 ( , I 2时不同的V :
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传感器 7 . 被测阀 9 . 可调阻尼短孔 图2 电液比例节流阀测试系统
通过电液比 例节流阀7 的流量 Q为: ,
Q =d X i , , CW
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