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三級(jí)電反饋伺服閥的靜態(tài)特性

來(lái)源:上海茂碩機(jī)械設(shè)備有限公司   2017年03月30日 17:17  

電液伺服閥的靜態(tài)特性是指穩(wěn)定工作條件下,伺服閥的各靜態(tài)參數(shù)(輸出流量、輸入電流和負(fù)載壓力)之間的相互關(guān)系,主要包括負(fù)載流量特性、空載流量特性和壓力特性,并由此可得到一系列靜態(tài)指標(biāo)參數(shù)。它可以用特性方程、特性曲線(xiàn)和閥系數(shù)三種方法表示。

(1)特性方程。理想零開(kāi)口四邊滑閥(見(jiàn)圖21),設(shè)閥口對(duì)稱(chēng),各閥口流量系數(shù)相等,油液是理想液體,不計(jì)泄漏和壓力損失,供油壓力ps恒定不變。當(dāng)閥心從零位右移xv時(shí),則流入、流出閥的流量q1、q3

 

穩(wěn)態(tài)時(shí),q1=q3=qL,則可得供油壓力ps=p1+p2,令負(fù)載壓力pL=p1-p2,則有

               p1=(ps+pL)/2             (4)

               p2=(ps-pL)/2             (5)

將式(4)或式(5)代入式(2)或式(3)可得滑閥的負(fù)載流量(壓力流量特性)方程為

                   (6)

式中:qL為負(fù)載流量;Cd為流量系數(shù);W為滑閥的面積梯度(閥口沿圓周方向的寬度);d為滑閥閥心凸肩直徑;xv為滑閥位移;聲。為伺服閥供油壓力;pL為伺服閥負(fù)載壓力。

圖22中pL為無(wú)量綱壓力,pL=pL/ps,i為無(wú)量綱電流,;i=i/im,i為輸入電流,im為額定電流;qL為無(wú)量綱流量,qL=qL/qLm,qL為負(fù)載流量,qLm為zui大空載流量。

零開(kāi)口四邊滑閥_電液伺服閥的負(fù)載流量特性曲線(xiàn)

對(duì)于典型兩級(jí)力反饋電液伺服流量閥(先導(dǎo)級(jí)為雙噴嘴擋板閥、功率級(jí)為零開(kāi)口四邊滑閥),滑閥位移xv=Kxvi,所以其負(fù)載流量(壓力流量特性)方程為

式中:Kxv為伺服閥增益(取決于力矩馬達(dá)結(jié)構(gòu)及幾何參數(shù));i為力矩馬達(dá)繞組輸入電流。

由式(7)可知,電液流量伺服閥的負(fù)載流量qL與功率級(jí)滑閥的位移z成比例,而功率級(jí)滑閥的位移xv與輸入電流i成正比,所以電液流量伺服閥的負(fù)載流量qL與輸入電流i成比例。由此,可列出電液伺服閥負(fù)載流量的一般表達(dá)式為它是一個(gè)非線(xiàn)性方程。

(2)特性曲線(xiàn)及靜態(tài)性能指標(biāo)。由特性方程可以繪制出相應(yīng)的特性曲線(xiàn),并由此得到一系列靜態(tài)指標(biāo)參數(shù)。由特性曲線(xiàn)和相應(yīng)的靜態(tài)指標(biāo)可以對(duì)閥的靜態(tài)特性進(jìn)行評(píng)定。

1)負(fù)載流量特性曲線(xiàn)。它是輸入不同電流時(shí)對(duì)應(yīng)的流量與負(fù)載壓力構(gòu)成的拋物線(xiàn)簇曲線(xiàn),如圖22所示。負(fù)載流量特性曲線(xiàn)*描述了伺服閥的靜態(tài)特性。要測(cè)得這組曲線(xiàn)卻相當(dāng)麻煩,在零位附近很難測(cè)出的數(shù)值,而伺服閥卻正好是在此處工作。所以這些曲線(xiàn)主要用來(lái)確定伺服閥的類(lèi)型和估計(jì)伺服閥的規(guī)格,以便與所要求的負(fù)載流量和負(fù)載壓力相匹配。

2)空載流量特性曲線(xiàn)。它是輸出流量與輸入電流呈回環(huán)狀的函數(shù)曲線(xiàn)(見(jiàn)圖23),是在給定的伺服閥壓降和零負(fù)載壓力下,輸入電流在正負(fù)額定電流之間作一完整的循環(huán),輸出流量點(diǎn)形成的完整連續(xù)變化曲線(xiàn)(簡(jiǎn)稱(chēng)流量曲線(xiàn))。通過(guò)流量曲線(xiàn),可以得出電液伺服閥的額定流量qR、流量增益、非線(xiàn)性度、滯環(huán)、對(duì)稱(chēng)度、分辨率、零偏等性能指標(biāo)參數(shù)。

空載流量特性曲線(xiàn)_壓力特性曲線(xiàn)

靜耗流量特性曲線(xiàn)3)壓力特性。它是輸出流量為零(將兩個(gè)負(fù)載口堵死)時(shí),負(fù)載壓降與輸入電流呈回環(huán)狀的函數(shù)曲線(xiàn)(見(jiàn)圖24)。在壓力特性曲線(xiàn)上某點(diǎn)或某段的斜率稱(chēng)為壓力增益,它直接影響伺服系統(tǒng)的承載能力和系統(tǒng)剛度,壓力增益大,則系統(tǒng)的承載能力強(qiáng)、系統(tǒng)剛度大、誤差小。

4)靜耗流量特性(內(nèi)泄特性)。輸出流量為零時(shí),由回油口流出的內(nèi)部泄漏量稱(chēng)為靜耗流量。靜耗流量隨輸入電流變化,當(dāng)閥處于零位時(shí),靜耗流量zui大(見(jiàn)圖25)。對(duì)于兩級(jí)伺服閥,靜耗流量由先導(dǎo)級(jí)的泄漏流量和功率級(jí)的泄漏流量?jī)刹糠纸M成,減小前者將影響閥的響應(yīng)速度;后者與滑閥的重疊情況有關(guān),較大重疊可以減少泄漏,但會(huì)使閥產(chǎn)生死區(qū),并可能導(dǎo)致閥淤塞,從而使閥的滯環(huán)與分辨率增大。

(3)閥系數(shù)。閥系數(shù)主要用于系統(tǒng)動(dòng)態(tài)分析。式(8)線(xiàn)性化處理,并以增量形式表示為

       ΔqL=(∂qL/∂xv)Δxv+(∂qL/∂pL)ΔpL         (9)

式中各符號(hào)意義與式(8)相同。

由式(9)可定義閥的三個(gè)系數(shù),見(jiàn)下表。

伺服閥的閥系數(shù)定義、意義

閥系數(shù)

定義

意義

流量增益(流量放大系數(shù))Kq

Kq=∂qL/∂xv

流量特性曲線(xiàn)的斜率,表示負(fù)載壓力一定時(shí),閥單位位移所引起的負(fù)載流量變化大小。流量增益越大,對(duì)負(fù)載流量的控制越靈敏

流量壓力系數(shù)Kc

Kc=-∂qL/∂pL

壓力-流量特性曲線(xiàn)的斜率并冠以負(fù)號(hào),使其成為正值。流量壓力系數(shù)表示閥的開(kāi)度一定時(shí),負(fù)載壓降變化引起的負(fù)載流量變化的大小。它反映了發(fā)的抗負(fù)載變化能力,即Kc越小,閥的抗負(fù)載變化能力越強(qiáng),亦即閥的剛性越大

壓力增益(也稱(chēng)壓力靈敏度)Kp

Kp=∂pL/∂xv

壓力特性曲線(xiàn)的斜率。通常,壓力增益表示負(fù)載流量為零(將控制口關(guān)死)時(shí),單位輸入位移所引起的負(fù)載壓降變化的大小。此值大,閥對(duì)負(fù)載壓降的控制靈敏度高

 

作為示例,上表中依據(jù)理想零開(kāi)口四邊滑閥的負(fù)載流量方程為

給出了此閥的三個(gè)閥系數(shù)表達(dá)式。根據(jù)閥系數(shù)的定義,式(9)可表示為

               ΔqL=KqΔxv-KcΔpL           (11)

伺服閥通常工作在零位附近,工作點(diǎn)在零位,其參數(shù)的增量也就是它的值,因此閥方程式(11)也可以寫(xiě)成以下形式

                  qL=Kqxv-KcpL              (12)

三個(gè)閥系數(shù)的具體數(shù)值隨工作點(diǎn)變化而變化,而zui重要的工作點(diǎn)為負(fù)載流量特性曲線(xiàn)的原點(diǎn)(qL=pL=xv=0處),由于閥經(jīng)常在原點(diǎn)附近(即零位)工作,此處閥的流量增益zui大(即系統(tǒng)的增益zui高),但流量壓力系數(shù)zui小(即系統(tǒng)阻尼zui?。?,所以此處穩(wěn)定性zui差。若系統(tǒng)在零位穩(wěn)定,則在其余工作點(diǎn)也穩(wěn)定。理想零開(kāi)口四邊滑閥的零位閥系數(shù)參見(jiàn)上表。

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