基于高速开关阀的液压缸速度控制系统设计
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速 开关阀 的单 阀直 控式和旁路节流式两 种液压控制系统方 案 ， 并且采 用脉宽调制技术 （ Ｐ ｗＭ） ， 根 据液压缸 的位移信 号调节 Ｐ ＷＭ 的 占空 比， 控 制进入液压缸 的流量 ， 间接达到控制液压缸 速度 、 削 弱冲击 的 目的。针对两种应用方案 ， 分 别通过 Ｓ ｉ ｍｕ ｌ ｉ ｎ ｋ 建立仿 真模 型 、 Ｆ Ｅ Ｓ Ｔ Ｏ液压实验平 台搭建系统进行实验 的方式 ， 得 出了仿 真与实验情况下的位移 、 速 度、 加速度 曲线 。仿真 曲线与实验结果 的对 比表 明 ： 单 阀直控式和旁路节流式两种液压控制系统方案都能较好地 实现 液压 缸速度的控制 ， 其 中单 阀直控式更加适合于小流量液压系统 ， 而旁路节流式的应 用范围较广 。 关键 词 ： 高速开关阀 ； 速度控制 ； 仿真 ； 实验 中图分类号 ： Ｔ Ｈ１ ３ ７ ． ７ 文献标 志码 ： Ａ 文章 编号 ： １ ６ ７ ２ ． ８ ９ ０ ４ ． （ ２ ０ １ ３ ） ０ ２ — ０ ０ ０ ５ ． ０ ０ ５
置 控 制 系统 中居 多 。文献 ［ ９ ］ 在研 究 高 速 开关 阀特 性 的基 础上 ， 提 出在 液 压缸 有杆 腔 管道 上接 入 两个 二
位二通高速开关 阀， 采用旁路节流方式的速度控制方 案， 但 未 对方 案 做 仿 真或 实 验研 究 。文 献 ［ １ ０ ］ 在 液 压 缸有 杆 腔 、 无 杆腔 与 Ｐ 、 Ｔ油 口之 间分 别 连接 四个 二 位 二通高速开关阀进行速度控制 ， 进行 了对液压缸速度 控 制 的研 究 ， 说 明高速 开关 阀对 速度 控制 的有 效性 。
பைடு நூலகம்
（ ３ ）
ｌ ｌ 一 ２ ｒ ４ ． ２
图 ２ 旁路 节 流 式 液 压 系 统
Ｘ ｈ
ｒ Ｅ 【 ｒ ３ ” ４ ， ’ 。 ）
『 ｌ － ｌ １
式中， ｆ １ ＝ ｈ ｉ Ｔ； ５ １ ２ ＝ ｈ ｉ Ｔ； ｆ ３ ＝ ｔ ３ ／ Ｔ； ｆ ４ ＝ｔ ４ ／ Ｔ；
基 于高速开关 阀的液压缸速度控制 系统设计
高钦和 刘志浩 宋海洲 于传强
（ 第二炮兵 工程 大学 兵器发射理论与技术 国家重点学科实验室 陕西西安 ７ １ ０ ０ ２ ５ ） 摘 要 ： 为了研究 高速开关阀在液压缸速度控制系统 中的应用 ， 在分析高速开关阀流量特性的基础上 ， 提 出了基于高
图 １ 单阀直控式液压 系统
旁路节流式液压系统指将高速开关 阀连接于液
压缸 有杆 腔与无 杆 腔之 间 ， 如图２ 所示 。
１ 系统 设 计
１ ． １ 液 压 油路 设 计
两种 系统均通过对 高速开关阀开通时间的控制 来控制进入液压缸有杆腔的流量 ， 从而控制液压缸的
缩缸 速度 。本 文采 用 恒流 源液 压泵 ， 单 阀直 控式 的高
第２ 期（ 总期 ５ ７ 期）
２ ０ １ ３ 年３ 月
浠体秸动与 控副
Ｆ ｌ ｕ ｉ ｄ Ｐ ｏ ｗｅ ｒ Ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｍｉ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ Ｃｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ
Ｎｏ ． ２ （ Ｓ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ Ｎｏ ． ５ ７ ）
Ｍａ ｒ ． ， ２ ０１ ３
高 速开 关 阀具 有 切换 速度 快 、 重 复精 度 高 、 抗 污 路 节流 式 两种 应用 系统 ， 研 究高 速开 关 阀在 收缸过 程
染性强 、 价格低廉 、 可以通过脉冲进行调节等优点ｎ 。 ， 中对液压缸的速度控制。以位移传感器采得的位移 能够较好地实现计算机控制技术和液压流体技术的 信号作为脉冲控制信号 占空比变化函数的基信号。 有机 结合 ， 有 良好 的应 用前 景 。 单 阀直控式液压 系统指将高速开关 阀连接 于液 目前 ， 高 速 开关 阀在液 压缸 速度 控 制系 统 中 的应 压 缸有 杆 腔与换 向阀之 间 ， 如图 １ 所示 。 用有 多种形式。如文献［ ６ ］ 使用单 阀直控式将两个共 进、 出油 口的二位三通高速开关阀分别与液压缸 的有 杆腔 和无 杆 腔相 连 ， 通 过改 变 阀控制 信 号 的 占空 比来 实现对液压缸速度的控制 ， 文中仿真出了液压缸行程 曲线 ， 但 未 进行 实验 。而这 种连 接 方式 用在 液 压缸 位
速开关阀控制的是从系统进人有杆腔的流量 ； 旁路节
本文设计 了基于高速开关 阀的单阀直控式和旁 流式的高速开关阀将进入有杆腔 的流量分流到无杆 腔来控制进入有杆腔 的流量。由于在面积一定的情 收稿 日 期： ２ ０ １ ２ ． ０ ９ ． ２ ８
作者简介 ： 高钦 和（ １ ９ ６ ８ ． ） ， 男， 教授 ， 主要从事机 电一体化研究 。
（ ３ ） 所示 。
０ 征【 Ｏ ，Ｚ ＂ １ Ｊ
与脉 宽 调 制信 号 之 间 的关 系 如 式
旦 （ Ｔ ＋ Ｔ ｙ ｃ ｌ － ＂ ｆ １ ）
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ｌ （ ｒ ２ Ｊ专 ＋ ≥ 一
： ＋
ｒ Ｅ 【 ， ｒ ０ ｎ ）
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科ｌ ， ）
本 文 在 分 析 二位 二 通 常 闭 式 高速 开 关 阀特 性 的
基础上 ， 设计了基于高速开关阀的单阀直控式和旁路
节 流式 两种 应 用形 式来 实 现对 液压 缸 速度 的控 制 ， 并 对 两种 方案 进 行 了仿真 与 实验研 究 ， 较 为全 面 的研究 了高速 开关 阀在 液压 缸速 度控 制 系统 中的应 用 。
况下 ， 流 量 与 速度 呈 现线 性 关 系 ， 即可 以通 过 流 量控
第６ 页
制 实现对 液压缸 速度 的控制 。
潘 体秸幼与控副
２ 数 学 与仿 真 建 模 ２ ． １ 高速 开 关 阀建 模
２ ０ １ ３ 年 第２ 期
依 据 高 速 开关 阀 的开关 特 性及 其 数 学模 型 ， 确 定 阀芯 位 移
置 控 制 系统 中居 多 。文献 ［ ９ ］ 在研 究 高 速 开关 阀特 性 的基 础上 ， 提 出在 液 压缸 有杆 腔 管道 上接 入 两个 二
位二通高速开关 阀， 采用旁路节流方式的速度控制方 案， 但 未 对方 案 做 仿 真或 实 验研 究 。文 献 ［ １ ０ ］ 在 液 压 缸有 杆 腔 、 无 杆腔 与 Ｐ 、 Ｔ油 口之 间分 别 连接 四个 二 位 二通高速开关阀进行速度控制 ， 进行 了对液压缸速度 控 制 的研 究 ， 说 明高速 开关 阀对 速度 控制 的有 效性 。
பைடு நூலகம்
（ ３ ）
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图 ２ 旁路 节 流 式 液 压 系 统
Ｘ ｈ
ｒ Ｅ 【 ｒ ３ ” ４ ， ’ 。 ）
『 ｌ － ｌ １
式中， ｆ １ ＝ ｈ ｉ Ｔ； ５ １ ２ ＝ ｈ ｉ Ｔ； ｆ ３ ＝ ｔ ３ ／ Ｔ； ｆ ４ ＝ｔ ４ ／ Ｔ；
基 于高速开关 阀的液压缸速度控制 系统设计
高钦和 刘志浩 宋海洲 于传强
（ 第二炮兵 工程 大学 兵器发射理论与技术 国家重点学科实验室 陕西西安 ７ １ ０ ０ ２ ５ ） 摘 要 ： 为了研究 高速开关阀在液压缸速度控制系统 中的应用 ， 在分析高速开关阀流量特性的基础上 ， 提 出了基于高
图 １ 单阀直控式液压 系统
旁路节流式液压系统指将高速开关 阀连接于液
压缸 有杆 腔与无 杆 腔之 间 ， 如图２ 所示 。
１ 系统 设 计
１ ． １ 液 压 油路 设 计
两种 系统均通过对 高速开关阀开通时间的控制 来控制进入液压缸有杆腔的流量 ， 从而控制液压缸的
缩缸 速度 。本 文采 用 恒流 源液 压泵 ， 单 阀直 控式 的高
第２ 期（ 总期 ５ ７ 期）
２ ０ １ ３ 年３ 月
浠体秸动与 控副
Ｆ ｌ ｕ ｉ ｄ Ｐ ｏ ｗｅ ｒ Ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｍｉ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ Ｃｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ
Ｎｏ ． ２ （ Ｓ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ Ｎｏ ． ５ ７ ）
Ｍａ ｒ ． ， ２ ０１ ３
高 速开 关 阀具 有 切换 速度 快 、 重 复精 度 高 、 抗 污 路 节流 式 两种 应用 系统 ， 研 究高 速开 关 阀在 收缸过 程
染性强 、 价格低廉 、 可以通过脉冲进行调节等优点ｎ 。 ， 中对液压缸的速度控制。以位移传感器采得的位移 能够较好地实现计算机控制技术和液压流体技术的 信号作为脉冲控制信号 占空比变化函数的基信号。 有机 结合 ， 有 良好 的应 用前 景 。 单 阀直控式液压 系统指将高速开关 阀连接 于液 目前 ， 高 速 开关 阀在液 压缸 速度 控 制系 统 中 的应 压 缸有 杆 腔与换 向阀之 间 ， 如图 １ 所示 。 用有 多种形式。如文献［ ６ ］ 使用单 阀直控式将两个共 进、 出油 口的二位三通高速开关阀分别与液压缸 的有 杆腔 和无 杆 腔相 连 ， 通 过改 变 阀控制 信 号 的 占空 比来 实现对液压缸速度的控制 ， 文中仿真出了液压缸行程 曲线 ， 但 未 进行 实验 。而这 种连 接 方式 用在 液 压缸 位
速开关阀控制的是从系统进人有杆腔的流量 ； 旁路节
本文设计 了基于高速开关 阀的单阀直控式和旁 流式的高速开关阀将进入有杆腔 的流量分流到无杆 腔来控制进入有杆腔 的流量。由于在面积一定的情 收稿 日 期： ２ ０ １ ２ ． ０ ９ ． ２ ８
作者简介 ： 高钦 和（ １ ９ ６ ８ ． ） ， 男， 教授 ， 主要从事机 电一体化研究 。
（ ３ ） 所示 。
０ 征【 Ｏ ，Ｚ ＂ １ Ｊ
与脉 宽 调 制信 号 之 间 的关 系 如 式
旦 （ Ｔ ＋ Ｔ ｙ ｃ ｌ － ＂ ｆ １ ）
）
ｌ （ ｒ ２ Ｊ专 ＋ ≥ 一
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本 文 在 分 析 二位 二 通 常 闭 式 高速 开 关 阀特 性 的
基础上 ， 设计了基于高速开关阀的单阀直控式和旁路
节 流式 两种 应 用形 式来 实 现对 液压 缸 速度 的控 制 ， 并 对 两种 方案 进 行 了仿真 与 实验研 究 ， 较 为全 面 的研究 了高速 开关 阀在 液压 缸速 度控 制 系统 中的应 用 。
况下 ， 流 量 与 速度 呈 现线 性 关 系 ， 即可 以通 过 流 量控
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制 实现对 液压缸 速度 的控制 。
潘 体秸幼与控副
２ 数 学 与仿 真 建 模 ２ ． １ 高速 开 关 阀建 模
２ ０ １ ３ 年 第２ 期
依 据 高 速 开关 阀 的开关 特 性及 其 数 学模 型 ， 确 定 阀芯 位 移