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    伺服閥的靜態特性

    來源:http://www.alemdascurvas.com/ 人氣: 發表時間:2017-05-11 21:27:18

    電液伺服閥的靜態特性是指穩定工作條件下,伺服閥的各靜態參數(輸出流量、輸入電流和負載壓力)之間的相互關系。主要包括負載流量特性、空載流量特性和壓力特性,并由此可得到一系列靜態指標參數。它可以用特性方程、特性曲線和閥系數三種方法表示。

        1)特性方程

        理想零開口四邊滑閥見圖1,設閥口對稱,各閥口流量系數相等,油液是理想液體,不計泄漏和壓力損失,供油壓力Ps恒定不變。當閥芯從零位右移xv時,則流入、流出閥的流量q1、q3為

          (1)

     

                   (2)

    穩態時,ql=q3=qL,則可得供油壓力Ps=P1+P2。令負載壓力PL=P1-P2,則有

     

             (3)

            (4)

        將式(3)或式(4)代入式(1)或式(2)可得滑閥的負載流量(壓力-流量特性)方程

     

              (5)

    式中qL——負載流量;

            Cd——流量系數;

            W——滑閥的面積梯度(閥口沿圓周方向的寬度);

            d——滑閥閥芯凸肩直徑;

            xv——滑閥位移;

            Ps——伺服閥供油壓力;

    PL——伺服閥負載壓力。

     

        圖1  零開口四邊滑閥                     

     

     

        圖2  電液伺服閥的負載流量特性曲線

        注:1.為無量綱壓力, ,為負載壓力,為供油壓力。2.為無量綱電流,,i為輸入電流,為額定電流。3.為無量綱流量,,為負載流量,為最大空載流量。

    對于典型兩級力反饋電液伺服流量閥(先導級為雙噴嘴擋板閥、功率級為零開口四邊滑閥),滑閥位移xv=Kxvi,所以其負載流量(壓力一流量特性)方程

     

     

    (6)式中  Kxv——伺服閥增益(取決于力矩馬達結構及幾何參數);

          i——力矩馬達線圈輸入電流。

        其余符號意義與式(5)相同。由式(6)可知,電液流量伺服閥的負載流量qL與功率級滑閥的位移z。成比例,而功率級滑閥的位移xv與輸入電流i成正比,所以電液流量伺服閥的負載流量qL與輸入電流i成比例。由此,可列出電液伺服閥負載流量的一般表達式為

     

     

    (7)它是一個非線性方程。

        2)特性曲線及靜態性能指標

        由特性方程可以繪制出相應的特性曲線,并由此得到一系列靜態指標參數。由特性曲線和相應的靜態指標可以對閥的靜態特性進行評定。

        (1)負載流量特性曲線。它是輸入不同電流時對應的流量與負載壓力構成的拋物線簇曲線,如圖2所示。負載流量特性曲線完全描述了伺服閥的靜態特性。要測得這組曲線卻相當麻煩,在零位附近很難測出精確的數值,而伺服閥卻正好是在此處工作的。所以這些曲線主要用來確定伺服閥的類型和估計伺服閥的規格,以便與所要求的負載流量和負載壓力相匹配。

    (2)流量特性曲線。它是輸出流量與輸入電流呈回環狀的函數曲線(見圖3),是在給定的伺服閥壓降和零負載壓力下,輸入電流在正負額定電流之間作一完整的循環,輸出流量點形成的完整連續變化曲線(簡稱流量曲線)。通過流量曲線,可以得出電液伺服閥的額定流量qR、流量增益、非線性度、滯環、不對稱度、分辨率、零偏等性能指標參數。

     

     

     

    圖3  空載流量特性曲線                       

     

    圖4  壓力特性曲線

        (3)壓力特性。它是輸出流量為零(將兩個負載口堵死)時,負載壓降與輸入電流呈回環狀的函數曲線(見圖4)。在壓力特性曲線上某點或某段的斜率稱為壓力增益,它直接影響伺服系統的承載能力和系統剛度,壓力增益大,則系統的承載能力強、系統剛度大、誤差小。

    (4)靜耗流量特性(內泄特性)。輸出流量為零時,由回油口流出的內部泄漏量稱為靜耗流量。靜耗流量隨輸入電流變化,當閥處于零位時,靜耗流量最大(見圖5)。對于兩級伺服閥,靜耗流量由先導級的泄漏流量和功率級的泄漏流量兩部分組成,減小前者將影響閥的響應速度;后者與滑閥的重疊情況有關,較大重疊可以減少泄漏,但會使閥產生死區,并可能導致閥淤塞,從而使閥的滯環與分辨率增大。

     

         圖5  靜耗流量特性曲線

    3)閥系數

    閥系數主要用于系統動態分析。(7)線性化處理,并以增量形式:表示為

     

     

                                             (8)

    式中各符號意義與式(7)相同。

    由式(8)可定義閥的三個系數,如表1所列。

    作為示例,表1中依據理想零開口四邊滑閥的負載流量方程

     

     

                                    (9)

    表1 伺服閥的閥系數示例(理想零開口四邊滑閥)

    給出了此閥的三個閥系數表達式。根據閥系數的定義,式(8)可表示為

     

                (10)

        伺服閥通常工作在零位附近,工作點在零位,其參數的增量也就是它的絕對值,因此閥方程式(10)也可以寫成以下形式

     

     

                                       (11)

       三個閥系數的具體數值隨工作點變化而變化,而最重要的工作點為負載流量特性曲線的原點,由于閥經常在原點附近(即零位)工作,此處閥的流量增益最大(即系統的增益最高),但流量壓力系數最小(即系統阻尼最小),所以此處穩定性最差。若系統在零位穩定,則在其余工作點也穩定。理想零開口四邊滑閥的零位閥系數參見表1。

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