基于電液比例閥控制的液壓系統(tǒng)的研究

賈 愷

（同煤集團(tuán)王村煤業(yè)有限責(zé)任公司， 山西 大同 037032）

引言

20世紀(jì)60年代世界各地開(kāi)始進(jìn)行電業(yè)控制技術(shù)的研究，總體上該技術(shù)的發(fā)展可分為三個(gè)階段[1-3]。20世紀(jì)60年代中期至70年代中期為第一階段，該階段以瑞士的KL電液比例閥為標(biāo)志，但其在設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了制約，存在一定局限；20世紀(jì)70年代后期到80世紀(jì)末為第二階段，該階段設(shè)計(jì)的電液比例閥的工作頻率得到顯著提升，試用范圍較廣；20世紀(jì)90年代初期之后為發(fā)展的第三階段，該階段電液比例閥大量應(yīng)用于液壓系統(tǒng)的工作中，而且產(chǎn)生了大量的電液一體化形式的液壓元件，從而為大功率液壓系統(tǒng)的應(yīng)用和發(fā)展提供了重要保障。

1 電液比例控制的特點(diǎn)

該系統(tǒng)的主要特點(diǎn)表現(xiàn)為通過(guò)比例控制形式來(lái)調(diào)控液壓元件，保證輸入和輸出信號(hào)的線性響應(yīng)。如今電液比例控制技術(shù)的快速發(fā)展還得益于其良好的控制性，由于較高的控制精度在液壓系統(tǒng)中的工作穩(wěn)定性較高。但是該技術(shù)也存在較多的缺點(diǎn)，比如容易發(fā)生故障，抗污染能力較弱，同時(shí)在防火工作未做好的地方引發(fā)火災(zāi)的概率也較高[4]。隨著研究技術(shù)的發(fā)展電液比例控制技術(shù)的諸多缺陷可以得到有效解決。

2 液壓系統(tǒng)的建模

根據(jù)電液比例閥的工作機(jī)理和構(gòu)成元件，對(duì)其工作特性和啟停功能進(jìn)行合理研究，進(jìn)而進(jìn)行合理模型的建立，液壓系統(tǒng)模型如圖1所示。

圖1 液壓系統(tǒng)所建模型示意圖

3 液壓系統(tǒng)的仿真分析

由于受到電液比例閥入口開(kāi)啟量和彈簧工作特性的影響，在一段時(shí)間里沒(méi)有液壓油流入比例閥，比例閥內(nèi)部沒(méi)有形成聯(lián)通，則據(jù)此可以分析所建模型的合理性。模擬過(guò)程中，設(shè)置10 s的仿真時(shí)間，數(shù)據(jù)記錄的間隔為0.1 s，則得到的液壓系統(tǒng)活塞位移變化規(guī)律如圖2所示。

圖2 液壓系統(tǒng)活塞位移-時(shí)間示意圖

從圖2中可以看出，時(shí)間從0～7.7 s，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，液壓系統(tǒng)活塞變形呈現(xiàn)為線性變化，從0 m增大到了0.5 m，這是由于系統(tǒng)流量隨著系統(tǒng)的逐漸調(diào)高而減小。液壓系統(tǒng)在調(diào)高過(guò)程中受到周圍載荷的影響，故在模擬時(shí)輸入負(fù)載信號(hào)，模擬過(guò)程中，設(shè)置0.5 s的仿真時(shí)間，數(shù)據(jù)記錄的間隔為0.01 s，由此得到的活塞響應(yīng)速率的變化規(guī)律，如下頁(yè)圖3所示。

從圖3中可以看出，根據(jù)液壓系統(tǒng)活塞響應(yīng)速率隨時(shí)間的變化趨勢(shì)可分為三個(gè)階段：第一階段為0～0.14 s的范圍內(nèi)，在該階段活塞響應(yīng)速率隨著時(shí)間的延長(zhǎng)逐步加快，增大到了0.054 m/s，該值也是模擬時(shí)間內(nèi)響應(yīng)速率的最大值；第二階段為0.14～0.18 s的范圍內(nèi)，在該階段活塞響應(yīng)速率很快從0.054 m/s降到了0.05 m/s；第三階段為0.18～0.5 s的范圍內(nèi)，在該階段活塞響應(yīng)速率保持在0.05 m/s不變。總體上，在電液比例閥工作過(guò)程中液壓油流量的控制較好，故液壓系統(tǒng)工作較為穩(wěn)定。為了體現(xiàn)電液比例閥控制液壓系統(tǒng)的優(yōu)越性，以普通電液閥為比較對(duì)象，進(jìn)行了兩種閥的仿真分析，得到兩種情況下液壓系統(tǒng)活塞運(yùn)行速率的變化特征，如圖4所示。

圖3 液壓系統(tǒng)活塞響應(yīng)速率-時(shí)間示意圖

圖4 液壓系統(tǒng)活塞運(yùn)移速率隨時(shí)間的變化示意圖

從圖4中可以看出，當(dāng)基于電液閥控制液壓系統(tǒng)時(shí)，在開(kāi)始運(yùn)行階段電液閥無(wú)法較好的控制液壓油流量，故波動(dòng)較為顯著；而電液比例閥控制液壓系統(tǒng)對(duì)閥口的調(diào)控性優(yōu)越，對(duì)液壓油流量的控制精確；當(dāng)兩種情況下活塞運(yùn)移均達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，電液比例閥控制下液壓系統(tǒng)活塞的運(yùn)移速率要更高，對(duì)外界環(huán)境的適應(yīng)性強(qiáng)，可保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

4 結(jié)語(yǔ)

對(duì)電液比例閥控制的液壓系統(tǒng)進(jìn)行建模與仿真分析，可知：在電液比例閥工作過(guò)程中液壓油流量的控制較好；當(dāng)負(fù)載較大時(shí)，電液比例閥工作的穩(wěn)定性降低，受載荷影響較大；與普通電液閥相比，電液比例閥控制液壓系統(tǒng)對(duì)閥口的調(diào)控性優(yōu)越，對(duì)液壓油流量的控制精確，可保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。