液压组合阀口双三角槽尺寸对变量泵的动态特性影响研究.pdf

液 压 气 动 与 密 封 ／ 2 0 1 4年 第 0 8期 d o i l 0 ．3 9 6 9 ． is s n ． 1 0 0 8 - 0 8 1 3 ．2 0 1 4 ． 0 8 ．0 0 7 液压组合阀口双三角槽尺寸对 变量泵 的动态特性影响研究 石金艳 湖南铁道职业技术学院 ， 湖南 株洲 ， 4 1 2 0 0 1 摘 要 论文推导 了液压组合阀口面积的计算公式并利用 MA T L AB编制了其计算程序。在 S I MU L I N K上建立 了变量泵负流量控制数学模 型并进行仿真 ， 重点分析 了组合节流槽 阀口的双三角槽尺寸参数对变量泵动态特性的影响 ， 为组合阀 口的设计提供了有价值的参考。 关键词 组合 阀 IZ l ； 过流面积 ； 变量泵 ； 动态特性 中图分类号 T H1 3 7 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 4 0 8 0 0 1 8 0 3 S t u d y o n t he Effe c t o f Do u b l e Tr i a n g u l a r Gr o o v e Di me n s i o n o f Hy d r a u l i c Co mb i ne d S h a pe Orific e o n t he Dy na mi c a l Cha r a c t e ris t i c s o f Va ria b l e d i s p l a c e me n t Pu mp S HI J i n - y a n H u n a n R a i l w a y P r o f e s s i o n a l T e c h n o l o g y C o l l e g e ，Z h u Z h o u 4 1 2 0 0 1 ， C h i n a Ab s t r a c t I n t h i s p a p e r ， t h e c o r r e s p o n d e n c e c a l c u l a t i o n f o r mu l a s t o c a l c u l a t e t h e o r i fi c e a r e a o f t h e h y d r a u l i c c o mb i n e d s h a p e o ri fi c e a r e d e d u c e d a n d a g e n e r a l c o mp u t a t i o n a l p r o g r a m i s d e v e l o p e d b y MAT L AB． T h e ma t h e ma t i c al mo d e l o f t h e n e g a t i v e fl o w c o n t r o l o f v a ri a b l e d i s p l a e e me n t p u mp s i s e s t a b l i s h e d ， a n d t h e s i mu l a t i o n i s c a r rie d o u t u s i n g S I MUL I NK． T h e i n fl u e n c e o f c o mb i n e d s h a p e o ri fi c e ’ S d o u b l e t ria n g u l a r g r o o v e d i me n s i o n p a r a me t e r s o n t h e d y n a mi c c h a r a c t e ris t i c o f v a ri a b l e - d i s p l a c e me n t p u mp i s p ri n c i p a l l y a n a l y z e d ， w h i c h o f f e r s v alu a b l e r e f e r e n c e o f n o t c h e s ’ d e s i g n ． Ke y wo r d s c o mb i n e d s h a p e o ri fi c e； o ri fi c e a r e a； v a ria b l e - d i s p l a c e me n t p u mp； d y n a mi c al c h a r a c t e ris t i c s 0 引言 1 液压控制元件 的阀口形式很多 ．可分为全周和非 全周开 口形式 非全周开 口滑 阀是液压 阀的基本结构 形式之一 ．即在滑阀凸肩圆周上均布不同形状的节流 槽及其组合形式 。 如三角槽 、 矩形槽和半 圆槽等 ， 用来 获得不同的流量控制特性 除了少数阀 口面积与阀芯 位移存在准确 的函数表达式外 ．大部分由于复杂的非 线性关系而难以获得解析式 ． 一般给出近似 函数。更为 复杂的阀 I 1 结构可以参考文献『 1 3 1 ， 文献『 4 5 1 对几种 部分 开 口形 式 的 阀 口进 行 了过 流 面积 分 析 ．推 导 了过 流面积 函数并用多项式进行拟合得 出计算公式 。本文 根据此计算公式来计算双三角一 U形槽组合 阀 口的过 流面积 ． 并建立 了变量泵负流量控制的动态数学模型 ． 通过计算分析得 出了组合 阀口的尺寸参数对变量泵动 态特性 的影响。 基金项 目 2 0 1 2年湖南省教育厅优 秀青年科研项 目 1 2 B 0 9 1 收稿 日期 2 0 1 3 1 2 1 0 作者简介 石金艳 1 9 8 3 一 ， 女 ， 湖南邵 阳人 ， 讲 师 ， 硕士研究生 ， 研 究方 向 为液压 传动与控制技 术。 1 8 组合 阀 口过流 面积解 析 建立如图l 所示的直角坐标系 ． 推导组合 阀口的过 流面积计算公式。 ／ 、 ／ h 图 1 组 合阀口面积计算简 图 设 B 6 ， B o ， 1 6 r ， Z D r ， E 6 r Z 。 在 C点有如下关系式 一2 m R k x 2 Vm ‘ R ‘ 一 2 k R xI ， ， ， 2 2 1 m b r - 联立式 1 2 P A 计算出 z 与 的值。 面积 A 及其微元面积 d A 为 当 1 c 时 1 2 Hy d r a u l i c s P n e u ma t i c s S e a l s ／ No ． 0 8 ． 2 0 1 4 d A l2 a rc s in 3 f x l A 2 2 n J 。 R a r c s i n 4 由于双三角槽 的宽度始终 比 U型槽 的宽度大 ． 上 式中 二 墨 ． ／ 2 拿 2 二 墨 2 2 型 堕 。 2 1 m 当 X l X D 时 A 2 A 2 c 2 n J R a r c s i n 5 J ， 1 此 时 ， z v ／ r Z -[ x - b r ] 2 ，A 等于式 1 3 在 时 A 2 值 。 当 x l x E 时 z 扔 n l 一 6 r 】 2 R a r c s i n r 6 A叩等于式 5 在 X l X 。 时 A 值。 面 积 A。 为 当 1 B 时 A l n 2 } a r c s in R 7 此 时 y 尺一 Ji} ， 二 2 2 2 2 。 2 1 m 当 x B x 时 ， 节流槽 的最小过流面积为 ， 此时A ； A 为常数。 组合槽在较宽的阀口开度范围内， 阀 口面积是近似渐变 的。根据面积公式 ． 求出两交点坐 标分别为 2 ． 0 3 0 2 ， 1 ． 0 3 9 7 和 C 3 ． 6 6 4 5 ， 3 ． 9 6 2 9 。 节 流槽 过流 面 积多项 式 为 A - 0 ． 0 0 6 x 0 ． 0 0 6 x 0 x 2 3 3 A1 1 0 0 ． 6 6 O 一 2 4 ． 1 7 4 8 x 8 ． 8 0 6 0 x 一 6 ． 1 9 4 0 2 x 2 ． 0 3 0 2 A一 0． 29 5 4 x 2 ． 78 08 。 一 6 ． 6 7 1 8 x 5 ． 5 9 0 8 2 ． 0 3 0 2 x 3 ． 6 6 4 5 A； A 1 o 3 ． 9 6 2 9 3 ． 6 6 4 5 x 5 由公式 A 妣 ， 计算出阀口的过流面积梯度 w x 2 删 一 0 ． 0 0 1 7 x O ． 1 3 1 9 x 0 x 2 3 2 w l x l 0 1 ． 9 8 0 6 x一 8 ． 3 4 9 6 x 8 ． 8 0 6 0 2 x 2 ． 0 3 0 2 一 0 ． 8 8 6 3 2 5 ．5 6 1 7 一 6 ． 6 7 1 8 w1 ． 08 1 4 2 ． 0 3 0 2 x 3 ． 6 6 4 5 3 ． 6 6 4 5 x 5 1 9 液 压 气 动 与 密 封 ， 2 0l 4年 第 0 8期 在 C D段 。 即 3 ． 6 6 4 5 x 5时 ． 此时阀 口开度 已经 到达 U 形槽的等截面段 ， 此时， 过流面积取 为常数 。 2 变量泵负流量控制 的动态数学模型 变量泵 的变量方式包括恒功率控制 、 总功率控制 、 正负流量控制 、 变功率控制和负荷传感控制等 ． 其核心 都是通过机构 的合理设计 ．实现流量与控制压力之 间 的比例关系。文中探讨 的是 负流量控制机构的动态特 性 ，负流量控制是为了减少主控制阀在 中位时泵 的流 量 ， 使泵 的流量能够按需求提供 。 从 而改善调速性 能 ． 避免 无用 的能 耗 图 4是其压力一 流量曲线 图 变量泵的负流量控制机构主要 由伺服阀杆 1 、 连杆 8 、 反馈拨叉 7 、 控制活塞 1 0 、 伺服柱塞 9和销钉 2 、 3 、 4 、 5 、 6所 组成 。 如 图 5所示 。 1 一 伺服阀杆2 、 3 、 4、 5 、 6 一 销钉7 一 反馈拨叉 图 4 压 力 一 流 量 8 一 连杆9 一 伺 服柱塞 1 O 一 控制活塞 曲线示意图 图 5 控 制机构动作原 理图 负流量控制机构的工作原理是 反馈拨叉和连杆 带动伺服 阀杆移动 ． 伺服柱塞大端接通泵 出油 口， 连通 高压油。 斜盘倾角变小 。 泵输 出流量减少 。图 6是负流 量控制机构传递 函数方框图 图 6负流 量控 制机 构 传 递 函数 方 框 图 3 组合阀口双三角槽尺寸参数对变量泵 的动态特性影 响 阀杆上阀 口的尺寸参数 的改变 ．面积梯度 W的表 达式随之改 变 ．而传 递 函数 中的关键参数 流量 系数 值也就改变了 ．从而对变量泵负流量控制机构 的动态 响应产生影响 1 改变双三角槽 的宽度 口 值从 0 ． 5 ram变为 0 ． 4 m m 和 0 ． 6 mm． 带入各 自面积梯度 叫的表达式 ． 得到图 7所 示动态响应系列曲线 20 由图 7可知 ， 随着 口 值 的增加 ， 系统稳态值几乎没 有变化 ， 在响应 曲线前段 ， 动态 响应时间略有减少 ． 稳 定 时 间变 长 ， 超 调量 也 有所 增 加 。 因此 ． 在 满 足 响应 指 标的前提下 ， 减小双三角槽宽度 即 口值 。 会让 系统 的 稳定性得到保证 2 改变双三角槽 的长度 b值从 2 ram变为 1 ． 6 ram 和 2 ． 4 ra m， 得到图 8所示动态响应曲线 从图 8中曲线可 以看到 ， 改变 b值后 ． 系统稳态值 不变 ， 动态特性会发生改变。减小 b值 ， 上升时间减少 ， 调整时间改变很小 ． 响应加快 超调量有明显增加 b值 越小 ． 流人伺服柱塞大端流量越多 ． 伺服柱塞移动速度 变快 ， 斜盘倾角调整速度 变快 ， 系统响应变快 ， 但同时 超调量也增加 ． 会出现振荡 所以在满足响应指标的前 提下 ， 增加双三角槽 长度 ． 会让系统的稳定性更好 g g ＼ 椭 蜒 罄 厦 时间／ s 图 7双三角槽不 同宽度的 动 态 响 应 曲线 时间／ s 图 8双三角槽不 同长度的 动 态 响应 曲 线 4 结论 通过对双三角一 U形槽组合 阀口特性的分析 ． 可以 得 出如 下结 论 1 双 三 角 槽 的尺 寸 参 数 对 系统 响应 特 性 影 响 较 大 。双三角槽宽度 0 在一定范围内减小 、 长度 b在一定 范 围内增加 ， 在满足响应指标的前提下 ， 使稳定时间变 短 。 超调量减少 ． 可使 系统的稳定性得到保证 ； 2 双 三角 一 U形 槽 组 合 阀 L l 的 尺 寸参 数 中 ， 双 三 角槽长度 b值 的改变对系统响应特性影响较大 ．双三 角槽宽度 0 值对系统响应特性影响较小。 参 考 文 献 [ 1 ]1 林建亚， 何存兴． 液压 元件【 M ] ． 北 京 机械工业出版社， 1 9 8 8 ． 【 2 】 雷天觉． 液压工程手册[ M】 ． 北京 机械 工业 出版社， 1 9 9 0 ． [ 3 ] 路 甬祥 ， 胡 大绂． 电液 比例 控制技 术[ M】 ． 北京 机械 工业 出版 社 ． 1 9 8 8 ． f 4 1 冀宏 ， 傅新， 杨华 勇． 几种典 型液压 阀l 1 过流面积 分析及 计算 『 J ] ． 机床 与液压， 2 0 0 3 ． 『 5 1 周会， 邓斌 ， 刘 桓龙． 液 压组合 阀口过流面积 计算及特 性分 析 [ J ] ． 机械研究与应用， 2 0 0 9 ， 1 ． 『 6 1 朱 碧海， 刘银水 ， 李壮云， 等． 水压节 流阀 阀E l 流量特性 的研 究 及水乐节流 阀的研制【 J ] ． 机床与液压， 2 0 0 4 ， 5 ． 圈二一 一 嘶