G

1

—

—

—液压泵及进油管泄漏系数

;

K

y

—

—

—弹簧刚度

;

W

—

—

—主阀节流口的面积梯度

;

F

X

,

F

Y

—

—

—主阀 、先导阀上的液动力

;

M

X

—

—

—主阀芯质量

; M

Y

—

—

—导阀芯 、控制活塞及

1

/

3

弹簧质量之和 ;

M

Z

—

—

—当量负载质量 。

2

　系统分析

系统的传递函数

,

是进行系统分析的依据

,

通过系统仿真分析得知

,

影响回路动态性能有

以下主要因素 。

(

1) 平衡阀过流面积增益

W

及弹簧刚度

K

Y

1

;

(2) 平衡阀主阀上阻尼孔及导控活塞阻尼孔 ;

(3) 平衡回路连接所形成的初始容积 ;

(4) 负载质量 ;

(5) 平衡阀导控活塞的有效作用面积等 。

从回路的传递函数中可见 , 主阀的流量系数

K

q

1

与回路的开环增益

M

成正比

,

而

K

q

1

取决

于过流面积增益

W

, 因此阀的过流面积增益

W

对系统的响应速度及稳定性将产生直接影响 。

为此有人提出

,

阀的过流面积采用线性小增益结构

,

以利于减小回路的开环增益

,

改善平衡回

路的稳定性 。通过系统的数字仿真看出

,

这种方法虽在一定程度上改善了回路稳定性

,

但由于

阀采用小增益结构

,

在通过大流量时

,

阀芯位移过大

,

弹簧力加大

,

造成阀振动

,

从而影响回

路的响应速度 。如图 3 可见 , 当阀芯采用小增益结构时 , 回路的稳定性虽基本满足要求 (相位
裕度

r

= 44°

、幅度裕度

L

= 4

134db) ; 但因阀芯的“抖动”使油缸下行速度波动很大 , 为一等幅

振荡曲线 。而笔者通过仿真分析认为 , 平衡阀在采用变增益结构的同时配以渐减型弹簧有效地
改善回路在额定工况和小负载时 , 难以稳定的难点 。图 4 所示 ,

a

为主阀弹簧力的变化曲线

, b

为过流面积增益曲线

,

图中可见在阀芯位移在最大行程 2/ 3 以内

〔3〕

, 此时过流增益为线性小增

益而弹簧刚度较大 , 可有效防止下行开始时的 “冲击”、“点头”现象 , 当阀芯位移进入最大行
程 2/ 3 以外区域时 , 过流面积增益加大 , 弹簧力减小 , 可有效地抑止阀芯的振动 , 达到平衡下
行的目的 。图 5 为采用变增益结构和渐减型弹簧的仿真曲线 , 由此可见回路的快速性和稳定性
均有明显的改善 (

r

= 86°,

L

= 8

12db , 调整时间

t

s

= 0

14) , 效果是令人满意。

(a)

时域仿真曲线 　　　　　

(b)

频域仿真曲线

图

4

　主阀弹簧力与

图

3

　过流面积采用线性定常小增益结构

( W = 4mm)

过流面积增益曲线

1998

年第

4

期

机械开发

　

µξ