关键词:
流体传动与控制
高速开关阀
高速开关阀桥
静动态特性
摘要:
电液比例阀作为液压领域中应用最为广泛的元件之一,由于其控制容易,适应性好和价格较低的特点,被广泛用于一般液压系统中。然而,随着液压智能控制技术的发展,对电磁阀的控制性能要求逐渐提高,现有大多数电液比例阀仍存在节流损失大,稳定性差和控制精度低的问题,使其逐渐不能满足液压技术的发展需求。本文针对现有电液比例阀的局限性,结合高速开关阀结构简单、节流损失小、能效高、稳定性高、油液污染耐受度高等优势以及其适用于小流量可以作为先导级使用的工作特点,以高速开关阀作为核心元件搭建高速开关阀桥先导液压系统,并对其性能进行研究。
首先,讨论了二位二通常闭式高速开关阀的结构与工作原理,推导建立高速开关阀的数学模型以及开启关闭延时时间的数学模型。搭建常闭式高速开关阀的仿真模型,对高速开关阀的静动态特性进行仿真。仿真得出PWM控制信号的频率与进出油口压差对高速开关阀的流量特性的规律,频率越高高速开关阀流量特性的线性区越大,进出油口压差越大线性区越小;PWM控制信号的占空比与频率可以影响高速开关阀的工作状态,根据数学模型选择相关参数进行单变量与正交试验确定其对高速开关阀开启关闭延时时间的影响程度。经过对比分析,确定从控制电压入手,采用一种多电压控制方法降低高速开关阀的关闭延时时间,以提高阀的响应速度。仿真得出多电压控制可以有效降低高速开关阀的关闭延时时间,同时此方法能够提高高速开关阀线性区的占空比范围。
其次,提出高速开关阀桥先导液压系统,推导控制数学模型并搭建仿真模型,基于PID控制算法提出先导级控制策略,仿真结果表明主阀芯能够跟随阶跃信号移动,验证了高速开关阀桥先导液压系统可以实现对主阀阀芯位置的控制。分析讨论了不同PWM控制信号的频率、不同先导油压对高速开关阀桥控主阀性能的影响,结果表明频率高,主阀控制精度提高;先导油压高,主阀的上升时间少,但会造成较大的稳态误差。
最后,搭建高速开关阀特性实验台,对比讨论了PWM控制信号的占空比与频率对高速开关阀工作情况的影响,进一步验证理论和仿真分析的正确性。